FascieBiotensegrita: Budoucnost chápání toho, jak tělo funguje

Mně samotnému trvalo několik let přesně pochopit, co to je biotensegrita. Takže pokud na konci tohoto článku budeš stále trochu zmatený, nevadí. Mé doporučení je, zkus se o biotensegritě dozvědět z více zdrojů.

Odkud přišla tato myšlenka? Příběh o biotensegritě

Dnes ti chci povědět strastiplný příběh

• architekta Buckminstera Fullera,
• sochaře Kennetha Snelsona,
• ortopéda Dr. Stephena Levina a
• buněčného biologa Donalda E. Ingbera.

Tyto muži jsou průkopnici, kteří vyšlapali cestu k dnešnímu pochopení toho, co je biotensegrita a jakým způsobem to ovlivnilo celý svět.

Buckminster Fuller: Architekt, který se nebál jít jiným směrem

Buckminster Fuller (1895, 1983) byl slabozraký od narození a prakticky samouk, vyvíjel systém geometrie založený na prvních principech. Neuspokojil se s konvenčními vysvětleními, která jako referenční rámec libovolně používala kostku a její 90° úhly, a zjistil, že souřadnicový systém založený na 60° a jiném tvaru je mnohem zásadnější.

Tím nahradil systém, který dominoval vědeckým měřením po celé generace, a jako nekonvenční reformátor odmítl stavět na tom, co se dělalo předtím (Scarr, 2014).

Fuller hledal řešení v přírodě, protože je strukturálně a funkčně efektivní, lehká a dynamická a přizpůsobuje se svému okolí.

Vnímal, že všechny přírodní formy jsou výsledkem působení sil na hmotu, a navrhl je jako konečné energetické systémy sestávající ze společně působících sil tahu a tlaku. Ve 40. letech 20. století Fuller používal geometrii k demonstraci dynamické architektury založené na principech přírody a šířil tuto myšlenku dál (Fuller, 1975).

Fullerovy objevy a geometrické principy

Staří Řekové věděli, že Země je koule, dávno předtím, než to „objevila“ moderní věda, a Buckminster Fuller ve 20. letech 20. století tušil, že příroda by mohla poskytnout principy dynamické architektury, která by zlepšila tradiční navrhování budov.

Fuller považoval dynamický vztah mezi jednotlivými komponenty za důležitější než pevnou, rigidní a symetrickou geometrii Platóna, Pythagora a Archimeda. Jako výchozí bod použil kouli, která začíná ve středu a rozšiřuje se všesměrově směrem ven.

Fuller vnímal planety jako izolované kompresní prvky, které drží na místě neviditelná, ale všudypřítomná tahová síla gravitace, a uvědomoval si, že vše ve vesmíru se snaží minimalizovat energii a stabilizovat se prostřednictvím nepřetržitého tahu a lokální komprese.

Fuller uznal, že koule je dokonalý kompresní prvek, protože odolává kompresi stejně z každého směru (všesměrově), a vybral tvar, který ji konstrukčně napodobuje, ikosaedr (Fuller, 1975).

Kenneth Snelson: Sochař, který přispěl k vzniku biotensegrity

Kenneth Snelson (nar. 1927) původně studoval malbu. V létě 1948 se zúčastnil přednášky Buckminstera Fullera o geometrii, která ho hluboce ovlivnila. Snelson se vrátil s vlastními díly, včetně novátorského díla s názvem „X“, které Fuller okamžitě rozpoznal jako významné. Fuller navrhl změny, které Snelson zapracoval do nového modelu.

Hoci Fuller tento model prezentoval jako svůj vlastní a získal patent na tensegrity v roce 1962, Snelsonův přínos byl nakonec uznán až později. Přesto si Snelson vybudoval úspěšnou kariéru sochaře a jeho práce odhalující krásu struktury inspirovaly další vývoj tensegrity v oblasti biologie (Motro, 2003).

Biotensegrita v přírodě

Všechno ve vesmíru se řídí stejnými základními fyzikálními zákony a vždy směřuje k stavu vyvážené rovnováhy a minimální energie. Příroda vždy dělá věci co nejefektivnějším způsobem, princip minimální energie, a vždy spojuje dva body na co nejkratší vzdálenost, geodetická geometrie.

V nejmenším měřítku se atomy vzájemně spojují prostřednictvím neviditelných sil přitažlivosti a odpudivosti a tyto síly na sebe působí způsobem, který vždy posouvá systém k stavu vyvážené rovnováhy. Všechny přírodní struktury jsou vyvážené energetické systémy a je to geodetická geometrie, která je jejich základem (Ingber, 1998).

Fuller popsal, jak se tyto energetické tvary mohou transformovat z jednoho stavu do druhého a měnit symetrii. Biotensegrita představuje takovou dynamickou, energeticky efektivní a strukturálně stabilní konfiguraci, která může zásadně změnit naše chápání biomechaniky a fyziologie (Ingber, 2008).

Dr. Stephen Levin: Ortopéd, který přinesl biotensegritu do medicíny

Dr. Stephen Levin je ortopéd, který hrál klíčovou roli při přenesení konceptu tensegrity do medicíny. V 70. letech 20. století si Levin všiml, že tradiční biomechanické modely nedokázaly adekvátně vysvětlit pohyb a stabilitu lidského těla.

Inspirován prací Buckminstera Fullera a Kennetha Snelsona, Levin zavedl termín „biotensegrita“ k popisu toho, jak jsou síly tahu a tlaku vyváženy v biologických systémech. Jeho práce významně přispěla k novému pochopení anatomie a pohybu, což vedlo k lepším přístupům v rehabilitaci a léčbě muskuloskeletálních problémů (Levin, 2006).

Jednoduchá složitost tensegrity

Modely tensegrity jsou vyrobeny pouze ze dvou základních komponent, lan a vzpěr, a na svou velikost jsou překvapivě pevné a lehké. Při zatížení se stávají ještě pevnějšími! Vzpěry se „vznášejí“ v napnuté síti kabelů a jsou spojeny do mechanické jednotky, která dokáže s minimálním úsilím změnit tvar a automaticky se vrátit do původního tvaru (Ingber, 1998).

Napnuté kabely se vždy snaží zkrátit svou délku na minimum, podobně jako elastický pás, a tuhé vzpěry omezují, nakolik to mohou udělat. Interakce mezi těmito dvěma faktory (zkrácení a jeho omezení) umožňuje systému tensegrity vyrovnat se v nejstabilnější rovnovážné poloze s minimální energií.

Každé lano je v podstatě namáhané tahem a každá vzpěra tlakem, a protože tyto síly působí vždy v přímkách (geodetických), konstrukční prvky lze optimalizovat pro jejich konkrétní funkci. Tímto způsobem jsou všechny komponenty dlouhé a tenké.

Tensegrita redukuje strukturu na její nejjednodušší formu a rozdělení tahu a tlaku na různé složky znamená, že tyto síly se stávají viditelnými prostřednictvím kabelů a vzpěr. V konečném důsledku jsou tensegritní konstrukce fyzickým vyjádřením neviditelných sil, které je drží pohromadě (Fuller, 1975; Ingber, 2008).

Podstatou biotensegrity je strukturální a funkční vzájemná závislost mezi komponenty na různých velikostních úrovních. Efektivní rozdělení tahu a tlaku na různé prvky znamená, že struktura každého z nich musí být schopna unést jen svůj vlastní konkrétní typ zatížení. Tento princip se projevuje v biologických strukturách, kde jednoduché vzory a tvary se opakují na různých úrovních velikosti (Scarr, 2014).

Tyto fraktální vzory jsou energeticky nejefektivnější konfigurace a jsou základem všech růstových procesů v přírodě. Takové hierarchické struktury snižují hmotnost, poskytují energeticky efektivní způsob balení komponentů, rozptylují potenciálně škodlivé napětí a funkčně spojují všechny úrovně od nejjednodušší po nejsložitější, přičemž celý systém působí jako celek (Levin, 2006).

Donald E. Ingber: Přenos biotensegrity na buněčnou úroveň

Donald E. Ingber je významný vědec, který hrál klíčovou roli při aplikaci konceptu biotensegrity na buněčnou biologii a tkáňové inženýrství.

Ingberovy práce pomohly vysvětlit, jak mechanické síly ovlivňují chování buněk a jejich strukturu. Inspirován prací Buckminstera Fullera a Kennetha Snelsona, Ingber aplikoval principy tensegrity na buněčné a molekulární úrovni, což vedlo k revolučním objevům v oblasti mechanotransdukce, tj. způsobu, jakým buňky vnímají a reagují na mechanické podněty.

Jeho výzkum ukázal, že buněčná struktura, cytoskelet, funguje na principu tensegrity, což znamená, že buňky jsou schopny efektivně přenášet a distribuovat mechanické síly. Tato nová perspektiva otevřela dveře k lepšímu pochopení fungování buněk a tkání a vedla k pokrokům v medicíně a biotechnologiích (Ingber, 1998; Ingber, 2008).

Prepojenie na ľudské telo

Keď aplikujeme princípy biotensegrity na biologické štruktúry, vidíme, že naše telo je taktiež systémom, kde sa kombinuje ťah a tlak (Dischivian a spol. 2018). Kosti fungujú ako kompresné prvky, zatiaľ čo fascie, svaly a šlachy fungujú ako napínacie prvky (Bordoni a spol. 2019). Tento systém umožňuje telu efektívne a pružne reagovať na rôzne fyzikálne sily, podobne ako tensegritné modely (Levin, 2006).

Ľudské telo, ako aj všetky biologické systémy, je zložené z hierarchických štruktúr, kde jednoduché vzory a tvary sa opakujú na rôznych úrovniach veľkosti. Tieto fraktálne vzory sú energeticky najefektívnejšie konfigurácie a sú základom všetkých rastových procesov v prírode. Tento prístup nám umožňuje lepšie pochopiť pohyb a stabilitu ľudského tela a otvára nové možnosti v oblasti medicíny, rehabilitácie a fyzioterapie (Ingber, 1998; Scarr, 2014).

Záver

Biotensegrita predstavuje zásadnú zmenu v našom chápaní toho, ako funguje ľudské telo a jeho pohyb. Tento koncept, ktorý vychádza z geometrických princípov a energetických rovnováh, nám umožňuje vidieť ľudské telo ako dynamický systém, kde sú všetky komponenty vzájomne prepojené a navzájom závislé. Umenie a veda sa spojili, aby odhalili skrytú štruktúru, ktorá udržuje naše telo stabilné a funkčné.

Od objavov Buckminstera Fullera, cez prácu sochára Kennetha Snelsona, až po aplikácie Dr. Stephena Levina v medicíne a Dr. Donalda Ingbera v buněčnej biológii, biotensegrita preukazuje svoju hodnotu v mnohých oblastiach. Tento prístup nielenže zlepšuje naše chápanie biomechaniky, ale tiež ponúka nové možnosti v oblasti rehabilitácie, liečby muskuloskeletálnych problémov a celkového zlepšenia zdravia.

Pokiaľ si na konci tohoto článku stále trošku zmätený, nezúfaj. Skús sa o biotensegrite dozvedieť z viacerých zdrojov a otvoriť sa novým možnostiam, ktoré tento fascinujúci koncept ponúka.

Pre viac informácií o biotensegrite a jej aplikáciách, pozri Anatomy Trains, Functional Patterns poprípade pozri práce od Fuller, Ingber, Levin.

Literatúra:

1. Scarr, G. (2014). Biotensegrity: The Structural Basis of Life. Handspring Publishing.
2. Fuller, R. B. (1975). Synergetics: Explorations in the Geometry of Thinking. New York: Macmillan.
3. Motro, R. (2003). Tensegrity: Structural Systems for the Future. London: Kogan Page.
4. Ingber, D. E. (1998). The Architecture of Life. Scientific American, 278(1), 48-57.
5. Ingber, D. E. (2008). Mechanotransduction, cellular biophysics, and the development of integrated biological systems. Annual Review of Biomedical Engineering, 10, 1-34.
6. Dischiavi, S. L., Wright, A. A., Hegedus, E. J., & Bleakley, C. M. (2018). Biotensegrity and myofascial chains: A global approach to an integrated kinetic chain. Medical Hypotheses, 110, 90-96. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2017.11.008
7. Bordoni, B., Varacallo, M. A., Morabito, B., & Simonelli, M. (2019). Biotensegrity or Fascintegrity? Cureus, 11(6), e4819. https://doi.org/10.7759/cureus.4819
8. Levin, S. M. (2006). The tensegrity-truss as a model for spine mechanics: Biotensegrity. Journal of Mechanics in Medicine and Biology, 6(03), 265-279.