Método de Avaliação Biomecânica da Corrida

A prática de corrida de rua tem se tornado cada vez mais popular e em particular tem tido um interesse crescente da população idosa. Certamente a popularidade da corrida reflete um aumento da preocupação com a qualidade de vida e com o envelhecimento saudável. Entretanto, um número elevado de lesões em decorrência da prática de corrida também tem sido observado sobretudo em corredores inexperientes (Videbaek, Bueno et al. 2015). Ainda que a etiologia destas lesões é de natureza multifatorial, alterações na biomecânica da corrida têm sido frequentemente associadas à ocorrência de lesões e à idade avançada dos corredores. Desta forma, o entendimento da biomecânica da corrida tem importância fundamental para a prevenção de lesões e melhora da performance.

Mas um obstáculo para aplicação da biomecânica neste contexto é que cientificamente ainda não são claras as relações entre biomecânica da corrida, lesão e performance. Não bastasse lesões e performance serem afetadas por múltiplos fatores, a própria biomecânica da corrida é multivariada e complexa por natureza. Mesmo se focarmos num único fator da mecânica do movimento de um corredor, por exemplo, o deslocamento vertical do seu centro de gravidade ou a forma com que aterrissa o pé no chão, não há ainda evidências suficientes para aceitar uma relação única entre este fator e lesão ou performance e em geral não é certo que este fator mecânico seja de fato causa primária e não um efeito causado por outra variável mecânica. Outro fator complicador é a própria variabilidade do movimento humano, decorrente da grande complexidade do corpo humano, que permite em tese alcançar os mesmos objetivos da tarefa de diferentes formas. Isto é, alguém poderia por exemplo correr 10 km para menos de 40 minutos com diferentes técnicas (ou padrões) de movimento e não existiria em princípio a melhor biomecânica da corrida neste caso. Ainda outro fator complicador é a variabilidade entre indivíduos, em que cada um possui especificidades anátomo-funcionais, fisiológicas e neurais, entre outras, que fazem com que a biomecânica do movimento de cada um seja particular e difícil de ser generalizada. Isto é, o padrão de movimento que vale para um corredor, não necessariamente vale para outro. Assim, uma avaliação biomecânica da corrida não deve ser entendida como um exame diagnóstico para revelar a origem da lesão ou baixa performance, mas apenas como uma ferramenta auxiliar na compreensão deste complexo fenômeno.

O BMClab oferece um serviço de avaliação biomecânica da corrida gratuito para a comunidade de corredores mediante encaminhamento por profissional de saúde especializado na área. Para que as informações da avaliação da biomecânica da corrida possam ser úteis para a prevenção de lesões e na melhora da performance, é necessário que as medidas obtidas por esta avaliação tenham o maior grau de confiabilidade e exatidão possível. A análise tridimensional da biomecânica da marcha é considerada o padrão ouro dos métodos empregados para estudar o movimento de locomoção (Kirtley, 2006) e o BMClab conta com equipamentos do estado da arte (veja em Recursos) para descrever o movimento em si (cinemática) e as forças (cinética) durante a corrida. A seguir, apresentamos os fundamentos das medidas biomecânicas que são incluídas no relatório da análise biomecânica da corrida do BMClab. As variáveis selecionadas para o relatório foram escolhidas de acordo com a importância dentro do contexto da prevenção de lesões e melhora da performance da corrida de rua.

Coleta de dados

A avaliação biomecânica da corrida envolve os seguintes procedimentos: i) assinatura do termo de consentimento para participar do estudo; ii) responder questionário sobre histórico de lesões e hábitos de corrida; iii) preparação do participante; iv) tarefas experimentais; e v) coleta de outras medidas de importância clínica.

Termo de consentimento livre e esclarecido

Todo participante que tenha interesse em realizar a avaliação biomecânica da corrida deve assinar um termo de consentimento livre e esclarecido para participar da pesquisa. Esta pesquisa tem o objetivo de criar uma base de dados pública de dados biomecânicos de marcha e foi aprovado pelo comitê de ética em pesquisa da UFABC (CAAE: 53063315.7.0000.5594). Os dados obtidos serão analisadas em conjunto com as de outros voluntários e consistem em dados biomecânicos, não sendo divulgado a identificação de nenhum participante. Portanto, a garantia de anonimato será preservada de forma integral.

Questionário sobre histórico de lesões e hábitos de corrida

Antes do início do experimento, um breve questionário será aplicado com o intuito de investigar os hábitos de corrida do participante, do histórico de lesões e verificar se o participante atende, de fato, os critérios de elegibilidade do estudo (veja abaixo). Em adição, as informações do questionário permitirão um entendimento mais amplo sobre os hábitos de corrida e a relação com os padrões de movimento dos participantes.

Preparação do participante

A preparação do participante envolve a colocação das faixas elásticas com placas de termoplástico de marcas técnicas e da fixação das marcas anatômicas. O participante será solicitado a usar um calçado controlado do BMClab (Nike Dual Fusion) durante as tarefas experimentais. Caso o vestuário não seja adequado para o teste, o participante também será solicitado a usar um vestuário controlado do BMClab (shorts e top/regata). Em seguida é feito a calibração anatômica onde o participante permanece o mais parado possível por 10 segundos e as coordenadas de todas as marcas são registradas pelo sistema de captura de movimento. A coleta dos dados desta etapa será feita no software Cortex (Motion Analysis).

Tarefas experimentais

Na sequência, inicia-se a tarefa dinâmica onde um protocolo de aquecimento é induzido para que o participante se familiarize com as tarefas experimentais. Primeiramente, o participante caminhará em uma velocidade confortável por 3 minutos e em seguida, a velocidade da esteira será aumentada progressivamente até atingir as velocidades alvo do teste. O participante será solicitado a correr nas velocidades de 2,5 m/s, 3,5 m/s, e 4,5 m/s dependendo da sua aptidão física. Os dados cinemáticos e cinéticos serão coletados por 1 minuto após 3 minutos de acomodação nas velocidades alvo do teste. A coleta dos dados desta etapa será feita no software Cortex (Motion Analysis). Em seguida, a velocidade da esteira será diminuída progressivamente até parar completamente. A frequência cardíaca do participante será monitorada durante todo o teste por um frequencímetro. Após o teste será aplicada uma escala de esforço para avaliar o nível de dificuldade do teste. Esta tarefa experimental oferece risco mínimo e o participante poderá desistir do teste a qualquer momento.

Medidas clínicas

Algumas medidas de importância clínica no contexto de lesões na corrida serão obtidas como medidas de a) alinhamento; b) força muscular isométrica; e c) flexibilidade articular. Embora o foco principal da avaliação biomecânica da corrida seja o entendimento do padrão de movimento dos corredores, estes dados permitirão um entendimento mais amplo sobre alguns parâmetros que têm sido relacionados com lesões em corredores (Ferber and Macdonald 2014).

  • alinhamento: o comprimento dos membros inferiores e o ângulo Q serão medidos por meio de uma fita métrica e um goniômetro.
  • força muscular isométrica: a força muscular durante a contração isométrica máxima de grupos musculares dos membros inferiores será obtida por meio de um dinamômetro isométrico manual (Lafayette). Faixas inelásticas e um goniômetro serão utilizados para melhor controle do posicionamento do participante e de fatores que possam interferir nos resultados do teste como a variação do comprimento muscular e a interferência do avaliador. Uma descrição detalhada dos procedimentos desta etapa podem ser obtidas em Fukuchi, Stefanyshyn et al. (2014).
  • flexibilidade articular: a flexibilidade das articulações dos membros inferiores será avaliada por meio de um goniômetro e/ou inclinômetro. A descrição detalhada dos procedimentos envolvidos para obtenção destas medidas está contida emFukuchi, Stefanyshyn et al. (2014).

Processamento e Análise dos dados

O software Cortex (Motion Analysis) será utilizado para a integração e a sincronização dos dados de diferentes equipamentos (e.g. câmeras e plataformas de força). Os dados cinemáticos serão identificados e processados por este software. Arquivos no formato c3d correspondentes à calibração anatômica e às tarefas experimentais (e.g. andar ou correr) serão exportados pelo software Cortex. Os dados serão então adicionalmente processados e analisados no software Visual 3D (C-motion). As coordenadas das marcas e os dados de força durante a corrida serão adquiridas a uma frequência de 150 Hz e 300 Hz, respectivamente. Os ângulos articulares, os momentos de força internos e as potências articulares serão calculados de acordo com o descrito anteriormente na seção de cinemática e de dinâmica inversa. As curvas médias de passadas para os ângulos, momentos de força, potências articulares e das forças de reação do solo serão calculadas e apresentadas no relatório da avaliação biomecânica.

Relatório da avaliação biomecânica da corrida

Os resultados da avaliação biomecânica da corrida são apresentados em um relatório contendo variáveis relevantes para o estudo da corrida tanto no contexto de prevenção de lesões como da melhora da performance. Alguns parâmetros espaço-temporais da marcha e curvas de cinemática articular, momentos de força articulares, forças de reação do solo e potências articulares durante o ciclo da marcha serão apresentadas. A seguir, uma breve descrição das variáveis apresentadas no relatório será oferecida.

Parâmetros espaço-temporais

 De forma geral, a biomecânica da corrida é estudada definindo-se primeiramente o ciclo da marcha, que é a unidade básica de medida em uma análise da locomoção humana, uma vez que o andar ou o correr representam movimentos onde os ciclos se repetem. Portanto, para definir o ciclo da marcha é necessário detectar alguns eventos que, no caso da corrida, são: o contato inicial (foot strike) e o desprendimento do pé (toeoff). Estes eventos são detectados pelas plataformas de força da esteira utilizando um limiar de detecção de 20 N.

Os seguintes parâmetros serão obtidos bilateralmente de cada ciclo da marcha: a) comprimento do passo; b) duração do apoio; c) duração do balanço; e d) passadas por minuto. Além dos parâmetros bilaterais, o relatório também reportará: e) largura da passada; f) comprimento da passada; e g) duração do ciclo da marcha. A descrição detalhada sobre o cálculo destes eventos pelo software Visual 3D pode ser obtida aqui. Estes parâmetros são apresentados como média (±1 desvio padrão) de cerca de 80 passadas (Figura 1), portanto consiste de uma amostra representativa do padrão do corredor.

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Figura 1. Média (±1 desvio padrão) dos parâmetros-espaço temporais da corrida para o lado direito e esquerdo.

Estes parâmetros espaciais e temporais têm importância tanto no contexto de lesões quanto de performance. Por exemplo,Schubert, Kempf et al. (2014) observaram que o aumento da frequência da passada resultou em mudança positiva de variáveis biomecânicas que têm sido associadas com lesões na corrida. Outros estudos têm observado que estes parâmetros se alteram em função da idade visto que um menor comprimento e uma maior frequência da passada tem sido consistentemente reportada em corredores mais velhos (Fukuchi & Duarte (2008); Bus (2003)).

Cinemática angular

Embora os movimentos durante a corrida ocorram predominantemente no plano sagital, movimentos atípicos têm sido constantemente observados nos planos secundários como o frontal e o transverso. Portanto, é imprescindível estudar os movimentos nestes planos por meio de uma análise tridimensional (3D). A Figura 2 mostra os padrões dos ângulos articulares dos membros inferiores de um participante durante a corrida em esteira na velocidade de 3 m/s. De forma geral, as curvas mostradas nos gráficos destacam a variação dos ângulos articulares durante o ciclo da marcha. Tipicamente, o ciclo de marcha é normalizado temporalmente (0-100%) para que comparações tanto do mesmo sujeito (por exemplo entre os lados ou entre as tentativas); ou entre os sujeitos possa ser realizada uma vez que pequenas variações na duração deste ciclo podem ocorrer.

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Figura 2. Exemplo de ângulos articulares nos três planos (sagital, frontal e transverso) durante a corrida. Curvas em azul representam a média do lado direito e em vermelho a do lado esquerdo. A área sombreada em escala de cinza representa a média (±1 desvio padrão) dos lados direito e esquerdo dos dados normativos. A linha vertical representa a divisão entre a fase de apoio e a fase aérea do ciclo da marcha.

A Figura 2 mostra 12 gráficos com duas curvas cada que consistem da média do número de passadas da perna direita (azul) e esquerda (vermelho). Os gráficos em linha representam as diferentes articulações dos membros inferiores (pelve, quadril, joelho e tornozelo) enquanto os gráficos em colunas os diferentes planos anatômicos (sagital, frontal e transverso). Os ângulos da pelve representam a posição do segmento pelve em relação ao sistema de referência do laboratório (global), portanto, são ângulos absolutos (ou segmentares). A orientação da pelve em relação ao laboratório tem sido tipicamente reportado em estudos da biomecânica da corrida, com especial interesse no plano frontal (drop pélvico) (Ferber and Macdonald 2014). Por outro lado, os ângulos do quadril, joelho e tornozelo são ângulos relativos entre dois segmentos adjacentes, portanto, são ângulos articulares. Em adição, o ângulo de projeção do pé (ângulo absoluto do pé no plano transverso) é apresentado (Figura 4) pois tem sido associado com padrões de corredores idosos (Fukuchi and Duarte 2008).

A cinemática articular durante a calibração anatômica também é apresentada para permitir um entendimento sobre o alinhamento postural das articulações dos membros inferiores na postura parada.

Cinética

A esteira instrumentada possui plataformas de força triaxiais que permitem quantificar não apenas a força vertical mas também as forças horizontais (ântero-posterior e medio-lateral). O estudo destas forças tem relevância no entendimento da corrida uma vez que alterações nos padrões destas forças têm sido associadas com lesões (Davis, Bowser et al. 2016), com o envelhecimento (Fukuchi, Stefanyshyn et al. 2014) e com a mudança do tipo de pisada ou calçado (Lieberman, Venkadesan et al. 2010).

Por meio do conhecimento conjunto da cinemática e da cinética é possível estimar as cargas mecânicas internas nas articulações por meio da abordagem da dinâmica inversa discutido anteriormente. Portanto, por meio desta abordagem, é possível estimar os momentos de força e as potências articulares. Alterações nos momentos de forças e nas potências articulares também têm sido associadas com lesões (Stefanyshyn, Stergiou et al. 2006), com o envelhecimento (Fukuchi, Stefanyshyn et al. 2014) e com a mudança de pisada e do calçado (Hall, Barton et al. 2013).

A Figura 3 mostra os padrões das forças de reação do solo e dos momentos de forças articulares dos membros inferiores durante o ciclo da marcha. Note que a convenção adotada para arranjar os gráficos é a mesma da cinemática angular, ou seja, linhas representam as articulações (quadril, joelho e tornozelo) e colunas representam os planos (sagital, frontal e transverso). Em adição ao procedimento de normalização temporal explicado anteriormente (na seção de cinemática), a normalização da FRS e dos momentos de força articulares, em relação à massa dos sujeitos (N/kg e Nm/kg, respectivamente), é realizada para permitir uma comparação entre sujeitos com massas distintas.

A Figura 4 ilustra os padrões das potências articulares do quadril, joelho e tornozelo durante o ciclo da marcha. Note que as potências também foram normalizadas pela massa corporal (W/kg) dos sujeitos com o mesmo intuito de permitir a comparação entre diferentes sujeitos.

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Figura 3. Séries temporais das curvas das forças de reação do solo e dos momentos de força articulares durante a corrida. Curvas em azul representam a média do lado direito e em vermelho a do lado esquerdo. A área sombreada em escala de cinza representa a média (±1 desvio padrão) dos lados direito e esquerdo dos dados normativos. A linha vertical representa a divisão entre a fase de apoio e a fase aérea do ciclo da marcha.
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Figura 4. Séries temporais das curvas do ângulo de progressão do pé no plano transverso e das potências articulares no plano sagital durante a corrida. Curvas em azul representam a média do lado direito e em vermelho a do lado esquerdo. A área sombreada em escala de cinza representa a média (±1 desvio padrão) dos lados direito e esquerdo dos dados normativos. A linha vertical representa a divisão entre a fase de apoio e a fase aérea do ciclo da marcha.

Instrumentação

Sistema de captura de movimento tridimensional

O BMClab conta com um sistema de captura de movimento composto por 12 câmeras (Raptor-4, Motion Analysis) computadorizadas de alta resolução e alta frequência que operam no infravermelho. De forma simplificada, estas câmeras emitem luz infravermelha, a qual incide sobre marcas retrorefletivos colocadas no corpo do indivíduo analisado, os sensores das câmeras registram as luzes refletidas por estas marcas e software específico processa esta informação para calcular a posição de cada marca. No BMClab as câmeras estão dispostas em forma de guarda-chuva com câmeras posicionadas em diferentes posições para permitir a completa descrição do movimento tridimensional (Figura 5).

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Figura 5. Visão expandida da sala de coletas do BMClab ilustrando o arranjo das câmeras do sistema de captura do movimento sobre a estrutura metálica ao redor da sala, a esteira instrumentada no meio da sala e plataformas de força embutidas no chão à esquerda da esteira (não visíveis na foto).

Para a aquisição e processamento básico dos dados cinemáticos utilizamos o software Cortex 6.0 (Motion Analysis, EUA). Com este software realiza-se três funções tipicamente necessárias para aquisição e processamento de dados para análise de movimento: (1) calibração do volume de captura do movimento, (2) captura e identificação das marcas refletivas e (3) rastreamento, processamento, edição dos dados e armazenamento dos dados em arquivos para poderem ser utilizados posteriormente. Para processamento adicional, análise e confecção do relatório da avaliação do movimento, utilizamos o software Visual 3D (C-motion). Detalhes sobre estas funções serão apresentadas a seguir.

Calibração do volume de captura movimento

Para que as posições das marcas tenham significado real no espaço tridimensional, é necessário converter as coordenadas de imagem bidimensional das marcas em coordenadas reais. Para isto, é necessário que marcas com distâncias conhecidas sejam rastreadas por duas ou mais câmeras para que as coordenadas destas marcas em cada uma das câmeras ofereça informações suficientes para rastreá-las no espaço 3D. Tipicamente, esta calibração é feita em duas etapas: (1) determinar a origem e a orientação do sistema de coordenadas do laboratório e; (2) wand calibration para estabelecer uma relação entre coordenadas reais das marcas do wand e as coordenadas da imagem correspondente.

Para a primeira etapa utilizamos um dispositivo (L-frame) que possui 4 marcas que foram acuradamente medidas para definir a origem e a orientação do sistema de coordenadas do laboratório. O sistema de referência global do BMClab adota a convenção recomendada pela International Society of Biomechanics (ISB) (Wu and Cavanagh 1995):

  • Eixo X: direção de progressão da marcha e positivo aponta para anterior
  • Eixo Y: direção vertical e positivo aponta para cima
  • Eixo Z: direção medio-lateral e positivo aponta para a direita

Na segunda etapa da calibração, um wand com 3 marcas precisamente localizadas é movimentado em todo o volume de captura para permitir que medidas diretas do wand (que tem marcas com dimensões conhecidas) possam ser obtidas pelas câmeras. Este procedimento de calibração já está implementado no software Cortex e utiliza um algoritmo de rastreamento que utiliza apenas imagens com dados de boa qualidade.

Protocolo de marcas (marker set)

Para registrar a posição e a orientação dos segmentos do corpo durante o movimento pelo sistema de captura é necessário que marcas retrorefletivas estejam presentes em algumas localizações específicas no corpo do indivíduo. Vários protocolos de marcas (marker set) tem sido propostos para esta finalidade (veja uma boa revisão em Baker (2013)). Embora não exista um consenso sobre o protocolo mais adequado, os protocolos que utilizam uma combinação de marcas anatômicas e técnicas são tipicamente adotados para minimizar os artefatos de tecidos moles (soft tissue artifact (STA)), particularmente em movimentos mais bruscos como correr (Robertson, Caldwell et al. 2014). Após uma breve revisão da literatura, de algumas discussões e da nossa experiência conduzindo estes estudos, o BMClab tem adotado o protocolo de marcas proposto por Cappozzo, Catani et al. (1995), onde marcas técnicas e anatômicas são utilizadas. As marcas anatômicas são necessárias para determinar a posição e a orientação dos segmentos no espaço 3D que tenham relação com a anatomia humana. Portanto, estas marcas são posicionadas em proeminências ósseas. Um sistema de coordenadas segmentar anatômica pode então ser definido a partir destas marcas anatômicas. Veja, de forma geral, como um sistema de coordenadas segmentar pode ser definido a partir de marcas anatômicas aqui. A descrição do protocolo de marcas anatômicas bem como a definição dos segmentos, a partir destas marcas, no software Visual 3D (C-motion) pode ser encontrada aqui. As marcas técnicas, por sua vez, seguem a recomendação proposta por Cappozzo, Cappello et al. (1997) onde o critério para determinar o número e o arranjo ótimo destas marcas foi documentado para estudos de marcha. No BMClab, as marcas técnicas para os segmentos coxa e perna são arranjados em uma placa de termoplástico para manter uma boa relação espacial entre as marcas do mesmo segmento. Uma faixa elástica é utilizada para envolver fortemente os segmentos e as placas de termoplásticos são então fixadas nesta faixa por meio de tiras de velcro e então outra faixa adicional é utilizada para assegurar que as placas não deslizem durante a corrida como mostrado na Figura 6. O uso desta faixa tem sido sugerida para fixar as placas com marcas técnicas no segmento por alguns grupos de pesquisa com interesses similares (veja aqui). Para o segmento pé, utilizamos apenas 3 marcas técnicas devido a redução de área de boa rigidez para posicionar as marcas técnicas. Portanto, usamos a região do contraforte do calçado para posicionar estas marcas.

A definição dos sistemas de coordenadas anatômico e técnico e a relação entre eles é determinada a partir de um procedimento de calibração anatômico onde um registro de todas as marcas (anatômicas e técnicas) é feito pelo sistema de captura enquanto o sujeito se encontra em uma postura ortostática padronizada (Figura 6). Portanto, após este procedimento, é possível remover as marcas anatômicas uma vez que esta relação espacial será mantida para o mesmo segmento como descrito em Cappozzo, Catani et al. (1995). Para o segmento pelve, não utilizamos marcas “puramente” técnicas e, portanto, as marcas anatômicas permanecem após a calibração anatômica.

A partir da definição dos sistemas de coordenadas segmentares, as rotações nos três planos de movimento das articulações do membro inferior podem ser calculadas por meio da sequência Cardan e expressas em um sistema de coordenadas articulares (joint coordinate systems (Grood and Suntay 1983)). É fundamental definir a sequência das rotações no espaço 3D uma vez que ângulos 3D não comutam e, portanto, a sequência e a definição dos eixos do sistema de coordenadas podem interferir nos valores dos ângulos (veja mais detalhes aqui). Para a avaliação biomecânica da marcha, a convenção a ser utilizada é a Z-X-Y como segue: a) a primeira rotação ocorrer no eixo medio-lateral ou eixo-Z (perpendicular ao plano sagital) e que corresponde aos movimentos de flexão e extensão. A terceira rotação é descrita no eixo longitudinal ou eixo-Y, ou seja, perpendicular ao plano transverso onde as rotações medial e lateral ocorrem. Por fim, a segunda rotação ocorre no eixo perpendicular aos dois anteriores, ou seja, perpendicular ao plano frontal ou eixo-X onde os movimentos de abdução e adução são descritos. Esta convenção é consistente com a convenção proposta pela ISB (Wu and Cavanagh 1995) e a definição dos eixos é consistente com a utilizada para definir o sistema de coordenadas global.

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Figura 6. Protocolo de marcas técnicas e anatômicas durante o procedimento de calibração estática.

As avaliações biomecânicas do andar e da corrida do BMClab descrevem apenas os movimentos dos membros inferiores e pelve uma vez que estes segmentos têm maior importância no entendimento do andar e da corrida tanto no contexto de lesões como em performance (Zatsiorsky (2000), Ferber and Macdonald (2014)).

Cinética

 A cinética envolve o estudo das forças que deram origem ao movimento. As forças que são tipicamente mensuráveis são as forças externas, como por exemplo, que ocorrem no contato do pé com o solo durante a corrida. A instrumentação básica para obter estas medidas é por meio de uma plataforma de força no qual é possível quantificar as forças de reação do solo (não apenas a força vertical mas também as forças horizontais ântero-posterior e medio-lateral).

Para medição das forças de reação do solo, o BMClab conta com plataformas de força (AMTI e Kistler) e uma esteira instrumentada (BIT, Bertec, EUA) de cinta dupla com duas plataformas de força isoladas mecanicamente. Cada cinta da esteira pode ser controlada de forma independente em termos de velocidade e direção de rolamento. Cada plataforma de força possui 4 transdutores de força (strain gauges) que permitem medir forças e momentos de força aplicados sobre a sua superfície de modo similar ao das plataformas de força tradicionais (ver detalhes em Recursos). Com o intuito de minimizar o efeito de vibrações e aumentar o conforto dos sujeitos a esteira foi instalada ao nível do chão sob uma base de concreto isolada mecanicamente e a sua superfície é contornada por um piso suspenso. Adicionalmente, para melhorar a exatidão das medidas obtidas, um procedimento de calibração das forças e dos momentos de força por meio de um sensor de torque e um algoritmo de calibração será utilizado.

Para propiciar segurança aos sujeitos, um colete de segurança preso a um pórtico e trolley sobre a esteira poderá ser utilizado. Os dados cinéticos usados no serviço de avaliação biomecânica do movimento serão oriundo exclusivamente da esteira instrumentada uma vez que este equipamento possibilita controlar a velocidade da corrida além de permitir o registro das forças de dezenas de passadas durante o período de coleta dos dados (cerca de 1 minuto). Em adição, temos mostrado viabilidade de usar este instrumento para responder questões científicas importantes no contexto da corrida (Fukuchi, Stefanyshyn et al. 2014, Fukuchi, Stefanyshyn et al. 2016).

Estimativa das cargas articulares

A estimativa das cargas mecânicas (forças e momentos de força ou torque) sobre o sistema músculo-esquelético é tipicamente realizado de forma indireta utilizando a dinâmica inversa. De forma simplificada, a abordagem de dinâmica inversa estima as forças e torques por meio de um modelo físico-matemático do corpo humano e medidas experimentais das forças externas (neste caso, a força de reação do solo via plataforma de força e o peso gravitacional de cada segmento estimado a partir de um modelo antropométrico), posição, velocidade e aceleração do corpo (via sistema de captura de movimento) e propriedades inerciais dos segmentos do corpo humano sob investigação. Diagramas de corpo livre descrevendo as forças e torques agindo em cada segmento são representados e as equações de Newton/Euler (segunda lei de Newton para movimentos lineares e angulares) correspondentes são estabelecidas. Variáveis tais como propriedades inerciais e cinemáticas (posição em função do tempo) dos segmentos, e forças externas (tais como a gravitacional e as FRS) agindo nos segmentos são mensuradas ou estimadas e as equações de Newton/Euler são resolvidas para as variáveis desconhecidas (forças e torques internos).

É importante ressaltar que na abordagem da dinâmica inversa apenas os momentos de força líquidos (ou resultantes) podem ser obtidos e, portanto, deve se ter cuidado ao estabelecer a relação entre os torques articulares obtidos e as forças musculares durante o movimento. Por exemplo, numa situação em que há co-contração dos agonistas e antagonistas de uma articulação, os torques articulares via dinâmica inversa serão próximas de zero. A partir da estimativa dos momentos de força articulares, outras medidas podem ser derivadas como a da potência mecânica articular. Para a avaliação biomecânica do movimento, a abordagem descrita acima para a obtenção das forças, dos momentos de força articulares internos e das potências articulares são realizados usando o software Visual 3D (veja mais detalhes  aqui).

Exemplo de relatório da avaliação biomecânica da corrida:

Referências

  • Davis, I. S., B. J. Bowser and D. R. Mullineaux (2016). “Greater vertical impact loading in female runners with medically diagnosed injuries: a prospective investigation.” Br J Sports Med 50(14): 887-892.
  • Ferber, R. and S. Macdonald (2014). Running mechanics and gait analysis. Champaign, IL, Human Kinetics.
  • Fukuchi, R. K. and M. Duarte (2008). “Comparison of three-dimensional lower extremity running kinematics of young adult and elderly runners.” Journal of Sports Sciences 26(13): 1447-1454.
  • Fukuchi, R. K., D. J. Stefanyshyn, L. Stirling, M. Duarte and R. Ferber (2014). “Flexibility, muscle strength and running biomechanical adaptations in older runners.” Clinical Biomechanics (Bristol, Avon) 29(3): 304-310.
  • Hall, J. P., C. Barton, P. R. Jones and D. Morrissey (2013). “The biomechanical differences between barefoot and shod distance running: a systematic review and preliminary meta-analysis.” Sports Med 43(12): 1335-1353.
  • Lieberman, D. E., M. Venkadesan, W. A. Werbel, A. I. Daoud, S. D’Andrea, I. S. Davis, R. O. Mang’eni and Y. Pitsiladis (2010). “Foot strike patterns and collision forces in habitually barefoot versus shod runners.” Nature 463(7280): 531-535.
  • Schubert, A. G., J. Kempf and B. C. Heiderscheit (2014). “Influence of stride frequency and length on running mechanics: a systematic review.” Sports Health 6(3): 210-217.
  • Stefanyshyn, D. J., P. Stergiou, V. M. Lun, W. H. Meeuwisse and J. T. Worobets (2006). “Knee angular impulse as a predictor of patellofemoral pain in runners.” American Journal of Sports Medicine 34(11): 1844-1851.
  • Videbaek, S., A. M. Bueno, R. O. Nielsen and S. Rasmussen (2015). “Incidence of Running-Related Injuries Per 1000 h of running in Different Types of Runners: A Systematic Review and Meta-Analysis.” Sports Med 45(7): 1017-1026.