Evaluation of the internal forces on tibiofemoral joint during knee extension performance with and without load and realized and different velocities

O conhecimento das forças internas é fundamental para o entendimento das cargas impostas ao sistema musculoesquelético em situações de exercícios ou atividades físicas. Sabe-se que a articulação tibiofemoral é uma das articulações mais acometidas por doenças articulares do corpo. A técnica mais utilizada para determinação das forças internas da articulação tibiofemoral é a dinâmica inversa, entretanto, é necessário o reconhecimento de parâmetros musculares para determinação das forças articulares em situações envolvendo movimentos em cadeia cinética aberta. Um tipo de atividade extremamente desenvolvida nas academias e nas clínicas de fisioterapia para fortalecimento da musculatura extensora do joelho é o exercício de extensão de joelho em cadeia cinética aberta. Desta forma, o objetivo geral deste estudo foi avaliar as forças que envolvem a articulação tibiofemoral durante o exercício de extensão de joelho em cadeia cinética aberta e os objetivos específicos foram: desenvolver um modelo matemático que informe as forças na articulação tibiofemoral durante o exercício de extensão de joelho em cadeia cinética aberta e avaliar o efeito do aumento da velocidade de execução do exercício e o efeito do aumento da carga externa do exercício, ambos sobre a força tibiofemoral. A avaliação das forças internas da articulação tibiofemoral foi realizada com base na técnica da dinâmica inversa. O torque de resistência à extensão passiva do joelho foi acrescentado ao modelo de determinação das forças internas. Os resultados apontam que quanto menor o ângulo de flexão maior a força de compressão nas velocidades de 45°/s e 90°/s e na velocidade de 180°/s o comportamento das forças internas se alteram pelo efeito inercial da caneleira. A força de compressão apresentou seu pico máximo em torno de 1100 N durante o exercício realizado com caneleiras de 10 kg nas velocidades de 45°/s e 180°/s. A força do ligamento cruzado anterior está presente entre os ângulos de 0 à 40° e a do cruzado posterior entre 50° e 90° de flexão de joelho. O pico de força do ligamento cruzado anterior aproximadamente de 150 N durante a extensão de joelho realizada com caneleira de 10 kg nas velocidades de 45°/s e 90°/s e o pico de força do ligamento cruzado anterior foi aproximadamente de 180 N durante o exercício de extensão de joelho na velocidade de 180°/s.The knowledge of internal forces is primordial to understand the forces that are applied on the skeletal muscles system during exercises or physical activities. It's known that tibiofemoral joint is one of the most attacked by joint diseases in body. The technique that is mostly used to establish internal forces in tibiofemoral joint is inverses dinamic, however, it is necessary muscular parameter identification to determinate the joint forces in movements in which open-kinetic-chain is involved. One activity that is widly developed in academies and physiotherapy clinic for strengthening extensor muscles of the knee is the knee extension in open-kinetic-chain. Therefore, the general purpose of this study was to evaluate the involved forces in tibiofemoral joint during the knee extension exercise in open-kinetic-chain and the specific ends were: develop a mathematical model that gives the forces in tibiofemoral joint during the knee extension exercise in open-kinetic-chain and evaluate the effects of velocity's increase and the increase of external force in the exercise, both concerning tibiofemoral force. The evaluation of internal forces in tibiofemoral joint was accomplished based on inverses dynamic technique. The resistence momentum during knee passive extension was added in internal forces determination model. The results indicate that smaller the flexion angle bigger the compression forces in 45°/s and 90°/s velocities and in 180°/s velocity the function of internal forces are changed by inercial effect of ankle-weight. The compression forces indicates its maximum force around 1100 N during exercise with a 10 kg ankle-weights in 45/s and 180/s velocities. The anterior cruciate ligament's force is about 0 till 40 and the posterior cruciate ligament's force is about 50 till 90 in knee flexion. The anterior cruciate ligament's maximum force is around 150 N during knee extension with a 10kg ankle-weight in 45/s and 90/s velocities and the anterior cruciate ligament's maximum force is around 180 N during knee extension in 180/s velocity