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Dec 05, 2023

Estudo revela mecânica do procedimento cirúrgico ideal

Pesquisadores da EPFL publicaram um primeiro estudo sobre o

Os pesquisadores da EPFL publicaram um primeiro estudo sobre a mecânica dos nós cirúrgicos, com resultados que podem ser usados ​​para treinar cirurgiões para amarrar suturas mais fortes e seguras – uma habilidade que geralmente requer anos de prática para dominar.

Instituto Federal de Tecnologia em Lausanne

imagem: Nó cirúrgico amarrado em um suporte rígidoVeja mais

Crédito: Alain Herzog/EPFL

Pense na última vez que amarrou o sapato: talvez você tenha amarrado bem ou feito vários nós para garantir que os cadarços não se desfiassem. Você provavelmente confiou na intuição para saber quanta tensão aplicar para evitar que os cadarços se desamarrem, sem puxar com força suficiente para quebrá-los.

Talvez surpreendentemente, os cirurgiões também adotam uma abordagem intuitiva para amarrar suturas. Embora os nós deslizantes quadrados e granny simples sejam frequentemente usados ​​em cirurgia, leva anos para dominá-los para que permaneçam no lugar sem afrouxar ou quebrar. Muitas pesquisas matemáticas foram feitas sobre topologia e geometria de nós, mas pouco se sabe sobre a mecânica de nós no contexto de variáveis ​​físicas, como as propriedades materiais de filamentos atados.

“É espantoso pensar o quanto confiamos nos nós, quando não compreendemos bem como funcionam”, afirma Pedro Reis, responsável pelo Laboratório de Estruturas Flexíveis da Escola Superior de Engenharia (Instituto de Engenharia Mecânica). Reis e o estudante de doutorado Paul Johanns se uniram à cirurgiã plástica Samia Guerid, de Lausanne, para liderar um primeiro estudo baseado em física – publicado recentemente na Science Advances – sobre a mecânica dos nós cirúrgicos e exatamente quais propriedades influenciam sua força.

"Entender a mecânica do nó cirúrgico pode aumentar a conscientização entre os cirurgiões experientes, ser incorporado em programas de treinamento e avançar na cirurgia robótica, permitindo recursos de amarração de nós mais eficazes", diz Guerid. "Tal conhecimento também pode influenciar o desenvolvimento de materiais de sutura que aumentam a resistência ao deslizamento em nós deslizantes".

O poder da plasticidade

Reis, um alpinista ávido, tem interesse pessoal em nós seguros e realizou vários estudos anteriores sobre a mecânica dos nós. Ele explica que muitos nós podem ser descritos como estruturas de extremidade livre que fornecem uma força de retenção, com sua funcionalidade ditada pelas variáveis ​​de topologia, geometria, elasticidade, contato e fricção. Mas para o estudo dos nós cirúrgicos, Reis e seus colegas consideraram um sexto fator chave: a plasticidade do polímero do filamento de sutura.

A resistência das suturas feitas com filamentos de polipropileno utilizadas em cirurgia depende da tensão aplicada durante o atamento do nó (pré-tensão). Essa pretensão deforma permanentemente, ou estica o filamento, criando uma força de retenção. Pouca pretensão faz com que o nó se desfaça; muito quebra o filamento.

A equipe analisou 50-100 nós amarrados por Guerid e descobriu que a cirurgiã foi capaz, graças aos seus anos de experiência, de atingir intuitivamente o 'ponto ideal' da pretensão. Usando experimentos de precisão, microtomografia computadorizada de raios-X e simulações de computador, os cientistas definiram um limite entre nós 'frouxos' e 'apertados' e descobriram relações entre força e pretensão do nó, fricção e número de lançamentos.

"Surpreendentemente, apesar da complexa interação entre todos os seis fatores, observamos um comportamento emergente simples e robusto em relação à força do nó. Mas ainda não temos um modelo preditivo para explicar completamente a relação entre a pretensão e a força do nó, que parece ser consistente, mesmo fora dos nós cirúrgicos. Já estamos analisando essa questão."

Uma ferramenta de treinamento para cirurgiões… e robôs

As descobertas da equipe podem ser uma ferramenta valiosa para o treinamento de cirurgiões, pois podem permitir que os parâmetros de um nó seguro sejam traduzidos em diretrizes práticas. Embora a experiência continue sendo importante, a ideia é que amarrar nós com segurança pode ser ensinado usando modelos preditivos, em vez da intuição obtida apenas com anos de prática.