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Tese de Doutorado
Documento
Autor
Nome completo
Aline Arcanjo Gomes
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2017
Orientador
Banca examinadora
Sacco, Isabel de Camargo Neves (Presidente)
Duarte, Marcos
João, Silvia Maria Amado
Menegaldo, Luciano Luporini
Nery, Márcia
Título em português
Papel da atividade muscular no padrão de marcha de diabéticos neuropatas: um estudo por modelagem computacional
Palavras-chave em português
Extremidade inferior
Fenômenos biomecânicos
Força muscular
Marcha
Neuropatias diabéticas
Simulação por computador
Resumo em português
Estimativa das forças musculares de diabéticos pode apoiar a compreensão das estratégias mecânicas e musculares que esses pacientes adotam para preservar a habilidade de realizar a marcha e garantir sua independência à medida que lidam com seus déficits neurais e musculares devido a diabetes e à neuropatia. O objetivo do presente estudo foi estimar a distribuição da força muscular do membro inferior durante a marcha em pacientes diabéticos com e sem neuropatia diabética, bem como compará-los com indivíduos saudáveis. Dados de força de reação do solo (100 Hz) e cinemática tridimensional do tornozelo, joelho e quadril (100 Hz) de 10 diabéticos neuropatas (GDN), 10 diabéticos não neuropatas (GD) e 10 indivíduos saudáveis (GC) foram utilizados como variáveis de entrada para o modelo musculoesquelético computacional gait 2392 (23 graus de liberdade e 92 atuadores musculoesqueléticos) no software OpenSim. O modelo genérico padrão foi dimensionado para se adequar à antropometria de cada indivíduo coletado, antes da execução das simulações. O modelo musculoesquelético dos indivíduos diabéticos neuropatas apresentou força isométrica máxima reduzida em 30% para os extensores do tornozelo e 20% para os dorsiflexores do tornozelo, buscando aproximar o modelo da redução de força muscular distal consequente à neuropatia diabética exibida por pacientes. As séries temporais da força dos músculos dos membros inferiores foram calculadas usando o procedimento de otimização estática. As forças musculares máximas foram calculadas durante intervalos do ciclo de marcha em que a ação dos músculos é fundamental para execução da tarefa. Os picos de força foram comparados entre os grupos de indivíduos utilizando MANOVA para os grupos musculares flexores e extensores das articulações do quadril, joelho e tornozelo, seguidas de ANOVA e pós-hoc de Newman-Keuls (p < 0,05). GDN apresentou maior pico de força dos músculos flexores de joelho (bíceps femoral cabeça curta/ p < 0,001, semitendinoso/ p < 0,001 e semimenbranoso/ p < 0,001) na fase de propulsão, em relação à GD e GC. GDN também apresentou menor pico de força dos músculos gastrocnêmio medial e sóleo, bem como maior pico de força para gastrocnêmio lateral comparado a GD e GC, nesta mesma fase. GD exibiu menor pico de força dos músculos extensores de quadril (semitendinoso e semimembranoso) ao final da fase de balanço e músculos abdutores do quadril durante a fase de apoio, bem como maior pico de força para os músculos extensores de joelho (vasto medial e lateral/ p = 0,004) no início da fase de apoio, comparado a GDN e GC. Os pacientes diabéticos com e sem neuropatia adotam distintas estratégias de distribuição de força muscular, apesar da piora progressiva em seu estado de saúde. Ambos os grupos diabéticos demonstraram alterações na produção de força dos músculos extensores de tornozelo, com redução do pico de força do sóleo (GD) e gastrocnêmio medial (GDN), entretanto, apenas o GDN aumentou o pico de força dos isquiotibiais (flexores de joelho) na fase de propulsão. GD apresentou redução expressiva da produção de força do glúteo médio, o que pode sugerir prejuízo para a estabilização látero-lateral da pelve. Pode-se considerar incluir programas de treinamento de resistência de músculos proximais relacionados à articulação do joelho em uma rotina de reabilitação para pacientes diabéticos. Outras inclusões potenciais em protocolos de reabilitação são o treino de marcha e a prática de exercícios funcionais com foco na ativação dos músculos isquiotibiais
Título em inglês
Role of muscle activity in diabetic neuropathic gait pattern: a computational modeling study
Palavras-chave em inglês
Biomechanical phenomena
Computer simulation
Diabetic neuropathies
Gait
Lower extremity
Muscle strength
Resumo em inglês
Muscle force estimation could support a better understanding of the mechanical and muscular strategies that diabetic patients adopt to preserve walking ability and to guarantee their independence as they deal with their neural and muscular impairments due to diabetes and neuropathy. Our aim was to estimate and compare the lower limb's muscle force distribution during gait in diabetic patients with and without diabetic neuropathy. Data from ground reaction force (AMTI OR61000 force plate at 100Hz) and three-dimensional kinematics of ankle, knee and hip (eight-camera Optitrack® at 100 Hz) of 10 neuropathic (DNG), 10 diabetic non-neuropathic (DG) and 10 healthy individuals (CG) were used as input variables for the musculoskeletal model gait 2392 (23 degrees of freedom and 92 musculoskeletal actuators) in the OpenSim software. The standard generic model was scaled to fit the anthropometry of each individual collected, prior to the execution of the simulations. The musculoskeletal model of neuropathic individuals presented maximum isometric force reduced in 30% for ankle extensors and 20% for ankle dorsiflexors to mimic the atrophy of ankle muscles due to diabetic neuropathy. The force time series of lower limb muscles were calculated using the static optimization procedure. The peak muscle forces were calculated during selected time bands of the gait cycle. The peak force was compared between groups using MANOVA for the flexor and extensor muscle groups of hip, knee and ankle joints followed by ANOVA and post-hoc of Newman-Keuls (p < 0.05). DNG showed higher knee flexors peak force (biceps femoris short head / p < 0,001, semitendinous / p < 0,001 and semimenbranous / p < 0,001) during push-off, compared to DG and CG. DNG also presented lower peak force for gastrocnemius medialis and soleus, as well as higher peak force for gastrocnemius lateralis compared to DG and CG in the same gait phase. DG exhibited lower peak force for the hip extensor muscles (semitendinous and semimembranous) in the final swing and hip abductor muscles during stance, as well as higher peak force for the knee extensor muscles (vastus medialis and lateralis / p=0,004) in the early stance compared to DNG and CG. Diabetic patients with and without neuropathy appear to adopt different muscle force distribution strategies in spite of the progressive worsening in their health condition. While reducing ankle extensor forces, DG increased knee extensor muscle forces at early stance and reduced the hamstrings force at the end of swing phase, whereas DNG increased the hamstrings muscle forces at push-off. A resistance training program for the proximal muscles related to the knee joint could be considered in a rehabilitation routine for diabetic patients. Other potential inclusions in rehabilitation protocols consist of gait retraining and practicing functional exercises focusing on the activation of the hamstring muscles
 
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AlineArcanjoGomes.pdf (3.26 Mbytes)
Data de Publicação
2018-01-04
 
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