Tendências em biomecânica ortopédica aplicadas à reabilitação

Resumos

Biomechanic concepts are constantly used in several areas. These concepts are however of a paramount importance in Rehabilitation Engineering. This paper aims to divulge some studies, both performed and ongoing in the areas of biomechanics and bioengineering with the objective of developing new techniques for rehabilitation of patients with motor problems. These problems can be of a neurologic or musculoskeletal nature. Among these disturbs caused by neurologic problems, we can mention spine cord injuries related ones, as paraplegia and tetraplegia, and those caused by cranioencephalic injuries. Musculoskeletal conditions include lower and upper limb amputations, congenital diseases and some degenerative diseases as osteoporosis.

Orthopedic Biomechanics; Neuromuscular Electrical Stimulation; Prosthetic Devices; Artificial Proprioception; Rehabilitation Engineering

ARTIGO DE REVISÃO

Tendências em biomecânica ortopédica aplicadas à reabilitação

Rodrigo Lício Ortolan ^I; Fransérgio Leite da Cunha ^II; Daniela Cristina Leite de Carvalho^III; Juracy Emanual Magalhães Franca ^IV; Adriana Simone Lopes Santa Maria^V; Orivaldo Lopes Silva^VI; Alberto Cliquet Jr^VII

^IEngenheiro Eletricista. Aluno de Mestrado em Engenharia Elétrica com ênfase em Engenharia Biomédica (EESC-USP/SEL)

^IIMestre em Engenharia Elétrica. Aluno de Doutorado em Engenharia Elétrica com ênfase em Engenharia Biomédica (EESC-USP/SEL)

^IIIFisioterapeuta. Aluna de Mestrado do Curso de Pós-Graduação Interunidades Bioengenharia (EESC/FMRP/IQSC-USP)

^IVEngenheiro Eletricista. Aluno de Mestrado em Engenharia Elétrica com ênfase em Engenharia Biomédica (EESC-USP/SEL)

^VEducadora Física. Aluna de Mestrado do Curso de Pós-Graduação Interunidades Bioengenharia (EESC/FMRP/IQSC-USP)

^VILivre docente EESC-USP

^VIIProfessor Titular EESC-USP/ FCM -UNICAMP

RESUMO

Conceitos de Biomecânica são constantemente utilizados nas mais diversas áreas. Tais conceitos são entretanto primordiais na área de Engenharia de Reabilitação. Este artigo pretende divulgar alguns estudos realizados e em andamento nas áreas de biomecânica e bioengenharia com o intuito de desenvolver novas técnicas para reabilitação de pacientes com algum tipo de deficiência motora. Estas deficiências podem ser de âmbito neurológico ou músculo-esquelético. Dentre as deficiências causadas por problemas neurológicos, pode-se mencionar os casos oriundos de lesões medulares, como a paraplégica e a tetraplegia, e os causados por lesões crânio-encefálicas. No campo das deficiências músculo-esqueléticas incluem-se amputações de membros inferiores ou superiores, doenças congênitas, e algumas doenças degenerativas, como a osteoporose.

Descritores: Biomecânica Ortopédica, Estimulação Elétrica Neuromuscular, Próteses para membros superiores, Propriocepção Artificial, Modelo Biomecânico da Coluna Vertebral.

SEÇÃO I

INTRODUÇÃO: PROBLEMAS DE MOBILIDADE

Um dos principais problemas que a sociedade moderna enfrenta é a integração das pessoas, com algum tipo de deficiência nas tarefas do cotidiano. Freqüentemente não se percebe, na maioria das pessoas, a dificuldade na execução de tarefas simples, como abrir uma porta, ouvir e atender o telefone, levantar e andar ou mesmo tomar uma xícara de café. Vários esforços no sentido de reabilitar estes indivíduos vêm sendo feitos em vários lugares no mundo. Existem bons resultados nas áreas de ergonomia, construção civil e projetos arquitetônicos voltados para deficientes físicos, mas o desenvolvimento de equipamentos e tecnologia específica para cada caso é essencial. Pacientes que sofreram danos medulares, dependendo do nível da lesão, devem ser capazes de andar e movimentar-se; do mesmo modo, pacientes que sofreram amputações podem ter seus membros restabelecidos na forma de próteses funcionais e em alguns casos, o mais semelhante possível ao membro natural. Novos métodos para curar doenças degenerativas causadas pelas deficiências motoras adquiridas, devem ser pesquisados e novas alternativas de restabelecimento sensorial, devem ser encontrados, para deficientes audiovisuais.

Desta forma, para possibilitar ao paciente portador de deficiência motora tornar-se mais independente, mais produtivo e assim mais integrado à sociedade, este artigo pretende mostrar algumas das atuais tendências nas áreas de biomecânica e bioengenharia, aplicadas à reabilitação de pacientes com alguma deficiência motora. Estas deficiências podem ser de âmbito neurológico ou musculo-esquelético. Dentre as deficiências causadas por problemas neurológicos, pode-se mencionar os casos oriundos de lesões medulares, como a paraplegia e a tetraplegia, e os causados por lesões crânio-encefálicas. Uma das conseqüências originadas destes problemas é a falta de propriocepção. No campo das deficiências músculo-esqueléticas incluem-se amputações de membros inferiores ou superiores, doenças congênitas, e algumas doenças degenerativas, como a osteoporose. Esta classificação, pode ser vista na figura 1.

Diversos avanços nesta área, propiciam aos pacientes com algum tipo de lesão medular, a esperança de readquirir alguns movimentos perdidos e até mesmo andar. Próteses de alta tecnologia, que empregam sinais mioelétricos para seu controle, permitem a realização de tarefas variadas, sendo amplamente comercializadas pelo mundo, mas há ainda muito a ser feito para se tornarem plenamente antropomórficas.

SEÇÃO II

PROBLEMAS NEUROLÓGICOS

Indivíduos com problemas neurológicos sofrem de diferentes graus de deficiência sensorial e motora, causando fortes impactos psicológicos. Na tentativa de reintegrar estes indivíduos à sociedade, são formados grupos multidisciplinares com objetivo de elaborar estratégias adequadas na reabilitação destas pessoas.

Dentre os trabalhos desenvolvidos em Engenharia de Reabilitação, relacionados com problemas neurológicos, serão mencionados aqueles referentes à Estimulação elétrica neuromuscular, Estimulação eletrotáctil e Ambiente de comunicação para indivíduos com traumatismo crânio-encefálico.

Estimulação elétrica neuromuscular

A estimulação elétrica do músculo esquelético tem se mostrado útil para a realização de movimentos de membros paralisados. Desta forma a Estimulação Elétrica Neuromuscular (EENM) passou a ser usada visando a reeducação muscular, prevenção de atrofias, redução temporária da espasticidade e redução das contraturas e edemas⁽⁵⁶⁾.

O sinal elétrico aplicado através de eletrodos de superfície induz linhas de campo dentro do membro, de forma que os íons de sódio, localizados externamente à membrana do nervo motor, sofram um influxo súbito para dentro do nervo, gerando o potencial de ação. Esta perturbação se propaga então pelo axônio até a fenda sináptica e o músculo então é contraído⁽⁴²⁾.

Um dos primeiros relatos históricos de EENM data por volta de 1750, quando um violinista com hemiplegia devido a um Acidente Vascular Cerebral (AVC) teve seus músculos superiores paralisados, foi estimulado eletricamente com uma fonte estática e após dois anos com este tratamento voltou a tocar violino⁽⁴⁷⁾. Em 1985, na cidade de Glasgow, Escócia, foi desenvolvido um trabalho pioneiro, responsável pela primeira caminhada em laboratório, de um paraplégico completo, utilizando a EENM nos membros inativos do paciente. Portanto além de ser útil no tratamento fisioterápico, a EENM pode ser adotada para restabelecer a marcha em pacientes com lesão medular⁽²¹⁾.

A EENM é feita através de trens de pulsos retangulares de baixa frequência e alta amplitude proporcionando correntes eficazes de alguns miliampéres. A frequência do sinal é adotada de forma a oferecer um satisfatório índice de tetanização do músculo, versus tempo para atingir a fadiga muscular. O aparelho é uma fonte de tensão controlável, pois nos casos de fontes de correntes, caso o eletrodo não esteja bem fixado à pele, temos o inconveniente de atingir altas densidades de corrente, podendo causar queimaduras na região, agravadas pelo fato da falta de sensação do lesado medular. Além disso, tais sistemas são projetados para funcionar com baterias, evitando assim o risco de choque proveniente de descarga da rede⁽²⁰⁾.

Para a realização da marcha é necessário um conjunto de movimentos que realizam a extensão do tronco (músculos para-vertebrais), extensão e abdução de quadril (glúteos máximo e médio), extensão de joelho (quadríceps), flexão de joelho e extensão de quadril (ísquio-tibiais), flexão plantar de tornozelo e joelho (gastronêmio) e reflexo de retirada (nervo fibular) - figura 2. Portanto 16 canais (8 em cada perna) são suficientes para restaurar a marcha em indivíduos com lesão medular em nível alto (cervical)⁽⁵⁴⁾.

Paraplégicos completos ao deambularem marcha, através de EENM, consomem cerca de 400% de oxigênio a mais durante a caminhada com relação ao nível basal, e têm um consumo energético de 349 J/kg.m. Enquanto que a marcha realizada por estes indivíduos através de EENM acompanhada de órteses mecânicas, compondo assim um sistema híbrido, consomem substancialmente menos energia com relação ao sistema utilizando somente a EENM, dependendo da órtese o consumo energético pode chegar a 90 J/kg.m^{(2, 22)}. As forças de reação com o solo, do braço e da perna no sistema híbrido são consideravelmente menores que no sistema utilizando apenas a EENM^(24,25).

O paciente portador de lesão medular possui atrofia fisiológica decorrente de modificações de propriedades metabólicas e contráteis das fibras musculares, diminuindo a capacidade do músculo de realizar trabalho. Desta forma, os pacientes entram em fadiga muscular precocemente, levando de 24 a 48 h para a musculatura sob EENM, retornar ao normal. Testes em pacientes foram realizados utilizando um canal de estimulação, recrutando todo o conjunto muscular do quadríceps, e estimulação multicanal seqüencial, recrutando de forma multiplexada, os músculos: vasto lateral, vasto medial e reto femoral que compõe o quadríceps. Foi observado que a resistência à fadiga do músculo paralisado pode ser aumentada por um programa de exercício, induzido pela EENM. Além disso com a estimulação multicanal o músculo prolonga o seu tempo de entrada em fadiga, pois este processo é semelhante à estimulação fisiológica⁽⁵⁰⁾. No entanto, com o uso da técnica multiplexada, o músculo não desenvolve força suficiente para realizar a marcha.

Para o controle da marcha utilizando estimuladores multicanais foram realizados vários trabalhos, propondo o controle através de redes neurais, para tornar a marcha o mais parecida possível com a marcha natural. A rede é composta de três camadas e pode utilizar como entrada os ângulos das articulações do joelho, tornozelo e quadril^{(59, 60)}; somado a estes pode-se ter ainda como entrada da rede a força vertical de reação do solo e o momento anterior/posterior associado aos membros superiores em manoplas de muletas/andadores^{(57, 58)}. Como sensores de ângulo das articulações são usados eletrogoniômetros no joelho, quadril e tornozelo do paciente, e para medir a componente vertical da força de reação do solo e momento antero-posterior são usadas palmilhas instrumentalizadas (FSR’s localizados em pontos determinados da sola dos pés) ou ainda muletas instrumentalizadas ("Strain Gauges" em ponte, medindo a deformação da muleta)⁽⁵³⁾. Para realizar a marcha a rede deve ter saídas proporcionais às mudanças nas larguras de pulso da EENM nos nervos femoral e fibular localizados na perna do indivíduo^{(54, 59, 60)}, contraindo assim os músculos reto femoral, tíbia anterior, ísquio-tibiais, glúteo máximo, e gastronêmio^{(57, 58)}.

A rede neural compara o passo dado com a marcha normal e quando a relação entre ambos é boa, é aplicado um esquema de aperfeiçoamento de retro programação supervisionada. O treinamento da rede é feito off-line e depois on-line. O controle do movimento é feito de forma que os músculos sejam contraídos apenas quando necessário, esta informação é obtida através da monitoração dos sensores. Com este controle teremos um tempo maior até que o músculo chegue à fadiga.

No entanto para utilizar a EENM fora do laboratório o sistema deve estar apto a atender às várias condições necessárias como superar pequenos obstáculos⁽⁵³⁾, ou subir escadas. Foi proposto ainda o comando, de forma voluntária, do movimento através do reconhecimento de padrões do sinal de voz, utilizando redes neurais^{(19, 57, 58)} e também o reconhecimento de padrões do sinal Mioelétrico (EMG) dos músculos preservados acima da lesão, utilizando analise digital.⁽⁵²⁾.

A EENM pode ser usada ainda, na reabilitação de tetraplégicos, para restaurar movimentos e funções dos membros superiores. Eletrodos de superfície foram utilizados para recrutar as unidades musculares e realizar as funções de garra desejada - figura 3. As funções de garra propostas são a Preensão Palmar, Garra Composta e uma Composição da Garra de Força e extensão do dedo indicador⁽²⁸⁾. A composição da garra de força e extensão do indicador pode ser utilizada para digitar no teclado do computador, e a garra composta é utilizada para preensão lateral através do músculo opositor do polegar, podendo assim o paciente segurar por exemplo um cartão de crédito⁽¹⁴⁾.

Para comandar a contração dos músculos da mão foi desenvolvido um sistema de controle através da voz usando redes neurais artificiais. A rede é responsável pelo reconhecimento de padrões da voz, identificando os fonemas /a/, /e/, e /i/, associando cada fonema a um tipo de garra. O sistema apresenta um índice de acerto de 70 % para vozes masculinas e 20% para vozes femininas, devido ao fato da rede ter sido treinada exclusivamente para vozes masculinas⁽²³⁾.

Tetraplégicos não têm sensação nos membros, e a sua mão pode efetuar uma força exagerada na preensão estimulada de objetos, podendo ocorrer danos aos objetos como amassar um copo descartável por exemplo. Para solucionar este problema foi proposta uma luva instrumentalizada composta por uma luva de Lycra com sensores de força baseados em FSRs fixados nas regiões correspondentes as falanges distais do polegar, indicador e médio. O sinal dos FSRs foi filtrado digitalizado e visualizado graficamente através de um software em linguagem C, para preensão de objetos com diferentes pesos^{(12, 13, 15)}. A partir do estudo destes sinais pode-se então implementar um sistema de realimentação tornando o sistema em malha fechada de duas maneiras: a primeira é que depois de processado o sinal, um software de controle determina a intensidade da estimulação de acordo com os níveis medidos e desejados, e a segunda forma de controlar a estimulação é através de um processo de propriocepção eletrotátil onde o próprio indivíduo poderá saber e corrigir a força que sua mão está aplicando para segurar algum objeto .

Estimulação Eletrotáctil.

A estimulação elétrica também pode ser utilizada para a realimentação sensorial, quando o indivíduo perde um, ou mais, dos sentidos primários (visão, audição, propriocepção, tato), que pode ser conseqüência de problemas neurológicos, ou músculo-esqueléticos⁽⁴⁸⁾.

Neste caso, vale à pena considerar que um indivíduo mediano possui cerca de 2 m² de pele⁽³⁵⁾, e na conseqüente vantagem da exploração da sensação táctil como um canal de entrada sensorial alternativo para a transmissão da informação perdida. Além da disponibilidade de uma extensa área para a transmissão da informação, o uso da sensação táctil apresenta diversas vantagens como: liberar os sentidos remanescentes para outras tarefas; normalmente não são prejudicados por estímulos ambientais rápidos e constantes; pode fornecer grandes quantidades de informações compactadas na faixa de resposta espaço-temporal útil; a estimulação táctil pode ser realizada usando painéis leves e pequenos dispostos sob as roupas, evitando alterações cosméticas, rejeição por parte do usuário e preconceitos sociais^{(46, 55, 62)}.

Pode-se gerar sensações tácteis, seguras e confortáveis, através da aplicação de estímulos elétricos bem controlados na superfície da pele, sendo este processo denominado por estimulação eletrotáctil. Estudos demonstraram que sua utilização pode ser otimizada (através da redução da quantidade de eletrodos, por exemplo) quando o sistema é desenvolvido para gerar o fenômeno Phi táctil⁽⁴⁹⁾. Este fenômeno, permite a criação de uma série de figuras em movimento (de diferentes tamanhos e posições) sobre a pele usando apenas dois, ou três canais de estimulação elétrica. Esta propriedade é particularmente importante porque a modulação espacial apresenta os melhores resultados⁽⁴³⁾.

O fenômeno Phi táctil ocorre quando dois estímulos são aplicados na pele simultaneamente e em locais adjacentes gerando uma única sensação em alguma região entre os mesmos. Esta sensação é determinada pela distância entre os eletrodos, as amplitudes e ordens temporais dos sinais, e corresponde a uma imagem composta pela combinação destes. Por isso, normalmente é denominada por sensação fantasma.^{(7, 35)}.

A estimulação eletrotáctil tem sido utilizada para compensar a perda a visão^{(3, 34)}, audição^{(61, 63)}, e da propriocepção^{(11, 49)}. Esta última em particular é fundamental para o desenvolvimento de próteses mais eficientes, pois a propriocepção indica a posição e orientação dos membros do corpo, e o grau de contração muscular. Sendo que, os sensores relacionados a esta sensação, os proprioceptores, estão presentes, principalmente, nos músculos, articulações e tendões. Por exemplo, no desenvolvimento de próteses para membros inferiores usando EENM para lesados medulares, como foi descrito na seção anterior, Castro e Cliquet⁽¹⁶⁾ utilizaram uma palmilha com FSRs, e a estimulação eletrotáctil no ombro do paciente, possibilitando que este saiba quando o pé está em contato com o solo no processo de deambulação.

Ambiente de Comunicação para Indivíduos com Traumatismo Crânio-Encefálico.

Em muitos casos indivíduos com traumatismo crânio-encefálico têm a perda da mobilidade e sensibilidade de todo corpo, além da ausência de comunicação com o meio externo, restando ativo apenas o sistema ocular. Com o intuito de promover um elo de comunicação entre estas pessoas e o mundo exterior foram desenvolvidos ambientes artificiais de comunicação.

O sistema consiste em uma matriz de LEDs (diodos emissores de luz) e um menu de necessidades variadas, a serem comunicadas. Os LEDs percorrem o menu, permanecendo por um tempo sobre cada necessidade. A escolha é feita através do piscar dos olhos durante dois segundos ou mais quando o LED está sobre o item desejado, acionando um dispositivo sonoro para chamar a atenção de quem estiver por perto. O sensor da piscada é composto por um emissor infra-vermelho, que incide a luz sobre cílios artificiais colocados sobre a pálpebra do paciente, e um sensor infra-vermelho. Quando o paciente está com os olhos abertos, os cílios servem como anteparo à luz, refletindo-a de volta ao sensor. Este sistema possui ainda a possibilidade do paciente se comunicar respondendo perguntas diretas através de um código de "sim" e "não"⁽¹⁸⁾.

Vem sendo desenvolvida outra versão propondo sensores que rastreiam o movimento dos olho e a piscada, tornando possível que o paciente percorra em uma tela, e escolha a opção desejada, em um processo parecido com o movimento e seleção através do "mouse" na tela do computador. Assim como no outro sistema, o paciente deve fechar os olhos, durante pelo menos dois segundos, para selecionar a opção, acionando um dispositivo sonoro.

O movimento dos olhos é realizado através de três pares de músculos extra-oculares dispostos ao redor do globo ocular de forma que um par seja responsável pelo movimento horizontal do olho, outro pelo movimento vertical e o terceiro par pelo movimento obliquo⁽³⁸⁾. Através de técnicas de Eletromiografia (EMG) pode-se medir o potencial dos músculos extra-oculares de acordo com a posição dos olhos, utilizando eletrodos de superfície.

Para captar os sinais dos movimentos oculares são dispostos cinco eletrodos no paciente, um par é colocado aos lados extremos para captar os movimentos na direção horizontal, outro par acima/abaixo do olho para captar o movimento vertical e um outro eletrodo é usado como referência⁽⁶⁾. Com este sistema, o paciente não depende do movimento dos LEDs no painel, pois pode percorrer a tela conforme sua vontade. O sistema pode ficar ligado 24 h com os sensores conectados, e quando o indivíduo deseja fechar os olhos pode selecionar um modo de descanso, e ainda o paciente pode selecionar letras e escrever alguma frase.

SEÇÃO III

PROBLEMAS MÚSCULO-ESQUELÉTICOS

Nesta seção são tratadas algumas das tendências de pesquisa nas áreas de biomecânica ortopédica, próteses para membros superiores e osteoporose, este ultimo um problema que pode ser gerado em pacientes lesados medulares pela falta de movimentação. Alguns dos temas tratados na seção anterior, como a propriocepção artificial por exemplo, podem ser aplicados também em problemas músculo-esqueléticos. No exemplo citado, pode ser possível aplicar os conhecimentos obtidos e fornecer uma prótese para membros superiores com sensores artificiais de temperatura, usando os conceitos listados na parte que trata a propriocepção artificial.

Estudos dos esforços atuantes na coluna vertebral.

Um dos principais problemas na área de biomecânica que deve ser levado em consideração é o que acontece na coluna vertebral. O levantamento impróprio de uma carga acarreta várias lesões e atinge um grande percentual da população. Assim, o índice de incapacidade e de morbidade por dor lombar é muito alto, levando a prejuízos incalculáveis e situações sócio-econômicas muito graves. Nos Estados Unidos em 1990, foram gastos 192 milhões de dólares com medicamentos para dor lombar, sendo o custo total de tratamento estimado em mais de 50 bilhões de dólares ao ano⁽⁴⁰⁾.

Visando reverter este quadro, vários autores descreveram alguns modelos biomecânicos da coluna vertebral, onde forças de contato foram analisadas quando uma carga era levantada de modo impróprio^{(1, 17)}, forças estas que podem atingir algumas vezes o valor do próprio peso do indivíduo, dependendo da carga elevada⁽²⁹⁾. A análise dessas forças, proposta anteriormente por alguns autores^{(11, 29)}, considera a coluna como uma haste rígida, representando assim uma aproximação muito pobre para o sistema, uma vez que as diversas forças musculares envolvidas não são adequadamente analisadas e o movimento de retificação da coluna vertebral desprezado⁽¹¹⁾.

Uma das maneiras de contornar este problema é a elaboração de um modelo que seja mais próximo às condições reais que a coluna vertebral exibe. Para a elaboração de um modelo mais apurado várias características mecânicas e anatômicas devem ser consideradas, juntamente com um modelo matemático adequado. De acordo com o que foi visto, um novo modelo vem sendo desenvolvido, obtendo um cálculo mais preciso das forças que realmente atuam na coluna vertebral, propiciando uma melhor interpretação dos esforços, evitando traumas, problemas posturais e assim, fornecer subsídios para sanar os problemas decorrentes de levantamentos de carga.

Próteses mioelétricas para membros superiores.

Um outro tema sob estudo é a reabilitação, por meio de próteses inteligentes, em pacientes que tiveram seus membros superiores amputados ou possuem alguma mal formação congênita. As próteses usadas na recuperação destes casos podem ser vistas como robôs manipuladores⁽²⁸⁾. Infelizmente, no caso de reabilitação, o problema de controle é mais sofisticado, pois geralmente controladores artificiais ou sistemas híbridos devem substituir o sistema de controle do corpo humano⁽²⁸⁾.

A diferença entre um robô e uma prótese inteligente é que nesta, a interface homem/máquina deve ser melhor analisada, no caso, pelo sistema de controle. Ainda existe o problema de substituição dos sensores naturais perdidos e dos mecanismos de execução dos comandos, que também podem ser artificiais. Muitas vezes torna-se impossível recuperar o modo natural de controle, sendo preciso desenvolver métodos alternativos aplicando novos tipos de sensores⁽³⁰⁾ e atuadores⁽³¹⁾ para substituir os perdidos. Na pesquisa destes problemas encontra-se uma integração de diversas áreas, como a Medicina e as Engenharias Mecânica e Elétrica.

Um fator agravante no desenvolvimento de próteses para membros superiores que não pode ser descartado, é o aspecto psicológico do paciente⁽³⁶⁾. Experiências mostram que uma prótese puramente estética⁽⁸⁾ é preferida à uma funcional, se esta for motivo de constrangimento ao paciente. Portanto, a prótese deve ser extremamente antropomórfica (figura 4), imitando a mão humana^{(26, 27)}, tanto no aspecto estético como nos movimentos que esta deva executar. A maioria das próteses para membros superiores atuais possui movimentos e formas muito restritas, bem como um sistema de controle que requer um tempo muito grande de treinamento, fazendo com que o índice de rejeição se torne alto^{(9, 36)}.

Portanto, o principal objetivo é diminuir o índice de rejeição das próteses para membros superiores, facilitando seu processo de treinamento e controle, tornando-a mais antropomórfica. Uma nova abordagem que também poderá ser interessante para a área é fornecer à prótese movimentos síncronos com a outra mão, no caso de uma amputação unilateral⁽⁴⁴⁾. Este é também um grave problema no projeto das próteses para membros superiores, já que seu controle não é feito de forma natural. A difícil sincronização dos movimentos da prótese com a mão existente é também um fator preponderante para rejeição. Isso pode ser realizado ampliando os conhecimentos obtidos em trabalhos anteriores⁽²⁸⁾, com o agarramento de objetos maiores do que as dimensões da mão e definindo os diversos tipos de movimentos coordenados possíveis para tal agarramento. Ao contrário das próteses tradicionais, onde o paciente tem um longo período de treinamento aprendendo a utilizá-la, a prótese aqui proposta será adaptada de acordo com o paciente. Desta maneira, o controle será simplificado, deixando a cargo da placa microcontroladora as diversas configurações que a prótese poderá assumir.

Para isso, deve ser feito um novo estudo destes movimentos síncronos, relacionando novas funções com outros objetos padrões de maiores dimensões. Assim, ocorrerá uma mudança significativa na estratégia de controle, que partirá desde a obtenção dos sinais de controle, preferencialmente através de sinais mioelétricos, até a realização das funções de preensão.

Ultra-som no tratamento da osteoporose.

A osteoporose é uma doença óssea metabólica, que promove diminuição da massa óssea, alterações na microarquitetura óssea, o que torna o osso mais frágil, com conseqüente aumento na ocorrência de fraturas.

A osteoporose pode estar associada ao envelhecimento, à menopausa e às patologias sistêmicas que promovem queda do conteúdo mineral ósseo, como nos traumas raqui-medulares. No entanto, seu aparecimento está principalmente relacionado com deficiência do hormônio ovariano nas mulheres pós menopausais, afetando um terço destas mulheres⁽⁴¹⁾. A deficiência de hormônios ovarianos, prejudica o equilíbrio entre osteoblastos e osteoclastos, células responsáveis pela formação e manutenção do tecido ósseo. Com a diminuição dos níveis séricos do hormônio estrógeno, acredita-se que os osteoclastos se tornam hiperativos, penetrando profundamente dentro de placas esponjosas perfurando-as⁽³²⁾. Essas alterações aumentam a fragilidade óssea e diminuem a capacidade do osso para resistir à compressão e à torção, tornando o osso mais vulnerável, o que aumenta a incidência de fraturas.

Segundo estatísticas mundiais, as fraturas mais freqüentes da osteoporose são as fraturas de coluna vertebral (17%), do terço proximal do fêmur (16%) e as do terço distal do rádio (11%), locais que apresentam maior concentração de osso esponjoso e, com exceção do rádio, são ossos que suportam diretamente o peso do corpo^{(10, 37, 51)}. As fraturas de colo de fêmur podem acarretar seqüelas para os pacientes, desde a perda da independência até o óbito. Estima-se que até o ano 2000 cerca de 15 milhões de brasileiros apresentarão risco de desenvolver osteoporose⁽³⁹⁾, aumentando em 2025 para 34 milhões de pessoas na faixa etária a partir de 60 anos de idade⁽⁴⁵⁾.

O tecido ósseo e o conjuntivo, ao serem deformados, geram potenciais elétricos locais, denominados de SGPs (potenciais gerados por deformação), os quais contribuem para o reparo ósseo⁽⁵⁾ por atuarem como estímulos para células formadoras de osso. Desta forma, a aplicação de ultra-som pulsátil promove micro-deformações nos ossos, submetidos à sua energia mecânica, cria SGPs e estimula formação óssea. As células atuam então, como um transdutor biológico, onde uma maior atividade mitótica da célula é produzida pelo estímulo elétrico⁽⁴⁾.

Devido à gravidade do quadro clínico, existem vários tratamentos objetivando prevenir ou melhorar o quadro clínico da osteoporose, os quais baseiam-se em medicamentos, orientação alimentar, e exercícios físicos⁽³³⁾. No entanto, não há estudos que analisam a eficiência do ultra-som de baixa intensidade, para casos de osteoporose já instalados. Desta forma, está sendo desenvolvido um trabalho experimental aplicando ultra-som de baixa intensidade em modelo animal osteopênico, submetido à ovarectomia, com o objetivo de avaliar às respostas a este tratamento. Espera-se, com este estudo, que o tecido ósseo responda de forma a manter ou aumentar a quantidade de massa óssea de uma região específica, diminuindo as fraturas e as seqüelas que decorrem delas.

SEÇÃO IV

CONCLUSÕES

Conceitos de Biomecânica aplicados à reabilitação vêm permitindo o desenvolvimento de sistemas, órgãos artificiais e dispositivos ortopédicos e protéticos inteligentes, funcionais e estéticos, efetivamente contribuindo para a melhoria da qualidade de vida de deficientes físicos. As pesquisas apresentadas neste artigo mostram-se viáveis principalmente se tais conceitos forem bem empregados, mostrando que a biomecânica pode intervir em campos onde diretamente pensava-se não alcançar. Portanto, o estudo e confecção de novas técnicas e equipamentos de medição e instrumentação, e a disseminação de centros de pesquisa voltados para a biomecânica são de grande valia para o desenvolvimento de projetos na área de reabilitação.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à FAPESP, à CAPES e ao CNPq pelos recursos prestados ao desenvolvimento das pesquisas divulgadas neste artigo.

Trabalhos realizados na Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo (EESC/USP), no Departamento de Engenharia Elétrica pelo Laboratório de Biocibernética e Engenharia de Reabilitação (LABCIBER)^1,2,4,7, no curso de Pós-Graduação Interunidades Bioengenharia^3,5,6,7 e no Ambulatório do Departamento de Ortopedia e Traumatologia da Faculdade de Ciências Médicas- UNICAMP⁷.

Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo

Departamento de Engenharia Elétrica - Laboratório de Biocibernética e Engenharia de Reabilitação - Caixa Postal 359 - 13560-250 - São Carlos - SP

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  20 Fev 2006
• Data do Fascículo
  Set 2001