Estimates of joint forces and torques during human walking in pool with shallow water

O ambiente aquático é um recurso bastante utilizado na prática de atividade física, reabiltação e lazer. No entanto, apesar de seu amplo uso, pouco se sabe sobre a demanda mecânica a que nosso corpo está sujeito durante a atividade física neste ambiente. O conhecimento das cargas sobre o corpo durante exercícios em água poderá permitir uma melhor compreensão das adaptações realizadas pelo ser humano para se movimentar neste ambiente e, ainda, auxiliar na prescrição correta de atividades físicas. O objetivo deste trabalho foi, portanto, estimar as forças e torques articulares sobre o tornozelo, joelho e quadril de adultos jovens, saudáveis, durante o andar em ambiente terrestre e aquático (água rasa). Para tanto, conduzimos um experimento no qual 10 indivíduos caminharam com velocidade auto-selecionada nos dois ambientes. Durante o andar medimos as componentes da força de reação do solo, usando uma plataforma de força, e filmamos os movimentos, com auxílio de um de sistema de aquisição de imagens. As forças e torques internos foram determinadas através da técnica da dinâmica inversa e de estimativas das forças de arrasto e respectivos torques, realizadas a partir da teoria das faixas (\"strip theory\"). Os resultados referentes à cinemática articular e descritiva e às forças de reação do solo foram, no geral, semelhantes aos resultados apresentados em estudos anteriores, indicando que não há mudanças na coordenação dos movimentos articulares nem re- organização temporal da passada durante o andar em água. Entretanto, foi possível perceber mudanças nos sentidos dos torques articulares durante o ciclo para o joelho e o quadril, sugerindo que, para manter a mesma coordenação articular sob a ação do empuxo e do arrasto, é necessário promover mudanças nos padrões dos torques internos nestas articulações. Com relação à articulação do tornozelo, os resultados mostram que há diminuição nos torques articulares necessários para gerar a flexão plantar durante o apoio. A estimativa das forças de arrasto se mostrou adequada para descrever a situação experimental, o que indica que os valores apresentados neste estudo são adequados para descrever a carga mecânica no aparelho locomotor durante o andar em piscina com água rasa.The aquatic environment is a resource often used for the practice of physical activity, rehabilitation, and leisure. However, despite its extensive use, little is known about the mechanical demand that our body is subjected during physical activity in this environment. The knowledge of the load on the human body during water exercise will give us a greater understanding of the adaptations of the human being in water and assist the health professional to the correct prescription for physical activities. The goal of this work was, therefore, to estimate the internal joint forces and moments on the ankle, knee, and hip joints of young healthy adults during walking in the terrestrial and aquatic (shallow water) environments. For that, we conducted an experiment in which 10 subjects walked with self-selected speed in both environments. During the experiment, we measured the components of ground reaction forces, with a force plate, and recorded the subject\'s movements with a video analysis system. To find the forces and moments we used the inverse dynamics procedure and the calculation of drag forces and moments were based on the strip theory. The results concerning the joints and descriptive kinematics and the ground reaction forces were, in general, similar to the results presented in previous studies, indicating that there aren\'t changes in the coordination of joint movements or a re-organization of the stride during walking in water. Meanwhile, we were able to see changes in the directions of joint moments during the gait cycle for the knee and hip joints, suggesting that to keep the same joint coordination under the action of drag and buoyancy, it is necessary to promote changes in the patterns of internal moments in these joints. As for the ankle, the results showed that there is a decrease in joint moments necessary to generate the plantar flexion during the support phase. The estimation of the drag forces was adequate to describe the experimental situation, which suggests that the values presented here can describe correctly the mechanical load on the locomotor system during walking in shallow water