Biomecânica coluna vertebral

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CAMPUS URUGUAIANA
CURSO DE LICENCIATURA EM EDUCAÇÃO FÍSICA
Biomecânica 
Força peso na coluna vertebral em atividades cotidianas
Lennon Lima
ORIENTADOR: Prof. Dr. Felipe P. Carpes 
Uruguaiana, 2017.
Sumário
Sumário	1
1.Introdução	2
2. Justificativa	3
2.1 Justificativa................... .. .	4
3. Objetivo	4
4. Conclusão	5
5.Refêrencias	6
1.Introdução
O resultado das forças aplicadas sobre o corpo humano durante a tarefa de levantar objetos do solo tem sido um dos grandes desafios da biomecânica. Durante o levantamento tem sido documentado que ocorre uma sobrecarga na articulação intervertebral L5/S1 e que a técnica de levantamento utilizada afeta tanto a cinemática, quanto à cinética da coluna vertebral, bem como que lesões na coluna vertebral podem ocorrer quando forças dentro de parâmetros normais, são aplicadas em tecidos anormalmente fracos, ou quando forças elevadas fora dos parâmetros de normalidade são aplicadas em tecidos normais Nesse sentido, a necessidade de compreender os diferentes tipos de forças internas, sejam elas musculares ou articulares resultantes, que atuam em sentidos e direções variadas, com diversas magnitudes e frequências no sistema músculo esquelético durante a tarefa de levantamento, passa a ser superior, uma vez que estas forças podem gerar disfunções músculo-esqueléticas. 
Considerando que medição direta das repostas mecânicas sobre a coluna vertebral depende de recursos tecnológicos avançados, muitas vezes impróprios para avaliação de situações do cotidiano fora do ambiente dos laboratórios de pesquisas , o desenvolvimento de estudos que utilizem técnicas de medição indiretas parece ser uma alternativa interessante. 
Um método de medição indireta tradicionalmente utilizado para quantificar as forças e momentos internos geradores dos movimentos e a técnica da dinâmica inversa. Desse modo, o objetivo deste estudo foi estimar as forças das articulações e musculatura obtido na técnica de levantamento do peso.
	
2. Justificativa
A amostra foi intencionalmente, sendo constituída por três indivíduos adultos voluntários, sem histórico de patologias na coluna vertebral, com idade de A=24, B=27 e C=60 anos, massa corporal de A=55, B= 85 e C= 65 e estatura de A=1,55, B= 1,80 e C 1,60 m. 
A avaliação consistiu do levantamento de um objeto do solo com massa equivalente a 14 kg, e uma técnica de levantamento em três séries, com um minutos de intervalo entre cada execução. A tarefa de levantamento teve seu início e término na postura ereta, com base de sustentação constante. O movimento completo foi composto de quatro fases: (1) descida sem o objeto; (2) subida com o objeto; (3) descida com o objeto e (4) subida sem o objeto. 
A velocidade de execução da tarefa de levantamento foi iniciada sem tempo duração pois se tratava de movimentos normais. durante a realização das levantamento do peso foram coletados simultaneamente dados de dinamometria medidas de força e ainda a distribuição da pressão e cinemetria para medir parâmetros cinemáticos do movimento. 
	B 
 
 A
C
 
A massa de cada um dos segmentos corporais envolvidos e momento de inércia foram estimados a partir das tabelas antropométricas e das características antropométricas de cada indivíduo. 
Os dados cinemáticos foram coletados com um procedimento de análise de dinâmica inversa para determinar o centro de massa e garantir equilibrio durante a execução do movimento, 
onde: x , y superíndices que indicam a direção no sistema de 
referencia global 
F B força peso do braço 
F C força peso da cabeça 
F M força muscular 
FP força peso do tronco F A força articular 
M D momento distal M P momento proximal CM centro de massa α ângulo do tronco com a horizontal 
Diagrama de corpo livre do segmento tronco do MBCA 
 
Assim, de posse do MBCA e utilizando a técnica da dinâmica inversa, os segmentos tronco, cabeça, braço, antebraço e mão, bem como o objeto, foram idealizados como segmentos rígidos (Si). A importância de idealizar os segmentos como corpos rígidos, reside no fato que corpos rígidos movem-se de acordo com os princípios da mecânica Newtoniana, ou seja, o movimento de um corpo rígido qualquer (segmentos corporais e objeto) em um sistema referencial inercial (R), é regido pelas equações de movimento: (a) de translação do centro de massa, através da 2ª Lei de Newton (equação 1) e (b) de rotação, em relação ao princípio de Euler (equação 2). 
	∑ F if = m i a i 	(1) 
f
	∑ M if = I iα i 	(2) 
f onde: 
F if	 Forças atuantes no segmento Si mi 	Massa do segmento Si
a i Aceleração segmento Si no referencial R do centro de massa do Mif Momento de força em torno do eixo de rotação do segmento Si
I i 	O momento de inércia, em relação ao eixo de rotação, do segmento Si
α i Aceleração angular do segmento Si
 
Portanto, a solução inversa do problema teve seu início no segmento mão, único segmento corporal sobre o qual atuam as forças de contato externas ao corpo e que não possui outro segmento interligado à sua extremidade distal, possibilitando assim, o cálculo dos valores de forças e momentos proximais deste segmento, os quais de acordo com a 3ª Lei de Newton (principio da ação e reação), são iguais em módulo e com sentido contrário ao das forças distais do segmento adjacente. Deste modo, os valores de força e momento proximais do segmento mão obtidos pela resolução das equações de movimento correspondem às forças e momentos distais do segmento antebraço e, assim, sucessivamente até a articulação L5/S1. Como o movimento de levantamento foi realizado em baixa velocidade, estes momentos intersegmentares, calculados em relação aos respectivos centros articulares, foram considerados como sendo o momento líquido resultante em cada articulação, não levando em conta a viscosidade articular . Também cabe ressaltar que a segmentação do membro superior foi realizada com ambos os braços resulta em uma simetria dos resultados de força. Foi desenvolvidas as três séries, para poder analisar algum desconforto e desgaste muscular nos momentos de forças.
 3.Objetivos
Para a confimação do processo de conclui as variantes dos resultados, através dos dados dos participantes da pesquisa, maior altura pouca estabilidade, centro de massa mais baixo, desgaste nas articulações, massa muscular e genero.
Este estudo foi conduzido com o propósito de comparar sobrecargas na coluna vetebral, de três pessoas diferentes, levantando o mesmo peso em uma posição , utilizando a técnica da dinâmica inversa.
O individuo A foi o que menos teve desgaste na coluna vetebral, teve pouca pressão interdiscal, pouco desgaste muscular e as articulações não foram comprometidas, por estatura mais baixa, tinha facilidade de apanhar o objeto do chão, centro de massa baixo mais estabilidade e pouco esforço para atingir a amplitude maxima do movimento.
O individuo B teve desconforto na L5/S1 região lombo-sacra , por ser mais alto ocorreu mais esforço em todos os estágios de movimentos, em pé, apanhando o objeto, levantando o objeto , largando o objeto e em pé novamente, centro de massa estável.
O individuo C devido a ser idosa e sedentária, não concluiu a terceira execução do movimento, pois há desgante nas articulações, e respiração ofegante, sentiu desconforto nas regiões cervical e lombar.
C
A 
B 
	
 
 4. Conclusão
Os resultados deste estudo, referentes às forças que fazem a compressão interdiscal no dia-dia, em primeira instância, são conflitantes com os achados de estudos de medição direta os quais, utilizando técnicas invasivas, encontraram valores de força compressiva na coluna vertebral com os joelhos fletidos, onde o objeto estava posicionado entre os pés, em comparação a técnica com joelhos estendidos, onde o objeto estava à frente dos pés. Tem sido referido que a menor força compressiva nas técnicas com os joelhos fletidos é decorrentede uma distância perpendicular menor do objeto a ser levantado em relação à coluna vertebral, uma vez que nesta técnica existe a possibilidade do centro de massa do objeto levantado estar mais próximo do eixo articular do movimento, causando assim um menor momento da força peso do objeto . 
Deste modo, esta menor força compressiva durante o levantamento com joelhos flexionados somente ocorre quando o objeto pode ser levantado de uma posição entre os pés, o que não ocorre normalmente em situações do cotidiano. Sendo assim, quando o levantamento ocorre com flexão da articulação dos joelhos e a carga não pode ser colocada entre os pés se tem maior compreessão na região lombar, podem ocorrer magnitudes de forças internas iguais ou maiores que no levantamento com joelhos estendidos (TL 1 e TL 2). Em levantamentos com joelhos flexionados e sem a carga posicionada entre os pés, ocorre uma redução do momento gerado pela força peso do tronco, com um aumento em paralelo do momento gerado pela carga externa a ser levantada em relação a levantamentos onde a carga pode ser posicionada entre os pés [2]. Este aumento do momento gerado pela carga é conseqüência do deslocamento posterior da articulação L5/S1, decorrente da flexão da articulação dos joelhos, o qual afasta o eixo de rotação (L5/S1) do centro de massa do objeto a ser levantado, caso o mesmo não esteja posicionado entre os pés. 
 
 Neste entendimento, estudos precedentes também encontraram resultados semelhantes ao presente estudo, contrariando o senso comum de que somente com joelhos fletidos ocorre redução de cargas na coluna vertebral . Nas técnicas de levantamento avaliadas no presente estudo, o objeto não estava posicionado entre os pés dos indivíduos e sim, na frente dos mesmos, por esta ser uma situação que ocorre com maior frequência durante situações do cotidiano, como demonstrado em estudos que identificam a técnica de levantamento adotada . Um segundo fator que motivou a opção metodológica de manter o objeto na frente do individuo está relacionado com a prática de alguns exercícios de musculação, realizados comumente nas academias. 
Cabe ressaltar que os resultados obtidos pela técnica da dinâmica inversa, mesmo com todas as considerações necessárias a aplicação da técnica, no que diz respeito às magnitudes das forças internas em apenas uma técnica de levantamento, a mediçao das cargas na coluna. A não concordância dos resultados deste estudo com aqueles obtidos por abordagens diretas reside no fato de que não houve variações de posições e peso.
 Os resultados demonstram que ocorreram diferenças significativas na magnitude dos movimentos, pois toda a diversidade dos individuos na execução do movimento nas séries realizadas. A técnica da dinâmica inversa mostrou-se uma opção metodologia adequada para fornecer parâmetros da sobrecarga mecânica na coluna vertebral durante o ato de levantar objetos do solo. 
4. Referências
Adams MA, Dolan P. Spine biomechanics. 
Journal of Biomech. 2005; 38(10):1972-1983. 
Dalla Vechia E, Duarte M, Serrão JC, Rodríguez MD, Amadio AC. Aspectos metodológicos para a determinação de cargas internas no segmento inferior humano. Anais do VIII Congresso Brasileiro de Biomecânica; 1999.p. 269-274. 
Barros RML, Brenzikofer R, Leite NJ, Figueroa PJ. Desenvolvimento E Avaliação De Um Sistema Para Análise Tridimensional De Movimentos Humanos. Revista Brasileira De Engenharia Biomédica. 1999; 15(1-2):79-86. 
Dolan P, Kingma I, Van Dieen J, De Looze MP, Toussaint HM, Baten CTM, Adams MA. Dynamic forces acting on the lumbar spine during lifting manual handling. Spine. 1999. 
24(7): 698-703. 
Barbosa, Fernando Sérgio Silva and Gonçalves, Mauro A proposta biomecânica para a avaliação de sobrecarga na coluna lombar: efeito de diferentes variáveis demográficas na fadiga muscular. Acta ortop. bras., 2007, vol.15, no.3, p.132-137. ISSN 1413-7852