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CAMILA COSTA DE ARAUJO
TRAJETÓRIA DO CENTRO DE MASSA NA MARCHA HUMANA NORMAL EM AMBIENTE AQUÁTICO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA EM SAÚDE
PUCPR
CURITIBA 2006
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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ
PROGRAMA PÓS-GRADUAÇÃO TECNOLOGIA EM SAÚDE
CAMILA COSTA DE ARAUJO
TRAJETÓRIA DO CENTRO DE MASSA NA MARCHA HUMANA
NORMAL EM AMBIENTE AQUÁTICO
Curitiba 2006
1
CAMILA COSTA DE ARAUJO
TRAJETÓRIA DO CENTRO DE MASSA NA MARCHA HUMANA
NORMAL EM AMBIENTE AQUÁTICO
Dissertação apresentada ao Programa de Pós- Graduação em Tecnologia em Saúde da Pontifícia Universidade Católica do Paraná como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Tecnologia em Saúde.
Orientador (a): Profª.Drª Elisangela Ferreti Manffra
Co-orientador : Prof Dr Percy Nohama
Curitiba 2006
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3
Dedico este trabalho aos meus pais João Magno e Rose, fiéis incentivadores e patrocinadores de todos os meus sonhos.
4
AGRADECIMENTOS
A Deus, pela minha completa saúde e por ser meu “Rumo Certo”.
À Maria, por me socorrer e me segurar no colo nos momentos de intensa preocupação,
quando esta dissertação parecia não ter fim.
Aos meus pais, por todo incentivo, apoio, dedicação e amor incondicional que sempre
me ofereceram e por terem sido fundamentais na concretização deste estudo.
Ao Mateus Faeda Pellizzari, pelo carinho e amor, por estar sempre ao meu lado e me
fazer sorrir, por me socorrer em todas as dificuldades e, principalmente, por compreender que
minha ausência se fazia necessária.
Ao meu irmão Magno Costa de Araujo, por sua paciência, lealdade e amizade durante
esses 2 anos de mestrado que moramos juntos.
À minha orientadora Dra Elisangela Ferreti Manffra, que se transformou em amiga,
pela excepcional atenção empregada na realização deste estudo, por nunca ter se negado, a
qualquer hora, me atender, pela paciência, humildade e motivação.
Ao co-orientador desta pesquisa, professor Dr Percy Nohama, por todo auxílio na
busca de artigos científicos e toda atenção e disponibilidade dedicados a mim.
À professora Dra Vera Lúcia Israel, pela ajuda nos momentos mais difíceis, pelos
ensinamentos referentes à tudo que se relaciona ao meio aquático e por ensinar amor à
pesquisa.
Ao professor André Luis Félix Rodacki, pot toda sua atenção, ensinamentos e dicas
durante toda essa pesquisa.
À Professora Mônica Fort, diretora do curso de Comunicação Social, por ter cedido os
estúdios e ilhas de edição, sem os quais esta pesquisa não poderia ter sido realizada.
Ao Sidney, técnico do Laboratório de Comunicação Social, por ter ajudado em todas
as coletas de imagem em ambiente terrestre. E também ao Luciano e Rodinei que estavam
sempre dispostos a ajudar.
À direção do Pequeno Cotolengo Dom Orione do Paraná, por terem nos
disponibilizado a piscina, onde foram realizados vários estudos pilotos.
À mestranda e grande amiga Danieli Isabel Romanovitch Ribas, por dividir comigo
momentos de sufoco e alegria na realização desta pesquisa, por sua amizade e por sempre
acreditar que daríamos conta de tudo. E a mestranda Lilian Faller, por sua ajuda nos
momentos mais difíceis.
5
À professora Marciane Kulczycki, por ter cedido a piscina da Clínica Escola de
Fisioterapia e por seu apoio total em todas as fases desta pesquisa.
Aos funcionários da Clínica Escola de Fisioterapia Marilú Duran, Sandra Mara
Honório Tortato e Rosângela Marques, por terem ajudado na execução desta pesquisa,
suprindo todas as necessidades de materiais que surgiam de última hora e ao Willian da Silva
Amaro, funcionário da piscina da clínica escola de Fisioterapia, por sua inteira disposição em
sempre nos atender.
Ao Flávio Dias Miranda (cunhado do Ericson), por ter emprestado a segunda
filmadora, indispensável para realização deste estudo.
Ao Raphael Morti, pela ajuda indispensável na obtenção e tratamento das imagens.
Ao grande amigo Ericson Pereira, pelo auxílio durante todo o processo de estudos
pilotos e coleta de dados, por sua amizade e preocupação em ajudar na realização desta
pesquisa.
À Dielise de Bona, pela amizade, companheirismo e disposição em nos ajudar no que
fosse necessário, mesmo nas tarefas mais chatas e difíceis.
Aos bolsistas Lendro Diogo Vazzata, Roberto Eliud Marks Farias, Jean Pierre Jarrier
Conti e Rafael Mello, pessoas super especiais e insubstituíveis, que trabalharam muito para a
realização desta pesquisa. Que Deus os abençoe sempre.
À toda equipe do Laboratório de Engenharia de Reabilitação da PUCPR, que estavam
sempre prontos a ajudar, principalmente ao Lucas Miara Kiapuchinski e Adriano Ricardo
Duma e aos acadêmicos Bruno e Vítor.
Aos funcionários da Secretaria de Pós-Graduação, por sempre nos atenderem muito
bem.
Aos colegas mestrandos, por terem feito parte desta fase da minha vida.
Meu muito obrigado aos voluntários desta pesquisa, por terem concordado em
participar deste estudo, sem vocês esta dissertação não existiria.
Agradeço a PUCPR pela bolsa de incentivo no primeiro ano de mestrado e à CAPES
pela bolsa no segundo ano.
Meu agradecimento a todos que de uma forma ou de outra, se empenharam para a
concretização deste trabalho.
6
Nada te perturbe. Tudo passa.
(Santa Tereza D’Ávila)
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RESUMO
Os exercícios em ambiente aquático e principalmente a marcha, têm sido amplamente utilizados em programas de reabilitação. Por este motivo, as características biomecânicas como os ângulos articulares, momentos, força de reação do solo e eletromiografia têm sido investigados atualmente. Apesar disso, pouco se sabe sobre as estratégias de controle motor empreendidas pelo sistema nervoso central (SNC) durante a marcha em ambiente aquático (AA). Sabe-se que a trajetória do Centro de Massa (CM) durante a marcha está diretamente relacionada à postura e ao equilíbrio. Sendo assim, estudar a trajetória do CM forneceria importantes informações sobre como o SNC adota estratégias para controlar a estabilidade dinâmica durante a marcha. Portanto, o objetivo deste estudo é investigar a trajetória do CM em ambiente aquático (AA) e compará-la com aquela em ambiente terrestre (AT). Para coleta de dados, 19 sujeitos foram filmados, caminhando em velocidade confortável em AT e AA (com a água na altura processo xifóide). Para a obtenção desses dados marcadores foram posicionados em pontos anatômicos, suas coordenadas foram recuperadas e a trajetória do CM foi calculada através do método de análise segmentar. Além de trajetória do CM, características como a excursão vertical, velocidade e distância horizontal entre o CM e o ponto de apoio foram calculados. Durante a fase de apoio, esta distância permite inferir a estabilidade do corpo naquele meio. Diante dos resultados, foi possível constatar diferenças na trajetória do CM em AA e AT, isto pode indicar que a troca de energia potencial em cinética é diferente em AA. Outro achado é que o CM está mais afastado do ponto de apoio em AA do que em AT, o que remeteria a uma situação de instabilidade. Porém, a manutenção desta postura, sem que haja uma queda demonstra que o arrasto e a força de empuxo atuam auxiliando na estabilização do corpo em AA.
Palavras-chave: Centro de Massa. Marcha Humana. Biomecânica. Ambiente aquático.
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ABSTRACT
Water based exercises have been largely adopted in rehabilitation programs. Among them, walking in water is one of the most popular. For this reason, biomechanical characterization of walking in water have been done by investigating joint angles, joint moments, ground reaction forces and electromyographic activation patterns. Despite of this, very few is known about motor control strategies employed by the central nervous system (CNS) during walking in water. It is well known that control of body center of mass (BCOM) during gait is strongly related to posture and balance. In this sense, examination of the BCOM displacement during gait provides information about dynamic stability control and CNS strategies to achieve it. Therefore, the aim of this work was to investigate the behavior of BCOM during walking in water, comparing its characteristics with those on dry land. To do this, nineteen male healthy adults were videotaped while walking at self-selected speeds on land and in water at the Xiphoid-process level. Markers were placed over anatomical landmarks, their coordinates were recovered and position of BCOM was calculated through a segmental analysis method. Beside the usual BCOM characteristics such as vertical excursion and horizontal velocity, the horizontal distance between the BCOM and the point of support was calculated. During the single stance phase, such distance provides a measure of stability. Among the results, it was possible to observe differences between the form of BCOM´s trajectory in water and dry land. This property might indicate that the interchange of potential and kinectic energies is different in water environment. Another result is that the BCOM remains farther from the point of support in water, i.e. the body seems to remain in a more unstable situation. In this sense, one might suppose that buoyancy and drag forces act to stabilize the body.
Keywords: Body Center of Mass. Gait. Biomechanics. Under Water Gait.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Representação do passo (contato do pé seguido do contato do é contralateral) e
da passada (intervalo entre dois contatos seqüenciais do mesmo pé) .......................... .......19
Figura 2 – Ciclo da marcha normal ilustrando os eventos e as fases do andar ............ .......19
Figura 3 – Ângulo do tornozelo durante um ciclo da marcha ...................................... .......20
Figura 4 – Ângulo do joelho durante um ciclo da marcha ........................................... .......21
Figura 5 – Ângulo do quadril durante um ciclo da marcha .......................................... .......21
Figura 6 – Divisão funcional do corpo em unidade passageiro e unidade locomotora .......22
Figura 7 – Trajetória normal do CM durante a marcha................................................ .......25
Figura 8 – Inclinação ou queda pélvica para minimizar deslocamento do CM ........... .......26
Figura 9 – Quarto e quinto determinantes, denominados mecanismo do joelho e tornozelo
para minimizar deslocamento do CM........................................................................... .......26
Figura 10 – Sexto determinante da marcha denominado mecanismo do deslocamento
lateral para minimizar deslocamento do CM.......................................................................27
Figura 11 – Excursão vertical do CM em diferentes velocidades, calculada por 3 métodos
diferentes: Análise Segmentar, plataforma de força e marca sacral ....................................28
Figura 12 – Trajetória e velocidade típicas do CM na direção médio-lateral. Linha cheia
representa idosos sadios e linha pontilhada representa idosos com distúrbio
vestibular..............................................................................................................................30
Figura 13 - (a) Fluxo Laminar e (b) Fluxo Turbulento........................................................34
Figura 14 – Modelo biomecânico bidimensional de 4 segmentos adotado neste
trabalho................................................................................................................................39
Figura 15 – Procedimento para obter a posição do CM da coxa.................................. .......41
Figura 16 – Representação das variáveis Dx1 e Dx2...................................................... .......43
Figura 17 – Imagem Calibrador durante Coleta em AT............................................... .......45
Figura 18 – Esquema para visualização da disposição dos equipamentos em ambiente
terrestre.................................................................................................................................46
Figura 19- Esquema para visualização da disposição dos equipamentos em ambiente
aquático................................................................................................................................47
Figura 20 - Imagem subaquática adquirida pela câmera dentro da piscina.........................48
10
Figura 21 – Imagem representativa do tronco pela câmera de fora da piscina,
correspondente ao ponto do ombro, correspondente ao ponto do ombro..................... .......48
Figura 22 – Tela do Software durante análise do ciclo da marcha em AA..........................50
Figura 23 - Marcação manual dos pontos, realizada quadro a quadro na análise da marcha de
um voluntário em ambiente terrestre.....................................................................................51
Figura 24– (a) Média do comprimento da passada em AA e AT. (b) Média do tempo da
passada em AA e AT. O topo da barra de erro indica a média mais desvio padrão, o ponto
inferior indica a média menos desvio padrão…………………….......................................55
Figura 25 –(a) Média da velocidade da passada AA e AT. (b) Média da cadência em AA e
AT. O topo da barra de erro indica a média mais desvio padrão, o ponto inferior indica a
média menos desvio padrão.................................................................................................55
Figura 26 – (a) Trajetória média do CM em AT ,(b) Trajetória média do CM em
AA………………………………………………………………………………................56
Figura 27 – Média trajetória CM eixo y em AT...................................................................57
Figura 28 – Média trajetória CM eixo y em AA..................…………………....................57
Figura 29 – Média trajetória CM eixo x em AA e AT. .......…………………....................58
Figura 30 – Excursão vertical do CM por sujeito nos ambientes AA e AT.........................58
Figura 31 – Instante em que o CM atinge altura máxima…………………………............59
Figura 32 – Comportamento da variável Dx1 em AA e AT .................................................60
Figura 33 – Comportamento da variável Dx2 em AA e AT .................................................60
11
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................13
1.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................13
1.2OBJETIVOS .......................................................................................................14
1.2.1Objetivo Geral ...........................................................................................14
1.2.2Objetivos Específicos .................................................................................14
1.3 JUSTIFICATIVA ..........................................................................................15
1.4 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO.............................................................17
2 REVISÃO DE LITERATURA ...........................................................................18
2.1 MARCHA HUMANA.......................................................................................18
2.2 ESTUDO CINEMÁTICO DA MARCHA ........................................................22
2.3 CENTRO DE MASSA ......................................................................................23
2.4 AMBIENTE AQUÁTICO.................................................................................32
2.5 MARCHA EM AMBIENTE AQUÁTICO .......................................................35
3 MATERIAIS E MÉTODOS .............................................................................39
3.1 MODELO BIOMECÂNICO E CÁLCULO CM...............................................39
3.2 SELEÇÃO DAS VARIÁVEIS..........................................................................42
3.3 POPULAÇÃO ...................................................................................................43
3.4 COLETA DE DADOS.......................................................................................44
3.4.1 Local da Pesquisa.......................................................................................44
3.4.2 Avaliação dos Sujeitos ...............................................................................44
3.4.3 Procedimento de Coleta de Dados............................................................45
3.4.4 Coleta da Marcha em Ambiente Terrestre..............................................46
3.4.5 Coleta da Marcha em Ambiente Aquático ..............................................47
3.4.6 Análise dos Dados ......................................................................................49
3.5 CORREÇÃO DA DISTORÇÃO DEVIDO AO POSICIONAMENTO DAS CÂMERAS EM AMBIENTE AQUÁTICO ..........................................................52
3.6 ANÁLISE ESTATÍSTICA DOS DADOS .....................................................53
4. RESULTADOS ..................................................................................................54
4.1 CARACTERÍSTICAS DA AMOSTRA............................................................54
4.2 VARIÁVEIS LINEARES..................................................................................54
4.3 COMPORTAMENTO DA TRAJETÓRIA DO CM.........................................56
5. DISCUSSÃO......................................................................................................61
12
5.1 VARIÁVEIS LINEARES..................................................................................61
5.2 CARACTERÍSTICAS DA TRAJETÓRIA DO CM.........................................62
5.3 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS..............................................66
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................68
REFERÊNCIAS.....................................................................................................69
ANEXOS.................................................................................................................77
ANEXO A ...............................................................................................................78
ANEXO B ...............................................................................................................80
APÊNDICE ............................................................................................................83
APÊNDICE A.........................................................................................................84
APÊNDICE B..........................................................................................................89
13
1 INTRODUÇÃO
1.1 INTRODUÇÃO
A locomoção humana é um dos temas que mais têm recebido atenção na Biomecânica.
Desde Aristóteles, da Vinci, Borelli, passando por Weber, Marey, Braune & Fischer e
Muybridge, até os mais atuais estudos que se beneficiam dos recentes avanços nos processos
de aquisição e processamento dos sinais biológicos, a locomoção sempre foi alvo de atenção
dos estudos biomecânicos (SERRÃO, 2001).
A análise da marcha é um dos principais recursos que podem ser usados para detectar
problemas funcionais relacionados à locomoção. Com esse tipo de estudo, obtêm-se
parâmetros importantes para se determinar e acompanhar tratamentos de vários tipos de
distúrbios (OKAI; MORAES, 1999). A compreensão dos complexos mecanismos
biomecânicos e de controle motor envolvidos na marcha humana avançam rapidamente. A
constante evolução nos métodos e técnicas de medição, disponibilizadas pelo avanço
tecnológico, permitem o acesso a diferentes comportamentos do sistema locomotor, de forma
mais precisa e com mais rapidez (DAVID, 2001).
O objetivo da locomoção humana é a progressão para frente de todo o corpo através do
espaço e esta progressão é feita a partir de deslocamentos sucessivos do Centro de Massa
(CM). Sendo assim, é de suma importância analisar a trajetória do CM, quando se deseja
entender os mecanismos da marcha humana.
O conhecimento de onde e como a força da gravidade atua sobre o corpo (e os seus
segmentos), é importante clinicamente para facilitar a movimentação, alterar cargas de
exercícios, equilibrar as partes do corpo e prevenir as quedas (SMITH; WEISS;
LEHMKUHL, 1997).
De fato, alguns estudos afirmam que uma maneira simples de compreender o
movimento é determinando o CM do indivíduo Viel (2001). Ainda neste contexto, variáveis
como velocidade e deslocamento do CM têm sido utilizadas como parâmetro avaliativo e
usado como indicador de desempenho, para técnicos e atletas (MOTA; CARPES;
ESTRÁZULAS, 2003).
14
A piscina terapêutica tem sido constantemente utilizada nos processos de reeducação
da marcha. Os benefícios da Fisioterapia e do treinamento esportivo em ambiente aquático
tem sido amplamente divulgados, sendo crescente a preocupação em se estudar o
comportamento do movimento humano quando em interação com diferentes meios (RIBAS;
ISRAEL; MANFFRA; ARAÚJO, 2007).
Apesar do ambiente aquático (AA) estar sendo cada vez mais utilizado para
treinamento físico e nos processos de recuperação cinético-funcional, não há muita
informação sobre as alterações que este meio possa proporcionar na marcha (HAUPENTHAL
et al., 2005; BARELA et al., 2005; BARELA; DUARTE, 2005; MIYOSHI et al., 2004 e
GEHM et al., 2003) e, conseqüentemente, no deslocamento do CM.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Geral
O presente trabalho tem por objetivo comparar a trajetória do Centro de Massa (CM)
durante a marcha humana em ambiente aquático (AA) com a trajetória do CM durante a
marcha humana em ambiente terrestre (AT).
1.2.2 Objetivos Específicos
Especificamente, pretende-se:
1. Identificar o padrão da trajetória do Centro de Massa durante a marcha humana nos
ambientes aquático e terrestre;
2. Identificar de que modo as características do ambiente aquático influenciam no
comportamento da trajetória do CM neste ambiente;
3. Estabelecer a relação entre trajetória do CM e as variáveis lineares que caracterizam a
marcha.
15
1.3 JUSTIFICATIVA
O ambiente aquático vem sendo amplamente utilizado em programas de reabilitação e
condicionamento físico para um grande número de pacientes em tratamento.
Na área de medicina desportiva este fato fica mais evidente, pois as caminhadas
aquáticas são utilizadas como uma forma eficaz de condicionamento, bem como a prescrição
de exercícios de baixo impacto. O alívio de carga nas articulações torna esta atividade ideal
para a reabilitação, particularmente para aqueles pacientes que possuem lesões do aparelho
locomotor, para os quais as caminhadas na terra são contra-indicadas (BECKER; COLE,
2000). Para Silva Filho, Fernandes e Costa (2005), a necessidade de exercícios de baixo
impacto levou à procura por atividades corporais realizadas no meio líquido.
De acordo com ISRAEL; MANFFRA; RIBAS; ARAUJO, (2007) existe um grande
interesse no estudo do movimento humano dentro da água, uma vez que o meio já é utilizado
como de valor terapêutico na recuperação de atletas lesionados e até mesmo no treinamento
de atletas sadios, devido às diferentes propriedades mecânicas que a água oferece. A
avaliação do movimento de segmentos em imersão, em conjunto com as observações quanto à
patologia do paciente, são de extrema importância para acompanhar a validade do tratamento
proposto (INFANTINI; RODRIGUES, 2000).
O andar dentro da água, como um componente primordial e presente na maior parte
dos protocolos de Fisioterapia aquática, é pouco explorado na literatura em termos de
variáveis biomecânicas, dificultando, assim, a atuação dos fisioterapeutas e demais
profissionais envolvidos no processo de reabilitação. Desta forma, limita estes profissionais a
prescrever e orientar sem fundamentação a marcha nas rotinas de tratamento e estabelecer em
que fase do tratamento, o início do andar está realmente indicado (BRITO, 2003; SOUZA et
al., 2005 e HAUPENTHAL et al., 2005).
Como a marcha humana é descrita como uma seqüência de deslocamentos do CM,
torna-se imprescindível estudar o comportamento do CM para analisar sua eficiência. Dessa
forma, pode-se considerar que a tarefa motora que o SNC deve realizar ao longo da marcha é
manter o equilíbrio dinâmico controlando a trajetória do CM sob ação da força gravitacional
(ARAUJO; MANFFRA; RIBAS; NOHAMA, 2007). É através do estudo da trajetória do CM
na marcha humana que podemos inferir parâmetros como o equilíbrio, eficácia do movimento
e gasto energético
16
Viel (2001) afirma que fica mais fácil compreender o movimento quando se determina
o CM do indivíduo. Quando o CM eleva-se em relação à base, a estabilidade dinâmica torna-
se melhor. Abaixar a posição do CM melhora o equilíbrio estático, mas reduz a capacidade de
equilíbrio dinâmico.
A determinação da massa, posição do centro de massa e momento de inércia dos
segmentos corporais são fundamentais para a construção de modelos do movimento humano
(SCARRONE et al., 2001).
Do ponto de vista do controle motor, os movimentos da marcha produzem um
movimento eficiente, controlando a trajetória do centro de gravidade (CG) e mantendo o
equilíbrio. Sendo assim, a análise das alterações da trajetória do CG no AA, em relação ao
ambiente terrestre (AT), pode auxiliar na compreensão das adaptações motoras em AA
(MANFFRA et al., 2007).
Ervilha, Duarte e Amadio (2001) afirmam que há uma grande quantidade de literatura
sobre exercícios realizados em meio aquático e dos efeitos fisiológicos de imersão; porém,
poucos estudos relacionando variáveis biomecânicas como, por exemplo, eletromiografia,
cinemetria, força de reação do solo e estimativas de momentos de força articular.
Apesar do grande interesse que o ambiente aquático vem despertando, ainda são
escassos os estudos nesta área, principalmente, os referentes à análise da marcha dentro da
água (HAUPENTHAL et al., 2005; BARELA et al., 2005; BARELA; DUARTE, 2005;
MIYOSHI et al., 2004 e GEHM et al., 2003) e menos ainda sobre a trajetória do CM neste
meio.
Brito (2003) ainda afirma que um dos motivos seria o custo dos equipamentos de alta
tecnologia que essas pesquisas necessitam na realização da parte experimental e a necessidade
de um espaço físico apropriado e metodologia específica. Para Haupenthal et al. (2005), a
carência de estudos nesta área pode ser atribuída à necessidade de uma instrumentação
adaptada a este tipo de estudo.
Apesar da crescente preocupação em se estudar o comportamento do movimento
humano quando em interação com diferentes ambientes, até nosso conhecimento pela
literatura consultada, não há estudo que relate a trajetória do CM durante a marcha em
ambiente aquático.
17
1.4 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
Neste documento, o capítulo 2 trata da revisão de literatura dos assuntos que norteiam
este estudo: a marcha humana, o estudo cinemático da marcha, o centro de massa, o ambiente
aquático e a marcha neste ambiente.
O capíulo 3 descreve os materiais e métodos utilizados nesta pesquisa, o que engloba o
modelo biomecânico empregado, toda a rotina de coleta de dados, desde a avaliação dos
sujeitos para a amostra, procedimento de coleta e análise dos dados, até a análise estatística.
No capítulo 4 estão descritos os resultados obtidos com esta pesquisa e no capítulo 5
são discutidos estes resultados em face dos dados disponíveis na literatura.
O capítulo 6 apresenta as considerações finais, bem como sugestões para trabalhos
futuros, referências bibliográficas e os anexos e apêndices que fazem parte deste estudo.
18
2. REVISÃO DE LITERATURA
2.1 MARCHA HUMANA
A locomoção humana não se resume a um único fenômeno, sendo um movimento de
estrutura complexa para análise e interpretação (SILVEIRA FILHO et al., 1997). A marcha
pode ser caracterizada, dentre as diversas formas de locomoção, como um movimento
voluntário, comum e cíclico, executado pelo homem diariamente (BRUNIERA; AMADIO,
1993; MELO et al., 1999).
Existem características na locomoção humana que permitem uma padronização do
movimento (BRUNIERA; AMADIO, 1993), embora se saiba que o andar sofra alterações
entre indivíduos e para um mesmo indivíduo em diferentes velocidades, de acordo com a sua
natureza morfológica, idade, tipo de atividade exercida, patologia, entre outros fatores
(MELO et al., 1999). De acordo com Vaughan, Davis, O’Connor (1992), a seqüência de
acontecimentos no corpo humano que resulta na marcha pode ser resumida em sete itens: (1)
registro e ação do andar através do comando do Sistema Nervoso Central; (2) transmissão dos
sinais para o sistema nervoso periférico; (3) contração dos músculos que desenvolvem a
tensão; (4) geração de forças e momentos sobre as articulações sinoviais; (5) regulação das
forças e momentos nas articulações pelos segmentos esqueléticos rígidos; (6) deslocamento
dos segmentos, buscando uma forma que forneça um andar funcional e (7) geração das forças
de reação no solo.
Um ciclo da marcha normal é composto pelos eventos que ocorrem desde o toque do
calcanhar de um dos membros inferiores até o toque deste mesmo calcanhar mais adiante
(ISHIDA, 1997). Um passo trata do início de um evento por um membro até o início de
mesmo evento com o membro contralateral e passada refere-se a um ciclo completo do andar,
que se refere ao início de um evento por um membro até o início do mesmo evento com o
mesmo membro (Figura 1). O toque do calcanhar é usualmente o evento que delimita o passo
ou a passada (PERRY, 2005).
19
Figura 1-Representação do passo (contato do pé seguido do contato do pé contralateral) e da passada (intervalo entre dois contatos seqüenciais do mesmo pé) (PERRY, 2005).
Por convenção, utiliza-se o lado direito do corpo como referência e as fases do ciclo
básico da marcha são assim nomeadas: a fase de apoio é definida como a porcentagem do
ciclo em que o pé de referência está em contato com o solo, e a fase de balanço, pelo tempo
em que este está no ar, como mostra a Figura 2. A fase de apoio compreende o período entre o
toque do pé-calcanhar (0%) e o desprendimento dos dedos (62%); a fase de balanço ocorre
entre o desprendimento dos dedos (62%) e o segundo (ipsilateral) toque do pé (100%)
(SUTHERLAND; KAUFMAN; MOITOZA, 1998).
Figura 2 - Ciclo da marcha normal ilustrando os eventos e as fases do andar (adaptado de VAUGHAN; DAVIS; O’CONNOR, 1999).
As principais subdivisões das fases mostradas na Figura 2 descrevem as transições que
devem ocorrer durante uma passada.
A fase de apoio é subdividida em três períodos: (1) duplo apoio inicial, que marca o
início da marcha, indo do toque do pé até o desprendimento do pé oposto; (2) apoio simples,
que se inicia com desprendimento do pé oposto e vai até o toque deste pé no solo; (3) segundo
duplo apoio, que se inicia com toque do pé contralateral até o desprendimento do pé.
Fase de Apoio Fase de Oscilação
Resposta de carga
Apoio Final
Balanço Inicial
Balanço Terminal
Balanço Médio
DuploApoio Inicial
Segundo Duplo Apoio
20
Seguindo a mesma nomenclatura, a fase de balanço também é dividida em três períodos: (1)
balanço inicial, que começa com o desprendimento inicial do pé e a perna é acelerada para
frente; (2) balanço médio - momento em que a tíbia do membro em balanço está
perpendicular ao solo e coincide com o período de apoio médio do membro contralateral; (3)
balanço terminal, que ocorre quando a perna se prepara para o próximo toque do pé na
superfície de contato e é o período de desaceleração do membro.
Além dessas variáveis (duração das fases de apoio e balanço), existem outras medidas
lineares do ciclo da marcha que são a cadência (número de passos em um intervalo de tempo -
passos/min), o comprimento do passo (distância entre os mesmos pontos de referência em
cada pé durante o duplo apoio) comprimento da passada (distância percorrida durante o tempo
de dois toques sucessivos do mesmo pé) e a velocidade da marcha (velocidade média atingida
depois de aproximadamente três passos, sendo expressa em m/s) (SUTHERLAND;
KAUFMAN; MOITOZA, 1998).
Os deslocamentos de todo o corpo no espaço são descritos como translacionais, mas a
marcha só é obtida pelos deslocamentos angulares dos vários segmentos do corpo em torno
dos eixos localizados próximos às articulações (INMAN; RALSTON; TODD, 1998). Os
deslocamentos angulares típicos do tornozelo, joelho e quadril no plano sagital durante um
ciclo da marcha, estão mostrados nas Figuras 3, 4, 5, respectivamente.
Figura 3-Ângulo do tornozelo durante um ciclo da marcha (adaptado de PERRY, 2005). A linha em negrito indica média. A linha superior indica a média mais o desvio padrão e a linha inferior a média menos o desvio padrão.
Ângulo do tornozelo
( º )
Porcentagem do Ciclo da Marcha
21
Figura 4 - Ângulo do joelho durante um ciclo da marcha (adaptado de PERRY, 2005). O significado das linhas é o mesmo da Figura 3.
Figura 5-Ângulo do quadril durante um ciclo da marcha (adaptado de PERRY, 2005). O significado das linhas é o mesmo da Figura 3.
Para descrever os movimentos do corpo e principalmente para analisar a marcha, os
segmentos corporais são considerados corpos rígidos e são geralmente definidos, entre
inúmeros modelos existentes, como pé, perna, coxa, pelve, braços, cabeça e tronco. As
principais articulações entre os segmentos adjacentes incluem o tornozelo, joelho, quadril,
cotovelo e ombro. Mas na maioria das vezes somente os movimentos dos segmentos
inferiores são considerados na análise da marcha. Provavelmente, isto ocorre pelo fato que
funcionalmente os membros inferiores são os responsáveis pelo deslocamento do corpo
Ângulo do
joelho (º)
Ângulo do
quadril (º)
Porcentagem do Ciclo da Marcha
Porcentagem do Ciclo da Marcha
22
(sistema locomotor) e os membros superiores são considerados como a unidade passageiro,
por serem carregados pelos membros inferiores, conforme ilustra a Figura 6 (PERRY, 2005).
Figura 6 -Divisão funcional do corpo em unidade passageiro caracterizada pelos membros superiores e unidade locomotora pelos membros inferiores (PERRY, 2005).
2.2 ESTUDO CINEMÁTICO DA MARCHA
A cinemática é a área da física que realiza a descrição do movimento de um corpo sem
se preocupar com as suas causas, ou seja, não considerando as forças atuando sobre ele. Na
análise cinemática da marcha ocorre a descrição do movimento do corpo como um todo e/ou
dos segmentos corporais em relação uns aos outros, observando o deslocamento angular dos
segmentos (NORKIN, 1993; RAMALHO JR., 1997).
As técnicas de medição biomecânica incluem os métodos, assim como os
procedimentos para processamento de dados como pré-requisitos em investigação científica.
Entre essas técnicas, tem-se a cinemetria, que se constitui em importante instrumento para a
observação e análise a partir das características do corpo em movimento e de seus indicadores
como posição, velocidade, ângulo e aceleração (COSTA; AMADIO, 1995).
Em geral, os sistemas de imagem são usados para localizar marcadores em espaço
tridimensional. Utilizando diversos marcadores para identificar segmentos corporais de
interesse, estes sistemas são capazes de determinar os deslocamentos lineares e angulares dos
segmentos e articulações do corpo em 3 dimensões durante atividades dinâmicas
(DURWARD et al., 2001).
23
Na análise quantitativa cinemática da marcha humana, obtêm-se dados cinemáticos
lineares (movimentos de translação) e angulares (movimentos de rotação).
A cinemetria vem sendo utilizada desde quando era usada tecnologia de cinema ou
seqüências de fotografias (HARRIS; WERTSCH, 1994). Atualmente, porém, emprega-se o
registro em vídeo, considerando-se as vantagens eletrônicas definidas pelo processamento de
imagens, ou seja, baixo custo de operação, rápida representação de resultados, possibilidade
de ajustes e controle remoto da câmera, simples sincronização com dados de outras origens e
aplicabilidade em situações de competição (COSTA; AMADIO, 1995).
Usando este tipo de sistema, é possível obter dados digitais e estes podem ser
armazenados diretamente no computador para posterior apresentação e análise. Estes sistemas
usam tanto os marcadores ativos (ativas fontes de luz), quanto os passivos (refletores de luz),
para identificar a posição e a orientação dos segmentos do corpo (LEE; POLLO, 2001).
Entre os sistemas comerciais de análise, de imagem pode-se citar os sistemas óptico-
eletrônicos com avaliação de dados automática e digital, como o PEAK PERFORMANCE,
OLGA (On Line Graphic Analysis), OPTOTRAK com sensores ópticos adequados ao
processamento de imagens; VICON (Vídeo Converter for Biomechanics) e ELITE (Elaborate
di Immagini Televisive) com sistemas de varredura automática de TV; SELSPOT (Selective
Light Spot Recognition) baseado no efeito lateral de diodos; CODA (Cartesian Optoeletronic
Dynamic Anthropometer) baseado em laser, DEGEEME e SIMM (Software for Interactive
Musculoskeletal Modeling) que utilizam imagens de filmadoras e marcação manual dos
pontos (COSTA; AMADIO, 1995).
2.3 CENTRO DE MASSA (CM)
De forma simplista, pode-se afirmar que o Centro de Gravidade é o ponto de aplicação
da força peso. Os termos Centro de Massa e Centro de Gravidade podem ser usados de forma
equivalente, pois a força gravitacional pode ser considerada constante na análise do
movimento humano.
O centro de massa é um ponto teórico cuja localização muda de instante a instante
durante um movimento. A mudança na posição do centro de massa resulta de posições que se
modificam rapidamente nos segmentos do corpo durante o movimento (HAMIL; KNUTZEN,
1999). Qualquer alteração em relação à posição anatômica faz com que o CM se desloque.
24
Por exemplo, se os braços forem dobrados sobre o tórax ou elevados acima da cabeça, o
centro de gravidade sobe.
O centro de gravidade relativamente alto nos seres humanos coloca a pessoa ereta em
uma posição de equilíbrio instável. Assim, apenas uma pequena força é necessária para iniciar
a marcha. A queda do corpo é prevenida por um sistema neuromuscular intacto e automático,
que coloca uma base de suporte (a perna estendida) embaixo do centro de gravidade. Assim, a
marcha humana pode ser descrita como uma seqüência de perturbar e capturar o centro de
gravidade (SMITH; WEISS; LEHMKUHL, 1997).
Segundo Eames, Cosgrove e Baker (1999), a marcha consiste da translação do centro
de gravidade horizontalmente e a ação muscular deve desempenhar uma força horizontal para
mover este centro e uma força vertical para prevenir que o corpo caia devido ao efeito da
gravidade. Um conceito importante a ser compreendido é de que o deslocamento suave do
centro de massa do corpo é essencial para a marcha eficiente. Para que isso ocorra é
necessária uma ação muscular, havendo consumo de oxigênio tanto para iniciar quanto para
manter a marcha. A fim de que os movimentos do centro de massa sejam suaves e a marcha
eficiente, os movimentos dos membros inferiores e, em menor extensão, dos membros
superiores, devem apresentar trajetórias coordenadas de forma otimizada (ROSE E
GAMBLE, 1998).
Conforme os membros direito e esquerdo alternam seus papéis de suporte, o corpo
precisa mover-se. Os membros alternam o alinhamento vertical entre duplo apoio e apoio
simples, levando a uma mudança na altura da pelve, o que faz a massa do corpo se deslocar
para cima e para baixo (PERRY, 2005). O objetivo da locomoção humana, segundo Tucker et
al. (1998) é a progressão para frente de todo o corpo através do espaço, enquanto que os
movimentos dos segmentos individuais são para manter deslocamentos mínimos do CG, nas
direções vertical e lateral.
Há muitos movimentos do esqueleto durante a locomoção normal que se destinam ao
objetivo de atenuar as subidas e descidas do centro de gravidade, a fim de fazê-lo descrever
uma curva aproximadamente senoidal o mais suave possível.
A trajetória do centro de gravidade é imposta pela alternância de pés separados com
duplo contato (ponto baixo) e apoio unipodal (ponto alto). O ponto mais alto é observado ao
redor de 18% do ciclo da marcha (o tronco passa na vertical durante contato unipodal), sendo
o ponto baixo observado ao redor de 48% do ciclo, no momento de duplo contato (VIEL,
2001). A diferença da altura na trajetória do CM seria de aproximadamente 9,5 cm se
nenhum mecanismo compensatório fosse realizado. Elevar repetidamente o corpo nessa
25
distância tornaria-se rapidamente exaustivo. No entanto, ocorrem ações compensatórias para
minimizar o movimento do CM (PERRY, 2005).
Tais ações consistem em seis padrões de movimento, chamados determinantes da
marcha, que minimizam o deslocamento em relação à linha de progressão (Figura 7) e
reduzem o esforço muscular durante a marcha (PERRY, 2005). Para Inman, Ralston e Todd
(1998) este deslocamento vertical é cerca de 5cm nas velocidades usuais da marcha, já para
Gard, Miff e Kuo (2004) variam entre 2,4 e 3,4cm. Hahn e Chou (2004) encontraram
deslocamento de 3,9cm na velocidade de 1,3m/s.
Figura 7-Trajetória normal do CM durante a marcha e seu deslocamento em relação à linha de progressão (PERRY, 2005)
O primeiro determinante é a rotação pélvica de 4º para cada lado do eixo central, um
total aproximado de 8º, que ocorre nas fases de duplo apoio, fazendo com que o comprimento
da passada aumente e o ponto mais baixo da trajetória do CM seja elevado. O segundo
determinante é a inclinação pélvica de 4º a 5º (Figura 8), onde a pelve cai para o lado da perna
em oscilação. Esta queda é controlada pelos abdutores do quadril (glúteo médio e mínimo) da
perna de apoio. Como o Centro de Massa (CM) está no ponto médio entre os quadris, a curva
da trajetória diminui sua amplitude, reduzindo sua elevação máxima do solo durante o apoio
simples (LEHMANN; LATEUR, 1994, ROSE; GAMBLE, 1998).
26
Figura 8 - Inclinação ou queda pélvica, segundo determinante da marcha para minimizar deslocamento do CM (PERRY, 2005).
A flexão do joelho de aproximadamente 15º que acontece na fase de apoio médio, é o
terceiro determinante. O joelho é estendido durante o contato inicial do calcanhar, fletido a
15º no período de apoio médio e estendido novamente na fase de impulsão. Isto reduz com
eficácia o comprimento da perna durante o apoio médio, quando o CM atinge seu ponto mais
alto da trajetória (LEHMANN; LATEUR, 1994, ROSE; GAMBLE, 1998).
O quarto e o quinto determinantes estão relacionados aos mecanismos do joelho e
tornozelo (Figura 9). Conforme o membro de apoio recebe a carga, a combinação do aumento
da flexão plantar do tornozelo (Figura 3) e da flexão do joelho (Figura 4) diminui o ritmo de
elevação do corpo e parte da resposta à carga torna-se mais vertical pelo rolamento anterior do
calcanhar. Seguindo o contato do antepé com a superfície de apoio, o avanço do membro
continua com a dorsiflexão do tornozelo enquanto o joelho aumenta sua flexão. No momento
em que a tíbia está verticalizada no final da fase da fase de apoio inicial, o joelho flete 15º.
Figura 9 – Quarto e quinto determinantes, denominados mecanismo do joelho e tornozelo para minimizar deslocamento do CM (PERRY, 2005)
27
O sexto determinante consiste no movimento do centro de gravidade no plano
horizontal, na direção látero-lateral (Figura 10). Para manter a estabilidade, o centro de
gravidade é deslocado para o membro de sustentação. O valgo anatômico normal do joelho
coloca os pés mais perto da linha média, levando a um menor desvio lateral. A largura
anatômica entre as articulações dos quadris é de aproximadamente 20 a 25 cm. A largura do
passo normal é de 8 cm. Conforme o membro recebe a carga, existe um leve aumento no
valgo do joelho, o que move o CM para mais perto do pé de apoio. Como resultado, a
trajetória do CM descreve uma curva senoidal suave tanto no plano sagital quanto no
transverso (LEHMANN; LATEUR, 1994, ROSE; GAMBLE, 1998, PERRY, 2005).
Figura 10 – Sexto determinante da marcha denominado mecanismo do deslocamento lateral para minimizar deslocamento do CM (PERRY, 2005)
A trajetória do Centro de Massa do corpo é comumente investigada em estudos sobre
a postura e o equilíbrio (CHOU et al., 2001, LENZI; CAPELLO; CHIARI 2003, LAFONDI;
DUARTE; PRINCE, 2003, MOCHIZUKI E AMADIO, 2003).
Segundo Mochizuki e Amadio (2003), a trajetória do CM representa tradicionalmente
a oscilação natural que o corpo apresenta quando está na postura ereta, o que é denominada de
balanço postural. O estudo da trajetória do Centro de Massa do corpo humano é realizado para
compreender os mecanismos de controle postural em diferentes ações motoras. Essa variável
é tradicionalmente associada ao movimento do Centro de Pressão (CP) (obtido através da
interação das forças de reação do solo com o apoio do corpo humano no chão) para se estudar
os movimentos associados ao controle do corpo em relação à base de apoio e equilíbrio
(MOCHIZUKI; AMADIO, 2003).
A projeção vertical do CM representa uma variável de interesse que caracteriza a
posição e movimento do corpo em relação à base de suporte, e é considerada como uma
variável de controle do sistema de equilíbrio (LENZI; CAPPELLO; CHIARI,2003).
28
Gard, Miff e Kuo (2004) num estudo sobre a comparação de três métodos de
determinação da trajetória vertical do CM, relacionaram o padrão da trajetória do CM com o
tamanho da passada e a velocidade da marcha. Eles demonstraram que o método de análise
segmentar e o método da plataforma de força forneceram resultados muito semelhantes para
cálculo da excursão vertical do CM em todas as velocidades e também afirmaram que quanto
maior o comprimento da passada e a velocidade, maior a excursão vertical do CM, conforme
pode-se visualizar na Figura 11.
Figura 11- Excursão vertical do CM em diferentes velocidades, calculado por três métodos diferentes: Análise Segmentar, Plataforma de força e Marca Sacral (adaptado de GARD, MIFF e KUO, 2004)
A velocidade do CM e sua localização em relação à base de suporte, são identificados
como fatores importantes na manutenção do equilíbrio. O preciso controle da trajetória do
CM e sua coordenação com o centro de pressão do pé de apoio são importantes para a
manutenção de toda a estabilidade dinâmica do corpo e para suportar as exigências dinâmicas
Velocidade = 0,8m/s Velocidade = 1,2m/s
Velocidade = 1,6m/s Velocidade = 2m/s
Tempo (% passo) Tempo (% passo)
Tempo (% passo) Tempo (% passo)
Exc
ursã
o V
erti
cal (
cm)
Exc
ursã
o V
erti
cal (
cm)
Exc
ursã
o V
erti
cal (
cm)
E
xcur
são
Ver
tica
l (cm
)
Análise Segmentar Plataforma Força Marca Sacral
29
nas articulações dos membros de apoio na necessidade de transpor obstáculos (CHOU et al.,
2001).
Em um estudo de Chou et al. (2001) com 6 adultos jovens para investigar o efeito da
altura dos obstáculos na trajetória do CM do corpo humano, estes foram instruídos a caminhar
livremente e tiveram que passar por cima de objetos de diferentes alturas. Para análise dos
dados, foram selecionados parâmetros como a amplitude de deslocamento do CM nas três
direções e a velocidade do CM. Como resultado dessa pesquisa, os autores puderam verificar
que transpor obstáculos altos resultou em um aumento significativo na amplitude da trajetória
do CM nas direções antero-posterior e vertical, em um aumento da velocidade do CM na
direção vertical e uma maior distância antero-posterior entre o CM e CP. Em contrapartida, o
movimento do CM na direção médio-lateral não foi significativamente afetado.
Chou et al. (2003) compararam o movimento do CM na direção médio-lateral em
idosos sadios e idosos com distúrbio vestibular, ao transpor obstáculos durante a marcha.
Eles sugerem que o exame da trajetória do CM do corpo pode ser uma valiosa ferramenta na
avaliação de pacientes com distúrbios de equilíbrio. Informações sobre a habilidade individual
de controlar a trajetória do CM durante a passagem de obstáculos, permite identificar riscos
de desequilíbrios e quedas. Como resultado, puderam verificar que idosos com distúrbios
vestibulares mostraram um significativo aumento na amplitude e na velocidade do CM na
direção médio-lateral (Figura 12), apresentando uma trajetória assimétrica e muito diferente
dos idosos sadios, o que reflete na maior dificuldade de se manter uma estabilidade dinâmica
no plano frontal. De acordo com estas curvas, é possível visualizar que os idosos com
distúrbio vestibular não conseguem manter um padrão normal de controle da trajetória do
CM, quando vão transpor obstáculos.
30
Figura12-Trajetória e velocidade típicas do CM na direção médio-lateral. Linha cheia representa idosos sadios e a linha pontilhada representa idosos com distúrbio vestibular (adaptado de CHOU et al., 2003).
O mecanismo de caminhada pode ser comparado a um sistema de pêndulo invertido.
A cada passo o CM está localizado sucessivamente atrás ou na frente do ponto de contato do
pé com o solo. Quando o CM se localiza atrás do ponto de contato, o toque do pé com o solo
provoca um movimento de desaceleração, um decréscimo da energia cinética, uma elevação
vertical do CM e um aumento da energia potencial, pois parte dessa energia cinética, devido à
velocidade de início é convertida em energia potencial gravitacional. Quando o CM se
desloca para frente do ponto de contato com o solo, o contato com o solo leva a uma redução
da altura do CM e um aumento da velocidade inicial. Parte da energia potencial gravitacional,
agora é convertida novamente em energia cinética, como no mecanismo do pêndulo.
Entretanto, o corpo humano não é um sistema ideal de pêndulo sem atrito, e as energias
cinética e potencial não são perfeitamente conservadas e o máximo de troca é de
aproximamente 65% (CAVAGNA; ZAMBONI, 1976 apud DETREMBLEUR et al., 2004).
Outros estudos relacionam o aumento do gasto energético durante a marcha a uma
anormalidade de movimentação dos membros inferiores que alteram a deslocamento
idealmente senoidal suave do CM, alterando a eficiência do mecanismo de pêndulo da marcha
(TESIO; LANZI; DETREMBLEUR, 1998, DETRERMBLEUR et al., 2004).
% ciclo da marcha
Vel
ocid
ade
M-L
CM
(cm
/s)
Tra
jetó
ria
M-L
(cm
)
31
O centro de massa é usualmente determinado com auxílio da cinemetria e de um
modelo de segmentos corporais (WINTER, 2005, LAFOND; DUARTE; PRINCE, 2003,
DETREMBLEUR et al., 2004). As coordenadas de cada segmento corporal e a distância entre
os marcadores (correspondendo ao tamanho de cada segmento) são registradas. A partir
dessas distâncias e de um modelo antropométrico adequado (WINTER, 2005), pode-se obter a
localização do centro de massa de cada segmento corporal.
Esta quantificação da trajetória do CM necessita de uma modelagem do corpo como
um sistema de segmentos corporais e da determinação precisa da posição e orientação
espacial de cada segmento, através de pontos anatômicos identificados no espaço pelo sistema
de imagens (TUCKER et al.,1998; RABUFFETTI; BARONI, 1999). Parâmetros de
segmentos corporais são tipicamente derivados de medidas indiretas e/ou de dados
previamente publicados baseados na altura e peso do sujeito (LENZI; CAPPELLO; CHIARI,
2003).
Segundo Hamil e Knutzen (1999), esta abordagem é chamada de método segmentar e
utiliza as coordenadas horizontal e vertical, a partir de dados digitalizados e de dados
antropométricos dos segmentos, para analisar um segmento por vez e, então, calcular o centro
de massa corporal total.
A quantidade de segmentos corporais utilizada em cada estudo depende do modelo
antropométrico escolhido. Tucker et al. (1998) utilizaram 11 segmentos (pés, pernas, coxas,
braços, pelve, tronco e cabeça); Chou et al. (2001) e Lafond, Duarte e Prince (2003) usaram
13 segmentos, sendo que 4 segmentos representando os membros superiores, 6 segmentos os
membros inferiores, 1 a pelve, 1 o tronco e 1 a cabeça; já Lenzi, Cappello e Chiari, (2003)
utilizaram 4 segmentos corporais (CBT- representando um único segmento que liga cabeça,
braços e tronco, seguido de coxa, perna e pé). Já Detrembleur et al. (2004) realizaram seus
estudos com 7 pontos, referentes a 6 segmentos (cabeça do quinto metatarso, maléolo lateral,
côndilo lateral, trocanter maior, crista ilíaca, sacro e acrômio). Rabuffetti e Baroni (1999) em
seus estudos, usaram 2 modelos antropométricos: o primeiro com 4 pontos fixados na pelve e
o segundo com 16 segmentos corporais.
Segundo Benda et al. (1994) apud Lenzi, Capelo e Chiari (2003) o método cinemático
de segmentos rígidos com o sistema de análise de movimento é considerado o mais fidedigno
método de estimação do CM e é freqüentemente referenciado como padrão ouro para
validação e comparação.
O método cinemático é baseado diretamente na definição do CM. Para realização
deste método, é necessário um modelo antropométrico preciso e a descrição cinemática de
32
cada marcador posicionado especificamente proximal ou distal nas estruturas ósseas. A
exatidão da localização do CM é relacionada a parâmetros inerciais de massa precisos,
provenientes da posição do CM e fração de massa de cada segmento do modelo escolhido
(LAFOND; DUARTE; PRINCE, 2003).
2.4 AMBIENTE AQUÁTICO
Com a evolução dos tratamentos, a Hidroterapia tornou-se uma modalidade
terapêutica amplamente aceita e utilizada pelos fisioterapeutas. Constitui-se como elemento
essencial do processo de reabilitação sendo dirigida também para a prática de exercícios
aquáticos com a finalidade de obtenção de cura, prevenção e bem-estar.
Sabe-se que a água possui propriedades físicas que influenciam diretamente no
tratamento dos pacientes. Quando os fisioterapeutas fazem uso da piscina terapêutica devem
conhecer as propriedades, efeitos físicos e fisiológicos da água em relação ao corpo em
imersão total e parcial, em repouso e em movimento, para que possa utilizar adequadamente
este meio (INFANTINI; RODRIGUES, 2000).
A pressão hidrostática obtida pela Lei de Pascal é definida como a força exercida por
unidade de área, em que a força atua perpendicularmente à área de superfície, e é exercida
igualmente sobre toda área da superfície de um corpo imerso em repouso, em uma certa
profundidade (MUNSON; YOUNG; OKIISHI, 1997). A pressão em um líquido aumenta com
a profundidade e está diretamente relacionada com a densidade do fluido.
Do ponto de vista fisiológico, pode-se considerar que a pressão hidrostática oferece
uma certa “contenção” articular, favorece ao ortostatismo e à marcha dos indivíduos em
imersão (INFANTINI; RODRIGUES, 2000).
Como conseqüência da pressão hidrostática, tem-se a força de empuxo que atua na
direção oposta à força da gravidade, sendo gerada pelo volume de água deslocado, e surge do
fato de que a pressão em um fluido aumenta com a profundidade (MUNSON; YOUNG;
OKIISHI, 1997). Segundo o Princípio de Arquimedes, quando um corpo está imerso
completamente ou parte dele em um líquido em repouso, ele sofre uma força para cima, igual
ao peso do líquido deslocado por ele.
De forma similar ao peso, pode-se considerar que a força de empuxo está aplicada em
um ponto do corpo: o centro de flutuação (CF). O CF localiza-se na centróide de volume do
corpo imerso. Quando o CG e o CF estão na mesma linha vertical e possuem a mesma
magnitude, o corpo está em equilíbrio estático e, quando isso não acontece, o resultado é uma
33
força rotacional. Esse momento de força é determinado pelo deslocamento horizontal entre os
dois centros e pela diferença de magnitude dos vetores entre a força ascendente no centro de
flutuação e a força descendente no centro de gravidade (BECKER; COLE, 2000).
A flutuação, então, é a capacidade de um corpo manter-se à superfície da água,
resultando da interação entre a força da gravidade e o empuxo. Quanto maior o volume do
corpo imerso na água, maior será o empuxo aplicado ao corpo (DEGANI, 1998). Devido ao
empuxo, a água pode ser utilizada laboratorialmente para simular a ausência de gravidade e
pode ser utilizada de maneira vantajosa para reabilitação, quando se necessita de ausência de
carga (BECKER; COLE, 2002).
De acordo com Bates e Hanson (1998), a flutuabilidade diminui as forças
compressivas nas articulações e muitos indivíduos que não podem suportar muito peso numa
determinada articulação podem, desta forma, fazer o uso de músculos que não estão sendo
utilizados em terra e também aumentar a capacidade de realização de movimentos.
Conforme Kruel et al. (1995), quanto maior o nível de imersão, menor será o impacto
a que uma articulação estará submetida quando realiza um determinado exercício, diminuindo
assim o estresse articular. Eles demonstraram redução do percentual médio do peso
hidrostático de 46% ao nível do quadril e de 70% ao nível do processo xifóide. Brito et al.
(2004) em uma pesquisa sobre a quantificação da força vertical de reação do solo em
ambiente aquático, quando compararam os valores da água com os valores em solo, obtiveram
uma redução em torno de 15% para o nível de imersão correspondente a próximo do joelho e
de 57% para o nível próximo do quadril.
Além do empuxo, outra força que influencia o deslocamento na água é o arrasto que
tenderá a se opor ao movimento relativo entre um objeto e o fluido (MUNSON; YOUNG;
OKIISHI, 1997). A força de arrasto é resultado do atrito viscoso e da turbulência.
A viscosidade é uma medida da fricção interna entre as camadas das moléculas de um
fluido ou a resistência de um fluido a forças de cisalhamento (MUNSON; YOUNG;
OKIISHI, 1997). A resistência viscosa aumenta proporcionalmente a velocidade ao quadrado
relativa entre objeto e o fluido.
Quando a água move-se continuamente, com todas as linhas de correntes paralelas,
diz-se que a água está em fluxo laminar (Figura 13a). Normalmente, as taxas de fluxo laminar
são lentas, pois quando a água se move rapidamente, até mesmo as menores oscilações criam
um fluxo irregular e os caminhos paralelos são desviados do alinhamento. Quando esta última
condição ocorre, desenvolve-se um outro tipo de padrão, chamado fluxo turbulento (Figura
13b); neste, as linhas de correntes não são paralelas e há formação dos redemoinhos ou
34
vórtices numa região denominada esteira (posterior ao corpo) (MUNSON; YOUNG;
OKIISHI, 1997). O coeficiente de arrasto de um corpo em movimento na água é muito maior
para um fluxo turbulento, pois a propulsão do corpo e a velocidade e o modo de execução do
movimento gera o fluxo turbulento, aumentando a resistência ao seu movimento.
(a) (b)
Figura 13- (a) Fluxo Laminar, (b) Fluxo Turbulento (HAMILL e KNUTZEN, 1999).
A forma como o corpo está posicionado em relação à correnteza determina o
coeficiente de arrasto, relacionado à turbulência. Deste modo, a resistência ao movimento
depende da velocidade e da forma do objeto (MUNSON; YOUNG; OKIISHI, 1997). As
forças de arrasto são uma combinação de arrasto viscoso e arrasto de pressão. O cálculo da
força total de arrasto em um corpo rígido é dado pela equação,
FA = ½ ρ · A ·CA ·v2 (1)
onde ρ é a densidade do fluído, A é a área de secção transversal do corpo, CA é o
coeficiente de arrasto e v é a velocidade do corpo em movimento em relação ao líquido. A
densidade da água, a secção transversal e a velocidade do corpo podem ser medidos
diretamente. O coeficiente de arrasto é um parâmetro crítico e depende da forma do corpo,
rugosidade da superfície e do tipo de fluxo laminar ou turbulento (MUNSON; YOUNG;
OKIISHI, 1997).
Quando se analisa a equação da força de arrasto, pode-se observar que a resistência
aumenta com o quadrado da velocidade do corpo. Então, quanto maior a velocidade, maior é a
resistência ao movimento, quanto mais denso o fluído, maior a dificuldade de realização do
movimento e a resistência ao movimento também aumenta com o aumento da área frontal do
corpo (MUNSON; YOUNG; OKIISHI, 1997).
35
A viscosidade e a turbulência são propriedades que tornam a água um meio útil para
fortalecimento muscular.
2.5 MARCHA EM AMBIENTE AQUÁTICO
O andar na água apresenta diferentes características quando comparado com a marcha
em ambiente terrestre. Isto acontece devido às propriedades já descritas. A densidade maior
da água junto com a força de empuxo, reduz o efeito da gravidade, facilitando o equilíbrio e a
permanência do indivíduo em ortostase. Em contrapartida, exige maior força propulsiva do
aparelho locomotor para vencer as forças de resistência, como a turbulência e o arrasto
(ERVILHA, 1999).
Infantini e Rodrigues (2000) afirmam que a marcha dentro da água apresenta
características que diferem da marcha em solo, principalmente, no que diz respeito à
amplitude de movimento das articulações dos membros inferiores durante as fases da marcha
e que se acentuam com o aumento da velocidade do movimento realizado.
De acordo com Skinner e Thompsom (1985), após uma lesão ou processo cirúrgico, o
paciente pode ficar em pé e iniciar treinamento da marcha e exercícios de fortalecimento
dentro da água, antes de executá-los fora.
Haupenthal at al. (2005) em um estudo com 6 voluntários sobre a força de reação do
solo na corrida em ambiente aquático, constataram velocidade média de corrida em ambiente
aquático de 0,80 m/s, que é bem menor do que a velocidade de corrida realizada em terra que
foi de 3,0 m/s e relacionaram este fato à maior resistência fornecida pela água durante o
movimento. Estes mesmos autores também observaram redução para menos da metade, de
componente vertical da força de reação do solo, em ambiente aquático. Apesar da força de
reação do solo ser reduzida à metade, para correr na água, o indivíduo necessita vencer a
maior resistência deste ambiente. Assim, este exercício torna-se um importante método
alternativo de condicionamento, porque com menor carga imposta às estruturas consegue-se
treinar de forma semelhante o sistema cardiovascular.
Para Haupenthal et al. (2005), o paciente que ainda não possui a capacidade de correr
em terra devido a um acometimento osteomioarticular, pode encontrar na água um meio
eficaz de manter o condicionamento físico ou acelerar o processo de recuperação com a
corrida em ambiente aquático.
36
Dulcy (1988) observou que ocorre uma redução aparente do peso corporal, secundário
ao efeito de redução da ação da gravidade, com conseqüente diminuição da magnitude das
forças internas nas estruturas músculo-esqueléticas, possibilitando o início precoce de
atividades na água em relação à terra. Isso, por sua vez, acelera o processo de reabilitação,
diminuindo o tempo e os custos com o tratamento, e também prevenindo possíveis riscos de
prejuízos aos procedimentos cirúrgicos na fase pós-operatória.
De acordo com Charness (1993) a água aquecida estimula a consciência da
movimentação das partes do corpo. As propriedades de apoio da água dão ao paciente mais
equilíbrio e maior estabilidade ao tronco. Os estímulos vestibulares ajudam a melhorar a
resposta de equilíbrio, pela estimulação dos músculos antigravitacionais localizados nos
membros inferiores.
Através da comparação de aspectos espaço-temporais e cinemáticos da marcha de 5
adultos sadios com idade média de 26,6 anos em ambiente terrestre e, em dois níveis de
imersão em ambiente aquático (nível da crista ilíaca e nível do processo xifóide), Barela et al.
(2005) puderam verificar que os sujeitos andaram em menor tempo no ambiente terrestre do
que no ambiente aquático, porém, não houve diferença de tempo entre os dois níveis de
imersão. A velocidade da passada foi maior no ambiente terrestre, sem diferença entre os
níveis de imersão. Os sujeitos andaram com uma cadência duas vezes mais alta no ambiente
terrestre, comparado aos dois níveis de imersão. Com uma plataforma de força subaquática
embutida em uma passarela, verificaram que a redução do peso corporal aparente foi maior no
nível do processo xifóide em ambiente aquático. Os resultados desse trabalho estão resumidos
na Tabela 1.
Tabela 1-Média (± desvio padrão) das variáveis espaço-temporais da passada durante a marcha no ambiente terrestre (AT), ambiente aquático, nível da crista ilíaca (AA-CI) e ambiente aquático, nível do processo xifóide (AA-PX) e da redução do peso corporal aparente (PCA) (obtidos por BARELA et al., 2005).
AT AA-CI AA-PX
Duração (s) 1,0±0,1 2,2±0,1 2,5±0,4
Comprimento (m) 1,3±0,2 1,1±0,1 1,1±0,2
Velocidade (m/s) 1,4±0,1 0,5±0,02 0,4±0,03
Cadência (passos/s)
2,1±0,2 0,9±0,05 0,8±0,1
Redução PCA (%)
47±1 60±2
37
Em uma pesquisa com 8 voluntários visando quantificar os momentos articulares do
tornozelo, joelho e quadril durante a fase de apoio da marcha em ambiente aquático (nível
axilar de imersão) em comparação com ambiente terrestre, Miyoshi et al. (2003) constataram
uma diminuição significativa dos 3 momentos articulares na água em comparação com o
ambiente terrestre. Neste mesmo estudo, eles não constataram nenhuma mudança significativa
na amplitude de movimento e no padrão de movimento do quadril e do tornozelo, entre os
meios aquático e terrestre. Entretanto, o joelho apresentou padrão de movimento na água
diferente do que na terra, com a amplitude de movimento diminuindo significativamente no
meio e no final da fase de apoio.
Gehm et al. (2003), em uma pesquisa com 9 indivíduos, utilizando a cinemetria para
análise cinemática da marcha em ambiente aquático com nível da água na altura do processo
xifóide, puderam verificar: comprimento da passada e fase de apoio maior na água do que na
terra, velocidade média menor em ambiente aquático, acelerações e desacelerações angulares
da coxa maiores na terra do que na água, velocidade angular do tornozelo na fase de
acomodação do pé ao solo é maior na terra do que em ambiente aquático e amplitude angular
do tornozelo na fase de propulsão maior na água do que em ambiente terrestre. Os autores
relacionaram o aumento da duração da fase de apoio em ambiente aquático ao aumento no
comprimento da passada e a diminuição na velocidade de execução da marcha. Os resultados
aproximados, disponíveis desta pesquisa estão relacionados na Tabela 2.
Tabela 2-Valores aproximados das variáveis: comprimento da passada, duração da fase de apoio e velocidade média em AA e AT (obtidos por GEHM et al., 2003).
AA AT
Comprimento Passada (m) 1,2m 0,8m
Duração Fase Apoio (%) 56% 49%
Velocidade Média (m/s) 0,25m/s 0,4m/s
Miyoshi et al. (2004), em um estudo com 15 sujeitos do sexo masculino, sobre as
diferenças no padrão da marcha dentro da água no nível axilar e em solo, obtiveram como
principais resultados: uma diminuição significativa do componente vertical da força de reação
do solo em meio aquático, a componente antero-posterior da força de reação do solo
apresentou somente direção anterior em quase toda fase de apoio durante a marcha em meio
líquido. Os autores não constataram diferenças nos deslocamentos angulares das articulações
38
do quadril e tornozelo, mas a articulação do joelho apresentou menor amplitude na água em
relação à terra, todos os momentos articulares foram significativamente menores no meio
aquático, o quadril manteve-se predominantemente em extensão em quase toda a fase de
apoio no meio líquido e a atividade eletromiográfica dos músculos gastrocnêmio medial e
bíceps femural foi maior com o aumento da velocidade nos dois ambientes, entretanto, o tibial
anterior e o reto femoral não apresentaram esta tendência.
Kruel et al. (1995) concluíram que quanto maior a profundidade de imersão do corpo,
maior a redução do peso hidrostático e Brito et al. (2003), em um estudo comparativo
utilizando uma plataforma de força subaquática, para análise da marcha humana em ambiente
aquático e no solo, obtiveram redução percentual média de 33,41% da taxa de aceitação de
peso, quando os sujeitos realizaram marcha no nível do joelho e redução percentual média de
78,58% quando os sujeitos estavam imersos no nível do quadril.
39
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Neste capítulo serão descritos os procedimentos metodológicos que guiaram esta
pesquisa. Inicialmente, será apresentado o modelo utilizado e depois as informações
referentes à população, coleta de dados e os instrumentos de medidas.
3.1 MODELO BIOMECÂNICO E CÁLCULO DO CM
Neste estudo, utilizou-se um modelo bidimensional de quatro segmentos adaptado de
Winter (2005) (Figura 14). Os membros superiores e o tronco são representados como um
único segmento denominado CBT (cabeça, braços e tronco), e o membro inferior dividido em
três segmentos: coxa, perna e pé.
Pé
Perna
Coxa
Cabeça-Braços-Tronco
Cabeça do 5o
Metatarso
MaléoloLateral
CôndiloFemoral
TrocânterMaior
Acrômio
Pé
Perna
Coxa
Cabeça-Braços-Tronco
Pé
Perna
Coxa
Cabeça-Braços-Tronco
Cabeça do 5o
Metatarso
MaléoloLateral
CôndiloFemoral
TrocânterMaior
Acrômio
Cabeça do 5o
Metatarso
MaléoloLateral
CôndiloFemoral
TrocânterMaior
Acrômio
Figura 14: Modelo biomecânico bidimensional de 4 segmentos adotado neste trabalho
x
y
0
40
Os segmentos são delimitados por pontos definidos no modelo biomecânico (Quadro
1), que são localizados em estruturas anatômicas (WINTER, 2005). Todos os pontos estão
referenciados a um mesmo sistema de coordenadas.
Quadro 1-Referências anatômicas correspondentes aos pontos do modelo biomecânico
(x1, y1)
Cabeça do quinto metatarso
(x2, y2)
Maléolo Lateral
(x3, y3)
Côndilo Femural
(x4, y4)
Trocânter Maior
(x5,y5)
Acrõmio
O CM do corpo é calculado a partir dos CM de cada segmento, como ilustra a Figura
15. Sendo os CM de cada segmento, obtidos a partir das coordenadas dos marcadores
localizados nas estruturas anatômicas de referência e de dados antropométricos fornecidos no
Quadro 2 (WINTER, 2005).
Quadro 2-Dados Antropométricos (adaptada de WINTER, 2005). Sendo que DF é a distância do CM do
segmento em relação a uma das extremidades do segmento, expressa como fração do comprimento do segmento
DF
Segmento Definição Massa do
Segmento/ Massa Total
do Corpo
Proximal Distal
Pé Maléolo Lateral- Cabeça 2º Metatarso
0,0145 0,50 0,50
Perna Côndilo Femoral- Maléolo Lateral
0,0465 0,433 0,567
Coxa Trocânter Maior- Côndilo Femoral
0,100 0,433 0,0567
CBT (Cabeça, Braços e Tronco)
Trocânter Maior- Articulação Glenoumeral
0,678 0,626 0,374
.
41
A figura 15 ilustra o cálculo do CM da coxa (CMC). A distância (d) da localização do
CM é obtida através do produto de DF que é a posição do Centro de Massa em relação ao
comprimento do segmento (coxa) retirado da Tabela 3, pela medida do tamanho do segmento
coxa (LC) obtido a partir das coordenadas (x3, y3) e (x4,y4). O ponto distal foi utilizado como
referência para cálculo de todos os segmentos.
Para exemplo dos cálculos do Xc e Yc, tem-se:
cdxX C θcos4 −= (2)
cdsenyYC θ−= 4 , (3)
onde θc é o ângulo do segmento da coxa com a horizontal.
Então, para o cálculo da posição do CM de todo o corpo, utiliza-se a média das
coordenadas dos CM, ponderada pelas massas dos segmentos:
(4)
(5)
Onde:
• xCM e yCM são as coordenadas do CM no plano sagital;
• xCBT, yCBT, xC, xC, xp, yp, xPE, yPE são as coordenadas dos CM do CBT, coxa,
perna e pé respectivamente;
CMCBT (XCBT, YCBT)
CMC (XC, YC)
CMP (XP, YP)
CMPé (XPé, YPé)
d
LC
(x3, y3)
(x4, y4)
d = DF LC
Figura 15 - Procedimento para obter a posição do CM da coxa.
θc
M y M y M y M y y PE PE P P C C CBT CBT
CM ++ +
= M
M M x
M x
M x
M x
x
PE PE P P C C CBT CBT CM ++ + =
42
• MCBT, MC, Mp, MPE são as massas do CBT, coxa, perna e pé, respectivamente,
e M é a massa total do indivíduo.
Sendo este um modelo bidimensional, os dados de entrada correspondem a um único
lado. Assumiu-se, então, a simetria entre os dois lados do corpo na marcha a fim de obter o
valor do CM, segundo o procedimento descrito em Winter (2005). Esta consideração pode ser
feita aqui, pois o estudo inclui apenas indivíduos hígidos sem assimetria visual na marcha.
3.2 SELEÇÃO DAS VARIÁVEIS
Para a análise quantitativa da trajetória do CM, algumas variáveis foram selecionadas.
As variáveis comprimento e duração da passada foram calculadas a partir da coordenada na
direção horizontal x, da marca posicionada no calcâneo, sendo a distância entre o primeiro
contato do pé com o solo e o segundo contato do mesmo pé. O tempo de apoio foi calculado a
partir do tempo de apoio com o solo e expresso como porcentagem do ciclo da marcha.
A velocidade do CM foi obtida à partir da curva do XCM em função do tempo,
considerando que a velocidade é constante, seu valor é o coeficiente desta reta. A velocidade
também foi calculada, dividindo o tamanho da passada pelo tempo da passada e foi obtido um
valor muito semelhante ao obtido pelo coeficiente da reta. A cadência foi calculada a partir da
quantidade de passos e o tempo da passada.
A trajetória do CM foi apresentada como média nos eixos x e y em ambiente terrestre
e aquático e também no eixo y em função do tempo.
A variável excursão vertical do CM, foi obtida por meio da diferença entre o valor
máximo e o valor mínimo da trajetória do CM. Ainda relacionado ao CM, observou-se o
instante em que o YCM atingiu seu valor máximo no ciclo da marcha.
Ainda em relação ao CM, foram usadas as variáveis Dx1 e Dx2. Estas variáveis foram
definidas como mostra a Figura 16 e as expressões:
11 xXD CMx −= 22 xXD CMx −= (6)
43
(XCM, YCM)
(x1, y1) (x2, y2)
Dx2
Dx1
(XCM, YCM)
Figura 16- Representação das Variáveis Dx1 e Dx2, que representam a distância horizontal entre o ponto de apoio
do pé com o solo e a projeção do CM.
As variáveis Dx1 e Dx2, foram definidas para estimar a distância horizontal entre a
projeção do CM e o ponto de apoio do pé com o solo. A partir dela deseja-se obter
informações sobre o equilíbrio na água.
3.3 POPULAÇÃO
Fizeram parte desta pesquisa 19 indivíduos hígidos, do sexo masculino. Os critérios de
inclusão foram: ausência de alterações no padrão da marcha, ausência de limitações físicas
dos sistemas osteomioarticulares, nervoso e/ou cardiopulmonar diagnosticados, ângulos
articulares normais. Os critérios de exclusão foram: alergia ao cloro, incontinência urinária
e/ou fecal, doenças dermatológicas e úlceras de pele.
Inicialmente, 20 voluntários fariam parte da amostra, mas 1 indivíduo mesmo
apresentando todos os critérios de inclusão e ter passado pela avaliação inicial, durante o
processamento das imagens da coleta da marcha em solo, não apresentou padrão de marcha
compatível para análise cinemática por não apresentar dissociação dos membros superiores e
conseqüentemente, ocultar sucessivamente o marcador do trocânter maior.
44
3.4 COLETA DE DADOS
3.4.1 Local da Pesquisa
A coleta de dados para a pesquisa foi realizada em dois ambientes diferentes. A parte
referente à coleta das imagens da marcha em ambiente terrestre foi realizada no estúdio do
Laboratório de Comunicação Social da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, em
Curitiba e a parte em ambiente aquático na piscina do setor de Hidroterapia da Clínica Escola
do curso de Fisioterapia do Centro de Ciências Biológicas e da Saúde – CCBS da Pontifícia
Universidade Católica do Paraná. A análise dos dados foi realizada no Laboratório de
Engenharia de Reabilitação da mesma universidade.
3.4.2 Avaliação dos Sujeitos
A seleção dos indivíduos, que atenderam aos critérios de inclusão, foi realizada com
auxílio de uma ficha de Avaliação (APÊNDICE I), que está dividida em três partes. A
primeira parte está relacionada com os dados de identificação do paciente tais como: nome,
sexo, idade, peso, altura, índice de massa corpórea (IMC) e anamnese. A segunda parte está
destinada à avaliação subjetiva da marcha em ambiente terrestre através da observação. E a
terceira parte é para o registro dos ângulos articulares de flexão/extensão de quadril, joelho e
tornozelos, obtidos através da goniometria e a coleta dos dados antropométricos, onde os
segmentos medidos foram: pé, perna, coxa e CBT, sendo os pontos de referências utilizados
para as medições, aqueles especificados na Tabela de Dados Antropométricos (WINTER,
2005). Os procedimentos da avaliação foram realizados em uma sala da Clínica Escola de
Fisioterapia da PUCPR, em uma sala apropriada e sempre pelo mesmo avaliador.
45
3.4.3 Procedimento de Coleta de Dados
Cada indivíduo tomou conhecimento do procedimento a ser realizado e assinou um
termo de consentimento livre e esclarecido (ANEXO I). A pesquisa respeitou a Resolução
196/1996 do CONEP, sendo aprovada pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Pontifícia
Universidade Católica do Paraná, no dia 15 de dezembro de 2004, estando a mesma registrada
neste Comitê sob número 427 (ANEXO II).
Os indivíduos selecionados foram submetidos à avaliação da marcha em ambiente
terrestre e aquático através da cinemetria. Para o registro dos dados cinemáticos nos dois
ambientes, foram afixados marcadores passivos, brancos a prova d’água de 3,5cmX3,5cm, em
6 (seis) pontos anatômicos: trocânter maior, côndilo femural, base lateral do calcâneo, base do
V metatarso, maléolo lateral e articulação glenoumeral. A distância entre cada marcador foi
mensurada e anotada na ficha de avaliação para garantir que as mesmas posições dos pontos
anatômicos fossem registradas no ambiente aquático.
Em ambos os casos, um objeto para calibragem de dimensões e ângulos conhecidos
(Figura 17), foi posicionado dentro do plano de visão das câmeras. Tal objeto permitiu
recuperar as dimensões reais dos segmentos corporais a partir das imagens digitalizadas.
Figura 17 – Imagem calibrador durante coleta da marcha em AT. O calibrador ficava sempre posiionado no mesmo lugar durante todo o período das filmagens
46
Antes de iniciar a aquisição das imagens cada participante foi ambientado à atividade
a ser realizada, executando a atividade de caminhar quantas vezes julgasse necessárias para
que se familiarizasse com a tarefa. Todos os sujeitos foram filmados a uma freqüência de 60
Hz, com ajuste manual de shutter de 250 e ajuste manual de foco, nos dois ambientes.
3.4.4 Coleta da Marcha em Ambiente Terrestre
Essa etapa da pesquisa foi realizada no estúdio do Laboratório de Comunicação
Social da PUC-PR.
Cada indivíduo foi orientado a caminhar, a uma velocidade de sua própria escolha
em uma passarela de 4m x 1,10m de comprimento e largura respectivamente.
Para a filmagem da marcha em solo, uma filmadora digital da marca Panasonic PV-
GS12LB-S, com freqüência de 60 Hz e shutter de 1/8000, foi posicionada a 4,2m da
passarela, a 1m de altura do solo, de forma a adquirir a imagem do plano sagital. As filmagens
foram realizadas segundo o esquema da Figura 18 .
PASSARELA
Câmera
LuzLuz
Calibrador
1,60m
2,0
m4,20m
4,001,10
m
Figura 18 - Esquema para visualização da disposição dos equipamentos em ambiente terrestre.
47
Foram registradas 20 repetições de cada participante do início ao final da passarela,
sendo solicitado aos participantes que caminhassem em linha reta a uma velocidade de sua
própria escolha, de forma mais natural possível.
3.4.5 Coleta da Marcha em Ambiente Aquático
Após a coleta dos dados em solo, os voluntários realizaram a macha em ambiente
aquático. Para esta avaliação, foi utilizada a piscina do setor de Hidroterapia da Clínica Escola
do Curso de Fisioterapia da PUCPR, que apresenta como medidas 6,0m X 4,0m de
comprimento e largura respectivamente.
Solicitou-se que os participantes entrassem na piscina, com profundidade da água ao
nível do processo xifóide e caminhassem também em linha reta na passarela já demarcada nas
bordas da piscina. Para garantir a altura no nível do processo xifóide de cada sujeito, era
realizado o ajuste do nível da água para cada participante da pesquisa.
Para a aquisição das imagens nesse ambiente (Figura 19) foram utilizadas duas
câmeras de vídeo digital uma da marca Panasonic PV-GS12LB-S (câmera 1) e outra JVC
GRD 72U (câmera 2), com freqüência de 60 Hz e shutter de 1/250, que captaram imagens
separadas para cada ambiente, devido à refração da luz no ambiente aquático, conforme Kwon
(1999).
Passarela
Câmera (a)
Calibrador Contador de passada
Câmera (b)
Sincronizador
5,00
m
6,00
Figura 19 - Esquema para visualização da disposição dos equipamentos em ambiente aquático.
48
A câmera 1 foi inserida em uma caixa estanque da marca Croma, e posicionada no
interior da piscina a uma distância de 5m da passarela utilizada pelos participantes para
caminhar. Esta câmera adquiria as imagens subaquáticas (Figura 20), referentes aos
marcadores localizados no membro inferior. A passarela utilizada apresentava 4,0m X 0,75m
de comprimento e largura, respectivamente.
Figura 20-Imagem subaquática adquirida pela câmera de dentro da piscina. A seta branca indica a presença do flash utilizado para sincronizar a imagen de dentro da piscina com a imagem de fora da piscina.
A câmera 2 foi posicionada fora da piscina a uma distância de 6 m de comprimento
da borda contra lateral e adquiriu as imagens do membro superior, mais especificamente, o
ponto do ombro (Figura 21).
Figura 21 -Imagem representativa do tronco pela câmera de fora da piscina, correspondente ao ponto do ombro. A seta branca indica a presença do flash.
49
Ambas as filmadoras foram posicionadas com o eixo óptico perpendicular ao plano
de deslocamento.
Para este ambiente, também foram adquiridas vinte repetições de cada participante
do início ao final da passarela.
As imagens das duas filmadoras foram sincronizadas através de um dispositivo
luminoso e um dispositivo que marcava o número de repetições. Cada vez que os sujeitos
passavam pelo calibrador, era disparado manualmente um flash, que brilhava dentro e fora da
água no mesmo instante, para permitir que os cortes dessas imagens fossem realizadas no
mesmo quadro.
3.4.6 Análise dos Dados
Após as aquisições das imagens em ambos os ambientes, as imagens foram
transferidas para um computador. Dessas imagens foram selecionados três ciclos (passadas)
aleatórios de marcha de cada indivíduo em cada ambiente, entretanto para análise em
ambiente aquático, foram realizados 6 cortes, pois 3 eram representativos aos MMII e 3 aos
MMSS. Em AA é necessário filmar simultaneamente dentro e fora da água, com duas
filmadoras distintas e depois o software realiza a composição da imagem completa através de
dois vídeos distintos. Para a obtenção desses cortes foi utilizado o programa Adobe Premier
Pro, versão shareware.
Depois de realizados os cortes, referentes ao ciclo da passada, as imagens eram
arquivadas para posterior análise.
Para análise, foi utilizado um programa (VAZATTA; ARAUJO; MELLO;
MANFRRA, 2006) (Figura 22) desenvolvido pelo grupo de pesquisa no ambiente MATLAB.
Para iniciar a análise, o primeiro passo era selecionar o número de análises, que neste caso
eram 3, pois era realizado a média desses ciclos, depois era selecionado o número de vídeos
que forma cada análise, no caso 1 vídeo para análise da marcha em AT e 2 vídeos para análise
em AA, seguido do número de pontos que seriam digitalizados em cada quadro de acordo
com o modelo biomecânico adotado.
50
Figura 22 - Tela do software durante análise da um ciclo da marcha em ambiente terestre.
Em cada quadro do ciclo da marcha, as posições dos marcadores foram recuperadas
em coordenadas espaciais. O procedimento para a transformação das coordenadas reais dos
dados adquiridos foi o da transformação linear direta (DLT, Direct Linear Transformation) e
as imagens solo-água provenientes das duas filmadoras foram sincronizadas automaticamente
pelo software.
Utilizou-se um calibrador de 1,6m X 2,0m (comprimento e altura, respectivamente)
com 30 pontos. Foram utilizados para a recuperação das imagens 4 pontos com suas
coordenadas horizontal e vertical nas imagens realizadas dentro da água e outros 4 pontos nas
imagens capturadas pela câmera 2 que estava fora da água.
Depois de configurado o sistema, as imagens eram carregadas no computador e os
vídeos eram analisados. A análise era realizada quadro a quadro para cada corte referente a
um ciclo da passada, onde em cada corte era realizada a marcação manual de todos os pontos
(Figura 23) correspondentes aos marcadores no modelo biomecânico e assim sucessivamente
para todos os ciclos.
51
Figura 23 – Marcação manual dos pontos, realizada quadro a quadro na análise da marcha de um voluntário em ambiente terrestre.
Após a realização de uma análise completa, o software fornecia como resultado as curvas
e os dados numéricos das variáveis: ângulos do tornozelo, joelho e quadril durante o ciclo da
marcha; aceleração e velocidade angulares do tornozelo, joelho e quadril durante o ciclo da
marcha e as coordenadas x e y do centro de massa no plano sagital durante um passo. Além
disso, também eram armazenados em arquivos as coordenadas “x”e “y” de todos os pontos
dos marcadores.
Portanto, as curvas das variáveis angulares em um ciclo da marcha, foram obtidas
durante o trabalho de pesquisa, mas não são mostradas neste documento, pois não são o foco
deste estudo.
52
3.5 CORREÇÃO DA DISTORÇÃO DEVIDO AO POSICIONAMENTO DAS CÂMERAS
EM AMBIENTE AQUÁTICO
Devido às condições físicas do ambiente disponível para a coleta de dados, as
filmadoras foram posicionadas a distâncias diferentes do calibrador. Conforme pode-se
observar na Figura 19, a câmera de fora da água está posicionada a 6 m do calibrador
enquanto que a câmera sub-aquática está posicionada a 5 m do mesmo.
Este posicionamento gerou uma distorção na dimensão do tronco que, por sua vez,
ocasionou uma distorção no posicionamento do CM. A fim de corrigir este problema foi
realizada uma correção na dimensão do tronco em ambiente aquático da seguinte forma:
1. Primeiramente foram obtidos os comprimentos dos segmentos a partir das imagens
obtidas em ambiente terrestre, o qual foi realizado com apenas uma câmera;
2. A partir destes comprimentos foi calculado um fator de proporcionalidade do tronco
em relação aos MMII, dado na equação 7:
cozapernapé
tronco
troncolll
lf
++= (7)
Onde:
ftronco: fator de proporcionalidade do tronco entre o comprimento do tronco e dos
mmii;
ltronco : comprimento do tronco obtido a partir do vídeo feito em solo;
pel : comprimento do pé obtido a partir do vídeo feito em solo;
pernal : comprimento da perna obtido a partir do vídeo feito em solo
coxal : comprimento da coxa obtido a partir do vídeo feito em solo
Isto porque todos os membros inferiores estavam no campo de visão da câmera sub-
aquática e não sofreram distorção, portanto.
3. Este fator de proporcionalidade foi utilizado para corrigir o comprimento do
tronco na água, utilizando a equação 8:
)( ´´´´cozapernapétroncotronco lllfl ++= (8)
Onde
troncol´ : é o comprimento corrigido do tronco em água;
53
pél ´ : comprimento do pé obtido a partir do vídeo feito água;
pernal : comprimento da perna obtido a partir do vídeo feito água;
coxal : comprimento da coxa obtido a partir do vídeo feito água.
4. Com os comprimentos dos segmentos em AA, calculou-se o centro de massa
conforme explicado no item 3.1, utilizando as coordenadas mais distais como
referência para o posicionamento do CM, como mostra a Figura 15. Isso permite que
se faça o cálculo do CM do tronco em AA a partir do ponto do trocânter que se
encontra imerso e, portanto, é obtido pela filmadora subaquática.
ANÁLISE ESTATÍSTICA DOS DADOS
Como procedimento de análise dos dados, utilizou-se a estatística descritiva e o teste t
de Student pareado, onde considerou-se diferença estatisticamente significativa, quando p ≤
0,01.
Para utilização do teste t, para cada uma das variáveis, foram formuladas duas
hipóteses:
• H0: não há diferença entre os grupos que estão sendo comparados, ou seja, a variável
no solo é igual a variável na água.
• H1: existe diferença entre os grupos, ou seja, a variável da água é diferente da do solo,
sendo estatisticamente significante.
54
4 RESULTADOS
Neste capítulo, apresentam-se os dados referentes à trajetória do CM em ambiente
terrestre (AT) e em ambiente aquático (AA), bem como os dados referentes às características
lineares da trajetória do CM. Para uma melhor compreensão dos dados, este capítulo está
dividido em características da amostra, variáveis lineares e comportamento da trajetória do
CM.
4.1 CARACTERÍSTICAS DA AMOSTRA
Fizeram parte desta pesquisa 19 indivíduos hígidos, do sexo masculino com idade
média de 24 ±3,2 anos. Os indivíduos apresentaram altura média de 1,75 ±0,05 m, peso
médio de 69,63 ± 8,44 kg e IMC médio de 22,71±2,18 kg/m2. A média dos dados lineares
para os 19 sujeitos em AT e AA está presente no Apêndice B1, a média dos resultados da
ficha de avaliação para caracterização dos sujeitos está no Apêndice B2 e a média da
goniometria dos sujeitos no Apêndice B3.
4.2 VARIÁVEIS LINEARES
Para melhor visualização, a Figura 24 apresenta os valores médios da variável
comprimento e tempo da passada, para os ambientes aquático e terrestre. Para estas variáveis,
o teste t student apresentou diferença estatisticamente significativa com p ≤ 0,01. Os sujeitos
da pesquisa apresentaram comprimento da passada menor em AA e demoraram mais tempo
para caminhar neste meio.
55
Comprimento da Passada (m)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
AA AT
Tempo (s)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
AA AT
(a) (b)
Figura 24 - (a) Média do comprimento da passada em AA e AT. (b) Média do tempo da passada em AA e AT. O topo da barra de erro indica a média mais desvio padrão, o ponto inferior indica a média menos desvio padrão.
Os voluntários da pesquisa andaram com maior velocidade em ambiente terrestre do
que em ambiente aquático. A cadência também foi maior em AT do que em AA, conforme
ilustra a Figura 25.
Figura 25 - (a) Média da velocidade da passada AA e AT. (b) Média da cadência em AA e AT. O topo da barra de erro indica a média mais desvio padrão, o ponto inferior indica a média menos desvio padrão.
Velocidade (m/s)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
AA AT
Cadência (passos/min)
0
20
40
60
80
100
120
140
AA AT
(a) (b)
56
4.3 COMPORTAMENTO DA TRAJETÓRIA DO CM.
As próximas figuras apresentadas são referentes à trajetória do CM e todas são
apresentadas em função da % passo, pois o software de análise de marcha, utilizou o passo
como referência para cálculo da trajetória.
A figura 26 apresenta a média das trajetórias do CM dos 19 indivíduos, nos ambientes
terrestre e aquático, nos quais constatou-se que a curva no AT é mais aberta que no AA, bem
como a curva do AT atinge seu ponto mais alto, mais tardiamente no ciclo da marcha.
Trajetória CM em AT
1,08
1,085
1,09
1,095
1,1
1,105
1,11
1,115
1,12
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
X CM (m)
Y C
M (m
)
(a)
Trajetória CM em AA
1,01
1,015
1,02
1,025
1,03
1,035
1,04
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
X CM (m)
Y C
M (
m)
(b)
Figura 26 - (a) Trajetória média do CM em AT ,(b) Trajetória média do CM em AA.
57
As Figuras 27 e 28 apresentam o valor médio de YCM em função do tempo (% ciclo da
marcha) em AT e AA, respectivamente.
1,06
1,07
1,08
1,09
1,1
1,11
1,12
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
% ciclo da marcha
Y C
M (
m)
Figura 27 – Comportamento do YCM em função do tempo em AT, o que representa a excursão vertical do CM em AT.
0,995
1
1,005
1,01
1,015
1,02
1,025
1,03
1,035
1,04
1,045
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
% ciclo da marcha
Y C
M (
m)
Figura 28 – Comportamento do YCM em função do tempo em AA, o que representa a excursão vertical do CM em AA.
58
A Figura 29 representa o valor médio de XCM, em função do tempo (% do ciclo da
marcha), para AT e AA. O valor represneta a coordenada do XCM ao longo do ciclo da
marcha.
Figura 29-Média trajetória CM eixo x em AA e AT. Representa a trajetória da coordenada XCM no decorrer de um passo em ambiente aquático e ambiente terrestre.
A excursão vertical apresentou média em AA de 3,3 ± 0,1 cm e em AT de 3,5 ± 0,05
cm. A Figura 30 apresenta a excursão vertical do CM de cada indivíduo em AT e AA.
Embora a maioria dos indivíduos apresentasse uma excursão vertical menor na água, esta
variável não apresentou diferença estatisticamente significativa entre os meios, com p=0,295.
Figura 30 – Excursão vertical do CM por sujeito nos ambientes AA e AT. Este gráfico representa a amplitude de deslocamento do CM no eixo y para cada indivíduo.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
1 3 5 7 9 1113151719212325272931333537394143454749
% ciclo da marcha
X C
M (
m) AA
AT
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
sujeitos
AA
AT
59
Quanto à variável instante em que o CM atinge a altura máxima (Figura 31), pode-se
observar diferença significativa entre os meios (p ≤ 0,01), sendo que em AT, a curva da
trajetória do CM atingiu seu pico máximo numa média de 32 ± 2,72% do ciclo da marcha, e
em AA a média foi de 27 ± 5,39 % do ciclo, mostrando que a curva da trajetória do CM
atinge seu ponto máximo antecipadamente no ambiente aquático do que em ambiente
terrestre.
Figura 31 - Instante em que o CM atinge altura máxima em AA e AT.
Em relação à variável Dx1, a Figura 32 mostra que o CM está mais perto do ponto de
apoio em AA do que em AT e o CM passa por cima do pé de apoio primeiramente em AA e
mantém uma tendência de estar mais à frente do pé de apoio, permanecendo nesta situação
por mais tempo. O que se confirma através da Figura 33, onde a variável Dx2 também
apresenta as mesmas características.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
AA AT
% d
o c
iclo
da
mar
cha
60
-0,6
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
% ciclo da marcha
Dx1
(m
)
AA
AT
Figura 32 – Comportamento da variável Dx1 ao longo do ciclo da marcha durante um passo (50% do ciclo da marcha) em AA e AT.
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
% ciclo da marcha
Dx2
(m
)
AA
AT
Figura 33 – Comportamento da variável Dx2 ao longo do ciclo da marcha durante um passo (50% do ciclo da marcha) em AA e AT.
61
5 DISCUSSÃO
No presente estudo, as características da trajetória do CM em ambiente aquático, bem
como possíveis alterações nesta trajetória relacionadas com as variáveis lineares e o ambiente
aquático foram investigadas.
A seguir, a discussão dos principais resultados referentes ao ambiente aquático e
terrestre é apresentada, colocando em comparação os dados obtidos no ambiente aquático com
os dados do ambiente terestre.
Para uma melhor interpretação dos resultados aqui discutidos, é importante que se
considere primeiramente as diferenças encontradas entre o meio terrestre e aquático para as
variáveis lineares e depois as possíveis correlações entre estas variáveis e a trajetória do CM.
5.1 VARIÁVEIS LINEARES
As variáveis lineares coletadas em AT estão de acordo com os dados encontrados na
literatura e apresentam diferenças estatisticamente significativas quando comparadas com as
variáveis obtidas em AA.
Na literatura foram encontrados valores contraditórios para o comprimento da passada.
Barela et al. (2005), obtiveram comprimento da passada menor em AA, ao contrário de Gehm
et al. (2003) que encontraram um comprimento de passada maior em ambiente aquático.
Ambos os trabalhos relacionam este fato à força de arrasto, sendo que Barela et al. (2005)
afirma que o comprimento da passada diminui devido à resistência imposta pela força de
arrasto e Gehm et al. (2003) atribuem um maior comprimento de passada ao fato da
resistência da água ter estimulado os indivíduos a darem um passo maior. Os sujeitos desta
pesquisa apresentaram comprimento da passada menor em AA do que em AT, resultado
semelhante ao encontrado por Barela et al. (2005).
Com um menor comprimento de passada em AA, os sujeitos apresentaram um tempo
de passada maior em AA em relação ao AT, o que está de acordo com os dados de Barela et
al. (2005).
62
Neste estudo, todos os sujeitos foram instruídos a selecionar uma velocidade
confortável para caminhar nos dois ambientes; porém, os sujeitos caminharam em menor
velocidade em ambiente aquático e com cadência menor neste meio. Barela, Stolf e Duarte
(2006) também apresentaram cadência e velocidade menor em AA comparado com AT.E
Miyoshi et al. (2004), mesmo quando solicitaram que os participantes da pesquisa andassem
mais rápido, a velocidade foi menor no AA do que no AT. Gehm et al. (2003) afirmam que ao
se caminhar em ambiente aquático os sujeitos encontram uma resistência frontal significativa
tendo em vista o efeito do arrasto, que leva a redução na velocidade dos movimentos.
Essa diminuição da velocidade da marcha em AA está relacionada ao fato de que
quanto maior a densidade de um fluido e maior a área frontal de um corpo em movimento,
maior será a resistência que este corpo vai encontrar ao realizar um movimento. Diante disso,
os sujeitos demoraram mais tempo para realizar a marcha em AA e conseqüentemente
apresentaram uma cadência menor neste meio.
Os voluntários não apresentaram diferença na duração da fase de apoio entre os meios,
o que está de acordo com Barela, Stolf e Duarte (2006), Barela e Duarte (2005) que afirma
que os sujeitos mantiveram a mesma organização temporal nos dois ambientes, mesmo com
grande diferença de velocidade adotada pelos indivíduos nos ambientes. Mas Gehm et al.
(2003) encontraram aumento no tempo de duração da fase de apoio em ambiente aquático e,
conseqüentemente, uma diminuição na duração da fase de balanço, e relacionaram este fato
com o aumento no comprimento da passada e a diminuição na velocidade da marcha. Estes
autores afirmam que a resistência extra oferecida pela água induz a uma maior necessidade de
contato com o solo.
5.2 CARACTERÍSTICAS DA TRAJETÓRIA DO CM
Um dos objetivos que se buscava com este trabalho era identificar o padrão da
trajetória do CM em ambiente terrestre e aquático. Para tanto, foram escolhidas algumas
variáveis para caracterizar esta trajetória: excursão vertical do CM, instante em que o CM
atingiu a altura máxima e a distância horizontal entre o CM e o quinto metatarso (Dx1) e o
maléolo lateral (Dx2). Além disso, a própria forma da curva foi analisada qualitativamente.
63
Considere-se inicialmente o padrão da trajetória em AT. Na velocidade escolhida
pelos indivíduos, a trajetória do CM apresentou as mesmas características já observadas na
literatura.
A trajetória do CM durante a marcha em AT neste estudo, apresentou uma curva
aproximadamente sinusoidal com excursão vertical média de 3,5 cm. Valores semelhantes são
encontrados na literatura clássica, como por exemplo Inman, Ralston e Todd (1998), que
apresentam uma excursão vertical de 5cm na velocidade usual da marcha, Perry (2005) aponta
uma excursão vertical de 2,3 cm. Em particular, podemos ressaltar a concordância entre o
valor da excursão vertical encontrado neste estudo e o obtido por Gard, Miff e Kuo (2004).
Estes autores estudaram o comportamento do CM durante a marcha em diferentes
velocidades. Na velocidade de 1,2 m/s, que é a mais próxima do valor observado neste estudo,
obtiveram uma excursão vertical média de 3,5 cm.
O CM em AT atingiu altura máxima a 32% do ciclo da marcha, que corresponde a
64% do passo. Segundo a literatura clássica, o ponto mais alto da curva do CM acontece na
metade da fase de apoio, referente ao apoio médio, isto corresponde aproximadamente a 31%
do ciclo da marcha (PERRY, 2005; INMAN; RALSTON; TODD ,1998). Além disso no
estudo de Gard, Miff e Kuo (2004) o máximo da curva da posição vertical do CM a uma
velocidade de 1,2m/s, acontece a aproximadamente 60% do passo, ou seja 30% da passada.
Observando as variáveis Dx1 e Dx2 (Figura 32 e 33), e considerando que o quinto
metatarso e/ou maléolo respectivamente representam o ponto de apoio, seu comportamento
mostra que no início do passo, o CM está atrás do ponto de apoio e no final está a frente deste
ponto. O CM passa por sobre o maléolo a 32% do ciclo da marcha e sobre o quinto metatarso
a 34% do ciclo da marcha. Diante disso, observa-se que o CM atinge a altura máxima no
momento em que está passando sobre o maléolo e alguns instantes depois passa pelo quinto
metatarso. Estes comportamentos estão de acordo com o esperado, considerando o padrão
normal da marcha.
A curva do deslocamento vertical do CM em AT (Figuras 26a e 27) apresentou a
forma sinusoidal como descrita na literatura clássica (PERRY, 2005; INMAN; RALSTON;
TODD ,1998, WINTER, 2005). A forma sinusoidal assimétrica obtida neste estudo é muito
semelhante à do estudo de Gard, Miff e Kuo (2004) a uma velocidade de 1,2m/s (Figura 11).
Em resumo para AT, o padrão da trajetória do CM que foi identificado neste trabalho
é praticamente o mesmo ao descrito na literatura.
Em ambiente aquático, a excursão média vertical do CM apresentou 3,3 cm, que
apesar de ser menor que o valor médio encontrado em solo, esta diferença entre as excursões
64
não foi estatisticamente significativa. O CM atingiu sua altura máxima a 27% do ciclo da
marcha, ou seja anterior ao AT. As variáveis Dx1 e Dx2 (Figura 32 e 33), mostram que o CM
passa por sobre o maléolo a 21% do ciclo da marcha e sobre o quinto metarso a 24% do ciclo
da marcha. Dessa forma, em AA o CM atinge seu ponto máximo, após ter passado sobre o
maléolo e o quinto metatarso, diferente do padrão encontrado em AT, em que o CM atinge
sua altura máxima quando passa sobre o maléolo.
Em AA, os valores de DX1 e DX2 apresentaram um comportamento semelhante aos
apresentados em AT, mostrando que no início do passo, o CM encontra-se atrás do ponto de
apoio e ao final do passo localiza-se à frente deste. Porém em AA, no início do passo, o CM
está mais próximo do ponto de apoio que em AT. No final do passo, em AA o CM está mais
afastado do ponto de apoio que em AT.
O formato da curva do deslocamento vertical do CM em AA também é sinusoidal
assimétrica (Figuras 26b e 28). Porém em AA a assimetria da curva é maior que a do AT. A
forma da curva em AA é muito semelhante à obtida por Gard, Miff e Kuo (2004), mas a uma
velocidade de 0,8m/s. (Figura 11). Quando se compara a curva da trajetória do CM nos dois
ambientes (Figura 26a e 26b) pode-se observar que a curva do AA é mais aberta. E ainda é
possível verificar que a curva sobe mais cedo e mais devagar em AA e assim desce mais cedo
e mais devagar neste meio.
As variáveis escolhidas para a caracterização da trajetória do CM em AA, bem como a
forma das curvas, demonstram um padrão diferente do encontrado em AT neste estudo e na
literatura.
Outro objetivo deste trabalho foi identificar como as características do ambiente
aquático influenciam nas variáveis lineares e na trajetória do CM.
Observando as curvas da coordenada vertical do CM (Figura 27 e 28), é possível
constatar que a trajetória do CM em AA encontra-se numa altura menor que em AT. Isto está
relacionado ao fato dos sujeitos projetarem o tronco mais a frente em AA. Isto pode ser
atribuído a uma tentativa de minimizar a ação da força de arrasto ortogonalmente ao tronco,
uma vez que estando o tronco inclinado, apenas uma projeção desta força estaria atuando.
Segundo Barela, Stolf e Duarte (2006) a resistência frontal e o arrasto podem
promover uma redução da força de reação do solo e com isso alterar a posição do centro de
gravidade. Com isso, a trajetória do CM em ambiente aquático é modificada e o corpo precisa
adotar posições angulares diferentes para compensar a projeção do CM para frente e facilitar
o trabalho muscular que gera o impulso do pé para deslocar o corpo para frente (Ribas et al.,
2007).
65
O comportamento da posição horizontal do CM relativa a base de apoio (representada
pelas variáveis DX1 e DX2) também demonstra a presença de uma inclinação anterior do tronco
maior em AA do que em AT, durante todo o passo. O comportamento de DX1 e DX2 no inicio
e no fim do passo, trazem também informações sobre a influência do ambiente aquático no
equilíbrio durante a marcha. No início do passo o CM está mais próximo do ponto de apoio e
no final do passo está mais afastado do ponto de apoio em AA do que em AT. Isto pode
acontecer porque em AA, o sujeito procura criar um momento de força, projetando seu tronco
sobre o ponto de apoio a fim de vencer a força de arrasto. Uma postura assim em AT levaria a
uma situação de maior instabilidade e provavelmente uma queda, o que não ocorre em AA
devido à força de empuxo que auxilia num melhor controle do movimento devido a redução
aparente do peso corporal. Este maior “estabilidade aparente” do AA também pode estar
associada a própria força de arrasto que agindo contra o tronco, tende a criar um momento de
força contrário a uma possível queda no final de passo.
O fato do CM ter atingido sua altura máxima antecipadamente em AA do que em AT,
pode ser explicado também pela ação da força de empuxo, que diminui a necessidade de se
absorver o impacto, já que as forças de reação do solo neste ambiente estão diminuídas. Pode-
se dizer também que em AA, os sujeitos levaram menor tempo para transformar energia
cinética em potencial.
Neste trabalho os valores da excursão vertical obtidos em AA e AT não apresentaram
diferença estatisticamente significativa. Este fato contraria o que seria esperado, tendo em
vista que em AT foi observado que à medida que a velocidade da marcha e o comprimento da
passada diminuem, a excursão vertical do CM diminui (GARD; MIFF; KUO, 2004). Porém
esta relação entre velocidade e excursão vertical do CM pode não ser válida em AA, pois a
organização corporal para realizar uma marcha com baixas velocidades em AT é diferente
daquela adotada, para as mesmas velocidades em AA. Uma organização corporal diferente em
AA é adotada pelo indivíduo, para adaptar-se às diferentes forças que atuam sobre ele neste
ambiente.
Do ponto de vista do controle motor, os movimentos da marcha produzem um
movimento eficiente, controlando a trajetória do centro de gravidade (CM) e mantendo o
equilíbrio. Sendo assim, a análise das alterações da trajetória do CM no AA, em relação ao
ambiente terrestre (AT), pode auxiliar na compreensão das adaptações motoras em AA.
Segundo Ribas et al. (2007) e Israel et al. (2007) marcha humana em ambiente
aquático apresenta diferenças signigficativas em relação ao ambiente terrestre, quanto ao
66
comportamento articular em suas fases e subfases, as quais devem ser consideradas durante a
elaboração de um programa de tratamento que utilize a hidroterapia como recurso.
Essas diferenças podem ser atribuídas ao fato que o corpo humano adota padrões de
movimento e estratégias motoras diferentes ao caminhar em ambiente aquático. Isso ocorre,
provavelmente, em função da necessidade de adaptar o sistema sensório-motor para
deambular em um meio com características físicas diferentes das habituais. A falta de
familiaridade e as condições ambientais impostas pelo meio líquido promovem adaptações ao
movimento da marcha em ambiente aquático, para que esta possa ser realizada com êxito no
novo ambiente.
Entender como é a trajetória do CM em ambiente aquático, proporciona aos
fisioterapeutas parâmetros avaliativos sobre os deslocamentos sucessivos do CM em relação a
base de apoio e durante a marcha, colaborando na capacidade de prescrever seus planos de
tratamento principalmente para os pacientes em que a marcha em AT ainda é contra-indicada,
possibilitando ainda treinar o sistema de equilíbrio em ambiente aquático, inicialmente nos
processos de reabilitação.
5.3 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
A associação do estudo da trajetória do CM em conjunto com as variáveis angulares
do tornozelo, joelho e quadril podem fornecer parâmetros mais precisos do comportamento do
CM, evidenciando a forma como o corpo se reorganiza durante a marcha em AA. E também o
estudo de todas essas variáveis em diferentes níveis de imersão, para se poder entender até
quanto ocorre a atuação das propriedades físicas da água na marcha humana,
Um modelo bidimensional foi usado neste estudo, sendo assim modelos biomecânicos
em 3D podem ser utilizados para análise da marcha em ambiente aquático, com a finalidade
de analisar além das variáveis já descritas, também os movimentos de rotação dos segmentos
em imersão para entender melhor como o corpo se reorganiza no AA.
O uso da plataforma de força para aquisição do CP em conjunto com a trajetória do
CM pode ser utilizado para se estudar os movimentos associados ao controle do corpo em
relação a base de apoio e consequente equilíbrio (MOCHIZUKI; AMADIO, 2003) o que é
extremamante necessário para compreender como ocorrem os ajustes posturais em AA.
67
O estudo da trajetória do CM em AT e AA, em diversas patologias, principalmente as
relacionadas com algum prejuízo de equilíbrio, podem elucidar os mecanismos de controle do
equilíbrio e de adaptação do corpo na água.
68
6 CONCLUSÃO
Analisando os resultados desta pesquisa, pode-se concluir que a trajetória do CM em
ambiente terrestre está de acordo com os dados encontrados na literatura e o formato da curva
do deslocamento vertical em ambiente aquático apresenta um padrão sinusoidal, similar a do
AT, porém mais assimétrico e com a curva mais aberta em AA. E em AA também atinge seu
ponto máximo numa porcentagem menor do ciclo da marcha.
Um dos fatores que caracterizam a trajetória do CM é a amplitude de deslocamento
vertical, que no ambiente aquático não apresentou diferença estatisticamente significativa.
Características das variáveis lineares, como o aumento do comprimento da passada e da
velocidade que contribuem para um maior deslocamento vertical em AT, não pode ser
aplicado em AA. O que remete ao fato de que mesmo em um ambiente diferente do usual na
realização da marcha e com todas as propriedades físicas da água agindo, o corpo se
reorganiza na tentativa de vencer toda esta resistência e manter um padrão de movimento.
As características do ambiente aquático influenciam diretamente no comportamento da
trajetória do Centro de Massa em ambiente aquático, já que o corpo adota medidas, como a
projeção anterior do tronco, para vencer a resistência imposta pela força de arrasto, decorrente
do atrito viscoso e da turbulência, proporcionados pela movimento em um meio líquido. O
empuxo também contribui nesta alteração da trajetória do CM, já que atua diminuindo o peso
corporal aparente.
O conhecimento das forças que uma pessoa tem que vencer para se movimentar na
água, associado ao conhecimento da forma como o corpo se reorganiza para vencer esta
resistência, é importante para a elaboração de programas de reabilitação e de atividade física,
e também para compreender os mecanismos de controle postural em diferentes ações motoras
e ambientes.
O CM em AA apresenta uma tendência, de no início do passo estar mais próximo do
ponto de apoio e no final do passo estar mais afastado do ponto de apoio do que em AT.
Como esta projeção caracteriza a posição e o movimento do corpo em relação a base de
suporte, o AA pode ser utilizado como meio para treinamento e manutenção do equilíbrio nas
fases iniciais de reabilitação, principalmente para aqueles pacientes em que a marcha em AT
ainda não é indicada, sem que isso traga algum prejuízo para a postura ereta, já que as
propriedades físicas da água atuam para compensar e conter um maior deslocamento.
69
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77
ANEXOS
78
ANEXO A - PARECER DE APROVAÇÃO DO PROJETO PELO COMITÊ DE ÉTICA
E PESQUISA
79
80
ANEXO B - TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO
81
TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO
Nome:_________________________________________________________________________
Idade:_________Sexo:__________ Naturalidade:______________________________________
Endereço:_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Profissão:_______________________________RG:____________________________________
Fui informado detalhadamente sobre a pesquisa: “Análise da Trajetória do Centro de Massa durante a Marcha Humana em ambiente Aquático em indivíduos hígidos adultos jovens” que será realizada pela fisioterapeuta Camila Costa de Araujo, mestranda do Programa de Pós Graduação em Tecnologia em Saúde da PUC/PR.
Declaro que fui plenamente esclarecido (a) sobre a avaliação físico-funcional a que
serei submetido (a). Fui informado (a), também que o objetivo do estudo é: Analisar a
trajetória do Centro de Massa durante a marcha humana em ambiente aquático. Para alcançar
este objetivo, serei submetido a uma avaliação, que será constituída por quatro itens: dados de
identificação, goniometria (medida dos ângulos articulares através do uso de um goniômetro),
medição de parâmetros antropométricos e avaliação da marcha subjetiva. Estou ciente que a
avaliação da marcha irá ocorrer em dois ambientes: terrestre e aquático, e será filmada através
do uso de câmeras analógicas.
Fui informado que poderei interromper a sessão a qualquer momento se sentir
desconforto antes ou depois dos procedimentos, mesmo já tendo sido esclarecido que este
método não trará nenhum prejuízo ou risco à minha saúde. Também fui esclarecido que serei
acompanhado pela pesquisadora durante toda a pesquisa, tanto dentro como fora da água.
Estou ciente de que o professor responsável, juntamente com a mestranda, estarão à
minha inteira disposição para solucionar o problema e eventuais dúvidas. Diante do exposto,
declaro que minha participação foi aceita espontaneamente e que, se desistir deverei informar,
da maneira mais conveniente tornando-me responsável por possíveis prejuízos e/ou riscos a
que estarei me expondo. Declaro, também, que, por se tratar de trabalho acadêmico sem
interesse financeiro, não tenho direito a nenhuma remuneração, ressarcimento de despesas
decorrentes da participação da pesquisa, ou indenizações diante de eventuais danos
82
recorrentes, como também não terei qualquer gasto durante a pesquisa. Por fim, concordo
com a utilização de minhas imagens e das informações resultantes da pesquisa, bem como
divulgação dos resultados desde que preservada minha identidade.
_____________________________________
assinatura (de acordo)
Curitiba, _______ de _______ de 200____.
Contato: Camila Costa de Araujo
41-3016 5800 / 41- 9941 6133
_____________________________________
testemunha
_____________________________________
testemunha
83
APÊNDICES
84
APÊNDICE A: FICHA DE AVALIAÇÃO
85
FICHA DE AVALIAÇÃO
1. DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
•••• Nome:_______________________________________________________ •••• Sexo: _________ Data de Nascimento: _____________ Idade: _____
•••• Raça:________________________________________________________
•••• Endereço_________________________________Bairro:______________
•••• Cidade:____________________________________Estado:____________
•••• Telefone_____________________________ Celular __________________
•••• Peso:_________________Altura:___________________IMC: __________
1.1 ANAMNESE a) Você apresenta alguma doença cardíaca? ( ) sim ( ) não
Qual? ______________________________________________
b) Já lesionou alguma estrutura óssea? ( ) sim ( ) não
Qual? _____________Há quanto tempo?___________________
c) Já lesionou alguma estrutura muscular? ( ) sim ( ) não
Qual? _____________Há quanto tempo?____________________
d) Já fez alguma cirurgia? ( ) sim ( ) não
Aonde?____________ Há quanto tempo?____________________
e) Já necessitou realizar algum tratamento médico? ( ) sim ( ) não
Para quê? ______________ Há quanto tempo?_________________
Qual a duração do tratamento? ______________________________
f) Já realizou tratamento fisioterapêutico? ( ) sim ( ) não
Para quê? ______________ Há quanto tempo?_________________
Qual a duração do tratamento? ______________________________
86
g)Já necessitou ficar internado em ambiente hospitalar? ( ) sim ( ) não
Há quanto tempo? ________ Qual o motivo? ____________________
Quantos dias? _____________________________________________
h) Você fuma? ( ) sim ( ) não
Quantos cigarros por dia? ___________ Há quanto tempo? ____________
i) Faz uso de bebidas alcoólicas? ( ) sim ( ) não
Qual a freqüência? _____________ Hoje você fez uso de bebidas?___________ Qual?____________________________________________________________________
j) Faz uso de algum medicamento? ( ) sim ( ) não
Qual?_____________ Há quanto tempo faz uso? ________________
Hoje você utilizou algum medicamento? _______________________Qual? ___________
l) Já teve algum problema neurológico? ( ) sim ( ) não
Qual? ____________________________________________________________________
m) Já teve algum problema respiratório? ( ) sim ( ) não
Qual? ____________________________________________________________________
n) É diabético? ( ) sim ( ) não
o) Apresenta alguma alergia de pele ou outro comprometimento cutâneo? ( ) sim ( ) não
Qual?____________________________________________________________________
p) Apresenta alergia ao cloro de piscina? ( ) sim ( ) não
q) Apresenta tonturas? ( ) sim ( ) não
Qual a freqüência? _________________________________________________________
Hoje você apresenta tonturas? ( ) sim ( ) não
r) Apresenta falta de equilíbrio? ( ) sim ( ) não
87
Hoje você apresenta diminuição do equilíbrio? ( ) sim não ( )
Em que atividade realizada você sente diminuição em seu equilíbrio? _________________
s) Sente alguma dor? ( ) sim ( ) não
Aonde? __________________________________________________________________
t) Apresenta dificuldades em caminhar? ( ) sim ( ) não
Dor ao caminhar? _________________________________________________________
u) Observação da pele: ______________________________________________________
Observações: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. AVALIAÇÃO DA MARCHA
Fase de apoio:
Inicial: ___________________________________________________________________
Resposta de Carga __________________________________________________________
Apoio Médio ______________________________________________________________
Apoio Final _______________________________________________________________
Fase de Oscilação
Inicial ____________________________________________________________________
Média____________________________________________________________________
Final: ____________________________________________________________________
Observações: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. GONIOMETRIA
Articulação avaliada Movimento ângulo Posição do paciente
88
D
E
D
E
D
E
D
E
D
E
D
E
Curitiba, _____de __________200_
_____________________________
assinatura
horário da avaliação: __________
89
APÊNDICE B: TABELAS DE DADOS DOS SUJEITOS
90
Tabela B1: Média dos dados lineares da marcha para os 19 sujeitos em ambiente terrestre e
ambiente aquático
AT AA p ≤ 0,01 Comprimento da Passada (m)
1,56 ± 0,11 1,14 ± 0,17 Sim
Tempo da Passada (s)
1,09 ± 0,07 2,62 ± 0,35 Sim
Velocidade (m/s) 1,43 ± 0,13 0,44 ± 0,07 Sim
Cadência (passos/min)
110,03 ± 7,49 46,48 ± 6,39 Sim
Tempo de apoio (% ciclo da marcha)
57,26 ± 3,29 58,53 ± 5,81 Não
Tabela B2: Média dos resultados da ficha de avaliação dos 19 sujeitos
SIM NÃO Apresentam Doença Cardíaca
19 0
Fumam
1 18
Usam Bebida Alcoólica
1 18
Usam algum medicamento
2 17
Apresentam problema neurológico
0 19
Apresentam problema respiratório
5 13
São diabéticos
0 19
Apresentam alergia
2 17
Apresentam alergia ao cloro
0 19
Sentem tontura
1 18
Sentiam tontura no dia da coleta
0 19
Apresentam falta de equilíbrio
0 19
Apresentavam falta de equilíbrio no dia da coleta
0 19
Dor em MMII
0 19
91
Fratura em MMII
2 17
Lesão muscular em MMII
4 15
Cirurgia em MMII
1 18
Já fizeram fisioterapia
11 8
Apresentam dificuldade para caminhar
0 19
Apresentam fraqueza em MMII
0 19
Tabela B3: Média da Goniometria dos 19 sujeitos
Sujeitos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Flexão Quadril (º) 150 120 138 110 145 120 108 160 155 150
Extensão Quadril (º) 14 10 14 20 15 20 14 10 10 20
Flexão Joelho (º) 140 120 142 124 145 128 100 150 130 110
Extensão Joelho (º) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Dorsiflexão (º) 25 30 23 20 28 30 30 25 25 25
Flexão Plantar (º) 45 40 44 44 46 42 44 45 40 45
Sujeitos 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Flexão Quadril (º) 126 120 120 150 130 115 142 140 116
Extensão Quadril (º) 10 10 12 10 20 18 16 12 10
Flexão Joelho (º) 140 142 140 140 145 140 144 145 136
Extensão Joelho (º) 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Dorsiflexão (º) 20 20 20 28 30 24 30 22 20
Flexão Plantar (º) 42 42 42 40 50 40 40 40 44
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