Marcha Humana Normal Parte I

Transcrição

1 Parte I Prof. Lucas Rodrigues Nascimento 1, Esp. Prof. Renan Alves Resende 1, Ft. 1 Mestrando Programa de Pós-graduação em Ciências da Reabilitação; Departamento de Fisioterapia, Universidade Federal de Minas Gerais

2 LOCOMOÇÃO X MARCHA Nascimento LR; Resende RA

3 Locomoção: Marcha: processo pelo qual um ser é capaz de se mover de uma posição geográfica específica a outra. possível forma de locomoção. Deslocamento rítmico das partes do corpo humano (sequência de aparentes repetições de movimento) para mover o corpo a frente mantendo a postura estável. Padrão de movimento específico relacionado às características estruturais do sistema em dado ambiente específico. Nascimento LR; Resende RA (Perry J, 2005; Dicharry J, 2010; Jacobs A et al, 2004)

4 A marcha é a atividade: Mais comumente realizada pelos indivíduos; Considerada como a mais importante de ser restabelecida na opinião dos indivíduos com incapacidades relacionas à mobilidade e na opinião dos profissionais que prestam serviços de reabilitação para esses indivíduos dada a associação da marcha com a independência funcional Mais avaliada e mais citada nos objetivos terapêuticos de profissionais da área da reabilitação (Cook et al., 2003; Narayanan, 2007; Perry et al.1995; Perry, 2005; Skaggs et al., 2000; Toro et al., 2003)

5 Nada personifica mais um nível de independência e nossa percepção de uma qualidade de vida do que a capacidade de ir independentemente com nossas próprias forças de um lugar a outro. Comemoramos o desenvolvimento desta capacidade nas crianças e tentamos cultivar e mantê-la durante toda a vida. (Patla, 1995)

6 Perspectiva Histórica 1836 Primeiro trabalho científico sobre a marcha Irmãos Weber (físico e anatomista/fisiologista) Cronômetro e Telescópio Comp. do passo, cadência, saída do pé do solo Definição dos elementos básicos O princípio básico da caminhada é um dos menores esforços musculares. (Neumann, 2005; Weber e Weber, 1992)

7 Perspectiva Histórica 1887 Avanço da cinematografia - Muybridge Coleção de fotografias de marcha do ser humano Análises limitadas ao plano sagital 1895 Braune e Fisher Análise tridimensional da marcha humana 4 câmeras Princípios mecânicos para medir as quantidades dinâmicas (aceleração segmentar, forças e torques) (Neumann, 2005; Braune e Fisher, 1987)

8 Perspectiva Histórica Avanços em análise da marcha Inman (1981) Winter (1991) Perry (1992) Zajac (1993) EMG

9 Análise cinemática da marcha Análise descritiva dos movimentos observáveis, ignorando as forças que os produzem; Observação visual e registro de vídeos; Sistemas de análise de movimento: reconstrução do corpo do indivíduo como sistema multisegmentar a partir de marcadores posicionados em proeminências ósseas. Nascimento LR; Resende RA

10 Análise cinética da marcha Relaciona-se às causas do movimento e, portanto, analisa forças que são determinantes para o padrão de movimento observado; Potência, momento e trabalho muscular; eficiência e otimização energética; transmissão de forças; Plataformas de força e forças de reação ao solo. Nascimento LR; Resende RA

11 OBJETIVOS Padronização de uso dos termos para descrição da marcha; Caracterização do padrão de marcha humana normal; Avanços em função muscular na marcha modelos dinâmicos Função muscular transferência de energia e ajuste de rigidez; Estabilidade articular. Nascimento LR; Resende RA

12 Ciclo da Marcha Avanço do corpo à frente: - Um membro é fonte móvel de apoio; - Outro membro avança para nova posição de apoio. Sequência única das funções ciclo da marcha. Início qualquer padronização contato inicial (termo genérico) Nascimento LR; Resende RA (Perry J, 2005; Dicharry J, 2010)

13 Divisões do ciclo Nascimento LR; Resende RA

14 Divisões do ciclo Termo utilizado para designar todo o período durante o qual o pé está em contato com o solo. Nascimento LR; Resende RA

15 Divisões do ciclo Termo utilizado para designar todo o período em que o pé está no ar para avanço do membro. Nascimento LR; Resende RA

16 % 10% 40% 10% Nascimento LR; Resende RA (Perry, 2005)

17 Ciclo da marcha: Passo: Contato inicial de um pé até o próximo contato inicial do mesmo pé (passada). Sequência de eventos que ocorrem nos contatos sucessivos com o mesmo pé. Comprimento do passo X Comprimento da passada Largura do passo: distância lateral entre os calcanhares dos contatos consecutivos dos dois pés. Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005; Dicharry, 2010)

18 Passo e Passada Largura do passo As medidas lineares de comprimento do passo e da passada dependem: Nascimento LR; Resende RA Sexo - Idade - Altura - Velocidade da marcha

19 Cadência: Quantidade de passos por minuto (velocidade do passo). Tempo do passo X Tempo da passada Velocidade: Distância percorrida em determinada quantidade de tempo (metros/seg.) Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005; Dicharry, 2010)

20 As medidas lineares de comprimento do passo em adultos correspondem ao dobro da medida do tamanho do pé do indivíduo com a marcha em velocidade natural. Nascimento LR; Resende RA (Faria et al., 2009; Neumann, 2002; Perry, 2005; Winter, 1990; Whittle, 1991; Zatsiorky, 1994)

21 Fases da Marcha A B C Nascimento LR; Resende RA (Perry J, 2005)

22 Tarefa A: aceitação de peso Tarefa de maior exigência do ciclo da marcha; Absorção de choque, estabilidade inicial e preservação da progressão; Desafio: transferência de peso do corpo para o membro pós-balanço. Duplo apoio inicial. Contato inicial até elevação do outro pé. Posições articulares determinam o padrão de resposta. Nascimento LR; Resende RA

23 Tarefa B: apoio simples Início: elevação do outro pé para o balanço; Único membro sustenta o peso do corpo enquanto há progressão; Diferença entre apoio médio e terminal: mecanismos de progressão. Completa o apoio simples 1- elevação do outro pé 2- peso do corpo alinhado no antepé Inicia com elevação do calcanhar sendo o peso distribuído no antepé. Progressão sobre o pé estacionário Nascimento LR; Resende RA

24 Tarefa C: avanço do membro São descritas quatro fases: 1 postura preparatória iniciada ainda no apoio; Segundo intervalo de duplo apoio. 1 contato inicial do membro oposto 2 desprendimento dos dedos Nascimento LR; Resende RA

25 Tarefa C: avanço do membro 2 Membro oscila em três posturas conforme elevação, avanço do membro e preparação para o próximo intervalo de apoio. Avanço do membro Nascimento LR; Resende RA

26 Tarefa C: avanço do membro 3 Membro oscila em três posturas conforme elevação, avanço do membro e preparação para o próximo intervalo de apoio. Nascimento LR; Resende RA

27 Subdivisões do corpo Nascimento LR; Resende RA (Perry J, 2005)

28 Passo inicial: Breve deslocamento do peso do corpo para o membro a ser elevado; Todo o peso é transferido para o membro de apoio; Peso desloca-s para a frente no membro de apoio permitindo elevação do contralateral. Nascimento LR; Resende RA (Perry J, 2005)

29 Ciclo de progressão: Rolamentos Avanço do corpo depende da mobilidade do membro em apoio. Nascimento LR; Resende RA (Perry J, 2005)

30 Rolamento do Calcanhar Conforme o peso do corpo é transferido para o membro de apoio, o momento gerado pela queda para frente é preservado pelo rolamento do calcanhar. Contato: sup. arredondada do calcâneo Alavanca instável Rola em flexão plantar à medida que o peso do corpo é transferido Nascimento LR; Resende RA (Perry J, 2005)

31 Rolamento do Calcanhar Pré-tibiais - Restringem a queda do pé; - Ligação com a tíbia que puxa anteriormente. Efeito de progressão é transferido para a coxa massa do quadríceps rolamento do calcanhar facilita a progressão. Parte significativa da força de queda é realinhada em direção ao momento para frente. Nascimento LR; Resende RA (Perry J, 2005)

32 Rolamento do Tornozelo Assim que o antepé toca o solo, o tornozelo torna-se o fulcro para continuar a progressão. Pé estacionário Tíbia continua o avanço em resposta ao momento presente Direção: dorsiflexão passiva Ajuste de rigidez e ação dos flexores plantares Base estável para extensão de joelho; Permite o avanço tibial. Nascimento LR; Resende RA (Perry J, 2005)

33 Rolamento do Antepé Vetor do corpo progride, atinge as cabeças dos metatarsos e o calcanhar é elevado. A progressão é acelerada à medida que o peso do corpo cai além da área de suporte. Ação dos flexores plantares é classicamente descrita como para desacelerar o avanço tibial. Nascimento LR; Resende RA (Perry J, 2005)

34 Ciclo de progressão: Rolamentos Nascimento LR; Resende RA (Perry J, 2005)

35 Deslocamento do centro de massa Centro de massa: localiza-se anterior a S2. Durante a marcha: melhor visualização por acompanhamento do deslocamento de cabeça e tronco. Deslocamento mais notável durante a marcha para a frente. Direções vertical medial-lateral Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005)

36 Deslocamento do centro de massa Duas ondas sinusoidais completas Melhor observação: lateral Altura mínima: 5 e 55% duplo apoio Altura máxima: 30 e 80% apoio simples Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005)

37 Deslocamento do centro de massa Padrão sinusoidal simples no plano transverso Melhor observação: superior Observação comum: plano frontal Deslocamento alternado entre MID e MIE direita apoio D (30%) Deslocamento máximo esquerda apoio E (80%) Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005)

38 Cinemática Centro de Massa desloca-se linearmente como resultado da ação cumulativa da rotação angular das articulações; Os movimentos são descritos em função da rotação angular; Planos sagital, frontal e transverso. Nascimento LR; Resende RA (Perry, 2005; Neumann, 2005)

39 Cinemática: plano sagital Pelve: inclinação anterior/posterior movimentos mínimos (2-4 graus) Quadril: Contato inicial: 30º de flexão Progressão continuada por extensão (10º) Pré-balanço: retorno da extensão Balanço: flexão para avanço do membro Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005, Resende et al, 2010)

40 Cinemática: plano sagital Joelho: Padrão cinemático mais complexo Intermediário na cadeia cinemática Contato inicial: levemente fletido Progressão: flexão Auxilia absorção de cargas à medida que o peso do corpo é transferido para o membro de apoio Extensão Flexão Extensão Encurta o MI Preparação para contato inicial Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005)

41 Cinemática: plano sagital Tornozelo: Contato inicial: leve flexão plantar Progressão: dorsiflexão Tíbia avança anteriormente Flexão plantar ativa: 15-20º Balanço: dorsiflexão para o neutro Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005)

42 Cinemática: plano sagital Nascimento LR; Resende RA (Perry, 2005)

43 Cinemática: plano frontal Pelve: pequenos movimentos de inclinação Estabilidade em joelho e tornozelo Quadril Apoio Balanço adução abdução

44 Cinemática: plano frontal Pé: Contato movimentos inicial: triplanares ocorrem pela interação entre Reversão para inversão: inversão as articulações 2-3º subtalar, transversa do tarso e talocrural. alavanca rígida para impulsão Rápida eversão: apoio médio e terminal Pronação eversão resposta + à abdução carga + dorsiflexão Supinação inversão + adução + flexão plantar Nascimento LR; Resende RA (Resende et al, 2010)

45 Cinemática: plano horizontal

46 Cinemática: Membros Superiores

47 Cinemática: Membros Superiores

48 Minimizando gasto de energia???determinantes da marcha??? Cinco estratégias cinemáticas para minimizar o deslocamento do centro de massa 1 Rotação da pelve no plano horizontal; 2 Rotação do tornozelo no plano sagital; 3 Flexão de joelho na fase de apoio; 4 Queda pélvica contralateral; 5 Rotação do quadril. Deslocamento descendente do CM Deslocamento vertical do CM Deslocamento medial-lateral do CM Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005)

49 Minimizando gasto de energia Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005)

50 Minimizando gasto de energia Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005)

51 Minimizando gasto de energia Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005)

52 Cinética: análise simplificada Força de reação ao solo determina o momento externo que deve, então, ser contrabalanceado pelo momento interno articular. Trajetória do centro de pressão e caminho do vetor resultante da FRS Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2002; Perry, 2005)

53 Articulação Vetor FRS em relação ao eixo Momento externo Tornozelo Posterior Flexão plantar Joelho Anterior Extensão Quadril Anterior Flexão Força de reação do solo (FRS) (Perry, 2005)

54 Articulação Vetor FRS em relação ao eixo Momento externo Tornozelo Posterior Flexão plantar Joelho Posterior Flexão Quadril Anterior Flexão (Perry, 2005)

55 Articulação Vetor FRS em relação ao eixo Momento externo Tornozelo Anterior Dorsoflexão Joelho Post-Ant Extensão Quadril Ant-Post Extensão (Perry, 2005)

56 Articulação Vetor FRS em relação ao eixo Momento externo Tornozelo Anterior Dorsoflexão Joelho Anterior Extensão Quadril Posterior Extensão (Perry, 2005)

57 Articulação Vetor FRS em relação ao eixo Momento externo Tornozelo Anterior Dorsoflexão Joelho Posterior Flexão Quadril Anterior Flexão (Perry, 2005)

58 Determinantes da marcha Teoria vigente por mais de 40 anos. Fundamentalmente, locomoção é a transição do centro de massa em um espaço requerendo o menor gasto de energia. Minimizar o deslocamento do centro de massa é o mecanismo determinante para redução do esforço muscular durante a marcha e, consequentemente, economizar energia. Inferências observacionais não foram testadas!!!

59 Determinantes da marcha Inclinação lateral da pelve não determinava efeitos significativos na inclinação do tronco. Flexão de joelho não determinava efeitos no deslocamento vertical do centro de massa. Redução do deslocamento do centro de massa determina aumento do gasto energético. Máxima redução possível do deslocamento do centro de massa determina o dobro de gasto energético. Nascimento LR; Resende RA (Kuo e Donelan, 2010; Gordon et al, 2009)

60 Determinantes da marcha Flexão de joelho Maior necessidade de torque extensor Requer movimentos compensatórios Excursões angulares maiores no balanço Nascimento LR; Resende RA (Kuo e Donelan, 2010)

61 Determinantes da marcha Deslocamento do centro de massa pode ser reduzido, também, por meio de passos curtos porém mais rápidos. Velocidade normal Passos 40% mais curtos Independente do esforço extra ou estratégia para se minimizar o deslocamento do CM, Frequência de passos para manter velocidade Acima do dobro de gasto energético há alguma penalidade energética. Membros devem se mover mais rapidamente Gasto Energético

62 Determinantes da marcha Hipóteses sobre minimização do gasto energético Características cinemáticas da marcha

63 Modelo do pêndulo invertido O membro inferior atua como pêndulo invertido. O pêndulo conserva energia mecânica e não requer trabalho mecânico para produzir o movimento. Nascimento LR; Resende RA (Kuo et al, 2005)

64 Nascimento LR; Resende RA (Kuo e Donelan, 2010)

65 Modelo do pêndulo invertido Uma vez que a marcha foi iniciada não haveria razão para a existência de esforço muscular para manter um movimento linear. Embora o modelo seja importante para a compreensão da economia durante a marcha, não responde a existência de custo energético. Modelo Incompleto Nascimento LR; Resende RA (Kuo e Donelan, 2010)

66 Dynamic Walking Dynamic walkingconsidera o modo pelo qual a dinâmica de estruturas passivas do tecido musculoesquelético pode permitir o ciclo da marcha. Inclui o processo de colisão do contato inicial pelo calcanhar como condição que permite o ciclo periódico da marcha. Demonstração inicial por meio da construção de modelos robôs cuja marcha era determinada por elementos passivos e mínimo input muscular. Nascimento LR; Resende RA (Kuo e Donelan, 2010; Dean e Kuo, 2008)

67 Dynamic Walking - Modelos - Distribuição de massa humana; - Modelos com joelhos: Estrutura passiva para evitar hiperextensão e manter membro de apoio em extensão Suporte do corpo passivo e fase de apoio sem controle ativo

68 Dynamic Walking A transição para um novo membro de apoio requer redirecionamento da velocidade do centro de massa de um pêndulo para o outro. Nascimento LR; Resende RA (Kuo 2007)

69 Direção oposta Trabalho negativo FRS A perda de energia deve ser restabelecida por meio de ativação muscular nos quadris ou no tornozelo. Nascimento LR; Resende RA (Kuo e Donelan, 2010; Dean e Kuo, 2008)

70 Reduz velocidade de colisão e a quantidade de energia a ser restabelecida. Nascimento LR; Resende RA (Kuo e Donelan, 2010; Dean e Kuo, 2008)

71 Dynamic Walking Evolução Modelos Coordenação dos movimentos pode ser simplificada por tirar vantagem da dinâmica passiva dos membros. Simulação de marcha Descer rampa levemente inclinada sem necessidade de input de energia apenas utilizando força da gravidade, sem controle ativo. Marcha em terreno plano: adição de mínimo input de energia permitindo a dinâmica passiva ser responsável pelo movimento. Nascimento LR; Resende RA ( Dean e Kuo, 2008)

72 Dynamic Walking Evolução Modelos Poweringé necessário porque energia mecânica é dissipada no fim do passo quando o calcanhar toca o solo colisão mecânica. Dissipação ocorre durante curto período de tempo e com pouco deslocamento do centro de massa. Ankle push-off pode contrabalancear a perda de energia quando iniciado antes do contato inicial. Maior gasto energético durante a marcha. Alternativa realizar o trabalho por meio do quadril (também produz estabilidade dinâmica) porém com > gasto energético. Nascimento LR; Resende RA (Dean e Kuo, 2008)

73 Nascimento LR; Resende RA (Teixeira-Salmela et al, 2008)

74 Dynamic Walking Evolução Modelos Mínima geração de energia no joelho quando comparada às geradas em tornozelo e quadril reforçando achados de que músculos do joelho principalmente absorvem e transferem energia ao invés de gerar. Aumento do trabalho negativo na articulação do joelho pode ser o resultado de inúmeros músculos bi-articulares responsáveis pelo fluxo de energia entre os segmentos e transferência de energia da perna para coxa e tronco. Nascimento LR; Resende RA (Teixeira-Salmela et al, 2008; Olney et al, 1991)

75 Dynamic Walking Evolução Modelos Vantagem potencial da coordenação multi-articular: Maior velocidade de marcha Marcha mais rápida foi obtida em modelos robóticos por meio da utilização de molas atuando nas articulações. A rigidez da mola efetivamente modula a frequência dos passos, enquanto o push-off modula o comprimento dos passos. Movimento coordenado não por geração ativa de energia, mas pelo ajuste de rigidez para permitir transferência de energia entre os segmentos Nascimento LR; Resende RA (Dean e Kuo, 2008; Teixeira-Salmela et al, 2008)

76 Dynamic Walking Evolução Modelos 4 segmentos rígidos conectados por articulações Distribuição de massa similar ao ser humano 70Kg Trabalho + Knee stop collision(extensão máxima de joelho) Heelstrike collision(maior proporção de perda de energia)

77 Dynamic Walking Evolução Modelos Adição de molas Uni-articular Efeitos das molas resumidos pelos parâmetros de rigidez K hip K knee Ponto de equilíbrio: Quadril coxas alinhadas (ang. 0) Joelho extensão completa Bi-articular Molas agindo em quadril e joelho; Acoplando extensão de quadril e flexão de joelho, e vice-versa; Analogia: IS e RF Nascimento LR; Resende RA (Dean e Kuo, 2008)

78 Dynamic Walking Evolução Modelos Rigidez muscular passiva Rigidez Muscular Passiva Razão entre Tensão (resistência) gerada Deformação sofrida Reflete as propriedades mecânicas do tecido Tecido muscular + Tecido conectivo + Intra e peri muscular Proteínas Intracelulares Nascimento LR; Resende RA (Vaz et al 2005; Gajdosik 1999)

79 Dynamic Walking Evolução Modelos Rigidez muscular passiva Resistência gerada pelo músculo Área de secção transversa Rigidez Fortalecimento é capaz de aumentar a rigidez por aumentar o número de sarcômeros em paralelo (maior capacidade de absorver energia).

80 Rigidez muscular X Flexibilidade Flexibilidade: capacidade de o tecido muscular alongar-se, permitindo que a articulação se movimente em determinada amplitude de movimento; Podem ocorrer alterações de flexibilidade sem modificações da rigidez passiva (aumento da tolerância do indivíduo ao alongamento e efeitos das propriedades viscoelásticas); Podem ocorrer alterações de rigidez sem modificações em flexibilidade (fortalecimento muscular). Área de secção transversa Sarcômeros em paralelo

81 Dynamic Walking Evolução Modelos Modelo simples Push-off A magnitude do push-off influencia o comprimento do passo e velocidade de marcha. Push-off maior velocidade da perna de apoio maior excursão angular antes do contato maior acúmulo de energia elástica magnitude comprimento do passo 2 Nascimento LR; Resende RA (Dean e Kuo, 2008)

82 Dynamic Walking Evolução Modelos Modelos X Humanos - Passos mais curtos; - Maior frequência de passos; - Velocidades similares Push-off Constante extensão Knee stop collision Dissipa energia substancial mesmo em velocidade baixa Perda de energia dissipada; Menor velocidade.

83 Dynamic Walking Evolução Modelos Push-off Membro de apoio avança rapidamente Atraso do membro em balanço Nascimento LR; Resende RA (Dean e Kuo, 2008)

84 Dynamic Walking Evolução Modelos Uni-articular: Joelho Rigidez intermediária parada de joelho precoce menor flexão de joelho maior flexão de quadril mais rápido Acelera a velocidade do membro de balanço por permitir rápida dissipação de energia e movimentos mais rápidos. Nascimento LR; Resende RA (Dean e Kuo, 2008)

85 Aumentos acentuados da rigidez da mola determinam parada bastante precoce de joelho não permitindo elevação do membro. Uni-articular: Quadril Efeitos menos significativos. Constante push-off Aumento rigidez frequência de passo tamanho de passo Velocidade inalterada Nascimento LR; Resende RA (Dean e Kuo, 2008)

86 Dynamic Walking Evolução Modelos Bi-articular: Joelho e Quadril Ao invés de produzir torques de joelho e quadril separadamente, o modelo bi-articular produziu torque acoplado entre as articulações. Aumenta possibilidades de combinação entre: Velocidade e Frequência do Passo Aumento K Knee+hip Frequência de passos Comp. de passos Velocidade Nascimento LR; Resende RA (Dean e Kuo, 2008)

87 Uso de energia elástica Segunda metade do apoio - Alongamento de estruturas passivas anteriores do quadril; - Alongamento do tendão patelar; + Tronco e MMSS Conversão de energia elástica armazenada para geração de energia e permitir o avanço do membro Energia elástica pode acelerar o membro durante o balanço Nascimento LR; Resende RA (Nascimento et al, 2010; Fonseca et al, 2010)

88 Estrutura Muscular Tecido contrátil Actina e Miosina Tecido conectivo Componentes elásticos - série (tendão) - paralelo (endomísio, epimísio, perimísio) Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005)

89 Viscoelasticidade Elasticidade: deformações ou mudanças no comprimento são diretamente proporcionais às cargas aplicadas. Viscosidade: mudanças são tempo-dependentes. Tecidos biológicos: - Modificações não-lineares; - Viscoso: tensão diminui com o tempo; - Elástico: mantém algum grau de tensão. Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005; Taylor, 1990)

90 Deformação depende da presença da carga. Natureza reversível do material elástico. O tempo de aplicação influencia a mudança. Nascimento LR; Resende RA (Taylor, 1990)

91 Nascimento LR; Resende RA (Taylor, 1990)

92 Nascimento LR; Resende RA (Taylor, 1990)

93 Tensão Ativa Gerada quando os filamentos de actina deslizam sobre os de miosina aproximando Discos Z e estreitando a Faixa H. Nascimento LR; Resende RA

94 Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005)

95 Tensão Passiva Músculo progressivamente estirado Frouxo Comprimentos encurtados Ponto crítico Inicia tensão Tensão exponencial Nascimento LR; Resende RA (Neumann, 2005)

96 Tensão Total Nascimento LR; Resende RA

97 Ação Muscular Simulações derivadas de modelos dinâmicos com músculos e componentes elásticos podem ser utilizados para compreender como ação individual de músculos e interações afetam a aceleração e progressão dos sementos corporais durante a marcha. Definição à priori: objetivo da tarefa (mínimo de gasto energético por unidade de distância) Ajustar as ativações musculares para reproduzir dados experimentais reais. Nascimento LR; Resende RA (Zajac et al, 2003; Zajac et al, 2003)

98 Ação Muscular Modelo dinâmico (Neptune et al, 2001) Simulação dinâmica que reproduziu cinemática e cinética da marcha em velocidade 1,5m/s modelo musculoesquelético composto por dois membros inferiores e um tronco (cabeça, MS, torso e pelve). Coxa, tornozelo, joelho e pé Algoritmo determinava a magnitude das excitações musculares para minimizar as diferenças entre as trajetórias simuladas e as medidas reais. Variáveis Ângulo: quadril, joelho, tornozelo Momento e potência FRS Translação do tronco

99 Nascimento LR; Resende RA (Zajac et al, 2003)

100 Nascimento LR; Resende RA (Zajac et al, 2003)

101 Contribuição dos flexores plantares Nascimento LR; Resende RA (Zajac et al, 2003)

102 Absorção e transformação de energia Flexores plantares absorvem energia no tendão calcanear na primeira parte da fase de apoio e liberam energia no fase final quando se encurtam ou apenas relaxam. Grande parte de energia é armazenada, pois na primeira parte não há redistribuição de energia para o MI; apenas para reduzir energia do tronco. Tendão patelar longo e tecido conectivo permitem armazenamento de considerável quantidade de energia elástica. Nascimento LR; Resende RA (Zajac et al, 2003)

103 Absorção e transformação de energia Energia armazenada liberada Auxilia tensão ativa Progressão do tronco Progressão do MI Sóleo Gastrocnêmio Nascimento LR; Resende RA (Zajac et al, 2003)

104 Contribuição de quadríceps e extensores de quadril Quadríceps uniarticular: força intersegmentar produzida determina suporte e progressão do tronco no início do apoio. desacelera o MI desacelera a flexão de joelho agindo excentricamente. Ação similar de extensores de quadril e reto femoral (quando ativo), em menor magnitude. Transferência de energia; Uso de propriedades passivas. Nascimento LR; Resende RA (Zajac et al, 2003)

105 Contribuição de quadríceps e extensores de quadril Reto femoral: Ativo e alongando-se; Age para acelerar extensão de joelho e quadril. Inconsistente com dados de que RF flexiona quadril para balanço. RF é antagonista à contribuição de GAS para iniciar o balanço e agonista de SOL para acelerar o tronco anteriormente. Nascimento LR; Resende RA (Zajac et al, 2003)

106 Direcionamentos Músculos agem não somente gerando energia; Importante função de músculos e tecido conectivo na transmissão de energia; Músculos distais agem em segmentos proximais não conectados por osso; Músculos distais produzem força para suportar o tronco, permitindo redistribuição de energia mecânica entre os segmentos; Inferências diretas sobre ação muscular podem ser equivocadas; Ajuste de rigidez muscular facilita a transferência de energia e garante estabilidade articular;

107 Estabilidade Articular Tradicionalmente, estabilidade vem sendo compreendida como habilidade de retornar ao equilíbrio após uma perturbação. Reflexo ligamento-muscular; controle articular baseado em feedback e feedfoward - Longa latência associada aos mecanismos; - Inabilidade para lidar com o desconhecido (??programa motor??); - Interação mecânica entre os segmentos corporais Forças articulares transmissão de forças gerando novas perturbações. Nascimento LR; Resende RA (Fonseca et al, 2004)

108 Estabilidade Articular Portanto... a melhor forma de garatir estabilidade dinâmica parece ser evitar que o sistema musculoesquelético fique instável, por meio de um mecanismo que ajuste continuamente suas propriedades de acordo com as demandas da tarefa e não corrigir os desvios após perturbações com um reflexo localizado e estereotipado. Não é baseado em estímulo-resposta, mas em fluxo contínuo de informações para regular continuamente a rigidez dos músculos durante a marcha.

109 Estabilidade Articular Ajuste de rigidez via motoneurônio gama... Relação entre mecanorreceptores articulares, Mnγ e fusos musculares; Alta responsividade e baixo limiar de estimulação dos Mnγ; Fonte múltipla de informação receptores de ligamentos, cápsulas, músculos e pele bilateral aos Mnγ. Rigidez é resultado das propriedades viscoelásticas e da ativação muscular, decorrente da excitabilidade dos Mnα, influenciados pelos fusos musculares, cuja responsividade é influenciada pelos Mnγ. Co-ativação Co-contração Nascimento LR; Resende RA (Fonseca et al, 2004)

110 Estabilidade Articular Ajuste dinâmico da co-contração e rigidez... Aumento em rigidez dos membros inferiores associados ao aumento em velocidade de marcha (Duan et al, 1997); Ajuste dinâmico e antecipado da rigidez da perna durante corrida em superfícies de diferentes complacências para manter estabilidade do CM (Ferris et al, 1999); Diminuição no nível de co-contração dinâmica durante a marcha em indivíduos com lesão de lig. cruzado anterior sugerindo deficiência no ajuste da rigidez muscular (Fonseca et al, 2004). Nascimento LR; Resende RA (Fonseca et al, 2004)

111 Contatos: Prof. Lucas Nascimento ufmg.br Prof. Renan Resende hotmail.com