Definizione di Biomeccanica e campi di applicazione
Trovare una definizione univoca e riassuntiva di cosa si intenda per Biomeccanica è fondamentale e serve per utilizzare un linguaggio comune. Negli anni ’70 e con tempi abbastanza ravvicinati nacquero tre società scientifiche di Biomeccanica nel mondo: l’International Society of Biomechanics nel 1973, l’European Society of Biomechanics nel 1976 e un anno dopo nel 1977 l’American Society of Biomechanics. Scopo di queste società scientifiche è quello di divulgare la cultura della Biomeccanica e di convogliare in congressi scientifici annuali i migliori studiosi del settore che si distinguono per svolgere lavori di ricerca validi e di livello che possano essere utili alla comunità scientifica. Nel 1974 Hatze pubblicò una lettera sul Journal of Biomechanics in cui definiva la Biomeccanica come lo studio della struttura e della funzionalità dei sistemi biologici svolto attraverso i metodi di analisi della meccanica (Hatze, 1974). Due anni dopo venne fondata l’European Society of Biomechanics e da come si può leggere sul sito web ufficiale dell’associazione la Biomeccanica è definita come lo studio delle forze che agiscono su un corpo o che vengono generate da esso e degli effetti di queste forze sui tessuti, sui fluidi o sui materiali utilizzando questo studio a scopi di ricerca, diagnosi o trattamento. Da quello che è stato riportato e per le applicazioni che quotidianamente vengono fatte in ambito di ricerca, di formazione e di consulenze professionali, si può affermare che la Biomeccanica origina dall’applicazione delle leggi della meccanica al corpo umano, essendo la meccanica la branca della fisica che si occupa di descrivere le variazioni di movimento dei corpi (Hamill et al., 2015).
Passare dalle definizioni agli aspetti applicativi non è sempre facile, specialmente quando, come in questo caso, sono coinvolti aspetti di leggi matematiche e fisiche. Per tale ragione spesso si semplificano i concetti della meccanica applicandoli in maniera banale e finanche errata al corpo umano creando così dei modelli di riferimento che non sempre sono corretti e possono risultare anche inapplicabili. Nei casi in cui non si riescano ad applicare modelli teorici avviene un ulteriore passaggio di semplificazione: ovvero si parla di Biomeccanica del corpo umano confondendola con la chinesiologia e la fisiologia articolare; in sostanza, lo studio del movimento articolare dettato dalle attivazioni muscolari. Per queste ragioni è stato fondamentale in questo testo, dedicato a diversi operatori del settore salute, specificare cosa si intenda per biomeccanica, distinguendola dalle altre forme in cui viene declinata ma che spesso ne sono molto lontane sia in termini teorici che pratici.
Altre definizioni di Biomeccanica sono:
“La Biomeccanica è considerata una branca della bioingegneria e dell’ingegneria biomedica. La bioingegneria è un campo di studio interdisciplinare nel quale i principi e i metodi dall’ingegneria, dalle scienze di base e dalla tecnologia sono applicati per disegnare, testare e produrre strumenti per uso medico oppure per capire, definire e risolvere problemi di fisiologia e biologia. La bioingegneria è una delle diverse aree di specializzazione che vanno sotto il nome generale di ingegneria biomedica” (Özkaya et al., 1989 p. 3)
“La biomeccanica è lo studio delle forze e degli effetti di queste forze sulla materia vivente” (Grimshaw et al., 2006 p. 11).
“La Biomeccanica è una delle tante sottodiscipline accademiche della chinesiologia. La Biomeccanica nell’ambito della chinesiologia si occupa della precisa descrizione del movimento umano e dello studio delle cause del movimento” (Knudson, 2007 p. 1).
“La mia definizione di Biomeccanica dello sport è diventata semplicemente lo studio e l’analisi delle strategie di movimento umano nello sport” (Bartlett, 2007 p. XVII).
“La Biomeccanica come lo studio del corpo umano dal punto di vista della meccanica” (Puglisi, 2007 p. 7).
“La Biomeccanica è la scienza che studia il movimento e le sollecitazioni dei sistemi biologici, in relazione alle forze che producono questi effetti” (Picasso, 2013 p. VII).
“La Biomeccanica è stata sviluppata come un’area di studio […] i contenuti della Biomeccanica erano estratti dalla meccanica, un’area della fisica che si occupa dello studio del movimento e degli effetti delle forse su un oggetto” (Hamill et al., 2015 p. 5).
La Biomeccanica è “lo studio degli aspetti meccanici del comportamento degli esseri viventi” (Legnani et al., 2016 p. 4).
Dalle definizioni presentate appare chiaro che chi si occupi di Biomeccanica debba necessariamente parlare di forze, aspetti fisici e meccanici, matematica e modelli. Ciò invece non avviene sempre, perché troppo spesso si confonde la Biomeccanica con la semplice descrizione dei movimenti del corpo umano, creando così un fortissimo divario tra quella che è la modellizzazione matematica del movimento, tipica degli ingegneri, e quella che è la descrizione del movimento avvenuto, tipica degli operatori della salute e dell’attività fisica e sportiva. Da queste due poli di interpretazione contrapposti provengono delle estremizzazioni di alcuni concetti che spesso non rendono applicabili in maniera utile le informazioni che ne derivano (Figura 1).
Figura 1 – Rappresentazione schematica della distinzione dei due poli di interpretazione del movimento umano in contrapposizione. In mezzo a questi due poli opposti è presente una zona grigia di conoscenze ed interpretazioni che inevitabilmente risentono dell’influenza del polo di partenza.
Un esempio di scarsa o non totale applicabilità dei modelli teorici e meccanici di matrice matematica si può trovare in tutte le “approssimazioni” o “convenzioni” o negli aspetti che vengono “trascurati” quando si creano modelli meccanici e matematici. Questi sono ad esempio la “trascurabilità” dell’attrito o della resistenza dell’aria durante un gesto di corsa. Modellizzare una maratona non considerando l’attrito al suolo delle scarpe o modellizzare una gara di sprint trascurando la resistenza dell’aria è cosa molto diversa dal sostenere realmente queste tipologie di gare in condizioni reali. Appare chiaro da questo esempio che i modelli teorici matematici servono a spiegare concettualmente un fenomeno ma non possono essere totalmente applicati a causa della grandissima quantità di variabili che il modello dovrebbe tenere in considerazione (Picasso, 2013).
Un esempio invece di scarsa applicabilità dei modelli ipersemplicistici di mera descrizione del movimento si può trovare in tutte le assenze di informazioni numeriche sulle tensioni prodotte dalla muscolatura e sulla mancanza di misurazione dei descrittori del movimento. Descrivere un piegamento sugli arti inferiori basandosi esclusivamente sul movimento dei singoli segmenti senza tenere in conto le sequenze di attivazione muscolare e i vettori di forza generati è totalmente inutile perché non ha poi ricadute pratiche sul tipo di allenamento da suggerire alla persona per migliorare la propria prestazione. Questi esempi aiutano a comprendere la frequente lontananza tra la Biomeccanica da laboratorio e le presunte analisi biomeccaniche che vengono svolte tutti i giorni sul campo. In quest’ottica quindi né i modelli teorici né l’ipersemplificazione sono una strategia di analisi vincente. Serve allora trovare un punto comune che cominci innanzitutto dall’uso della terminologia e della nomenclatura da utilizzare. Anche la terminologia, infatti, crea spesso confusione: quella che per un operatore del settore è una flessione dell’avambraccio sul braccio per un ingegnere è una rotazione positiva dell’avambraccio sul braccio o dell’avambraccio intorno all’asse trasverso del gomito. Questa differenza lessicale tra diverse professioni che cercando di comprendere lo stesso fenomeno è un grande limite operativo.
La logica vorrebbe che, parlando di movimento umano, si utilizzasse il linguaggio del movimento e dell’educazione fisica ma come sottolinea anche la letteratura (Padulo et al., 2013a,b,c,d,e,f,; Chamari et al., 2013; Padulo et al., 2014) spesso anche questo tipo di linguaggio viene usato poco correttamente. Non da ultimo si deve considerare un altro aspetto importante che viene sottolineato anche da altri autori (Puglisi, 2007): quando si parla di Biomeccanica si pensa immediatamente allo studio dei movimenti articolari ma questo non è che una parte delle possibili applicazioni che si possono avere. Vanno infatti considerati altri aspetti quali le informazioni sui materiali e tessuti corporei (Figura 2), sui fluidi e gas corporei, sulle dinamiche cellulari, sulle tensioni interne applicate dai tessuti connettivali etc. Quindi, come è facilmente comprensibile, la Biomeccanica non si ferma al solo studio dei movimenti articolari, anche se, allo stesso tempo, quest’ultimo aspetto è sicuramente quello che interessa maggiormente i professionisti delle scienze della salute e del movimento.
Figura 2 – Esempi di valutazioni biomeccaniche applicate ai materiali e ai tessuti. Grafico A relazione sollecitazione-deformazione di un materiale elastico (sigma – σ è la sollecitazione e epsilon – ε è la deformazione). Grafico B relazione sollecitazione-deformazione con deformazione plastica in un materiale elastico. Grafico C relazione sollecitazione-deformazione di un materiale visco-elastico. Grafico D relazione sollecitazione-deformazione con perdita e successivo recupero di energia di un materiale visco-elastico.
Per questa ragione è utile fare delle precisazioni su quelle che sono le discipline che si occupano dello studio dei movimenti articolari oltre alla Biomeccanica. Queste altre aree di studio, che spesso vengono interpretate come Biomeccanica, sono considerate anche da altri autori (Knudson, 2007; Hamill et al., 2015) e possono essere elencate come segue:
Chinesiologia: è genericamente intesa come lo studio scientifico del movimento umano.
Anatomia funzionale: è lo studio descrittivo delle strutture anatomiche che concorrono alla realizzazione di un movimento e della relativa sequenza di attivazione delle stesse. Si fonda sul solido basamento delle conoscenze dell’anatomia didattica.
Fisiologia articolare: anche questa disciplina si fonda sul basamento dell’anatomia e descrive le tipologie di movimento che ogni articolazione può svolgere in forma fisiologica e naturale senza impedimenti, offrendo informazioni su parametri di normalità sotto o oltre i quali si verificheranno delle condizioni di ipo o iper movimento rispettivamente.
Tecnica di movimento: si tratta della tecnica sport specifica per eseguire un determinato tipo di gesto motorio volto ad ottenere un determinato risultato prestativo. La tecnica è condizionata da diversi fattori tra cui aspetti puramente strutturali ed altri puramente funzionali e di apprendimento. Per questa ragione la tecnica di movimento non può essere sovrapposta alla Biomeccanica ma sicuramente da quest’ultima può esserne descritta e misurata.
Queste aree di studio assumono un valore diverso in termini di interesse a seconda dell’estrazione del professionista che si occupa di studio dell’essere umano ma uno schema generale per i professionisti delle scienze della salute e del movimento (esportabile anche ad altre aree) potrebbe essere riassunto come segue (Figura 3).
Diagramma esplicativo che illustra le interconnessioni tra Biomeccanica, Chinesiologia, Anatomia Funzionale e Fisiologia Articolare nell’analisi del movimento umano.
Figura 3 – Relazioni tra le differenti aree di studio dei movimenti articolari corporei.
Secondo quanto finora riportato la Biomeccanica, intesa quindi come una disciplina che studia e descrive l’aspetto meccanico del movimento umano al fine di offrire principi, strategie ed azioni per lo svolgimento del corretto movimento, può avere una vasta serie di applicazioni. La letteratura (Grimshaw et al., 2006; Peterson et al., 2008, Puglisi, 2007; Hamill et al., 2015) ci invita a pensare ad applicazioni che tradizionalmente sono focalizzate sulla modellizzazione del sistema muscolo-scheletrico e dei sistemi circolatori e respiratori; aspetti, questi, che sono poi stati applicati alla prevenzione, cura e riabilitazione in campo ortopedico e neurologico sia in termini di chirurgia che di protesi ed ausili o ortesi. L’ambito della prestazione sportiva vive di applicazioni costanti della Biomeccanica per abbattere record e aumentare sempre di più le prestazioni degli atleti migliorandone la salute e prevenendo gli infortuni. Altre applicazioni sono state esportate ai campi della salute sul lavoro e dell’ergonomia per la creazione di spazi a migliore dimensione d’uomo. Anche la tecnologia ha beneficiato della ricerca in Biomeccanica migliorando le conoscenze sui tessuti e sui materiali e offrendo i risultati di queste sperimentazioni a tutte le persone attraverso l’immissione in commercio di tecnologie portatili e indossabili che monitorano o migliorano la salute delle persone.
Inevitabilmente, applicando questi aspetti e principi ai sistemi biologici degli esseri viventi animali e in particolar modo all’essere umano nello svolgimento delle proprie attività vitali, si deve sempre tenere in considerazione lo stretttissimo legame presente tra gli aspetti meccanici dei movimenti e gli aspetti neurofisiologici e quindi metabolici del movimento umano. In questa maniera si passa da una visione meccanica e puramente ingegneristica ad una Biomeccanica fino ad una visione neuromeccanica del movimento umano (Enoka, 2008). Questo livello di conoscenza può essere approfondito ulteriormente considerando gli aspetti metabolici e, non da ultimi, quelli comportamentali e bio-psico-sociali del movimento umano. Solo in questa maniera lo specialista in analisi del movimento può avere una visione ed una consapevolezza globale e olistica delle ragioni che portano il corpo umano a gestire in una certa maniera un determinato movimento nello spazio e nel tempo.
Poste queste doverose premesse e chiarito il concetto di Biomeccanica, questo testo si pone l’arduo e ambizioso scopo di lasciare l’interpretazione e la modellizzazione matematica del movimento a testi più specialistici, cercando invece in queste pagine di trasportare in pratica e in forma comprensibile ed immediatamente applicabile le informazioni che derivano da questi modelli, al fine di fornire al lettore un quadro quanto più chiaro possibile della realtà. Questo procedimento di facilitazione dei concetti (N.B.: facilitato non significa semplicistico) deve necessariamente passare per un’analisi del movimento più globale senza dimenticare i fondamenti della Biomeccanica. Per questa ragione, spesso nelle pagine di questo testo si utilizzerà il termine “analisi del movimento” con accezione alla più complessa modellizzazione Biomeccanica fattibile da altre figure professionali.
Come conclusione di questa serie di considerazioni basilari sui campi di applicazione dell’analisi del movimento umano, si riportano le parole del Prof. Dal Monte e le sue riflessioni sull’analisi Biomeccanica del movimento umano: “La valutazione biomeccanica ha come obiettivo l’ottimizzazione del gesto sportivo, ricercando i movimenti più corretti ed economici […]. È evidente che tali ricerche devono tendere anche a evitare che l’atleta, per effetto di movimenti sbagliati, anomali o non sufficientemente studiati, possa subire danni o lesioni di tipo sia acuto che legati al sovraccarico funzionale (aspetto preventivo). La valutazione biomeccanica applicata al gesto sportivo rappresenta un punto di incontro e di fusione tra i fenomeni meccanici e quelli fisiologici che caratterizzano la prestazione sportiva (Dal Monte et al., 1996; Di Prampero et al., 1993). A volte il confine tra aspetti fisiologici e biomeccanici puri appare assai sfumato o, meglio, fuso in un’unica cosa.” (Dal Monte et al., 2000 p.471).
Certamente. Ho formattato la bibliografia in HTML utilizzando un elenco ordinato (
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