Studio cinematico dell'articolazione del gomito e valutazione del carrying angle durante l'esercizio fisico

Questo progetto di ricerca, è stato sviluppato per studiare le caratteristiche anatomofunzionali che definiscono l’articolazione del gomito, ed in modo articolare la presenza dell’angolazione valga che origina dalla diversa orientazione degli assi meccanici dell’avambraccio e del braccio e, denominata in letteratura come carrying angle. L’obiettivo principale di questo lavoro - meglio espresso nei diversi capitoli - è stato, quello di identificare un nuovo approccio di misura per la stima di questo angolo, utilizzabile sia per gli studi di biomeccanica articolare, che per gli studi di analisi del movimento per l’arto superiore. Il primo obiettivo è stato quello di scegliere un algoritmo di calcolo che rispettasse le caratteristiche dell’articolazione, ed in modo particolare abile a minimizzare gli errori introdotti sia nella fase di acquisizione dei punti di repere anatomici, che in quella legata alla predizione del movimento di flesso-estensione, con un modello matematico. Per questo motivo abbiamo dovuto realizzare una serie di misure in un primo tempo su due cadaveri di arto superiore, poi, seguendo le regole classiche per la validazione dell’approccio metodologico adottato, si sono realizzate misure in-vivo, prima in massima estensione e poi durante il movimento. Inizialmente abbiamo pensato di comparare le misure lineari relative alle ampiezze del braccio (ampiezza tra l’epicondilo laterale e mediale) e dell’avambraccio (ampiezza tra lo stiloide ulnare e radiale) con quelle ottenute mediante un antropometro; successivamente dopo aver verificato la ripetibilità tra i diversi operatori nell’ acquisizione dei punti di repere anatomici con il digitalizzatore Faro Arm, abbiamo comparato le misure ottenute relative al carrying angle con quelle di un goniometro standard, classicamente utilizzato nella pratica clinica per la definizione dei range di movimento dell’arto superiore. Infine, considerando la bontà delle misure ottenute, abbiamo riproposto tale metodologia con stumenti stereofotogrammetrici per l’analisi del movimento (VICON System), ottenendo la stessa stabilit`a nell’andamento del carrying angle in funzione della flessione, sia come riportato dagli studi in letteratura, sia come riscontrato nel nostro studio in-vitro. In conclusione, questo lavoro di ricerca ha evidenziato (sia per i risultati ottenuti, che per la elevata numerosità dei soggetti testati), come gli esseri umani presentino una grande variabilità individuale nel valore di questo angolo, e di come questo possa aiutare per la corretta definizione di un modello 3-D dell’arto superiore. Pertanto, gli studi futuri sulla biomeccanica dell’arto superiore dovrebbero includere sempre la valutazione di questa misura.

In vivo evaluation of the translations of the gleno-humeral joint using Magnetic resonance imaging

Gleno-humeral joint (GHJ) is the most mobile joint of the human body. This is related to theincongr uence between the large humeral head articulating with the much smaller glenoid (ratio 3:1). The GHJ laxity is the ability of the humeral head to be passively translated on the glenoid fossa and, when physiological, it guarantees the normal range of motion of the joint. Three-dimensional GHJ linear displacements have been measured, both in vivo and in vitro by means of different instrumental techniques. In vivo gleno-humeral displacements have been assessed by means of stereophotogrammetry, electromagnetic tracking sensors, and bio-imaging techniques. Both stereophotogrammetric systems and electromagnetic tracking devices, due to the deformation of the soft tissues surrounding the bones, are not capable to accurately assess small displacements, such as gleno-humeral joint translations. The bio-imaging techniques can ensure for an accurate joint kinematic (linear and angular displacement) description, but, due to the radiation exposure, most of these techniques, such as computer tomography or fluoroscopy, are invasive for patients. Among the bioimaging techniques, an alternative which could provide an acceptable level of accuracy and that is innocuous for patients is represented by magnetic resonance imaging (MRI). Unfortunately, only few studies have been conducted for three-dimensional analysis and very limited data is available in situations where preset loads are being applied. The general aim of this doctoral thesis is to develop a non-invasive methodology based on open-MRI for in-vivo evaluation of the gleno-humeral translation components in healthy subjects under the application of external loads.

Personalization of Electronic Nicotine Delivery Systems Toxicological impact in in-vivo model

Electronic nicotine delivery systems (ENDS) use has recently grown. E-cig generates carcinogenic chemical compounds and reactive oxygen species (ROS). Carbonyls and ROS are formed when the liquid comes into contact with the heating element. In this study the chemical and biological effects of coil resistance applied on the same device were investigated. A preliminary in-vivo study the new heat-not-burn devices (IQOS®) has been conducted to evaluate the effect of the device on antioxidant biomarkers. The amount of formaldehyde, acetaldehyde, acrolein was measured by GC-MS analysis. The two e-liquids used for carbonyls detection differed only for the presence of nicotine. The nicotine-free liquid was then used for the detection of ROS in the aerosol. The impact of the non-nicotine vapor on cell viability in H1299 human lung carcinoma cells, as well as the biological effects in a rat model of e-cig aerosol exposure, were also evaluated. After the exposure of Sprague Dawley rats to e-cig and IQOS® aerosol, the effect of 28-day treatment was examined on enzymatic and non-enzymatic antioxidant response, lung inflammation, blood homeostasis and tissue damage by using scanning electron microscope (SEM) technique. The results show a significant correlation between the low resistance and the generation of higher concentrations of the selected carbonyls and ROS in aerosols. Cell viability was reduced with an inverse relation to coil resistance. The experimental model highlighted an impairment of the pulmonary antioxidant and detoxifying machinery. Frames from SEM show disorganization of alveolar and bronchial epithelium. IQOS® exposed animals shows a significant production of ROS related to the unbalance of antioxidant defense and alteration of macromolecule integrity. This research demonstrates how several toxicological aspects can potentially occur in e-cig consumers who use low resistance device coupled with nicotine-free liquid. ENDS may expose users to hazardous compounds, which, may promote chronic pathologies and degenerative diseases.