Artigo de método

Organização Postural da Iniciação da Marcha para Análise Biomecânica Utilizando Registros da Plataforma de Força

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DOI:

10.3791/64088

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26 de julho de 2022

 ,  ,  , 
1LADAPT Loiret, Centre de Soins de Suite et de Réadaptation, 2CIAMS, Université Paris-Saclay, 3CIAMS, Université d'Orléans, 4Université Libre de Bruxelles, Belgique

Neste artigo

Resumo

Este trabalho descreve o material e o método desenvolvidos para investigar a organização postural do início da marcha. O método é baseado em registros de plataforma de força e no princípio direto da mecânica para calcular a cinemática do centro de gravidade e do centro de pressão.

Resumo

A iniciação da marcha (IG), a fase transitória entre a postura ortorógrada e a locomoção no estado estacionário, é uma tarefa funcional e um paradigma experimental que é classicamente utilizado na literatura para obter informações sobre os mecanismos posturais básicos subjacentes ao movimento corporal e ao controle do equilíbrio. A investigação do IG também contribuiu para uma melhor compreensão da fisiopatologia dos distúrbios posturais em participantes idosos e neurológicos (por exemplo, pacientes com doença de Parkinson). Como tal, reconhece-se ter implicações clínicas importantes, especialmente em termos de prevenção de quedas.

Este artigo tem como objetivo fornecer a acadêmicos, clínicos e estudantes do ensino superior informações sobre o material e o método desenvolvidos para investigar a organização postural gastrointestinal por meio de uma abordagem biomecânica. O método é baseado em registros de plataforma de força e no princípio direto da mecânica para calcular a cinemática do centro de gravidade e do centro de pressão. A interação entre esses dois pontos virtuais é um elemento-chave neste método, uma vez que determina as condições de estabilidade e progressão de todo o corpo. O protocolo envolve o participante inicialmente em pé imóvel em uma postura ereta e começando a caminhar até o final de uma pista de pelo menos 5 m.

Recomenda-se variar a velocidade GI (lenta, espontânea, rápida) e o nível de pressão temporal - a marcha pode ser iniciada o mais rápido possível após a liberação de um sinal de partida (alto nível de pressão temporal) ou quando o participante se sentir pronto (baixo nível de pressão temporal). Os parâmetros biomecânicos obtidos com esse método (por exemplo, duração e amplitude dos ajustes posturais antecipatórios, comprimento/largura do passo, desempenho e estabilidade) são definidos e seu método de cálculo é detalhado. Além disso, valores típicos obtidos em adultos jovens saudáveis são fornecidos. Finalmente, etapas críticas, limitações e significado do método em relação ao método alternativo (sistema de captura de movimento) são discutidos.

Introdução

A iniciação da marcha (IG), fase transitória entre a postura ortorógrada e a locomoção no estado estacionário, é uma tarefa funcional e um paradigma experimental classicamente utilizado na literatura para investigar o controle postural durante uma tarefa motora complexa que requer propulsão e estabilidade simultâneas de corpo inteiro1. Pacientes com condições neurológicas, como doença de Parkinson2, acidente vascular cerebral3, paralisia supranuclear progressiva4 e "distúrbios da marcha de nível superior"5, são conhecidos por terem dificuldade em iniciar a marcha, o que os expõe a um risco aumentado de queda. Portanto, é importante que as ciências básicas e clínicas desenvolvam conceitos e métodos para obter informações sobre os mecanismos de controle postural em jogo durante a iniciação da marcha, para obter conhecimento científico e uma melhor compreensão da fisiopatologia dos distúrbios da marcha e do equilíbrio e ser capaz de corrigi-los através de intervenções adequadas.

O conceito de organização biomecânica da iniciação da marcha é descrito a seguir, e o método clássico projetado para investigar essa organização é detalhado na seção de protocolo. O IG pode ser subdividido em três fases sucessivas: a fase de "ajustes posturais antecipatórios" (APA) correspondente aos fenômenos dinâmicos que ocorrem em todo o corpo antes do calcanhar de balanço, a fase de "descarga" (entre o calcanhar de balanço e o dedo do pé) e a fase de "balanço" que termina no momento do pé de balanço entrar em contato com a superfície de suporte. Essa subdivisão clássica do processo GI origina-se dos estudos pioneiros de Belenkii et al.6 e outros7,8, com foco na coordenação entre postura e movimento durante a elevação voluntária do braço para horizontal na postura ereta. Nesse paradigma, os segmentos corporais que estão diretamente envolvidos na elevação do braço correspondem à cadeia "focal", enquanto os segmentos corporais que se interpõem entre a parte proximal da cadeia focal e a superfície de suporte correspondem à cadeia "postural"9. Esses autores relataram que a elevação do braço foi sistematicamente precedida por fenômenos dinâmicos e eletromiográficos na cadeia postural, que denominaram "ajustes posturais antecipatórios". Para o GI, o swing heel-off (ou swing toe-off, dependendo dos autores) é considerado como o início do movimento da marcha10. Consequentemente, os fenômenos dinâmicos que ocorrem antes desse instante correspondem à APA, e o membro oscilante é considerado um componente da cadeia focal11. Essa afirmação está de acordo com a concepção clássica de organização biomecânica do movimento, segundo a qual qualquer ato motor deve envolver um componente focal e um componente postural12,13.

Do ponto de vista biomecânico, a APA associada ao IG se manifesta como um deslocamento para trás e médio-lateral (inclinado para o lado da perna) do centro de pressão, que atua para impulsionar o centro de gravidade na direção oposta - para frente e em direção ao lado da perna de postura. Quanto maior o deslocamento antecipatório do centro de pressão para trás, maior o desempenho do motor em termos da velocidade do centro de gravidade para frente no contato com o pé10,14. Além disso, ao impulsionar o centro de gravidade em direção ao lado da perna de apoio, a APA contribui para manter a estabilidade mediolateral durante a fase de balanço do GI 1,15,16,17. A literatura atual ressalta que a alteração nesse controle antecipatório da estabilidade é uma das principais fontes de quedas em idosos1. A estabilidade durante o IG tem sido quantificada na literatura com uma adaptação da "margem de estabilidade"18, uma quantidade que leva em conta tanto a velocidade quanto a posição do centro de gravidade dentro da base de apoio. Além do desenvolvimento de APA, a queda do centro de gravidade durante a fase de balanço do IG sob o efeito da gravidade foi relatada como sendo ativamente freada pelas suras tricipitais da perna de postura. Esta travagem ativa facilita a manutenção da estabilidade após o contacto com os pés, permitindo uma aterragem suave dos pés na superfície de apoio4.

O objetivo deste artigo é fornecer aos estudiosos, clínicos e estudantes do ensino superior informações sobre o material e o método desenvolvidos em nosso laboratório para investigar a organização postural do GI por meio de uma abordagem biomecânica. Esse método "global" (que também pode ser assimilado a um método "cinético" pelas razões detalhadas a seguir) foi iniciado por Brenière e colaboradores10,19. Baseia-se no princípio direto da mecânica para calcular tanto a aceleração do centro de gravidade, bem como as posições instantâneas do centro de pressão. Cada um desses pontos é uma expressão global específica do movimento.

Uma é a expressão instantânea dos movimentos de todos os segmentos do corpo relacionados ao propósito do movimento (o centro de gravidade; por exemplo, a velocidade de progressão do corpo durante o GI); o outro (o centro de pressão) é a expressão das condições de apoio necessárias para alcançar esse objetivo. As posições instantâneas desses dois pontos refletem as condições pós-urodinâmicas a serem satisfeitas para o início da marcha. A plataforma de força é o instrumento apropriado para este modelo, pois permite a medição direta das forças externas e momentos que atuam na superfície de suporte durante o movimento. Também permite a realização de movimentos naturais e não requer nenhuma preparação especial.

Sabe-se que muitos fatores influenciam a organização postural do GI, incluindo fatores biomecânicos, (neuro)fisiológicos, psicológicos, ambientais e cognitivos 1,20. Este trabalho enfoca a influência de dois fatores - velocidade do GI e pressão temporal - e fornece valores típicos obtidos em adultos jovens saudáveis.

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Protocolo

O protocolo descrito abaixo segue a diretriz do comitê de ética em pesquisa com seres humanos da Université Paris-Saclay. Os participantes aprovaram e assinaram o Termo de Consentimento Livre e Esclarecido.

1. Participantes

  1. Inclua pelo menos 15 participantes adultos jovens saudáveis no experimento (com idades entre 20 e 40 anos).
    NOTA: Esse número recomendado de sujeitos corresponde ao que é classicamente considerado na literatura sobre GI.
  2. Exclua os participantes com auxiliares de caminhada, problemas visuais, auditivos ou ortopédicos, distúrbios neurológicos identificados, demência, deficiências cognitivas (ou seja, uma pontuação < 25 no Mini Exame do Estado Mental) e uma história médica de queda.
  3. Peça aos participantes que forneçam consentimento por escrito depois de informá-los sobre a natureza e o propósito do experimento.
  4. Assegurar que a experiência está em conformidade com as normas estabelecidas pela Declaração de Helsínquia.

2. Preparação laboratorial

  1. Certifique-se de que a plataforma de força seja longa o suficiente para que todo o pé de balanço pouse nela no final do primeiro passo. Se não for, use duas plataformas de força de pequena distância, com os participantes em pé na postura inicial na primeira e batendo o pé de balanço na segunda colocada na frente dasprimeiras 21. Em ambos os casos, certifique-se de que a(s) plataforma(s) de força está(ão) embutida(s) em uma pista de pelo menos 5 m de comprimento para garantir que a caminhada em estado estacionário seja alcançada.
    NOTA: Uma plataforma de força que registra os momentos e forças 3D é necessária para calcular todo o conjunto de variáveis experimentais (ver seção 5).
    1. Como medida de segurança, fixe um arnês no teto e centralize-o no grande machado da plataforma de força, caso o experimento inclua pacientes frágeis (por exemplo, pacientes neurológicos).
  2. Calibre a(s) plataforma(s) de força. Clique no botão de zero automático .
  3. Importando os periódicos
    1. Abra o gerenciador Qualisys Track.
    2. Escolha e abra a pasta "Projeto".
  4. Crie uma pasta de pacientes.
    1. Clique em Adicionar e selecione pacientes.
    2. Insira as etiquetas: ID do paciente, Nome, Sobrenome, Data de nascimento, Sexo e Comentário, se necessário.
    3. Clique em Adicionar e, em seguida, selecione Sessão de marcha .
    4. Insira os rótulos: ID do caso, Operador de teste, Comentários se necessário, Diagnóstico, Diagnóstico secundário, Lado afetado, Classificação da função motora grossa, Escala de mobilidade funcional, Altura, Peso, Comprimento da perna à esquerda, Comprimento da perna à direita, Largura do joelho à esquerda, Largura do joelho à direita, Largura do tornozelo à esquerda, Largura do tornozelo à direita, Delta da sola esquerda, Sole delta à direita, Deslocamento do ombro esquerdo, Deslocamento do ombro à direita, Largura do cotovelo à esquerda, Largura do cotovelo à direita, Largura do pulso à esquerda, Largura do pulso à direita, Espessura da mão à esquerda, Espessura da mão à direita e Diâmetro do marcador.
    5. Clique em Adicionar e, em seguida, selecione Sessão sem marcadores .
    6. Insira as etiquetas: Condição de teste, Prothesis_Orthosis, Ajuda externa, Lado da ajuda externa, Ajuda pessoal, Lado da ajuda pessoal, Comentários, se necessário, Operador de teste e Modo de evento (escolha placa de força múltipla).
  5. Verifique forçar a placa auto-zero.
    1. Selecione Ferramentas.
    2. Clique em Forçar placas.
    3. Clique em No início da visualização na caixa de etiqueta "Forçar placa auto-zero".
  6. Certifique-se de que os sinais de linha de base da plataforma de força (forças e momentos) estejam em zero quando ela estiver descarregada.
    1. Clique em Novo ou use o atalho Ctrl+N.
    2. Clique em Informações de dados Janela 1 ou use o atalho Ctrl + D.
    3. Clique em Exibir dados de força ou use o atalho Ctrl+D.
    4. Clique em Forçar e selecione Plotar.

3. Procedimento experimental

  1. Peça aos participantes que fiquem descalços e imóveis em uma plataforma de força em sua postura ereta natural, com os braços pendurados frouxamente contra os lados e o olhar direcionado para um alvo ao nível dos olhos a pelo menos 5 m de distância (Figura 1).
    NOTA: Delineie a posição dos pés na plataforma de força na postura inicial (por exemplo, com giz). Verifique cuidadosamente se os participantes reposicionam os pés nessas marcas após cada tentativa. Este ponto é importante, uma vez que a posição inicial do pé influencia as características da APA do IG.
  2. Determine a perna inicial preferencial dos participantes, empurrando levemente contra as costas dos participantes enquanto estiver na postura inicial com os olhos fechados para provocar um passo à frente.
  3. Explique aos participantes que a tarefa que eles devem realizar é iniciar a marcha a partir da postura em pé com a perna preferida, continuar caminhando até o final da pista e, em seguida, retornar silenciosamente à postura inicial em pé.
    NOTA: Se durante o experimento a marcha não for iniciada com a perna preferida identificada em um determinado ensaio, repita o ensaio.
  4. Explique-lhes que a marcha deve ser iniciada seguindo dois sinais sucessivos (acústico, visual ou tátil): um sinal preparatório e um sinal de partida (ver etapas 3.6 e 3.7).
  5. Explique as instruções sobre velocidade e pressão temporal (ver passos 3.8-3.10).
  6. Entregar o primeiro sinal (preparatório) aos participantes. Instrua-os a ficar imóveis e evitar antecipar o IG neste primeiro sinal.
  7. Entregue o segundo sinal (de partida) após um atraso aleatório de 2-5 s após o sinal preparatório.
    1. Certifique-se de que os participantes estão visualmente imóveis antes de entregar este segundo sinal. Verifique a imobilidade on-line com os gráficos de tempo do centro anteroposterior ou mediolateral de deslocamento de pressão
      NOTA: Se eles não estiverem imóveis, a detecção do início da APA (etapa 5.1.1) pode ser difícil.
  8. Instrua os participantes a iniciar a marcha i) o mais rápido possível (ou seja, em uma condição de tempo de reação), ou ii) somente quando se sentirem prontos (ou seja, em uma condição auto-iniciada) após o sinal de partida.
  9. Variar as condições de "pressão temporal" impostas ao IG (ou seja, baixa pressão temporal (condição auto-iniciada) e alta pressão temporal (condição de tempo de reação)).
  10. Variam as condições de velocidade gastrointestinal (condições lentas, espontâneas e rápidas).
    1. Para limitar o número de condições experimentais e, assim, evitar a fadiga, instruir os participantes a realizar apenas duas condições de velocidade gastrointestinal (por exemplo, lenta e rápida) sob uma condição de pressão temporal baixa ou alta, ou o inverso (ou seja, IG a uma velocidade lenta ou rápida sob uma condição de pressão temporal alta e baixa).
      NOTA: Repita as instruções sobre pressão temporal e velocidade gastrointestinal com frequência.
  11. Instruir os participantes a realizar séries de 10 ensaios sucessivos em cada condição experimental.
    NOTA: Séries de cinco ensaios são suficientes para idosos ou pacientes com doença de Parkinson22.
    1. Randomize as condições de velocidade GI e pressão temporal entre os participantes para evitar efeitos de ordem.
  12. Impor um descanso de pelo menos 2 minutos entre condições sucessivas para evitar os efeitos da fadiga.
  13. Em cada condição, permita que os participantes realizem dois ensaios de familiarização antes das gravações.
  14. Acione a aquisição de dados da plataforma de força alguns segundos antes do início do sinal preparatório e pare assim que o participante deixar a plataforma de força.

figure-protocol-1
Figura 1: Configuração experimental. Os participantes inicialmente ficam em uma plataforma de força (1) embutida em uma trilha de pelo menos 5 m de comprimento (2), com o olhar direcionado para um alvo ao nível dos olhos (3). Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

4. Processamento de gravações cinéticas da plataforma de força

  1. Filtre os dados da plataforma de força usando uma ordem Butterworth low-pass sem atraso com uma frequência de corte de 15 Hz.
    1. Importe o arquivo.
    2. Abra o Visual3D.
    3. Escolha e abra o arquivo "Projeto".
    4. Processamento
      1. Clique em Pipeline ou use o atalho F11.
      2. Selecione Filtro de sinal.
      3. Selecione Lowpass_Filter.
      4. Clique em Executar.
  2. Colete dados da plataforma de força a uma taxa de 100 Hz.
    1. Clique em Pipeline ou use o atalho F11.
    2. Selecione Salvar/Exportar Arquivo.
    3. Selecione Export_Data_To_Acsii_File.
    4. Clique em Editar.
    5. Insira 100 no rótulo Número de Pontos para Normalização.
    6. Clique em Executar.
  3. Calcule os gráficos de tempo das acelerações instantâneas do centro de gravidade ao longo das direções anteroposterior (x''G), mediolateral (y''G) e vertical (z''G) das forças de reação terrestre 3D obtidas com a plataforma de força (ver Figura Suplementar S1) usando a segunda leide Newton 10,23.
    NOTA: De acordo com a segunda lei de Newton, a soma das forças externas aplicadas a um sistema é igual à massa deste sistema (m) multiplicada pela aceleração do seu centro de gravidade. Assim, com o protocolo GI descrito neste estudo, as únicas forças externas aplicadas aos participantes são o peso corporal (PC) e as forças de reação do solo (R). As equações (1), (2) e (3) podem ser escritas:
    x''G = Rx / m (1)
    y''G = Ry / m (2)
    z"G = (Rz - BW) / m (3)
    Onde Rx, Ry, Rz são os componentes instantâneos anteroposterior, mediolateral e vertical da força de reação vetorial do solo, respectivamente. Gráficos típicos de x''G, y''G e z''G são mostrados na Figura 2.
  4. Calcule os gráficos de tempo 3D da velocidade do centro de gravidade por meio de uma integração numérica simples dos gráficos de tempo de aceleração do centro de gravidade 3D, usando constantes de integração iguais a zero (ou seja, velocidade inicial do centro de gravidade 3D considerada nula10). Veja a Figura 2 para gráficos de tempo típicos de velocidade anteroposterior, mediolateral e vertical do centro de gravidade (x'G, y'G e z'G, respectivamente).
  5. Realizar uma integração adicional do gráfico de tempo y'G para obter o deslocamento do centro de gravidade ao longo da direção mediolateral. Utilize esta quantidade para calcular a "margem de estabilidade" (ver passo 5.3.5.2).
  6. Calcular o deslocamento mediolateral (yP) e anteroposterior (xP) do centro de pressão a partir dos dados da plataforma de força usando as equações (4) e (5):
    figure-protocol-2(4)
    figure-protocol-3(5)
    Onde Mx e My são os momentos instantâneos em torno das direções anteroposterior e mediolateral, respectivamente; Rx, Ry e Rz são as forças instantâneas de reação terrestre anteroposterior, mediolateral e vertical, respectivamente; e dz é a distância entre a superfície da plataforma de força e sua origem (fornecida pelo fabricante). Os gráficos de tempo típicos de xP e yP são mostrados na Figura 2 (ver também Figura Suplementar S2).

5. Variáveis experimentais

NOTA: Cada variável experimental descrita a seguir deve ser extraída dos timeplots experimentais obtidos para cada ensaio.

  1. Detecção dos eventos de cronometragem do início da marcha
    1. Início da APA
      1. Exibir os gráficos de tempo do deslocamento do centro de pressão ao longo das direções mediolateral e anteroposterior.
      2. Calcule o valor médio do gráfico de tempo do centro de pressão mediolateral e anteroposterior durante a janela de tempo de 250 ms que precede o segundo sinal entregue aos participantes.
        Observação : esses valores correspondem aos "valores de linha de base" desses gráficos de tempo.
      3. Detectar os instantes após o segundo sinal quando o traço mediolateral e anteroposterior do centro de deslocamento da pressão se desviar 2,5 desvios-padrão do valor basal por pelo menos 50 ms.
        NOTA: Esses dois instantes correspondem ao aparecimento da APA ao longo das direções mediolateral e anteroposterior (t0ML e t0AP, respectivamente; Figura 2). Esses dois instantes também podem ser identificados como os instantes quando os gráficos de tempo da aceleração do centro de gravidade mediolateral e anteroposterior atingem 10% de seu respectivo valor de pico.
      4. Certifique-se de que, na condição de tempo de reação, o início da APA varia entre 150 ms e 300 ms após o segundo sinal (Go). Caso contrário, repita o ensaio e as instruções sobre a pressão temporal.
        NOTA: Se for inferior a 150 ms, os participantes anteciparam. Se for maior que 300 ms, os participantes não estavam focados na tarefa.
      5. Certifique-se de que, na condição auto-iniciada, o início da APA seja superior a 300 ms. Se não for, repita o ensaio e as instruções sobre pressão temporal, pois os participantes podem ter iniciado a marcha em uma condição de tempo de reação.
    2. Tempo de swing heel-off
      1. Exibir os gráficos de tempo da velocidade do centro de gravidade vertical e do deslocamento do centro de pressão anteroposterior.
      2. Identificar o instante em que o traço da velocidade do centro de gravidade vertical atinge o pico descendente após o início da APA como o tempo de swing heel-off24 (Figura 2). Alternativamente, identifique o instante em que o gráfico de tempo do deslocamento do centro de pressão anteroposterior mostra uma queda rápida em direção à linha de base (ou seja, em direção aos dedos dos pés; Figura 2) ou coloque um interruptor de pé (uma ferramenta barata) no calcanhar de balanço.
    3. Tempo de desligamento do dedo do pé
      1. Exibir os gráficos de tempo do deslocamento do centro de pressão mediolateral e anteroposterior e da velocidade anteroposterior do centro de gravidade.
      2. Identifique o instante em que o gráfico de tempo do deslocamento do centro de pressão mediolateral atinge um primeiro (quase) platô direcionado para o lado do pé de postura como o tempo de afastamento do dedo do pé oscilante (Figura 2). Alternativamente, identifique o instante seguinte ao calcanhar de balanço, quando o gráfico de tempo do centro anteroposterior de deslocamento de pressão atingir 90% do valor máximo para trás, ou coloque um interruptor de pé no dedo do pé oscilante.
    4. Tempo de contato do pé de balanço
      1. Exibir os gráficos de tempo do deslocamento do centro anteroposterior da pressão.
      2. Identificar o instante em que o centro de pressão anteroposterior é abruptamente deslocado para a frente (Figura 2) como o tempo de contato do pé oscilante. Se esse gráfico de tempo for derivado, identifique o tempo de contato do pé oscilante como o instante em que esse gráfico de tempo derivado aumenta acentuadamente a partir de seu valor de nível de linha de base. Alternativamente, coloque um interruptor de pé no calcanhar de balanço para detectar esse instante.
        NOTA: Um método semelhante ao descrito anteriormente acima para detecção de APA (com base no cálculo de um valor médio do nível basal; etapa 5.1.1.2) pode ser usado aqui.
    5. Tempo de folga do pé traseiro
      1. Mostre o gráfico de tempo do centro mediolateral de deslocamento de pressão.
      2. Identificar o instante em que o gráfico de tempo do deslocamento do centro de pressão mediolateral atinge um segundo (quase) platô, direcionado na direção oposta à primeira (etapa 5.1.3.2; Figura 2), o tempo de afastamento do pé traseiro25. Alternativamente, coloque um interruptor de pé na parte traseira para detectar esse instante.
  2. Cálculo de variáveis temporais
    1. Calcule o atraso entre o início da APA (t0ML e t0AP) e o tempo de swing heel-off (tHO) para as direções mediolateral e anteroposterior, que correspondem à duração da APA ao longo das direções mediolateral (dAPAML) e anteroposterior (dAPAAP). Ver equações (6) e (7).
      dAPAML = tHO - t0ML (6)
      dAPAAP = tHO - t0AP (7)
    2. Calcule o atraso entre o tempo de desligamento do dedo do balanço (tTO) e o tempo de folga do calcanhar do balanço (tHO), que corresponde à duração da "fase de descarga" (UNLd; Figura 2) usando a equação (8).
      UNLd = tTO - tHO (8)
    3. Calcular o atraso entre o tempo de desligamento do dedo do balanço (tTO) e o contato do pé do balanço (tFC), que corresponde à duração da "fase de balanço" (SWINGd; Figura 2) usando a equação (9).
      SWINGd = tFC - tTO (9)
  3. Cálculo de variáveis espaciais
    1. Posição inicial do centro de pressão
      1. Exibir os gráficos de tempo do deslocamento do centro de pressão ao longo das direções mediolateral e anteroposterior.
      2. Calcule os valores médios das posições do centro de pressão mediolateral (yP0) e anteroposterior (xP0) durante a janela de tempo de 250 ms que precede o segundo sinal (de partida) entregue aos participantes, que são representativos da posição do centro de pressão na postura inicial (ou valor de "linha de base").
        NOTA: As características espaço-temporais da APA descritas acima são sensíveis à posição do centro de pressão na postura inicial26. Portanto, é importante verificar se qualquer alteração nas características da APA entre condições experimentais (por exemplo, uma condição com um obstáculo a ser limpo versus uma condição sem um obstáculo a ser limpo) ou entre populações experimentais (por exemplo, participantes saudáveis versus participantes neurológicos) não pode ser atribuída a uma mudança "simples" na posição do centro de pressão na postura inicial, mas sim ao fator que está sendo investigado.
    2. Amplitude da APA
      1. Exibir os gráficos de tempo do deslocamento do centro de pressão e da velocidade do centro de gravidade ao longo das direções mediolateral e anteroposterior.
      2. Detecte o instante em que cada um desses quatro gráficos de tempo atinge um valor máximo durante a janela de tempo do APA (Figura 2).
      3. Subtraia o valor basal médio do centro de pressão calculado na etapa 5.3.1.2 (ou seja, os valores de xP0 e yP0) do valor máximo do centro de pressão detectado durante a janela de tempo da APA (para cada direção; ou seja, calcule usando as equações (10) e (11)).
        xPAPA = xPMAX - xP0 (10)
        yPAPA = yPMAX - yP0 (11)
        Onde xPAPA e yPAPA são a amplitude da APA (centro de pressão) ao longo das direções anteroposterior e mediolateral, respectivamente; xPMAX e yPMAX são o centro antecipatório máximo de deslocamento da pressão ao longo das direções anteroposterior e mediolateral, respectivamente.
        NOTA: Não é necessária tal subtração basal para a velocidade do centro de gravidade, uma vez que se considera que os participantes estão inicialmente imóveis (a velocidade inicial do centro de gravidade é, portanto, nula; ver passo 4.4). Os quatro valores obtidos são representativos da amplitude da APA (dois valores por direção).
    3. Comprimento do passo e largura do passo
      1. Exibir o gráfico de tempo do deslocamento do centro de pressão ao longo da direção anteroposterior.
      2. Detecte a posição mais para trás da posição do centro de pressão, xPBACK.
      3. Detectar a posição do centro de pressão no momento do afastamento do pé traseiro, xPRFO (Figura 2 e passo 5.1.5).
      4. Calcule a diferença espacial entre essas duas quantidades, que corresponde ao comprimento do passo, L41, usando a equação (12).
        L = xPBACK - Xprfo (12)
      5. Exiba o gráfico de tempo do deslocamento do centro de pressão ao longo da direção mediolateral.
      6. Detectar a posição mais lateral da posição do centro de pressão mediolateral obtida durante o primeiro platô do gráfico de tempo, yPSTANCE ("postura", porque o centro de pressão está localizado sob o pé de postura naquele momento; ver Figura 2).
      7. Detectar a posição lateral do centro de pressão no tempo de afastamento do pé traseiro, yPRFO (Figura 2 e passo 5.1.5).
      8. Calcule a diferença espacial entre essas duas quantidades, que corresponde à largura do passo, W25, usando a equação (13).
        W = yPSTANCE - yPRFO (13)
    4. Realização da iniciação da marcha
      1. Mostre o gráfico de tempo da velocidade do centro de gravidade ao longo da direção anteroposterior (Figura 2).
      2. Detecte o instante em que os participantes atingem a plataforma de força com o pé oscilante (passo 5.1.4, Figura 2) e observe a velocidade do centro de gravidade neste instante como critério de desempenho gastrointestinal.
        NOTA: O valor de pico deste gráfico de tempo, que é atingido alguns milissegundos após o contato do pé oscilante, também pode ser considerado como um critério de desempenho gastrointestinal. O comprimento do passo e a duração da fase de balanço também podem ser considerados como critérios de desempenho gastrointestinal. Quanto mais longas e mais curtas forem essas quantidades, respectivamente, melhor será o desempenho.
    5. Parâmetros de controle de estabilidade
      1. Para o índice de travagem, exiba o gráfico de tempo da velocidade do centro de gravidade ao longo da direção vertical. Detectar o pico de velocidade descendente do centro de gravidade do gráfico de tempo (z'GMIN) e a velocidade do centro de gravidade no tempo de contato do pé oscilante (z'GFC, Figura 2). Calcule a diferença entre essas duas quantidades, denominada "índice de frenagem" (BI), como indicador de controle de estabilidade, utilizando a equação (14).
        BI = figure-protocol-4 (14)
        NOTA: O BI foi introduzido por Do e colegas e fornece evidências de que o sistema nervoso central antecipa o golpe do pé oscilante com a superfície de suporte, diminuindo a velocidade do centro de gravidade vertical durante a fase de balanço do início da marcha 4,5,27. Esta travagem ativa facilita a manutenção da estabilidade após a colisão do pé. Quanto maior o BI, melhor o controle de estabilidade.
      2. Para a margem de estabilidade, exiba os gráficos de tempo da velocidade do centro de gravidade e do deslocamento ao longo da direção mediolateral. Detectar a velocidade (y'GFC) e o deslocamento do centro de gravidade (yGFC) no tempo de contato do pé oscilante (Figura 2). Calcule o componente mediolateral da margem de estabilidade (MOS) no contato do pé usando a equação (15).
        figure-protocol-5(15)
        Onde BOSmax é o limite mediolateral da base de suporte (BOS) e ω0 é a autofrequência do corpo, modelada como um pêndulo invertido. Durante o GI, os participantes pousam sistematicamente na plataforma de força primeiro com o calcanhar de balanço, depois com o dedo do pé. Sob essa estratégia de aterrissagem do pé, o BOSmax pode ser estimado com a posição do centro de pressão mediolateral no momento do pé traseiro (passo 5.1.5). A autofrequência do corpo pode ser calculada usando a equação (16).
        figure-protocol-6(16)
        Onde g = 9,81 m/s² é a aceleração gravitacional e l é o comprimento do pêndulo invertido, que corresponde a 57,5% da altura corporal.
        NOTA: A quantidade entre parênteses na equação (15) é denominada "centro de massa extrapolado"18. A condição da estabilidade no contato com o pé implica que o centro de massa extrapolado está localizado dentro da base de apoio. Essa condição corresponde a um valor MOS positivo. Se o MOS for negativo, ajustes posturais corretivos são necessários para recuperar o equilíbrio.

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Resultados

Descrição de parcelas de tempo biomecânico representativas obtidas da plataforma de força durante o início da marcha
Seja qual for o nível de pressão temporal ou a instrução sobre a velocidade GI, o swing heel-off é sistematicamente precedido pelo APA. Esses APA podem ser caracterizados por um deslocamento para trás e para o lado da perna oscilante do centro de pressão (Figura 2). Esse deslocamento antecipatório do centro de pressão promove a aceleração do centro de gravi...

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Discussão

O objetivo deste artigo foi fornecer a acadêmicos, clínicos e estudantes do ensino superior informações sobre o método (o método "global") utilizado em nosso laboratório para investigar a organização biomecânica da iniciação da marcha (GI). Etapas críticas do protocolo, limitações do método e métodos e aplicativos alternativos são discutidos abaixo.

Uma etapa crítica no protocolo é a detecção dos eventos de temporização do IG (ou seja, início da APA, balanço do calcanhar e do dedo do pé e pé t...

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Divulgações

Os autores não têm interesses concorrentes.

Agradecimentos

Os autores agradecem à ANRT e à LADAPT.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Plataforma(s) de forçaAMTIUma grande [120 cm x 60 cm] ou duas pequenas [60 cm x 40 cm] plataforma(s) de força(s)
Python ou MatlabPython ou MathWorksLinguagem de programação para o cálculo de variáveis experimentais
Qualisys track manageQualisysSoftware para a sincronização da(s) plataforma(s) de força, o registro e a visualização on-line de traços biomecânicos brutos (forças e momentos 3D)
Visual3DC-Motion IncSoftware para o processamento de traços biomecânicos brutos (filtragem passa-baixa)

Referências

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