Proposition and evaluation of a model of the upper limbs and scapula representation durang the human gait

Orientador: Ricardo Machado Leite de BarrosDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Educação FisicaResumo: A marcha humana é um movimento complexo que integra todos os segmentos corporais. Ela é objeto de pesquisa em laboratórios de todo o mundo e nestes o principal protocolo adotado, protocolo Helen Hays, analisa apenas o movimento dos membros inferiores e pelve e, através da interpretação dos resultados, muitos procedimentos invasivos e/ou conservadores podem ser prescritos. O objetivo geral deste trabalho é propor, avaliar e aplicar modelos de representação biomecânica dos membros superiores e escápula visando a análise de marcha. Um segundo objetivo é integrar os modelos propostos ao protocolo experimental para análise de marcha descrito por ANDRADE (2002). O corpo humano foi modelado como um sistema de quinze corpos rígidos articulados, cada um representando um segmento corporal. A cada segmento foi associado um sistema de coordenadas e a posição e a orientação relativas entre dois segmentos foram descritas, respectivamente, pela translação entre suas origens e pela rotação entre as bases a eles associadas. Os modelos de representação do braço e escápula adotados neste trabalho seguem a recomendação da Sociedade Internacional de Biomecânica. Foram avaliados três voluntários do sexo feminino, sem histórico de patologias ou comprometimento da marcha e dois voluntários do sexo masculino portadores de Paralisia Cerebral Diplégica. Os resultados foram avaliados a partir de testes de acurácia em relação à reconstrução da trajetória de dois marcadores durante a marcha e a acurácia encontrada foi de 2,4mm em um volume calibrado de 4,5m3, o que garantiu a confiabilidade dos resultados. Considerando um ciclo de marcha do membro inferior esquerdo observou-se, nos voluntários normais, que durante a fase de apoio, o ombro direito apresentou aumento da adução, extensão e rotação interna. Durante a fase de balanço, os ângulos mencionados diminuíram. O ombro esquerdo apresentou comportamento simétrico relacionado ao ciclo de marcha. Em relação ao cotovelo, os ângulos de abdução-adução e rotação internaexterna permaneceram constantes em ambos os lados. Um sinal claro de flexão pode ser observado durante todo o ciclo. A análise proposta foi capaz de identificar e caracterizar os padrões de marcha dos voluntários normais. Em relação aos voluntários patológicos, um paciente apresentou um padrão de marcha em crouch e ele revelou um comportamento aproximadamente simétrico considerando os membros superiores do lado direito e esquerdo. O outro paciente apresentou rotação interna aumentada no quadril e pé esquerdo associado a uma rotação do tronco para o lado direito. O cotovelo e o ombro do lado direito apresentaram pequena mobilidade provavelmente para compensar a rotação do tronco para este lado. Os resultados obtidos a partir do protocolo proposto para os sujeitos normais e patológicos foram compatíveis com os dados da literatura em relação aos ângulos articulares dos membros inferiores e da pelve. Os resultados da movimentação dos membros superiores, escápula, tronco e cabeça dos voluntários com e sem alterações da marcha também mostraram coerência com a movimentação esperada pela análise visual e com os dados disponíveis na literaturaAbstract: The human gait is a complex movement that integrates all body's segments. It is studied in various gait laboratories where the main protocol adopted is the Helen Hays protocol, which considers only the lower limbs and the pelvis movement. With the results obtained from this protocol, respective procedures are prescribed. The aim of this paper is to propose, evaluate and apply models of biomechanical representation of the upper limbs and the scapula, focusing on the gait analysis. The second aim is to integrate the proposed models to an experimental protocol for the gait analysis described by ANDRADE (2002). The human body was modeled as a system of fifteen articulated rigid bodies, each one representing a corporal segment. Each segment was associated to a coordinated system, and the relative position and orientation between two segments were described, by the translation between its origins and the rotation between the bases associated to them. The representation models of the arm and scapula adopted in this paper follow the recommendation of the International Society of Biomechanics. Three female volunteers without gait pathologies and two spastic diplegic cerebral palsy male patients were analyzed. The results were evaluated from the tests of accuracy in relation to the reconstruction of the trajectory of two markers during the gait. The accuracy found was of 2,4mm in a calibrated volume of 4,5m³, thus guarantees the reliability of the results. Considering a left lower limb gait cycle during the stance phase, the right shoulder presented increasing adduction, extension and internal rotation, while during the swing phase these angles decreased. The left shoulder presented a symmetrical behavior related to the gait cycle. Regarding the elbow, the abductionadduction and internal-external rotation angles remain approximately constant in both sides. A clear signal of flexion can be observed during the cycle. The proposed analysis was able to identify and characterize the normal gait patterns of the normal studied subjects. Regarding the pathological subjects, one patient presented a crouch pattern gait and an approximately symmetrical gait by considering the right and left upper limbs. The other patient presented increased internal rotation on the left hip and in the left foot associated to a right rotation of the trunk. The right shoulder and elbow joints have small mobility, probably to compensate the increased rotation of the trunk to this side. The results obtained from proposed protocol for normal and pathological subjects were compatible with literature results concerning lower limbs and pelvis angles. The upper limbs, scapula, trunk and head results from volunteers without and with gait pathologies were coherent with their articulated motion in relation to visual analysis and to another published studiesUniversidade Estadual de CampiBiodinamica do Movimento HumanoMestre em Educação Físic