Análise do movimento humano em actividades aquáticas

Relativamente à análise do movimento humano no meio aquático, esta torna-se de extrema relevância, para quantificar e qualificar os movimentos efectuados neste meio, visto que as capacidades e habilidades motoras dentro da água variam de acordo com as propriedades físicas do meio no instante da análise. A Biomecânica proporciona conhecimentos de aplicação geral (p.e., o Princípio de Arquimedes para explicar a

flutuação) e conhecimentos de aplicação específica (p.e., trajectórias e velocidades dos vários segmentos corporais). Para que, p.e., uma aula de Hidroginástica exponha todos os benefícios inerentes à actividade, é essencial que o movimento seja efectuado correctamente. Para atingir essa qualidade, alguns factores devem intervir de forma específica, como a amplitude do movimento, resistência frontal, trajectória e velocidade relativa, variáveis estas que irão estabelecer a qualidade do movimento executado. Através da quantificação das forças aplicadas ao corpo humano durante a execução de determinados gestos é possível aumentar a eficácia da técnica de execução e prevenir eventuais lesões. No entanto, há uma carência de estudos sobre as características biomecânicas dos movimentos em ambiente aquático, com especial referência para as actividades aquáticas orientadas para a saúde [71;180;214], salvo algumas excepções, como a análise do salto com um MI [200], do Cavalo-Marinho [21;53;155], do Pontapé Frontal [166]

e da adução e abdução horizontal do MS [50].

Os profissionais que actuam na área da saúde e desporto devem estar em constante actualização, pois o avanço tecnológico e os novos recursos disponíveis para a análise do movimento humano, sendo bem empregues, podem representar um salto tanto quantitativo quanto qualitativo nos serviços prestados por estes profissionais. Os equipamentos utilizados, na sua maioria, utilizam softwares modernos que servem para aperfeiçoar o controlo motor do sujeito avaliado.

Por se tratar de uma disciplina com alta dependência de resultados experimentais, é urgente que a Biomecânica apresente grande preocupação nos seus métodos de medição. Somente desta forma é possível alcançar medidas e métodos mais fiáveis e válidos para a modelagem do movimento humano. Os métodos experimentais utilizados pela Biomecânica para abordar as diversas formas de movimento são [10-

2.2.1.1. Cinemetria

A Cinemetria consiste na caracterização do movimento humano sem referência às forças envolvidas. É usada para o cálculo linear e angular dos deslocamentos, das velocidades e das acelerações dos segmentos corporais [216], tendo por base a recolha de imagens do movimento em estudo e a sua posterior análise.

Existem diversos processos de análise cinemática, como a cinematografia, a cronociclografia, a cineradiografia e, a estroboscopia. Todavia, hoje em dia, o processo mais frequente na análise cinemática é a videografia, através de câmaras digitais, pela sua enorme disponibilidade, durabilidade e facilidade de utilização [26]. Desde 1967, a Cinemetria com digitalização automática teve início com o desenvolvimento dos primeiros sistemas comerciais de análise, onde coordenadas de imagens já eram identificadas e digitalizadas automaticamente, facilitando assim, o armazenamento dos dados directamente no computador para posterior análise. Este método tornou-se, então, numa ferramenta importante para quando se deseja mensurar como se comporta o corpo humano em movimento, do ponto de vista biomecânico. O instrumento básico para medidas cinemáticas é baseado em câmaras de vídeo que registam a imagem do movimento e, através de software específico, calculam as variáveis cinemáticas a analisar. Existem dois tipos distintos de análises cinemáticas: as análises bidimensionais (2D) e as tridimensionais (3D). Os procedimentos metodológicos incluem, num primeiro momento, a filmagem de um objecto de calibração, cujas coordenadas dos seus diversos pontos sejam conhecidas, e do movimento em estudo, por câmaras colocadas num só plano (estudos 2D) ou em diversos planos (estudos 3D) (Tabela 5). A extensão da área de calibração é de extrema importância, uma vez que os métodos de reconstrução são mais precisos dentro do volume de calibração. Apesar das vantagens e

das desvantagens que quer as análises 2D, quer as análises 3D suportam, segundo Hay [99]

, dado que todos os movimentos na Hidroginástica envolvem movimentos 3D, a utilização de análises planares não serão as mais apropriadas. Não quer isso dizer que esse tipo de estudos seja de todo inapropriados. Significa que as análises 3D revelarão informações mais completas do movimento, mais próximas da realidade, como suporta Bartlett [26].

Tabela 5. Principais diferenças entre os estudos cinemáticos do tipo bidimensionais (2D) e do tipo tridimensional (3D) (adaptado de

Bartlett, [26]).

Numa segunda fase, é utilizado um sistema vídeo-analógico de medição do movimento, ou seja, um programa informático, através do qual se captará os dados por meio de um procedimento manual ou automático de digitalização dos pontos de

Estudos bidimensionais Estudos tridimensionais

Menor quantidade de equipamento, pelo que é mais económico;

Permite a análise apenas do plano filmado, ignorando movimentos realizados noutros planos;

São necessários menos procedimentos de digitalização;

É mais fácil estabelecer relações entre os diversos parâmetros a analisar;

Apresenta menos problemas metodológicos, como p.e., a reconstrução das imagens.

Maior quantidade de equipamento, pelo que é mais dispendioso;

Permite avaliar parâmetros, sem erros de paralaxe, inclusive em locais não visíveis separadamente pelas câmaras;

Os procedimentos metodológicos são mais complexos, como p.e. a sincronização das imagens e a sua reconstituição;

O movimento a analisar aproxima-se mais da realidade;

Possibilita reconstruir vistas similares da execução, mesmo que não sejam directamente observáveis pelas câmaras.

marcadores externos, afixados na superfície cutânea, para definir a posição dos segmentos corporais, deixando-os desta forma, mais visíveis para a captura das imagens [122]

. Ângulos articulares e ângulos segmentares são definidos a partir dos referidos marcadores. Enquanto que os primeiros se referem aos ângulos entre dois segmentos e são considerados ângulos relativos, os segundos referem-se aos ângulos com relação à horizontal e são considerados ângulos absolutos. Uma vez identificadas as marcas em todas as imagens (fotogramas) é feita a reconstrução da trajectória das mesmas. Este processo é realizado através da determinação de coordenadas provenientes das câmaras. Um dos métodos utilizados para este efeito é um algoritmo designado de Direct Linear

Transformation – DLT, desenvolvido por Abdel-Aziz e Karara [1]. Estas trajectórias são posteriormente suavizadas, removendo erros decorrentes de todo o processo, como, p.e., erros de digitalização ou erros devido à distorção das lentes, aumentando assim a fiabilidade dos resultados. Finalmente, serão recolhidos os dados de interesse para o estudo sob a forma numérica, gráfica ou, pictórica. Todo este procedimento tem como objectivo a criação de imagens animadas de modelos espaciais, isto é, de um modelo que represente o sujeito através de segmentos rígidos e articulados, correspondentes aos diversos segmentos anatómicos a realizar a tarefa em estudo.

Na Cinemetria utilizada na área desportiva, os sistemas são orientados para as medições dos movimentos e posturas dos gestos desportivos realizados, através de imagens, registo de trajectórias, decurso de tempo, determinação de curvas de velocidade e aceleração, entre outras variáveis derivadas. Em ambiente aquático, p.e., podemos utilizar a Cinemetria para quantificar e qualificar os movimentos ou mesmo o equilíbrio estático ou dinâmico de um corpo ou objecto, devido ao avanço tecnológico e instrumentos desenvolvidos para isso, como a caixa estanque para as câmaras de obtenção de imagens aquáticas e softwares adaptados para o efeito. No caso da

Hidroginástica, alguns estudos têm sido feitos, por exemplo, para comparar cinemáticamente a marcha e a corrida em ambiente aquático e terrestre [55;72;109;155;169;191;217;222]

. O estudo da velocidade de deslocamento, do comprimento da passada e da frequência da passada são três das variáveis cinemáticas mais estudadas nesta área. Evans et al., [72], p.e., observaram, relativamente à frequência da passada, que esta é significativamente inferior ao deslocar-se no meio aquático do que no meio terrestre. De acordo com Town & Bradley [201], a frequência da passada parece ser significativamente superior ao deslocar-se em água rasa do que em água profunda, ou seja, esta variável cinemática parece variar em função da profundidade da água onde o indivíduo se desloca. Assim, para um dado comprimento da passada, a velocidade de deslocamento tenderá a aumentar com o aumento da frequência da passada e, portanto, com a diminuição da profundidade do plano de água onde se desloca. Por fim, de acordo com um estudo efectuado por Oliveira et al., [155], onde foi comparado e caracterizado cinematicamente o movimento básico Cavalo-Marinho em diferentes cadências musicais, verificou-se que dados relativos ao período do ciclo gestual (P), velocidade e aceleração dos segmentos corporais tiveram alterações significativas ao longo do protocolo incremental, com excepção do deslocamento dos segmentos. O P diminuiu significativamente com o incremento da cadência musical, a velocidade e aceleração aumentaram com o mesmo e o deslocamento tendeu a manter-se.

2.2.1.2. Dinamometria

externas, transmitidas entre o corpo e o ambiente, sendo a sua interpretação determinante, principalmente para a identificação de gestos incorrectos. De particular interesse são as forças de reacção do solo, que estão relacionadas com a carga imposta ao aparelho locomotor durante o contacto do corpo com o solo [216]. Juntamente com a constante peso corporal, essas forças de reacção do solo são, geralmente, a causa de qualquer alteração do movimento do CG. O instrumento básico em Dinamometria é a plataforma de força, que mede a força de reacção do solo e o ponto de aplicação desta força [12]. Os valores são enviados para um processador, o qual através de um aplicativo informático, regista esses dados, que posteriormente serão tratados e analisados.

A determinação das forças externas é um requisito essencial para o cálculo das forças internas (força muscular, ligamentar e articular). A definição do conceito de força, sob o aspecto físico, somente pode ser interpretada a partir do efeito da sua acção, e assim, pode-se interpretar os seus efeitos estático e dinâmico [12]. A principal dificuldade de compreensão da natureza desta força está na dosagem ou controlo da magnitude em função do tempo, as quais exercem uma grande influência nos diferentes movimentos que se utilizam deste parâmetro em distintos graus de intensidade, com dependência de rendimento na execução do movimento. Sob características biomecânicas, a fase de apoio, p.e., durante qualquer movimento de locomoção, caracteriza um fenómeno complexo, pois muitas variáveis dinâmicas influenciam esta fase do movimento, ou seja, forças internas e externas [12].

Actualmente são alguns os trabalhos que tratam do tema em actividades aquáticas [43;129;150;158]. Na área da Hidroginástica, Nakazawa et al., [150] compararam a força de reacção do solo ao caminhar na água rasa e no meio terrestre. O tempo de apoio aumenta gradualmente com o aumento da profundidade e a intensidade da força de reacção do solo tende a diminuir. Os autores afirmaram que a força máxima de reacção

ao solo durante a caminhada na água poderá ser reduzida até 50 % do peso corporal, submergindo o corpo a uma profundidade próxima de 60 % da estatura do sujeito. Logo, este será um meio de treino benéfico, principalmente, em períodos de reabilitação de determinadas lesões, dado que o indivíduo não estará sujeito a cargas mecânicas tão intensas [116;150]. Obviamente ao correr em água profunda, dado que não existe contacto com o solo, não se verifica força de reacção do solo, o que será uma vantagem para sujeitos durante o período de recuperação de lesões, evitando a completa interrupção do programa de treino. Carneiro et al. [43], analisaram as características cinemáticas e dinamométricas da marcha de crianças no ambiente aquático, com nível de imersão na altura do osso esterno e verificaram que as maiores alterações aconteceram durante a fase de contacto inicial, onde a velocidade, o duplo apoio e as componentes da força de reacção do solo diminuíram no ambiente aquático, comparativamente ao meio terrestre, e o comprimento da passada aumentou.

2.2.1.3. Antropometria

A Antropometria preocupa-se em determinar as características e propriedades do aparelho locomotor, como as dimensões das formas geométricas de segmentos, distribuição de massa, braços da alavanca, posições articulares, definindo então um modelo antropométrico, contendo parâmetros necessários para a construção de um modelo biomecânico da estrutura analisada, como a massa, o CM ou CG e o momento principal de inércia (I). Segundo Nigg & Herzog [153], estas três propriedades inerciais são frequentemente requisitadas para as análises quantitativas do movimento humano.

apoiando-se na construção de modelos antropométricos do corpo humano, tendo por base leis matemáticas e físicas, procurando a optimização do rendimento. Para este autor, nestas investigações em Biomecânica, são utilizados computadores de alta performance para resolver equações matemáticas que representam o movimento, servindo então para se trabalhar na área da modelação biomecânica.

Como o corpo humano possui características complexas e diversos graus de liberdade, busca-se minimizar os problemas encontrados na aplicação das leis físicas em estudos do movimento, por meio de modelos antropométricos que possam representar o corpo humano. Acrescenta-se que a literatura expõe distintos modelos que diferem quanto ao número de segmentos que dividem o corpo, as formas geométricas que adoptam na representação destes segmentos e os procedimentos matemáticos utilizados, os quais, conhecidos os deslocamentos segmentares, podem ser derivadas as suas velocidades e acelerações lineares e angulares. Sabendo das possibilidades de cada modelo, Zatsiorsky & Fortney [224], afirmam que os resultados obtidos a partir de diferentes modelos antropométricos oscilam de 30 a 100 % nos valores dos movimentos cinéticos encontrados. Sendo assim, a escolha do modelo antropométrico é um factor determinante no sucesso da análise biomecânica.

O estudo do CM de um corpo é um dos elementos fundamentais na análise dos movimentos, e, para tal, será necessário determinar previamente a sua localização, recorrendo aos conhecimentos oriundos da Antropometria. Segundo Zatziorsky & Fortney [224], a Antropometria no âmbito biomecânico dedica-se, fundamentalmente, ao estudo de: (i) geometria da massa corporal; (ii) CM do corpo; (iii) I de cada segmento corporal; (iv) CM de cada segmento; (v) dimensões e proporções corporais.

A Antropometria é constituída de medidas de rápida e fácil realização, não necessitando de equipamentos sofisticados e de alto custo financeiro [77]. As medidas

antropométricas devem seguir uma metodologia definida, a fim de que os resultados sejam claramente entendidos e possam ser igualmente utilizados por outros autores, como p.e., Haas et al., [94], Bonchoski et al., [36]; Rossi & Tirapegui, [178]. Haas et al., [94], por exemplo, analisaram por meio de um estudo comparativo, as características antropométricas de dois grupos de meninas bailarinas, brasileiras e espanholas, utilizando o método antropométrico baseado no protocolo da ISAK (International Society of the Advancement of Kinanthropometry), proposto por Ross e Marfell-Jones (1991), e concluíram que os dois grupos estudados são muito semelhantes, ainda que encontradas algumas variáveis com diferenças estatísticas, diferenças essas que se encontram principalmente nos diâmetros ósseos. Em actividades como a Hidroginástica, são alguns os estudos que utilizaram a Antropometria para caracterizar a amostra [7;16;21;47]

, inclusive a inclusão de características antropométricas para construção de modelos biomecânicos e cálculo dos respectivos CM a partir dos valores de massa parcial e de comprimento parcial dos multi-segmentos constituintes do corpo.

2.2.1.4. Electromiografia

Os órgãos de locomoção são conduzidos pelos músculos, ou seja, nos organismos vivos os movimentos são realizados por activação muscular. Através do movimento coordenado das suas partes, os organismos podem mudar a sua posição no espaço e aplicar forças mecânicas no ambiente. Além da locomoção, os músculos são requisitados para processos de transporte dentro do corpo, como a condução de fluidos no sistema cardiovascular ou no transporte de gases no sistema respiratório [192].

A Electromiografia mede a actividade eléctrica resultante da activação dos músculos esqueléticos, os quais são responsáveis pelo suporte e movimento do esqueleto [27]. Quanto maior a intensidade de contracção ou tensão, maior a actividade eléctrica do músculo. Diferentemente dos métodos acima referidos, que determinam propriedades mecânicas, a Electromiografia indica o estímulo neural para o sistema muscular.

Para medir o sinal electromiográfico (EMG) podem ser usados eléctrodos introduzidos no interior do músculo (Electromiografia de profundidade) e eléctrodos colocados sobre a pele (Electromiografia de superfície). Segundo Perry [161], dos 28 principais músculos que controlam cada MI, a maioria são músculos superficiais, podendo a sua actividade ser adquirida a partir da Electromiografia de superfície. Esta tem sido bastante utilizada, entre outros aspectos, pelo seu carácter não invasivo. Na Biomecânica, a Electromiografia é o único método directo de avaliação não intrusiva que permite determinar directamente parâmetros biomecânicos internos do corpo humano durante o movimento [71]. Embora se possam extrair algumas características importantes, como amplitude, duração e frequência, do sinal EMG em bruto para o estudo do padrão da actividade dos músculos, uma avaliação mais precisa requer uma análise quantitativa do sinal EMG.

Segundo Winter [213], o motivo para se monitorar o potencial da acção muscular é poder relacioná-lo com algumas medidas da função muscular, como a tensão, a força, o estado de fadiga e consequentemente, o metabolismo muscular, como o recrutamento de elementos contrácteis.

A Electromiografia tem sido usada por investigadores num vasto conjunto de áreas, que vão desde a Anatomia, à Reabilitação, Fisioterapia, Terapia Ocupacional, Medicina, Odontologia, Psicologia, assim como no Desporto e Educação Física. Pelo

que não é entendida como uma metodologia de avaliação “puramente” biomecânica, mas antes neurofisiológica e com pontos de contacto com a biomecânica e o controlo motor.

Mais especificamente no meio aquático, têm sido analisadas as características biomecânicas de adultos no andar neste meio e no meio terrestre [24;71;104;130;131;146;150;151], mais especificamente, a sua actividade neuromuscular. Nakazawa et al., [150], p.e., compararam em seis sujeitos, a actividade neuromuscular da caminhada em terra e no meio aquático a quatro profundidades distintas. Nesse estudo, os autores verificaram que os extensores e os abdutores da anca apresentaram uma actividade mais intensa durante a fase do apoio no meio aquático do que no meio terrestre. Aparentemente, isso será explicado pela maior resistência da água ao movimento do que no meio terrestre, o que obrigará a uma maior actividade muscular, devido a um maior momento de força ao nível da anca para vencer a maior força de arrasto. Assim, estes autores sugerem que caminhar na água poderá ser um meio eficiente para desenvolver a força muscular, particularmente os extensores da anca. Por sua vez, Fujisawa et al., [82], analisaram a actividade electromiográfica de 8 voluntários durante exercícios isométricos em água e em terra, e verificaram que a actividade supra-espinhal, assim como outras actividades musculares, são significativamente inferiores no primeiro meio, relativamente ao segundo. Poyhonen et al., [166] determinaram a reprodutibilidade da força isométrica e actividade electromiográfica dos músculos extensores do joelho na água e na terra, e verificaram que a amplitude da actividade electromiográfica subaquática diminuiu significativamente nos músculos analisados durante as contracções máximas e submáximas, comparativamente às mesmas em terra.