Movimento Humano Funcional e Sistemas de MediçõesAnselmo Grego Neto ¹, Cristiane C.C.B. Veiga ² , Eduardo Bittencourt 3 , Fernanda Godinho 4 , Giullia P.Rinaldi 5 , Vera Lúcia Israel 6 1,2,3,4,5, Mestrandos do Programa de Pós-Graduação em Tecnologia em Saúde, PUC-PR 6 Professora Doutora do Programa de Pós Graduação em Tecnologia em Saúde Resumo - O objetivo deste estudo é realizar uma revisão de literatura sobre os instrumentos utilizados na análise do movimento humano como ferramenta para auxílio diagnóstico e prescrição de exercícios. Os profissionais da saúde que atuam nessa área devem estar em constante atualização, pois o avanço tecnológico e novos recursos sendo bem empregados podem representar um salto tanto quantitativo quanto qualitativo nos serviços prestados por estes profissionais. Os equipamentos na sua maioria utilizam softwares modernos que servem para dar suporte à prática clínica ou auxiliar na estruturação de programas de treinamento desportivo, e até mesmo no aprimoramento do controle motor. Neste estudo foram citados os aparelhos: Dinamômetro Isocinético, Aparelho de Bioimpedância, Plataforma de Força e a Cinemetria. Portanto, a divulgação destes instrumentos faz-se necessária para que cada vez mais profissionais possam avaliar e repensar as suas práticas, norteando-as e pautando-as em critérios cada vez mais confiáveis e científicos. Palavras-chaves: Baropodometria, Cinemetria, Dinamometria isocinética, Fisioterapia e Movimento Humano Funcional. Abstract – The purpose of this study is to realize a literature review about the instruments used on the analyses of the human movement as an auxiliary diagnostic tool and exercise prescription . The health professionals that work in this area may be on permanently actualization because the technological advances and new resources being used can represent better services qualitatively and also quantitatively. The majority of the equipment use modern softwares that can give support to the clinical practice and either help on the structure of athletic training programs, and even on the improving of motor control. On this study it was summon the instruments: Isokinetic Dynamometer, Biompedancia apparatus, Force Platform and Cinemetry. And so, the divulgation of this instruments is very necessary for a bigger number of professionals that would reevaluate and rethink their practices, based on reliable and much more scientific criteria. Key-words: baropodometry, cinemetry, Isokinetic dynamometry, Physical Therapy and functional human movement. Introdução O papel da análise do movimento humano baseado na ciência da reabilitação não é somente uma simples ferramenta de avaliação funcional, uma vez que permite determinar as complexas relações entre limitações funcionais e incapacidades com a capacidade funcional. Definindo-se as relações entre o normal (movimento funcional) e as alterações (incapacidades e limitações funcionais) é possível desenvolver estudos visando otimizar a eficácia das diferentes estratégias de reabilitação atuais, além de permitir maior certeza na escolha da técnica de tratamento ou avaliação empregada. A mensuração consiste na atribuição de qualidades ou quantidades ao dado a ser analisado, sendo o dado um fenômeno observável ou potencialmente observável, em outras palavras, um dado é um fato, e pode vir a ser um número se houver um instrumento apropriado para medi-lo [1]. Cinemetria A cinemetria consiste na análise de parâmetros cinemáticos, tendo por base a coleta de imagens do movimento em estudo e a sua posterior análise, ou seja, pode ser definida como o conjunto de métodos que busca medir parâmetros cinemáticos do movimento como a posição, orientação e aceleração [2]. Este método permite, fundamentalmente, a caracterização cinemática das técnicas em estudo. Por exemplo, a análise da distância, do tempo, da velocidade e, da aceleração obtida por um dado segmento corporal ou pelo centro de massa do sujeito ao realizar um determinado gesto motor. Desde 1967, a cinemetria com digitalização automática teve início com o desenvolvimento dos primeiros sistemas comerciais de análise, onde coordenadas de imagens já eram identificadas e digitalizadas automaticamente, facilitando assim, o armazenamento dos dados diretamente no computador para posterior análise. A cinemetria se tornou, portanto, uma ferramenta importante quando se deseja mensurar como se comporta o corpo humano em movimento, do ponto de vista biomecânico. A análise dos movimentos humanos em seqüência de imagens digitais tem despertado grande interesse em diversas áreas de conhecimento [3]. Para as aquisições de dados, é necessário que pontos anatômicos estratégicos sejam identificados com a colocação de marcadores reflexivos, deixando desta forma os eixos internos dos segmentos selecionados mais visíveis para captura das imagens [4]. Os marcadores podem ser divididos basicamente em dois grupos: marcadores ativos e passivos. Os marcadores ativos são, conhecidos como LEDs e emitem luz infravermelha ao sensor, os passivos são refletores e podem refletir a luz ambiente ou a luz projetada de volta ao sensor [5]. A utilização destes marcadores é um elemento de diferenciação para a análise de movimentos humanos [6]. Geralmente recomenda-se para o registro dos parâmetros de avaliação utilizar um sistema de equipamentos e um programa de computador. Os equipamentos necessários para esta análise são: câmeras de vídeo, computador PC 486 ou superior, monitor capaz de operar com paletas de mais de 256 cores simultâneas, mínimo 8 mbytes de memória RAM e sistema operacional windows for 32 bits e tripés para câmeras de vídeo [7]. Para a sincronização das câmeras (caso análise seja feita em 2 ou 3 D) deverá ser incorporado, ao sistema, um conjunto de procedimentos que permitam a sincronização dos registros, por software [8]. Em relação a cinemetria em ambiente aquático destaca-se que é utilizada para quantificar e qualificar o equilíbrio estático e dinâmico em ambiente aquático [8], visto que as capacidades e habilidades motoras dentro da água variam de acordo com as propriedades físicas do meio no instante da análise. Podemos utilizar a cinemetria para quantificar os movimentos ou mesmo o equilíbrio estático ou dinâmico de um corpo ou objeto em ambiente aquático, devido ao avanço tecnológico e instrumentos desenvolvidos para isto, como caixa estanque para a filmadora de obtenção de imagens aquáticas e softwares adaptados para isso. O uso de imagens para a análise do movimento humano tem se desenvolvido tão rapidamente que já são comercializados sistemas ópticos com avaliação automática das coordenadas espaciais dos segmentos corporais [3]. Destaca-se que os sistemas para a análise cinemática tridimensional de movimentos humanos têm sido utilizados como instrumentos de avaliação e diagnóstico em processos terapêuticos de pessoas com doenças, deficiências, anomalias e limitações do aparelho locomotor [7]. Cada vez mais se faz e se torna possível que o movimento humano seja estudado em detalhes, de maneira sistemática e com o enfoque na investigação científica. Eletromiografia O movimento intrínseco é o sinal primordial da vida animal. O ser humano sempre apresentou curiosidade com relação aos órgãos da locomoção do seu próprio corpo e outros seres [9]. Os órgãos de locomoção são conduzidos pelos músculos, ou seja, nos organismos vivos os movimentos são realizados por ativação muscular. Por meio do movimento coordenado das suas partes os organismos podem mudar a sua posição no espaço e aplicar forças mecânicas no ambiente. Além da locomoção, os músculos são requisitados para processos de transporte dentro do corpo, como a condução de fluídos nos sistemas cardiovascular e gastrintestinal ou no transporte de gases no sistema respiratório [10]. A contração muscular e a produção de força são provocadas pela mudança relativa de posição de várias moléculas ou filamentos no interior do arranjo muscular. O deslizamento dos filamentos é provocado por um fenômeno elétrico conhecido como potencial de ação. O potencial de ação resulta da mudança no potencial de membrana que existe entre o interior e o exterior da célula muscular. O registro dos padrões de potenciais de ação é denominado eletromiografia. O registro por si só denomina-se eletromiograma (EMG). A eletromiografia registra um fenômeno elétrico que está casualmente relacionado com a contração muscular [10]. Sinais elétricos gerados no músculo eventualmente conduzem ao fenômeno da contração muscular, potenciais de ação simples ou em salva atravessam a membrana muscular (sarcolema), essas diferenças de potencial viajam profundamente dentro das células musculares através dos túbulos t, que são invaginações da membrana muscular dentro das células musculares. Tais invaginações ocorrem na junção das bandas claras e escuras das miofibrilas. Tal organização permite que o potencial elétrico viaje até as mais profundas partes do músculo quase que instantaneamente [10]. O conhecimento avançado da eletromiografia cinesiológica (KEMG) é essencial para auxiliar o fisioterapeuta na avaliação de dados importantes para a prática clínica efetiva. Na forma mais geral, a KEMG tem sido usada para avaliar as atividades musculares quanto à função, controle e aprendizado [11]. A eletromiografia tem a capacidade de detectar a amplitude da ativação do músculo e dessa forma detectar qual musculatura está sendo mais ativada naquele momento, por isso tem sido usada intensamente como um recurso comprobatório dos dados achados quantitativamente. Em relação ao eletromiógrafo, a repetibilidade está diretamente relacionada com a intensidade do sinal. Quanto maior o sinal, mais repetitivo são os resultados do equipamento analisado [12]. A técnica da eletromiografia está baseada no fenômeno do acoplamento eletromecânico do músculo. Para a captação e aquisição de sinais eletromiográficos, um determinado aparato deve ser conectado ao indivíduo, consistindo de eletrodos, pré-amplificadores, amplificadores, filtros e conversores analógicos/digitais; desde a fase de captação, até a aquisição e armazenamento dos dados no computador, os sinais eletromiográficos estão sujeitos a serem corrompidos por ruídos e interferências que surgem por diversas razões: envelhecimento dos equipamentos, 60 Hz da rede elétrica [13]. [14] destacam que os eletrodos de superfície têm a vantagem de registrarem a atividade muscular sobre uma área maior, enquanto que os eletrodos de fio fino intramuscular registram a atividade no seu microambiente levando possivelmente a erro de amostragem. Os eletrodos utilizados na eletromiografia de superfície podem ser classificados de duas maneiras: Monopolar: onde um eletrodo é colocado sobre o feixe muscular de interesse e o outro eletrodo (chamado de referência) é colocado num ponto não afetado pela atividade do feixe muscular de interesse, mede-se então a diferença de potencial entre estes dois pontos [15]. Bipolar: consiste em colocar dois eletrodos sobre a região que se deseja estudar, e o terceiro eletrodo chamado terra é colocado num local não afetado pela atividade da região de interesse. Mede- se agora a diferença de potencial elétrico entre os dois eletrodos que estão sobre a região de interesse, tomando-se como referência o eletrodo terra. Desta forma é possível a utilização de amplificadores diferenciais de alto ganho, o que em última análise melhoram significativamente a relação sinal-ruído, uma vez que os ruídos presentes nos cabos que levam o sinal dos eletrodos ao condicionador são subtraídos pelo amplificador diferencial [15]. Para as aplicações ergonômicas os registros eletromiográficos são de importância secundária. A carga numa articulação ou a carga num músculo são de maior interesse assim como suas conseqüências na segurança e na produtividade. Vários autores têm procurado entender a carga muscular e o estresse da tarefa industrial, investigando o estresse produzido pela postura numa tarefa de precisão, por meio da eletromiografia [9]. Um estudo investigou mulheres operárias que trabalhavam sentadas e utilizando um microscópio para a montagem de memórias para computadores (FIGURA 1). Foi utilizada a eletromiografia de superfície no trapézio e nos eretores da espinha a nível torácico e lombar. Simultaneamente foram tomadas fotografias para análise biomecânica. As estações de trabalho foram ajustadas para as alturas individuais de cada trabalhadora e inclinadas 5º para frente e para trás para estudar a tarefa ao nível da mesa. Baseado na análise biomecânica e da eletromiografia apresentaram um modelo biomecânico (FIGURA 2). Os autores sugeriram que a combinação dos fatores da postura e da tarefa poderão contribuir para o aparecimento de dores no pescoço e nas costas destas trabalhadoras. Eles desenharam e propuseram uma bancada ajustável para reduzir o estresse postural e, conseqüentemente, os problemas de saúde ocupacional. FIGURA 1 - Operárias trabalhando na linha de montagem. Figura 2 – Modelo biomecânico esquemático da postura sentada A técnica da eletromiografia pode ser uma poderosa ferramenta ergonômica. Contudo, devido a sua sofisticação é altamente seletiva e requer um bom entendimento e bom senso na aplicação. Plataforma De Força Caracteriza-se por ser montada em uma base sólida contendo elementos sensitivos, colocados estrategicamente na superfície para que possa ser registrada a força em 3 planos (tridimensional). O sujeito executa um movimento ou resiste à uma força externa, resultando em uma contração muscular e os elementos sensitivos captam as variações na pressão. A força que será registrada corresponde a reações iguais ou opostas ao esforço necessário para executar um movimento. A força dinâmica transversa, vertical e frontal são amplificadas e registradas em forma de uma curva contínua com base no tempo. A plataforma de força não é somente utilizada para mensuração da força, como também para análise biomecânica [16]. A medição da força de reação do solo é realizada por plataformas de força triaxiais que fornecem um sinal elétrico proporcional à força aplicada. O sinal obtido após a aplicação de uma carga na plataforma de força é então enviado para os amplificadores, circuitos eletrônicos que amplificam os sinais elétricos gerados pelas plataformas de força [17]. As plataformas de força podem ser utilizadas para medir as forças de reação do solo durante a marcha nos três eixos. A importância das plataformas de força na determinação dos padrões da marcha normal, e na avaliação da marcha patológica tem sido muito estudada nos últimos anos, pois podem ser utilizadas para medir as forças de reação do solo durante a marcha nos três eixos. A maioria das plataformas fornece uma descrição tridimensional da média do vetor força de reação do solo. Usando a plataforma de força, os três componentes de força (vertical, lateral e horizontal), as duas coordenadas do centro de pressão, e os momentos sobre os eixos x, y e z podem ser obtidos [18]. Também pode ser utilizada para o estudo do equilíbrio postural que é quase sempre caracterizado pelas oscilações corporais, onde este pode ser medido pelo deslocamento do centro de pressão (CP) sobre uma plataforma de força. As plataformas de força fornecem a força de reação do solo na superfície de contato durante a fase de apoio do movimento. A força de reação do solo é representada em forma de vetor em função do tempo, considerando-se a sua ação tridimensional (componentes: vertical, antero- posterior e mediolateral). Assim a plataforma quantifica a variação dinâmica da força reação do solo durante a fase de contato entre corpos, fase esta onde ocorre a transferência destas forças externas para o corpo determinando alterações nas condições do movimento. Elementos fundamentais para a medida da força são os transdutores de força piezoelétricos. Os sinais obtidos pelos transdutores são enviados por intermédio de cabos e interruptores a um amplificador de sinais (amplificador de cargas), de modo que se possa obter a mensuração tridimensional da Força Reação do Solo (Fx,Fz, Fy), assim como dos momentos na superfície da plataforma (My, Mx, Mz),as coordenadas do centro de pressão (Ax, Az), assim como o coeficiente de atrito (Cof). A avaliação da distribuição de pressão plantar permite a classificação do tipo de pé: plano, cavo, neutro, hiperpronado; no desenvolvimento e adaptações necessárias ao calçado esportivo no desempenho de suas funções [19]. Os resultados devem ser qualitativos e quantitativos e de preferência comparados com as medidas da plataforma de força. Tendo em vista, suas várias condições de uso, a plataforma de força é um aparelho de grande auxílio para os profissionais da saúde. Dinamômetro Isocinético O conceito de exercício isocinético foi primeiramente descrito em 1967 por Hislop e Perrine apud Dvir (22). O termo “contração muscular isocinética” descreve um processo no qual um segmento do corpo acelera até alcançar uma velocidade fixa pré-selecionada contra uma resistência permanentemente adaptável imposta pelo dinamômetro garantindo assim que a execução do movimento ocorra quase que totalmente na mesma velocidade de deslocamento angular. Independentemente da magnitude da força muscular exercida pelo indivíduo avaliado, a velocidade do segmento não excederá a velocidade pré- selecionada, caracterizando, portanto, o conceito de isocinetismo. Como o torque é produzido em uma tentativa para superar a velocidade pré-selecionada, a resistência varia para emparelhar a força aplicada a todo ponto no alcance do movimento. A magnitude da força aplicada pelo indivíduo submetido à atividade isocinética é mensurada em Newtons. Metro (N.m) de torque e pode ser representada tanto numérica quanto graficamente (23). Essa modalidade de treinamento proporciona uma sobrecarga muscular para uma velocidade constante previamente determinada enquanto o músculo mobiliza sua capacidade geradora de força através da ADM (amplitude de movimento) plena. Qualquer esforço durante o movimento do exercício encontra uma força oponente relativa àquela aplicada ao dispositivo mecânico, o que representa a característica do exercício isocinético de apresentar resistência variável acomodação (22). Basicamente o Sistema Isocinético é composto pela caixa de eletrônicos, que aloja a eletrônica do sistema, interruptor de desconforto, como medida de segurança para o paciente, dinamômetro, que mensura o torque produzido pelo paciente, sistema de limitação de alcance, que controla a amplitude de movimento do paciente, monotrilho, pelo qual a cadeira reclinável pode se deslocar, cadeira reclinável, para assegurar estabilidade durante as sessões de teste, barra de agarre, para servir como ponto de fixação para os cintos de estabilização do paciente, sistema de estabilização, composto por todos os cintos de fixação que conferem estabilidade ao avaliado durante a execução do teste isocinético, caneta ótica, usada como dispositivo de controle na tela do computador (função de mouse).(23) Figura 3 – Dinamômetro Isocinético Baropodometria O sistema consiste de dois sensores (palmilhas), circuitos de coleta de dados e software. O sensor é formado, por 960 pontos sensíveis localizados sobre sua superfície. Os circuitos eletrônicos são de vários modelos, porém o circuito do F-Scan (equipamento mais utilizado) consiste de dois componentes. Estes controlam a varredura da grade do sensor e a conversão Analógica/Digital (A/D) das resistências medidas. Os dados digitais são arranjados de forma serial e transmitidos através de cabos coaxiais do resto dos circuitos, localizados em uma placa de expansão em um computador. Mas deve-se saber que o sistema apresenta limitações e considerar que existe variação muito grande na forma de distribuição de pressão plantar de uma pessoa para outra. A baropodometria é utilizada na avaliação das disfunções biomecânicas dos pés, principalmente no controle da distribuição da pressão plantar. Fornece informações essenciais na formulação de estratégias de tratamento cirúrgico ou conservador. Sensores de pressão elétrica são usados para fornecer melhor diagnóstico e dados mais compreensivos. O software da baropodometria é projetado para demonstrar, comparar, armazenar e imprimir os dados coletados a partir dos sensores. O sistema opera em tempo real, onde a informação da distribuição de pressão e força aparece na tela, enquanto o sujeito está sobre o sensor. A tela mostrará ainda o centro de força que é usado para resumir os dados e gravar os picos de pressão em cada célula sensora, durante os movimentos do pé escolhido pelo analisador. Conclusão A instrumentação para análise do Movimento Humano Funcional deve ser conhecida e devidamente utilizada pelos profissionais que atuam nesta área, seja em uma perspectiva de reabilitação ou de performance física. Com o avanço tecnológico, os recursos são atualizados e aperfeiçoados periodicamente buscando sempre trazer evidências científicas para os estudos e para que os profissionais possam melhor qualificar seus atendimentos. Indubitavelmente, a tecnologia se bem empregada, pode representar um salto tanto quantitativo quanto qualitativo nos serviços prestados pelos profissionais que trabalham diretamente com a prescrição do exercício. E, portanto, a divulgação destes instrumentos faz-se necessária para que cada vez mais profissionais possam avaliar e repensar as suas práticas, norteando-as e pautando-as em critérios cada vez mais confiáveis e científicos. Referências [1] DURWARD, R.B., BAER, W.D., ROWE, P.J. (2001), Movimento funcional humano: mensuração e análise, São Paulo: Manole. [2] HIRATA, R.P. (2001), Análise do Agachamento. Trabalho de Conclusão de Curso de Educação Física. [3] COSTA, P.H.L.; MOCHIZUKI, L.; SÁ, M.R.; SERRÃO,J.C. Sobre a localização de pontos e eixos anatômicos para medidas antropométricas a partir de fotogramas. VI Congresso Brasileiro de Biomecânica,1995. [4] LEG,G.; POLLO, F.E. Technology Overveiw: The gait analysis laboratory. Journal of Clinical Engeneering. 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