Artigo de método

Avaliação do controle postural e ativação muscular de extremidade inferior em indivíduos com instabilidade crônica do tornozelo

DOI:

10.3791/61592

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18 de setembro de 2020

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1Department of Critical Care Medicine, Shanghai Tenth People's Hospital, School of Medicine, Tongji University, 2School of Kinesiology, Shanghai University of Sport, 3Department of Rehabilitation Medicine, Shanghai Jiao Tong University Affiliated Sixth People's Hospital

Neste artigo

Resumo

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Indivíduos com instabilidade crônica do tornozelo (CAI) apresentam deficiência de controle postural e ativação muscular retardada das extremidades inferiores. A posturografia dinâmica computadorizada combinada com a eletromisografia superficial fornece insights sobre a coordenação dos sistemas visual, somatossensorial e vestibular com regulação de ativação muscular para manter a estabilidade postural em indivíduos com CAI.

Resumo

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A postura dinâmica informatizada (CDP) é uma técnica objetiva para a avaliação da estabilidade postural em condições estáticas e dinâmicas e perturbação. O CDP é baseado no modelo de pêndulo invertido que traça a inter-relação entre o centro de pressão e o centro de gravidade. O CDP pode ser usado para analisar as proporções de visão, propriocepção e sensação vestibular para manter a estabilidade postural. Os seguintes caracteres definem instabilidade crônica do tornozelo (CAI): dor persistente no tornozelo, inchaço, sensação de "ceder" e incapacidade autorreendida. Estabilidade postural e nível de ativação muscular fibular em indivíduos com CAI diminuíram devido a lesões complexas do ligamento lateral do tornozelo. Poucos estudos têm utilizado o CDP para explorar a estabilidade postural dos indivíduos com CAI. Faltam estudos que investiguem a estabilidade postural e a ativação muscular relacionada usando CDP sincronizado com eletromografia superficial. Este protocolo CDP inclui um teste de organização sensorial (SOT), um teste de controle motor (MCT) e um teste de adaptação (ADT), bem como testes que medem a posição unilateral (EUA) e o limite de estabilidade (LOS). O sistema de eletromyografia superficial é sincronizado com CDP para coletar dados sobre a ativação muscular do membro inferior durante a medição. Este protocolo apresenta uma nova abordagem para avaliar a coordenação dos sistemas visual, somatosensorial e vestibular e ativação muscular relacionada para manter a estabilidade postural. Além disso, fornece novas percepções sobre o controle neuromuscular dos indivíduos com CAI ao lidar com ambientes complexos reais.

Introdução

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A postura dinâmica informatizada (CDP) é uma técnica objetiva para a avaliação da estabilidade postural em condições estáticas e dinâmicas e perturbação. O CDP é baseado no modelo de pêndulo invertido que traça a inter-relação entre o centro de pressão (COP) e o centro de gravidade (COG). COG é a projeção vertical do centro de massa (COM), enquanto o COM é o ponto equivalente à massa corporal total no sistema de referência global. COP é a localização do vetor vertical da força de reação terrestre. Representa uma média ponderada de todas as pressões sobre a superfície da área de contato com o solo1. A estabilidade postural é a capacidade de manter o COM dentro da base de suporte em um determinado ambiente sensorial. Reflete a capacidade de controle neuromuscular que coordena o sistema nervoso central com o sistema sensorial aferente (visão, propriocepção e sensação vestibular) e saída de comando motor2.

Métodos de avaliação anteriores para controle postural, como o tempo para uma postura de perna única e a distância de alcance para testes de equilíbrio Y, são orientados para resultados e não podem ser utilizados para avaliar objetivamente a coordenação entre sistemas sensoriais e controle motor3. Além disso, alguns estudos utilizaram placa de oscilação computadorizada portátil, que quantificou o desempenho do equilíbrio dinâmico a partir das configurações laboratoriais4,,5,6. O CDP difere dos métodos de teste acima mencionados, pois pode ser aplicado à análise da proporção de visão, propriocepção e sensação vestibular na manutenção da estabilidade postural e na avaliação da proporção da estratégia motora, como a estratégia dominante do tornozelo ou quadril. Foi visto como um padrão-ouro para a medição do controle postural7 devido à sua precisão, confiabilidade e validade8.

A instabilidade crônica do tornozelo (CAI) é caracterizada por dor persistente no tornozelo, inchaço e sensação de "dar lugar"; é uma das lesões esportivas mais comuns9. O CAI é originário principalmente de entorses laterais no tornozelo, que destroem a integridade e estabilidade do complexo do ligamento lateral do tornozelo. A propriocepção, a força muscular fibular e a trajetória normal do talo são prejudicadas10,11. As deficiências do segmento de tornozelo fraco podem resultar em controle postural deficiente e ativação muscular em indivíduos com CAI12. No entanto, poucos estudos têm investigado a estabilidade postural dos indivíduos com CAI utilizando o CDP3,13. As medidas atuais raramente poderiam analisar a deficiência de controle de postura do CAI na perspectiva da análise sensorial. Portanto, a capacidade de organização sensorial e estratégia postural do CAI para manter a estabilidade postural precisa ser explorada.

A atividade muscular é um componente importante do controle neuromuscular que afeta a regulação da estabilidade postural14,15. No entanto, o CDP só monitora a inter-relação entre COP e COG através de placas de força, e sua aplicação à observação do nível específico de ativação dos músculos dos membros inferiores em indivíduos com CAI é difícil. Atualmente, poucos estudos têm avaliado a estabilidade postural dos indivíduos com CAI através de um método que combina PCD com eletromografia (EMG).

Portanto, o protocolo desenvolvido visa explorar o controle postural e a atividade muscular relacionada, combinando CDP e sistema de eletromografia superficial (sEMG). Este protocolo fornece uma nova abordagem para investigar o controle neuromuscular, incluindo organização sensorial, controle postural e atividade muscular relacionada, para os participantes com CAI.

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Protocolo

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Antes dos testes, os participantes assinaram um consentimento informado após receberem informações sobre o processo experimental. Este experimento foi aprovado pelo comitê de ética da Universidade de Esportes de Xangai.

1. Configuração do equipamento

  1. Ligue o sistema CDP, complete a autocalibração e garanta que o instrumento funcione normalmente a 100 Hz de frequência amostral.
    NOTA: Cada uma das duas placas de força independente instaladas mede três forças (Fx, Fy e Fz) e três momentos (Mx, My e Mz). O eixo x está na direção esquerda-direita e é perpendicular ao plano sagital. O eixo y está na direção para frente-para trás e é perpendicular ao plano coronal. O eixo z é perpendicular ao plano horizontal. As origens estão localizadas nos centros das placas de força.
  2. Sistema de gerenciador de saldo de duplo clique | Módulo Clínico, e, em seguida, clique em Novo Paciente e estabeleça o ID do paciente. Insira uma altura, peso e idade precisas. Selecione Teste de Organização Sensorial, Posição Unilateral, Limites de Estabilidade, Teste de Controle do Motor e Teste de Adaptação.
    NOTA: Tais dados demográficos também são utilizados para análise diagnóstica normativa compatível com a idade.
  3. Ligue o sistema de eletromiografia de superfície (sEMG) e clique duas vezes no ícone EMG Motion Tools. Especifique o sinal de acionamento como Trigger In (Manual Stop),estabeleça o ID do participante e combine os músculos medidos com o eletrodo sem fio. Os músculos do membro inferior instável são vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), bíceps femoris (BF), tibialis anterior (TA), peroneal longus (PL), gastrocnemius medialis (GM) e gastrocnemius lateralis (GL).
    NOTA: A frase Trigger In (Manual Stop) indica que o CDP aciona o sistema sEMG para capturar dados EMG durante os testes, mas o sinalizador "end" requer clique manual para impedir a aquisição.
  4. Conecte o sistema sEMG com o sistema CDP através da linha de sincronização. Ajuste a câmera do sistema sEMG para capturar a luz indicadora de sinal do sistema CDP.
    NOTA: O vídeo da luz indicadora é coletado sincronizadamente com o sistema CDP e o sEMG para cortar o ciclo correspondente do EMG de acordo com os testes de CDP. "Light on" indica que o teste está em andamento, e "luz desligada" indica que o teste é pausado/parado.

2. Seleção e preparação dos participantes

  1. Utilizar os seguintes critérios de inclusão para os participantes do CAI: (1) 35 participantes do sexo masculino com atividade diária regular, excluindo atletas profissionais ou participantes sedentários; (2) 20-29 anos; (3) histórico de pelo menos uma entorse significativa no tornozelo, e a entorse inicial deve ter ocorrido pelo menos 12 meses antes da matrícula no estudo; (4) sentimentos de "doação" da articulação do tornozelo lesionada e/ou entorse recorrente e/ou "sensação de instabilidade;" e (5) um escore de questionário da Ferramenta de Instabilidade do Tornozelo de Cumberland de menos de 24 pontos16.
    1. Exclua os participantes com histórico de entorses bilaterais, fratura de membros inferiores, operação, doenças do sistema nervoso e vestibular, ou alergia à gravação. Além disso, recrutar 35 participantes do sexo masculino sem CAI, cujos dados demográficos coincidiram com o grupo CAI, como o grupo controle.
  2. Para a preparação, fixar a peça de eletrodo na barriga dos músculos medidos. Instrua os participantes a usar um cinto de segurança e ficar descalço nas placas de força para enfrentar o ambiente visual.
    1. Ajuste o alinhamento dos pés nas placas de força. Alinhe o malleolus medialis com a linha horizontal e a borda lateral do pé com a linha de altura gerada pelo computador correspondente (linhas S, M e T). Desligue a tela embutida no surround visual(Figura 1).
      NOTA: Estas diretrizes são baseadas nas seguintes alturas. "S" significa "pequeno" e inclui alturas que variam de 76 cm a 140 cm. "M" significa "médio" e inclui alturas que variam de 141 cm a 165 cm. "T" significa "alto" e inclui alturas que variam de 166 cm a 203 cm. A tela pode produzir efeitos de aprendizagem, porque pode fornecer feedback visual em tempo real. Assim, a tela deve permanecer fechada durante o teste, exceto durante o teste de estabilidade (LOS)17.

figure-protocol-1
Figura 1: Preparação do participante para medição. Os participantes ficam descalços para enfrentar o ambiente visual, usar cinto de segurança, alinhar corretamente os pés com as placas de força e fixar os eletrodos EMG sem fio em suas pernas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

3. Procedimentos de medição

  1. Medição do CDP
    1. Teste de organização sensorial
      1. Instrua os participantes a ficarem de pé e manterem sua COG o mais estável possível para lidar com a interferência da visão, somatossensorial e sensação vestibular (singly ou combinado) (Tabela 1). Complete as medidas das condições 1-6. Cada teste dura 20 anos. Repita o procedimento três vezes para cada condição.
    2. Posição unilateral
      1. Instrua os participantes a colocarem as mãos na coluna ilícada superior anterior com os olhos abertos/fechados. Considere o lado instável do tornozelo como a perna de apoio. Estique totalmente a articulação do joelho e dobre o joelho da perna sem suporte em aproximadamente 30°. Permita que os participantes permaneçam de pé por 10 s. Repita o procedimento três vezes para cada condição visual.
    3. Limite de estabilidade
      1. Instrua os participantes a manter seu COG na área central. Ao ouvir o anel, incline seu corpo e mude seu COG rapidamente para o quadro alvo na tela. Instrua os participantes a permanecerem estáveis por 10 s. Complete o deslocamento direcional de seu COG (para frente, para frente, para a frente, para a direita, para trás, para trás, para trás, para trás, para a esquerda e para a esquerda).
        NOTA: No processo de mudança de COG, o corpo é mantido em linha reta, o calcanhar ou os dedos dos dedos não estão longe das placas de força, e a articulação do quadril não é dobrada.
    4. Teste de controle do motor
      1. Instrua os participantes a responder efetivamente para restaurar a estabilidade do corpo e para lidar com o deslizamento inesperado das placas de força. Repita o procedimento três vezes para cada condição de deslizamento.
        NOTA: As placas de força são escorregadas com amplitude pequena/média/grande na direção anterior/posterior. De acordo com a altura do participante, a amplitude de deslizamento das placas de força é automaticamente ajustada. Os procedimentos padrão devem ser seguidos para alinhar a posição do pé nas placas de força. Há atraso aleatório entre os ensaios.
    5. Teste de adaptação
      1. Instrua os participantes a responder efetivamente para restaurar a estabilidade do corpo e lidar com cinco rotações inesperadas consecutivas a uma velocidade de 20°/s. Direcione os dedo para cima ou para baixo.
CondiçãoOlhosPlacas de forçaSurround visualInterferênciaResposta antecipada
1AbertoCorrigirCorrigirSomatosensorial
2PertoCorrigirCorrigirVisãoSomatosensorial
3AbertoCorrigirReferência de influênciaVisãoSomatosensorial
4AbertoReferência de influênciaCorrigirSomatosensorialVisão, vestibular
5PertoReferência de influênciaCorrigirSomatosensorial, visãoVestibular
6AbertoReferência de influênciaReferência de influênciaSomatosensorial, visãoVestibular

Tabela 1: Interferência diferente e resposta antecipada correspondente no teste de organização sensorial. O termo "sway-referenced" significa que o movimento das placas de força e do surround visual segue a influência cog do participante.

  1. processo de medição e dados do sEMG
    1. Depois de acionado pelo sistema CDP durante sot, EUA, LOS, MCT e ADT, inicie a aquisição automática de dados brutos de atividade muscular de membros inferiores. Pare manualmente a aquisição durante o sistema sEMG quando a luz estiver desligada. O tamanho da amostra é de 1000 Hz.
    2. Digite a janela de processamento do software sEMG. Importe o arquivo C3d dos dados brutos EMG e do arquivo mp4 do vídeo leve. Corte o ciclo de ensaio quando a luz estiver acesa.
    3. Nas operações de "pipeline de processamento", incluem as seguintes opções no pipeline de execução: filtro Butterworth com low-pass (450 Hz, 2. Ordem) e high-pass (20 Hz, 2. Ordem); filtro de entalhe a 50 Hz; e raiz média janela de alisamento quadrado de 100 ms.
      NOTA: Escolha o filtro Butterworth com low-pass (450 Hz, 2. Ordem) e high-pass (20 Hz, 2. Ordem) filtrar componentes indesejados de baixa e alta frequência. Coloque o filtro de entalhe em 50 Hz para remover a interferência de 50 Hz da energia principal. Use a janela de alisamento quadrado média de 100 ms para suavizar o sinal barulhento.
    4. Nas opções Gerar Eventos, inclua os seguintes eventos no pipeline de execução. "muscle on" é definido como "todos os canais ultrapassam desvios padrão de ruído de 5x da linha de base por pelo menos 50 ms". "muscle off" é definido como "todos os canais caem abaixo de 5x desvios padrão sobre a linha de base por pelo menos 50 ms ".
    5. Nas opções Gerar Parâmetros, inclua os seguintes parâmetros no pipeline de execução: eletromyografia integral (iEMG); quadrado médio raiz (RMS); média de frequência de energia (MPF); média frequência (MDF); e relação de co-ativação.
      NOTA: As seguintes são as fórmulas de cálculo referenciadas para os parâmetros acima (Equações 1-4):
      figure-protocol-2
      figure-protocol-3
      figure-protocol-4
      figure-protocol-5
    6. Normalize os valores de RMS dos ensaios SOT, US, LOS, MCT e ADT com os valores RMS de contração isométrica voluntária máxima (MVIC) para cada músculo (Equação 5).
      figure-protocol-6
      NOTA: MVIC indica a contração de força máxima de cada músculo para os participantes na postura padrão para 5 s (Arquivo Suplementar 1)18.

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Resultados

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Resultados representativos do CDP
Teste de organização sensorial
O sistema avalia a capacidade do participante de manter o COG na área alvo pré-determinada, quando o ambiente muda conforme a entrada de sinal periférico. O escore de equilíbrio (ES) é a pontuação em condições 1-6 que reflete a capacidade de coordenar o sistema sensorial para manter a estabilidade postural (Equação 6). A pontuação composta (COMP) é a pontuação média ponderada de todas...

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Discussão

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O protocolo apresentado é utilizado para medir o controle postural dinâmico e a atividade muscular relacionada em indivíduos com CAI, sincronizando o CDP com o SEMG. O CDP traça a trajetória da COP e da COG e fornece uma visão sobre a interação entre a entrada de informações sensoriais (visual, somatosensorial e vestibular) e o ambiente externo8,,21,,22. É uma ferramenta eficaz para o diagnóstico da limitação da atividade funcio...

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Divulgações

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Os autores não têm nada a revelar.

Agradecimentos

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Os autores reconhecem o financiamento do Fundo Nacional de Ciências Naturais da China (11572202, 11772201 e 31700815).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
NeuroCom Balance Manager SMART EquiTestNatus Medical Incorporated, EUASeus principais componentes incluem: NeuroCom Balance Manager Software Suite, placa de força dupla dinâmica (girar e translacerar), surround visual móvel com 15" Visor LCD (pode fornecer uma exibição em tempo real do assunto' s centro de gravidade mostrado como um cursor durante a tarefa) e iluminação, barra de suporte superior com arnês do paciente, computador e outras peças.
sistema sem fio Myon 320 sEMGMyon AGO sistema consiste em 16 canais paralelos de sinais transmissores, receptor, "ferramentas de movimento EMG" e software "ProEMG", computador e outras peças.

Referências

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Chronic Ankle InstabilityComputerized Dynamic PosturographySurface ElectromyographySensory Organization TestMotor Control TestLimits of StabilityUnilateral StancePostural StabilityLower extremity Muscle ActivationNeuromuscular Control

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