O efeito da estimulação elétrica funcional no controle motor de paciente com acidente vascular encefálico um estudo de caso.

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O efeito da estimulação elétrica funcional no controle motor

de paciente com acidente vascular encefálico – um estudo de

caso.

Denise Pripas, Allan Rogers Venditi Beas, Caroline Fioramonte, Pedro Claudio Gonsales de Castro, Daniel Gustavo Goroso, Maria Cecília dos Santos Moreira

Instituto de Medicina Física e Reabilitação - HCFMUSP de.pripas@gmail.com

Abstract. A estimulação elétrica funcional (EEF) vem sendo estudada há muito tempo como recurso terapêutico para redução da espasticidade de pacientes hemiplégicos, porém não existem estudos sobre o efeito da EEF no controle motor destes pacientes durante tarefas funcionais como a manutenção do equilíbrio. Investigou-se a ativação muscular de gastrocnêmio medial e semitendíneo de ambos os membros de um pacientes hemiparético durante a postura ereta autoperturbada antes e após a EEF de tibial anterior, por meio da eletromiografia de superfície. Calculou-se os instantes dos picos máximos de ativação muscular de GM e ST logo após uma autoperturbação motora, a fim de observar o sinergismo muscular entre estes dois músculos, e as possíveis estratégias de equilíbrio utilizadas (estratégia do tornozelo ou do quadril). No membro preservado ocorreu a esperada sinergia distal-proximal (GM seguido de ST) para pequenas perturbações, porém no membro espástico houve inversão da sinergia (proximal-distal) após a EEF. É possível que a intervenção da corrente elétrica tenha inibido vias sinérgicas devido ao efeito antidrômico, dificultando a utilização da estratégia do tornozelo no membro espástico.

1. Introdução

O acidente vascular encefálico (AVE) é uma patologia de origem vascular, na qual ocorre uma perturbação focal da função encefálica, devido à isquemia ou hemorragia nos tecidos nervosos encefálicos. É a segunda principal causa de morte no mundo, sendo que dentre os sobreviventes, há grande proporção de incapacitados que necessitam de constantes auxílios de familiares, instituições sociais e de saúde [1].

A manifestação clínica predominante nos pacientes que sofreram AVE é a hemiplegia [2], que é comumente caracterizada por espasticidade, deteriorização do controle motor, e consequentemente alteração no padrão da marcha [3]. Entre as principais alterações estão a diminuição da tríplice flexão de membro inferior [4], diminuição da amplitude de movimento de dorsiflexão, pé equino e hiperextensão de joelho [5]. Desta forma, estes sujeitos apresentam maior gasto energético na marcha [6] e também déficit de equilíbrio [4].

Um dos principais fatores que contribui com estes déficits é a presença da espasticidade [7], decorrente da perda da inibição central do reflexo de estiramento muscular pela lesão de motoneurônios superiores, que nos membros inferiores predomina na musculatura extensora [2].

XVIII Congreso Argentino de Bioingeniería SABI 2011 - VII Jornadas de Ingeniería Clínica Mar del Plata, 28 al 30 de septiembre de 2011

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A espasticidade diminui a habilidade de regulação do movimento voluntário. Isto ocorre porque nos pacientes com seqüela de AVE a inibição recíproca (IR) se apresenta diminuída [8], pois a predominância dos músculos hipertônicos impede a interação entre os grupos musculares antagonistas e sinergistas, resultando numa fixação estática da articulação - no caso o pé em eqüino - em vez da estabilidade dinâmica durante esta tarefa motora [9].

Na reabilitação pós-AVE são comumente utilizados recursos de facilitação neuroterapêutica que enfatizam a inibição de padrões reflexos anormais e a normalização do tônus antes do treino de bipedestação e marcha [10]. Portanto, um recurso de tratamento seria interferir nos mecanismos moduladores da IR e da inibição pré-sináptica [11]. Sabe-se que a EEF tem como efeito imediato o aumento da IR da musculatura antagonista à estimulada [12], logo é possível imaginar que a EEF dos dorsiflexores cause a diminuição da espasticidade dos flexores plantar, o que poderia favorecer um padrão mais eficiente de ativação muscular nos pacientes hemiplégicos espásticos.

Desde 1961, quando Liberson e cols. [13] descreveram um método de EEF no nervo fibular de pacientes hemiplégicos, a IR de músculos espásticos por meio da EEF já é alvo de estudo de muitos pesquisadores [14,15], e todos estes encontraram resultados significativos no aumento da IR e conseqüente diminuição da espasticidade nestes pacientes. Porém é importante ressaltar que com exceção do estudo de Alfieri [14], nenhum deles mensurou o tempo de duração da IR na musculatura espástica. Por sua vez, Alfieri demonstrou que houve diminuição da espasticidade após a EEF com duração do efeito variando de 10 minutos a 3 horas, sendo a média de 1 hora; porém esta foi medida pela escala de Ashworth, que é uma escala subjetiva e pouco confiável para medir objetivamente a espasticidade.

Além disso, a maioria dos estudos citados acima realizou uma avaliação da espasticidade de flexores plantar de maneira estática, porém não avaliou como estes músculos se comportaram em tarefas motoras funcionais como a o equilíbrio e a marcha.

Com este panorama, observamos que a EEF pode ser um recurso terapêutico muito útil na diminuição da espasticidade de pacientes hemiplégicos, porém é necessário estudar o efeito da EEF no controle motor durante tarefas funcionais como a manutenção do equilíbrio.

2. Materiais e métodos

O presente estudo investigou a ativação muscular de membro inferior de pacientes hemiparéticos durante a postura ereta autoperturbada antes e após a EEF de tibial anterior, por meio da eletromiografia de superfície. Entretanto, foram utilizadas variáveis cinéticas e cinemáticas para possibilitar a divisão do sinal eletromiográfico em duas fases: perturbação e pós-perturbação. A fase de pós-perturbação, na qual o indivíduo está se recuperando do desequilíbrio gerado, é a fase de interesse deste estudo.

A pesquisa foi desenvolvida no Laboratório de Movimento do Instituto de Medicina e Reabilitação do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (IMREA – HC / FMUSP). O Laboratório de Movimento dispõe de recursos tecnológicos avançados como (1) Sistema de Imagens, (2) Sistema de Plataformas de Força e (3) Sistema Eletromiográfico de Superfície. Estes sistemas estão integrados ao Sistema de Aquisição e Processamento dos dados coletados.

2.1. Casuística

Foi avaliado um voluntário do sexo masculino, idade = 51 anos, que estava em programa de reabilitação no modelo de Hemiplegia Leve nas unidade Estação Especial da Lapa do IMREA.

Os critérios de inclusão foram diagnóstico médico de AVE crônico (mais de um ano de lesão); grau de espasticidade em MMII = 2 (Ashworth modificada); grau de força muscular para dorsiflexão ≥ 3 e presença de deambulação funcional sem necessidade de meios auxiliares ou órteses.

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Os critérios de exclusão foram idade maior que 60 anos; utilização de EEF como forma de tratamento; aplicação de toxina botulínica nos músculos flexores plantares nos últimos seis meses; alterações ortopédicas ou deformidade em eqüino nos pés; distúrbios cognitivos; outros distúrbios neurológicos e instabilidade hemodinâmica.

O voluntário foi incluído no estudo após concordância de participação na pesquisa e assinatura do TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO PARA PARTICIPAÇÃO DA PESQUISA, tornando-o ciente dos procedimentos vinculados à coleta, bem como foram esclarecidas as dúvidas quanto aos procedimentos a serem realizados. A participação foi voluntária e não paga.

Os métodos experimentais utilizados foram não-invasivos e não ofereceram risco à saúde do voluntário. Não foi utilizado nenhum tipo de substância e não foi prescrito nenhum tipo de tratamento médico/ terapêutico.

2.2. Preparação do indivíduo

Após as explicações dos procedimentos dos testes, o indivíduo utilizou vestimentas adequadas (sunga ou short), e então foi devidamente preparado para a fixação dos marcadores reflexivos em pontos anatômicos específicos, segundo o modelo Antropométrico de Dempster (1995) [16]. Este procedimento foi necessário pois, por meio destes marcadores, foram determinados os segmentos corporais para o cálculo do centro de massa total (COM) pelo software Ortho Trak 6.2 [16], que foi posteriormente utilizado para a separação dos intervalos da tarefa pelo método de Costa et al. [17].

Para captação do sinal eletromiográfico, após a abrasão da pele com álcool, foram fixados eletrodos de superfície nos músculos gastrocnêmio medial (32% região medial da fossa poplítea até medial do tendão calcâneo; semitendíneo (50% epicôndilo medial e tuberosidade isquiática) e eletrodo terra (tuberosidade da tíbia). Estes pontos foram escolhidos seguindo as recomendações da SENIAM [18] e de Sacco [19].

2.3. Protocolo experimental

A sequência experimental do presente estudo foi composta dos seguintes estágios: (1) calibração do sistema; (2) execução da tarefa; (3) intervenção com a EEF; (4) análise biomecânica pós-intervenção com a EEF, a cada 45 minutos, em um intervalo de 3 horas.

A tarefa analisada foi a recuperação do equilíbrio após uma autoperturbação provocada pelo sujeito. O voluntário foi instruído a posicionar-se em pé sobre a plataforma de força, de forma que o eixo de movimento médio-lateral foi representado pela coordenada x, e o ântero-posterior por y, em relação ao eixo de referência adotado sobre a plataforma do laboratório. A posição inicial foi de flexão anterior do tronco de aproximadamente 60º (em relação ao chão) com braços apoiados no encosto de uma cadeira - de forma a evitar possíveis quedas, visto que o sujeito apresentava déficit de equilíbrio - e pés confortavelmente paralelos ao corpo (Figura 1).

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Figura 1: Representação esquemática da tarefa: posição inicial do voluntário partindo da flexão de tronco em 60º e posição final do voluntário já na postura ereta.

A coleta dos dados foi realizada após um estímulo sonoro inicial, ao qual o voluntário devia realizar uma extensão do tronco brusca até a posição ereta (figura 1), ocasionando-lhe uma autoperturbação motora. A partir de então, deveria se manter com os olhos abertos e fixos no horizonte e permanecer na postura ereta quieta até completar o tempo de 60 segundos, que era indicado pelo segundo estímulo sonoro, indicando o término da análise da primeira coleta. Após 1 minuto de descanso foi realizada a segunda coleta, e a terceira também respeitando o mesmo intervalo de tempo para descanso. Destas três coletas, a primeira foi considerada período de adaptação à tarefa e descartada. A segunda foi escolhida como válida para análise, porém nos casos em que o sujeito tenha realizado algum movimento indesejado como balançar a cabeça ou os braços, utilizou-se a terceira coleta. Esta tarefa já foi utilizada em outros experimentos com o intuito de ocasionar uma autoperturbação motora utilizada e descrita em maiores detalhes por Castro [20,21] e Costa [17].

A intervenção com a EEF foi iniciada logo após a análise biomecânica inicial. Para tal, o voluntário foi posicionado em uma cadeira com os pés apoiados no chão, quadril em apoio isquiático, mantendo as articulações do quadril, joelho e tornozelo em aproximadamente 90º.

Para o mapeamento do ponto motor foram utilizados dois eletrodos adesivos: o primeiro com 5 cm de diâmetro, foi utilizado como eletrodo de referência; o segundo, de 3,2 cm de diâmetro, foi empregado para o mapeamento do ponto motor. Foi considerado indicativo de localização adequada do ponto motor quando houve estimulação do músculo com a EEF aumentando a amplitude gradualmente e ocorrendo uma dorsiflexão pura. Após a localização do ponto motor foram aplicados dois eletrodos do mesmo tamanho (5cm) para a estimulação elétrica.

Os parâmetros da estimulação elétrica foram: freqüência = 20Hz [22], largura do pulso = 300us, rampa de subida = 2s, rampa de descida = 2s, tempo de contração = 6s, tempo de repouso = 10s, e a intensidade era empregada até atingir um grau de contração mínima de dorsiflexão (ação do músculo TA) sem movimento articular [14]. O tempo de aplicação foi de 40 minutos.

Logo após a intervenção com EEF, os voluntários foram novamente avaliados pelo sistema biomecânico conforme os procedimentos descritos acima, e estes foram repetidos mais quatro vezes durante os intervalos de tempo de 45 minutos, totalizando um tempo de 3 horas após a EEF.

Desta forma, cada voluntário foi analisado em seis tentativas, ordenadas de 1 a 6, sendo elas: tentativa 1 - antes da realização da EEF, tentativa 2 - imediatemente após a EEF, tentativa 3 - 45 minutos após a EEF, tentativa 4 - 1 hora e 30 minutos após a EEF, tentativa 5 - 2 horas e 15 minutos após a EEF, e tentativa 6 - 3 horas após a EEF.

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2.4. Aquisição e processamento dos dados

Após o pré-processamento os dados brutos pelo software EVaRT [23], o sistema fornece arquivos com os dados cinéticos, cinemáticos e eletromiográficos. O software OrthoTrak 6.2 [16] integra os sinais provenientes das câmeras e cria um modelo tridimensional do sujeito estudado por fotogrametria, após um processamento manual pelo operador do programa.

Antes do processamento dos sinais da EMG, foi necessário determinar os intervalos de perturbação (intervalo em que o sujeito realizava a extensão do tronco para a postura ereta) e pós-perturbação (quando este atinge a postura ereta e permanece oscilando para manter o controle postural) realizados pelo voluntário do estudo. Para a divisão destes intervalos foi realizado um pré-processamento dos dados cinéticos e cinemáticos.

2.4.1. Pré-processamento dos dados. Para o pré-processamento dos dados foram utilizadas as variáveis cinéticas, cinemáticas e eletromiográficas, que são captadas pelo software EvaRT.

O sistema de imagens gera um arquivo de dados brutos com informações dos marcadores fixados no sujeito durante o movimento de autoperturbação, com as coordenadas das articulações, do COM e dos centros de massa de cada segmento nas coordenadas x, y e z. Este arquivo pode ser lido na planilha Excel e possui a extensão *.TRBCoord. Os dados adquiridos pelo sistema da plataforma de força geram um arquivo de dados brutos cuja extensão é *.Forces, que contém os dados dos componentes de força nas coordenadas x, y e z, momentos e força reação do solo [23]. Outro arquivo gerado na extensão *.xls contém os valores dos sinais eletromiográficos dos músculos ST e GM de ambos os membros inferiores durante todo o intervalo de coleta [16].

A fim de identificar o final da autoperturbação, foram estabelecidos critérios para selecionar os intervalos da mesma, e estes foram calculados por uma rotina matemática criada em ambiente Matlab, que também fornece o frame em que cada intervalo se iniciou.

Os critérios utilizados foram, nesta ordem: a) velocidade do vetor posição do centro de massa, b) velocidade em z, e c) aceleração do vetor posição do centro de massa. Tanto os critérios como as equações utilizadas para cálculo podem ser observados com detalhes no estudo de Costa [17].

2.4.2. Processamento dos sinais eletromiográficos. Com o arquivo *.xls gerado, foi criado o envoltório linear do sinal eletromiográfico pelo software Excel, e calculado no mesmo software o instante do primeiro pico máximo de ativação dos músculos gastrocnêmico medial (GM) e semitendíneo (ST) no período pós-perturbação.

3. Resultados e discussão

Os instantes dos picos máximos de ativação muscular de GM e ST nos permitem observar o sinergismo muscular entre estes dois músculos na tentativa de manter o equilíbrio após uma autoperturbação motora e as possíveis estratégias de equilíbrio utilizadas (estratégia do tornozelo ou do quadril) em cada uma das tentativas (1 a 6), e estão representados na figura 2.

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Instante do pico máximo de ativação MID (preservado) - Sujeito 1

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1 2 3 4 5 6 Tentativas In s ta n te d o p ic o ( m s ) GM ST

Instante do pico máximo de ativação MIE (espástico) - Sujeito 1

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1 2 3 4 5 6 Tentativas In s ta n te d o p ic o ( m s ) GM ST

Figura 2: Instante do pico máximo de ativação dos músculos gastrocnêmio medial (GM) e semitendíneo (ST) nas tentativas 1 (antes da realização da EEF), 2 (logo após a EEF), 3 (45min após a

EEF), 4 (1h30min após a EEF), 5 (2h15min após a EEF) e 6 (3h após a EEF), no membro inferior direito (MID) (A) e esquerdo (MIE) (B).

Observa-se que no membro preservado (Figura 2A), ocorre uma sinergia distal-proximal (estratégia do tornozelo), ocorrendo a ativação de GM e em seguida a de ST para todas as tentativas, como é esperado para pequenas perturbações [24]. No membro espástico (Figura 2B), esse padrão ocorre somente na tentativa 1 (antes da realização do FES), porém em todas as tentativas após a realização do FES (com exceção da tentativa 4) esse padrão se inverte, ocorrendo uma ativação proximal-distal. Este padrão sinérgico é relacionado à estratégia do quadril, a qual relaciona-se com grandes perturbações do equilíbrio [24]. É possível imaginar que após a realização do FES houve uma dificuldade maior do membro espástico para a manutenção do equilíbrio, já que a mesma tarefa passou a ser considerada uma grande perturbação.

Em 1986, DiFabio [25] realizou EMG em hemiparéticos e encontrou latências iniciais nos mm. distais do membro parético mais longas que no contralateral, e comenta que os pacientes com hemiparesia tornam-se fixos em padrões estereotipados de movimento, exibindo uma perda de flexibilidade e adaptabilidade, além de respostas retardadas e interrupção da coordenação sinergística dos músculos do lado hemiparético, com necessidade de ativar a musculatura proximal antes da distal.

A

B

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É possível que a EEF não tenha causado uma IR efetiva no GM do sujeito do presente estudo, ou até mesmo pode ter ocorrido um efeito contrário ao esperado: o potencial de ação propagado por meio dos motoneurônios pode também ter passado ao longo de axônios colaterais fazendo sinapse com interneurônios inibitórios espinhais chamados células de Renshaw. A ativação antidrômica desses interneurônios, por sua vez, inibe a atividade dos motoneurônios hiperativos agonistas e sinergistas [26]. Desta forma, em vez de facilitar a sinergia entre GM e ST, pode ter havido uma inibição destas vias sinérgicas levando a uma sinergia proximal-distal do membro espástico.

Outra hipótese plausível seria de que, devido à espasticidade, o sujeito faça maior descarga de peso no membro preservado (mesmo tendo sido instruído para distribuir o peso entre as duas pernas) e, portanto, este membro tenha respondido à autoperturbação do equilíbrio com pouco auxílio do membro espástico.

Porém sendo esta pesquisa um estudo de caso, não podemos descartar a possibilidade de um erro de medição ou ainda uma metodologia pouco sensível para detectar as alterações causadas na sinergia de GM e ST pela IR.

São necessários estudos com uma amostra maior de sujeitos a fim de verificar a eficácia da IR por meio da EEF na sinergia de pacientes hemiplégicos, e ainda diferentes metodologias para detectar tal efeito.

4. Conclusão

Pacientes hemiplégicos espásticos pós-AVE apresentam alteração da sinergia distal-proximal no membro espástico durante a manutenção do equilíbrio após uma autoperturbação motora. A EEF é comprovadamente uma ferramenta útil na diminuição da espasticidade de GM por meio da IR, porém existe a possibilidade do efeito antidrômico causado por uma intervenção elétrica inibir determinadas sinergias musculares como a utilizada na estratégia de equilíbrio do tornozelo, dificultando então a manutenção do equilíbrio perturbado.

Portanto são necessários mais estudos, com maiores amostras de sujeitos e diferentes metodologias, a fim de determinar o benefício ou prejuízo causado pela EEF no controle motor destes pacientes.

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