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Acta Ortopédica Brasileira

versión impresa ISSN 1413-7852

Acta ortop. bras. v.12 n.1 São Paulo ene./mar. 2004

http://dx.doi.org/10.1590/S1413-78522004000100008 

ARTIGO DE ATUALIZAÇÃO

 

Avanços tecnológicos na prática ortopédica: Análises de membros superiores e inferiores

 

 

Alberto Cliquet JúniorI; Juracy Emanuel Magalhães da FrancaII; Denise SônegoIII; Tatiana GranaIV; Fernando Idalírio de Lima LeiteV; Alessandra Rossi PaolilloVI; Fernanda Rossi PaolilloVII

IProfessor Titular: Dep. Engenharia Elétrica – USP, São Carlos / Dep. Ortopedia e Traumatologia – FCM, UNICAMP
IIMestre em Engenharia Elétrica – USP, São Carlos
IIIMestranda em Cirurgia / Dep. Ortopedia e Traumatologia – FCM, UNICAMP
IVMestre em Cirurgia / Dep. Ortopedia e Traumatologia – FCM, UNICAMP
VMestre em Engenharia Elétrica – USP, São Carlos
VIMestranda em Bioengenharia – USP, São Carlos
VIIMestranda em Bioengenharia – USP, São Carlos

Endereço para correspondência

 

 


RESUMO

A Biomecânica, atualmente, é caracterizada por novos procedimentos para análise do movimento humano e por novas técnicas de medição, armazenamento e processamento de dados, contribuindo para os avanços na prática ortopédica. A temática proposta no presente trabalho baseia-se na aplicação da biomecânica ortopédica em diferentes quadros clínicos, através de avaliações quantitativas do movimento dos membros superiores e inferiores, além da criação de novas técnicas de medição. Três exemplos são mostrados neste artigo: (I) análise tridimensional do movimento de abdução do ombro; (II) análise da marcha de indivíduos com lesão no ligamento cruzado anterior; e (III) o desenvolvimento de instrumentação eletrônica para dispositivos de auxílio, ou seja, bengalas e muletas instrumentalizadas para o estudo das relações de força entre os membros superiores e inferiores, durante a marcha de pacientes com lesão ortopédica e neurológica.

Descritores: Biomecânica, Tecnologia médica, Ortopedia, Ombro, Ligamento cruzado anterior


 

 

INTRODUÇÃO

A Biomecânica como ciência interdisciplinar, abrange a descrição, análise e interpretação dos movimentos do corpo humano, através da aplicação sinérgica de conceitos da física, química, matemática, anatomia, fisiologia, entre outros. Sua contribuição ocorre em várias áreas, como a Engenharia de Reabilitação, Ergonomia, Ortopedia e Traumatologia(1). Na Ortopedia, possibilitou um aumento no entendimento das funções dos ossos, músculos, ligamentos e tendões; permitiu uma melhor compreensão dos efeitos da tensão mecânica sobre as propriedades físicas dos ossos, possibilitando novas técnicas cirúrgicas e tratamentos para deformidades ósseas, consolidação de fraturas, osteoporose por desuso e atrofia muscular; além do desenvolvimento de órteses, neuropróteses e novos dispositivos para reabilitação de membros superiores e inferiores(7-10,17). Outros avanços tecnológicos na prática ortopédica são as avaliações e análises biomecânicas nas disfunções de ombro e joelho, bem como, o desenvolvimento de instrumentação eletrônica para uso clínico.

 

AVALIAÇÃO TRIDIMENSIONAL DA ABDUÇÃO DO OMBRO

A avaliação biomecânica por meio de imagens tridimensionais (3D) permite a análise dinâmica e a visualização dos movimentos articulares, sendo amplamente utilizada para análise da marcha, entretanto, em seu uso clínico, as avaliações do membro superior com disfunção ainda não estão propriamente estabelecidas(16). Há uma dificuldade para estabelecer o protocolo, pois os movimentos dos membros superiores apresentam maior variabilidade e complexidade, comparados aos padrões cíclicos de movimentos dos membros inferiores. Então, a restrição do movimento permite a análise de um problema específico no membro superior. A abdução do ombro em indivíduos que apresentam, por exemplo, patologia do manguito rotador e fratura da tubererosidade do úmero, pode ser utilizada para avaliar a evolução nas diferentes fases do tratamento fisioterapêutico(12,14). Neste trabalho, os padrões de movimentos de abdução do ombro normal e patológico foram quantificados utilizando o sistema optoeletrônico Qualisys de captura de movimentos.

Foram avaliados 15 sujeitos saudáveis e 5 pacientes (1 com ruptura do manguito rotador e 4 com fratura da tuberosidade do úmero). Nos casos patológicos a abdução do ombro estava severamente comprometida.

Utilizou-se cinco câmeras infravermelho posicionadas formando ângulos de 120°, obtendo-se as coordenadas 3D de quatro marcadores esféricos reflexivos, com 13 mm de diâmetro, fixados com fita auto-adesiva sobre as seguintes referências anatômicas (Figura 1): epicôndilo lateral do úmero direito (I) superfície do acrômio direito (II) e esquerdo (III) e espinha ilíaca ântero-superior direita (IV).

 

 

O ângulo de abdução do ombro foi definido como resultado de uma intersecção de duas retas e quantificada utilizando as coordenadas 3D dos marcadores. Assim, a abdução é mensurada através do ângulo entre os segmentos (I-II) e (II-IV), enquanto a compensação do movimento no plano frontal foi avaliada utilizando o segmento (II-III), como mostra a Figura 1. Os dados foram obtidos enquanto os sujeitos posicionados em pé à frente das câmeras realizavam movimentos contínuos de abdução até 90°, com o braço direito, durante 16 segundos.

Os pacientes apresentaram diminuição da amplitude dos graus de abdução e maior variabilidade dos movimentos, comparados aos sujeitos normais (Figura 2-b). Também, foi constatado amplo movimento compensatório no plano frontal, observado pelos segmentos II-III (Figura 3-b). Por outro lado, nos sujeitos saudáveis, os movimentos foram executados uniformemente, apresentando maiores amplitudes angulares e repetibilidade (Figura 2-a).

 

 

 

 

Esta avaliação mostra claramente a disfunção do ombro, embora não possa ser utilizada para identificar uma patologia específica (por exemplo, diferenciar a fratura da tuberosidade do úmero da ruptura do manguito rotador). Os resultados obtidos são importantes para a implementação dos protocolos de avaliação Fisioterapêutica e Ortopédica utilizados para análise do movimento dinâmico do ombro patológico, diferentemente das avaliações estáticas realizadas, até hoje, com o uso de goniômetros, as quais apresentam maior margem de erro e menor precisão.

 

ANÁLISE DA MARCHA DE INDIVÍDUOS COM LESÃO NO LIGAMENTO CRUZADO ANTERIOR

A Lesão no Ligamento Cruzado Anterior (LCA) é uma das doenças mais freqüentes induzidas pela locomoção(6). De acordo com a literatura, as lesões no LCA influenciam o mecanismo funcional da articulação do joelho, reduzindo a sua flexibilidade e aumentando a instabilidade articular(13). A proposta deste estudo foi avaliar as alterações biomecânicas decorrentes das deficiências no LCA através das forças de reação, variação angular e torques da articulação do joelho.

Foram avaliados durante a marcha, 7 pacientes com deficiência unilateral do ligamento cruzado anterior e 10 sujeitos saudáveis. Os dados cinemáticos e cinéticos das articulações do quadril, joelho e tornozelo, foram obtidos bilateralmente em todos os pacientes e no grupo controle, durante a atividade proposta. A análise da marcha foi realizada utilizando a plataforma de força e o sistema Qualisys, que inclui o software Q gait 2.0, um conjunto de 6 câmeras – 60 Hz e marcadores reflexivos colocados nas localizações anatômicas (Figura 4) para a coleta dos dados das coordenadas tridimensionais. Os dados cinemáticos e da força de reação foram coletados e combinados através do método da dinâmica inversa para o cálculo do torque articular e da potência.

 

 

Os resultados obtidos evidenciam que pacientes com lesão no LCA modificam suas atividades extra-ambulatoriais e o padrão de marcha durante a fase de apoio, na subfase do segundo duplo apoio, com redução do pico do momento fletor quando o joelho está flexionado a 30 graus. Estas modificações estão relacionadas à tendência dos pacientes evitarem/reduzirem a contração do quadríceps, flexionando o joelho com lesão no cruzado anterior no instante próximo da extensão completa, bem como, a carga no LCA, pois a contração máxima do quadríceps ocorre quando o joelho está fletido entre 5 e 25 graus, aproximadamente. Os ângulos da articulação do joelho do grupo controle e dos pacientes com deficiência no ligamento cruzado anterior podem ser vistos nas figuras 5 e 6, respectivamente. As diferenças entre as médias dos valores obtidos pelos grupos foram identificadas por meio do teste t Studant (Tabela 1).

 

 

 

 

 

 

Este estudo foi o primeiro passo quanto à identificação dos mecanismos envolvidos na adaptação funcional da marcha de pacientes com a lesão no LCA. O desenvolvimento do processo de adaptação à lesão, sugere a auto-seleção de fatores e respostas neuromusculares, podendo ser aprendidas como estratégia para um novo movimento. Presume-se que estas adaptações sejam realizadas de maneira subconsciente, a fim de evitar o deslocamento proximal da tíbia, que pode ocorrer na ausência da função do ligamento cruzado anterior(2,5).

 

DISPOSITIVOS DE AUXÍLIO INSTRUMENTALIZADOS PARA MARCHA

Para a obtenção da eficiência biomecânica durante a marcha patológica é essencial a adequação das cargas aplicadas nos membros superiores e inferiores para melhorar a postura e o equilíbrio, além de potencializar a reabilitação de indivíduos que possuem lesões ortopédicas e/ou neurológicas (lesão medular, acidente vascular cerebral, traumatismo crânio-encefálico, durante a consolidação de fraturas ósseas, entre outros). O prognóstico favorável em algumas destas patologias, depende, por exemplo: da sustentação de peso nos membros inferiores, gerando o efeito piezoelétrico nas estruturas ósseas(11), bem como, a redução da sobrecarga corpórea aplicada nos membros superiores, para prevenção de lesões articulares ou complicações decorrentes de siringomielia pós-traumática(3,4).

Então, partindo da necessidade de quantificar as cargas aplicadas e a relação das forças entre membros superiores e inferiores durante a marcha, foram desenvolvidas e construídas instrumentação eletrônica para dispositivos de auxílio - bengalas e muletas (Figura 7) e um software para aquisição e tratamento do sinal (Figura 8).

 

 

 

 

Na haste inferior dos dispositivos de auxílio, foram colocados sensores strain-gages para mensurar a força. Os sinais de carga capturados podem ser enviados para o conversor analógico/digital, com taxa de aquisição de 50 Hz(15), armazenados na memória de um microcontrolador e posteriormente analisados pelo software desenvolvido. Outra opção é o uso da conexão por cabo ou telemetria, possibilitando a visualização dos dados em tempo real.

Com o sistema desenvolvido é possível monitorar a força axial aplicada na bengala ou muleta versus tempo (impulso) durante os ciclos da marcha, permitindo a visualização dinâmica da marcha patológica (Figura 9).

 

 

CONCLUSÃO

Os avanços tecnológicos mostrados neste artigo podem fornecer parâmetros biomecânicos para diagnóstico, prognóstico e intervenções terapêuticas, auxiliando na elaboração de protocolos de tratamento na Ortopedia e Reabilitação, focando em particular o quadro clínico de cada paciente.

 

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a Fundação de Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). – Processo n° 96/12198-2.

 

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Endereço para correspondência
Alberto Cliquet Junior
Av. Trabalhador Sãocarlense, 400, Centro
São Carlos, SP, Brasil CEP: 13566-590
Caixa postal: 359
Telefone: +55 16 2739365 ou +55 19 37887715
Fax: +55 16 2739372 ou +55 19 37787750
E-mail: cliquet@sel.eesc.sc.usp.br

Trabalho recebido em 27/5/03
Aprovado em 16/02/04

 

 

Trabalho realizado no Departamento de Ortopedia e Traumatologia, Faculdade de Ciências Médicas, Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Campinas, Brasil.
Departamento de Engenharia Elétrica e Bioengenharia, Universidade de São Paulo (USP), São Carlos, Brasil.