PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Aline de Faria Lemos

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

Aline de Faria Lemos

MODELO BIOMECÂNICO DA MÃO:

Simulação do Comportamento Dinâmico da Mão Humana Durante a Execução do Movimento de Pinça Lateral

Belo Horizonte

2018

Aline de Faria Lemos

MODELO BIOMECÂNICO DA MÃO:

Simulação do Comportamento Dinâmico da Mão Humana Durante a Execução do Movimento de Pinça Lateral

Dissertação apresentada ao Programa de Pós- Graduação em Engenharia Mecânica como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Engenharia Mecânica.

Orientador: Prof. Dr. Claysson Bruno Santos Vimieiro

Coorientadora: Dr

. Patrícia Neto Barroso

Área de concentração: Análise Estrutural e Dinâmica

Belo Horizonte

2018

FICHA CATALOGRÁFICA

Elaborada pela Biblioteca da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais

Lemos, Aline de Faria

L557m Modelo biomecânico da mão: simulação do comportamento dinâmico da mão humana durante a execução do movimento de pinça lateral / Aline de Faria Lemos. Belo Horizonte, 2018.

111 f.: il.

Orientador: Claysson Bruno Santos Vimieiro Coorientadora: Patrícia Neto Barroso

Dissertação (Mestrado) – Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

1. Osteoartrite. 2. Extremidade Superior. 3. Articulações - Anatomia. 4.

Mãos - Biomecânica - Modelos. 5. Mecânica humana I. Vimieiro, Claysson Bruno Santos. II. Barroso, Patrícia Neto. III. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. IV. Título.

CDU: 61:62

Ficha catalográfica elaborada por Fernanda Paim Brito– CRB 6/2999

MODELO BIOMECÂNICO DA MÃO:

Simulação do Comportamento Dinâmico da Mão Humana Durante a Execução do Movimento de Pinça Lateral

Dissertação apresentada ao Programa de Pós- Graduação em Engenharia Mecânica como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Engenharia Mecânica.

Área de concentração: Análise Estrutural e Dinâmica

__________________________________________________________________________________

Prof. Dr. Claysson Bruno Santos Vimieiro (Orientador)

__________________________________________________________________________________

Dra. Patrícia Neto Barroso (Coorientadora)

__________________________________________________________________________________

Prof. Dr. Jánes Landre Júnior (Banca examinadora)

__________________________________________________________________________________

Prof. Dr. Daniel Neves Rocha (Banca examinadora)

Belo Horizonte, 30 de julho de 2018.

O polegar é considerado o dedo mais importante dos hominídeos. Oponente aos demais dígitos, o polegar possibilita que o ser humano execute movimentos de preensão manual, tais como preensão palmar, pinça lateral, pinça trípude e pinça cilíndrica. Esses movimentos são necessários em cerca de 90% das atividades de membro superior de indivíduos saudáveis.

Algumas doenças degenerativas podem comprometer essas habilidades manuais. Dentre elas se destaca a rizartrose, artrose que afeta a articulação trapézio-metacarpiana (ATMC) e, consequentemente, implica na disfunção do polegar. A terapia ortótica é empregada na reabilitação de indivíduos acometidos pela rizartrose. Nela, as órteses promovem a imobilização do membro ou articulação. A efetividade das órteses no tratamento depende de fatores como a utilização da órtese nos períodos indicados pelo terapeuta ocupacional e o projeto adequado da órtese. Atualmente, são empregados modelos biomecânicos no projeto de órteses para estudo da efetividade dos dispositivos. Os modelos traduzem o comportamento fisiológico de órgãos associados aos dispositivos e preveem qual será sua resposta quando expostos à condições pré-determinadas. O teste e estudo de funcionalidade de órteses a partir de modelos biomecânico previne o agravamento de lesões e garante maior eficácia no tratamento ortótico. O presente trabalho é parte integrante de um projeto de órteses voltadas para indivíduos com rizartrose. Trata-se de um modelo biomecânico desenvolvido em ambiente de múltiplos corpos. Ele simula a fisiologia do movimento de pinça lateral a partir da aplicação de torques externos que emulam os efeitos dos esforços exercidos pela musculatura, tendões e ligamentos da mão humana nesse movimento. Os torques variantes no tempo são determinados pela combinação da formulação de Euler Lagrange e das trajetórias angulares das articulações interfalangeana, metacarpofalangeana e ATMC no tempo. A caracterização dessas trajetórias angulares também está inclusa na metodologia adotada, em que sua obtenção utiliza análises in vivo aliadas ao processamento de imagens. A posição angular da ATMC em postura de pinça lateral foi comparada com dados da literatura disponível se mostrou satisfatória. Além disso, a postura de pinça lateral resultante se encontra dentro do padrão fisiológico.

Palavras-chave: Articulação Trapézio-metacarpiana, Modelo Biomecânico, Membro Superior,

Trajetórias das Juntas, Torques Aplicados às Juntas.

The thumb is considered the most important finger of the hominids. Opposing the other digits, the thumb allows the human to perform hand-gripping movements, such as palmar grip, lateral pinch, tripod pinch and cylindrical pinch. These movements are required in approximately 90%

of the upper limb activities of healthy individuals. Some degenerative diseases can compromise these hand skills. Among them, is highlighted the rizartrosis, arthrosis that affects the trapeziometacarpal joint (ATMC) and, consequently, implies in the thumb dysfunction.

Orthotic therapy is used in the rehabilitation of individuals affected by rizartrosis. The orthoses promote the immobilization of the limb or joint. The effectiveness of orthoses on the treatment depends on factors such as the use of orthosis in the periods indicated by the occupational therapist and the proper design of the orthosis. Currently, biomechanical models are used in the design of orthoses to study the effectiveness of the device. The models reflect the physiological behavior of organs associated with the devices and predict what their response will be when exposed to the predetermined conditions. The test and functionality study of the orthosis from biomechanical models prevents the worsening of injuries and guarantees greater effectiveness in the orthotic treatment. The present work is an integral part of an orthotic project aimed at individuals with rizartrosis. It is a biomechanical model developed in a multi-body environment. It simulates the physiology of the lateral pinch movement by applying external torques that emulate the effects of the exertions exerted by the muscles, tendons and ligaments of the human hand in this movement. The time-varying torques are determined by the combination of the Euler Lagrange formulation and the angular trajectories of the interphalangeal, metacarpophalangeal and ATMC joints over time. The characterization of these angular trajectories is also included in the adopted methodology, in which its obtaining uses in vivo analyzes combined with the image processing. The ATMC angular position at lateral pinch position was compared with data from the available literature and it was satisfactory. In addition, the resulting lateral pinch posture is within the physiological pattern.

Keywords: Trapeziometacarpal Joint, Biomechanical Model, Upper Limb, Trajectories of

Joints, Torques Applied to Joints.

ATMC AUSCAN CES-D CM CMC DASH DR IF IFD IFP IM MCF MCF1 MPR MPR4 MPR5 MPR6 MPR7 OAp OAs OP PASS PASS PCS PM1 PM2 SISO TO

Articulação trapézio-metacarpiana

Australian Canadian Osteoarthritis Hand Index Center for epidemiological studies e depression scale Centros de massa

Carpometacarpiana

Disabilities of the arm, shoulder and hand Dorso-radial

Interfalangeana Interfalangeana distal Interfalangeana proximal Intermetacarpiano

Metacarpofalangeana

Metacarpofalangeana do polegar Marcadores passivos reflexivos

Marcador passivo reflexivo lateralmente ao trapézio Marcador passivo reflexivo medialmente ao trapézio

Marcador passivo reflexivo da posições lateral da articulação metacarpofalangeana

Marcador passivo reflexivo da posições medial da articulação metacarpofalangeana

Oblíquo anterior profundo Oblíquo anterior superficial Oblíquo dorsal

Pain anxiety symptoms scale Pain anxiety symptoms scale Pain catastrophizing scale Ponto médio 1

Ponto médio 2

Single Input Single Output

Terapia Ocupacional

Figura 1 - Ossos e juntas que compõem a mão ... 30

Figura 2 – Arcos da mão ... 31

Figura 3 – Pregas da mão: (A) Prega interfalangeana distal; (B) Prega interfalangeana proximal; (C) Prega dígito-palmar; (D) Prega palmar distal; (E) Prega palmar proximal; (F) Prega tenar; (G) Prega do punho ... 31

Figura 4 – Terminologia de diferentes movimentos das mãos. a) Antebraço; b) punho; c) dedos; d) polegar ... 32

Figura 5 – Planos anatômicos da mão. (Z) Plano Transverso; (X) plano Fontal; (Y) plano Sagital ... 33

Figura 6 – Representação esquemática do movimento de uma junta universal ... 34

Figura 7 – Sistema de coordenadas e definição de movimentos das articulações ... 35

Figura 8 – Principais ligamentos da ATMC ... 35

Figura 9 – Taxonomia de garra desenvolvida por Cutkosky ... 36

Figura 10 – Taxonomia de garra modificada ... 37

Figura 11 – Pinças A) lateral; B) trípude; C) cilíndrica ... 38

Figura 12 – Exemplos de diagnóstico dos quatro estágios radiográficos da rizartrose. A) Estágio I; B) estágio II; C) estágio III; D) estágio IV ... 41

Figura 13 – A) Definição dos eixos do sistema de coordenadas local a partir da posição dos marcadores reflexivos; B) rotação da ATMC; C) Sentidos de adução/abdução, flexão/extensão da ATMC ... 42

Figura 14 – Pinça de precisão ... 43

Figura 15 – Modelo de mão desenvolvido por Léon (2013) no OpenGRASP mostrando diferentes posturas finais de garra ... 50

Figura 16 – Simulador realizando a pinça trípode ao obter o sinal de um servidor ... 51

Figura 17 – Dispositivo de reabilitação modelado por Musiolik. A) Protótipo físico, B) Protótipo virtual ... 52

Figura 18 – Numeração das ligações do modelo elaborado por Musiolik ... 53

Figura 19 – Exemplo planar do algoritmo de controle de garra de Buchholtz ... 54

Figura 20 – Modelo biomecânico da mão desenvolvido por Rocha portando órtese ... 55

Figura 21 – Modelo biomecânico da cotovelo desenvolvido por Rocha portando órtese 55 Figura 22 – Modelo biomecânico contendo elementos de força do ligamento de força muscular e um elemento de força de contato ... 56

Figura 23 – Fluxograma de metodologia de obtenção do modelo biomecânico da mão e sua aplicação ... 57

Figura 24 – Modelo gráfico usado como base para execução do projeto ... 59

Figura 25 – Modelo gráfico simplificado, que inclui apenas os corpos pertencentes ao membro superior direito ... 59

Figura 26 – Gráficos das estruturas ósseas apresentam escala reduzida em relação aos gráficos dos tecidos moles da mão ... 60

Figura 27 – Criação da junta rotacional ... 61

Figura 29 – Aquisição de imagem em plano frontal para medição das trajetórias angulares

descritas pelos seguimentos do polegar ... 64

Figura 30 – Aquisição de imagem em plano sagital para medição das trajetórias angulares

descritas pelos seguimentos do indicador ... 65

Figura 31 – Interface do HALCON após a seleção das regiões de interesse e fornecimento

dos ângulos que as marcações fazem com a horizontal ... 66

Figura 32 – Representação das falanges dos dígitos indicador a mínimo na forma de

seguimentos conectados entre si em cadeia aberta ... 67

Figura 33 – Modelo gráfico adaptado utilizado como base para execução do projeto .... 74

Figura 34 – Ampliação do modelo gráfico adaptado para melhor visualização dos corpos

componentes da mão. ... 74

Figura 35 – Postura de pinça lateral obtida a partir das medições de Jahn ... 75

Figura 36 - Postura de pinça obtida por meio do modelo cinemático ... 77

Figura 37 - Trajetórias angulares das articulações do indicador medidas pelo

processamento de imagem e filtradas ... 78

Figura 38 - Trajetórias angulares das articulações do polegar medidas pelo processamento

de imagem e filtradas ... 79

Figura 39 - Torques externos aplicados sobre as juntas do indicador ... 79

Figura 40 - Torques externos aplicados sobre as juntas do polegar ... 80

Figura 41 - Comparação entre resultados de posição angular do indicador obtidas por

processamento de imagem e filtradas (Teórico) e obtidas a partir da aplicação dos torques

externos (MotionView) ... 80

Figura 42 - Comparação entre resultados de posição angular do polegar obtidas por

processamento de imagem e filtradas (Teórico) e obtidas a partir da aplicação dos torques

externos (MotionView) ... 81

Figura 43 - Postura de pinça lateral obtida a partir da aplicação de torques externos ao

modelo dinâmico ... 82

Figura 44 - Exemplos de inserção de órteses rígidas (A) e híbridas (B) ao modelo

biomecânico para estudo da efetividade de órteses híbridas ... 85

Figura 45 - Fluxograma do uso do modelo biomecânico da mão em trabalhos futuros .. 86

Figura 46 - Posição angular da articulação metacarpofalangeana no tempo (Teta1) Médio

... 92

Figura 47 - Posição angular da articulação interfalangeana proximal no tempo (Teta2)

Médio ... 93

Figura 48 - Posição angular da articulação interfalangeana distal no tempo (Teta3) Médio

... 93

Figura 49 - Posição angular da articulação metacarpofalangeana no tempo (Teta1) Anelar

... 94

Figura 50 - Posição angular da articulação interfalangeana proximal no tempo (Teta2)

Anelar ... 94

Figura 51 - Posição angular da articulação interfalangeana distal no tempo (Teta3) Anelar

... 95

Mínimo ... 95

Figura 53 - Posição angular da articulação interfalangeana proximal no tempo (Teta2) Mínimo ... 96

Figura 54 - Posição angular da articulação interfalangeana distal no tempo (Teta3) Mínimo ... 96

Figura 55 - Articulação metacarpofalangeana Médio... 97

Figura 56 - Articulação interfalangeana proximal Médio ... 98

Figura 57 - Articulação interfalangeana distal Médio ... 98

Figura 58 - Articulação metacarpofalangeana Anelar ... 99

Figura 59 - Articulação interfalangeana proximal Anelar ... 99

Figura 60 - Articulação interfalangeana distal Anelar ... 100

Figura 61 - Articulação metacarpofalangeana Mínimo ... 100

Figura 62 - Articulação interfalangeana proximal Mínimo ... 101

Figura 63 - Articulação interfalangeana distal Mínimo ... 101

Figura 64 - Torque externo aplicado à articulação metacarpofalangeana do Médio (torque1) ... 102

Figura 65 - Torque externo aplicado à articulação interfalangeana proximal do Médio (torque2) ... 103

Figura 66 - Torque externo aplicado à articulação interfalangeana distal do Médio (torque3) ... 103

Figura 67 - Torque externo aplicado à articulação metacarpofalangeana do Anelar (torque1) ... 104

Figura 68 - Torque externo aplicado à articulação interfalangeana proximal do Anelar (torque2) ... 104

Figura 69 - Torque externo aplicado à articulação interfalangeana distal do Anelar (torque3) ... 105

Figura 70 - Torque externo aplicado à articulação metacarpofalangeana do Mínimo (torque1) ... 105

Figura 71 - Torque externo aplicado à articulação interfalangeana proximal do Mínimo (torque2) ... 106

Figura 72 - Torque externo aplicado à articulação interfalangeana distal do Mínimo (torque3) ... 106

Figura 73 - Teta 1 Médio ... 107

Figura 74 - Teta 2 Médio ... 107

Figura 75 - Teta 3 Médio ... 108

Figura 76 - Teta 1 Anelar ... 108

Figura 77 - Teta 2 Anelar ... 109

Figura 78 - Teta 3 Anelar ... 109

Figura 79 - Teta 1 Mínimo ... 110

Figura 80 - Teta 2 Mínimo ... 110

Figura 81 - Teta 3 Mínimo ... 111

Tabela 1 – Ângulos máximo e mínimo definidos para cada junta (º) ... 34

Tabela 2 – Principais ligamentos da ATMC e suas funções ... 35

Tabela 3 – Sistema de classificação radiográfica da rizartrose ... 40

Tabela 4 – Variações angulares funcionais da ATMC ... 42

Tabela 5 – Deslocamentos angulares em graus das articulações dos cinco dígitos durante a execução das pinças polpa-a-polpa e pinça lateral (desvios padrões das medições) ... 43

Tabela 6 – Coeficientes dos modelo polinomial desenvolvido por Nataraj ... 45

Tabela 7 – Momentos sobre as articulações dos dígitos durante movimentos de pinça .. 46

Tabela 8 – Momentos sobre as articulações do polegar durante movimentos de pinça .. 46

Tabela 9 – Comprimento das ligações do modelo elaborado por Musiolik ... 52

Tabela 10 – Dados dos seguimentos utilizados no cálculo dos momentos de inércia de massa e torques externos ... 71

Tabela 11 – Elementos associados aos torques externos aplicados ... 71

Tabela 12 - Comprimento das ligações do modelo utilizado no presente trabalho ... 76

Tabela 13 - Valores dos ângulos relativos das juntas antes e após a aplicação dos motions ... 76

Tabela 14 - Comparação em os valores finais das posições angulares relativas das juntas

obtida por processamento de imagem (teórico) e pela aplicação de torques (MotionView)

... 81

1 INTRODUÇÃO ... 25

1.1 Objetivos ... 27

1.1.1 Objetivo geral ... 27

1.1.2 Objetivos específicos ... 27

1.2 Justificativa ... 27

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 29

2.1 Referencial teórico ... 29

2.1.1 Funcionalidade da mão ... 29

2.1.2 Anatomia da mão: terminologia ... 30

2.1.3 Planos anatômicos da mão ... 32

2.1.4 Estrutura articular e funcional dos dígitos ... 33

2.1.5 Função de garra e pinças ... 36

2.1.6 Osteoartrite e rizartrose ... 38

2.2 Estado da arte ... 41

2.2.1 Variações angulares da ATMC ... 41

2.2.2 Órteses para rizartrose ... 46

2.2.3 Modelos dinâmicos ... 49

3 METODOLOGIA ... 57

3.1 modelos geométricos ... 57

3.2 articulações ... 60

3.3 modelo cinemático ... 62

3.4 modelo dinâmico ... 63

3.4.1 Aquisição de imagens do movimento de pinça lateral ... 64

3.4.2 Processamento de imagens para a obtenção das trajetórias no tempo das articulações ... 65

3.4.3 Obtenção dos torques via euler lagrange ... 66

3.4.4 Cálculo de deslocamentos, velocidades e acelerações angulares no tempo ... 68

3.4.5 Determinação dos torques variantes no tempo ... 69

3.4.6 Inserção dos torques para composição do modelo dinâmico. ... 71

3.4.7 Determinação dos torques do polegar ... 72

4 RESULTADOS ... 73

4.1 Modelo geométrico ... 73

4.2 Modelo cinemático ... 74

4.3 Modelo dinâmico ... 77

5 CONCLUSÕES ... 83

6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 85

REFERÊNCIAS ... 87

APÊNDICE A RESPOSTAS GRÁFICAS OBTIDAS PARA OS DÍGITOS MÉDIO, ANELAR E MÍNIMO ... 92

A.1 Trajetórias angulares ... 92

A.1.1 Trajetórias angulares do médio ... 92

A.1.2 Trajetórias angulares do anelar ... 94

A.1.3 Trajetórias angulares do mínimo ... 95

A.2 Velocidades e acelerações angulares ... 97

A.2.2 Velocidades e acelerações angulares do anelar ... 99

A.2.3 Velocidades e acelerações angulares do mínimo ... 100

A.3 Torques externos ... 102

A.3.1 Torques externos do médio ... 102

A.3.2 Torques externos do anelar ... 104

A.3.3 Torques externos do mínimo ... 105

A.4 Comparação entre resultados de posição angular ... 107

A.4.1 Comparação entre resultados de posição angular do médio ... 107

A.4.2 Comparação entre resultados de posição angular do anelar ... 108

A.4.3 Comparação entre resultados de posição angular do mínimo ... 109

1 INTRODUÇÃO

A mão humana surgiu da evolução de um órgão locomotor de seus ancestrais, passando a um órgão habilidoso capaz de realizar tarefas complexas com destreza. Em alguns mamíferos, as palmas dos antebraços são capazes de agarrar objetos. A função de garra, no entanto, é diferenciada em cada espécie e depende da complexidade do movimento palmar e dos dedos.

Os primatas possuem a habilidade manual superior entre os mamíferos. Isso se dá pelo fato de possuírem maiores comprimento e mobilidade individual dos dedos e da palma. A maioria dos primatas possui ainda o polegar que aumenta a possibilidade de movimentos (SCHIEBER, 2014). Os humanos se destacam entre os hominídeos por possuírem um polegar diferenciado.

Oponente aos demais dedos, o polegar do homem é responsável por cerca de 45% de suas atividades manuais (SOUSA, 2015).

Estudos mostram que o polegar humano tem maior representação cortical no giro pós- central que os demais dígitos. A extensa representação do polegar é relativa a um maior número de neurônios ligados à percepção tátil. Essa desproporção na representação somatotópica não é observada nos demais hominídeos (MARTUZZI, 2014). O maior diferencial entre o polegar dos homens e dos demais primatas está na presença da articulação trapézio-metacarpiana (ATMC) em sua base, também denominada carpometacarpiana (CMC). Ela faz do polegar, o único dígito com possibilidade de movimento lateral e rotação (THE LANCET, 1954). A ATMC possibilita a execução precisa e estável de movimentos de preensão multidigital e pinças além de proporcionar vários graus de mobilidade (HAGERT, 2012). Dessa forma, essa junta está sujeita à estresse significativo durante as atividades cotidianas que envolvem movimento manual. Problemas ligados à ATMC estão diretamente relacionados com a disfunção do polegar, impactando as tarefas diárias do indivíduo e atividades laborais. A rizartrose, artrose que atinge a ATMC, é um dos principais fatores incapacitantes das atividades manuais (SOUSA, 2015). Ela promove alterações na articulação, tais como redução da espessura da cartilagem, frouxidão ligamentar e consequente redução da mobilidade do polegar (COLDITZ, 2000; NEUMANN, 2003). Apesar de não ser a artrose de maior ocorrência na mão ela é a que mais incapacita seu uso e a que ocasiona maior intensidade de dor (COIMBRA, 2010;

BIJSTERBOSCH, 2009).

Eaton e Littler propuseram em 1973 a classificação radiográfica da rizartrose e a

reformularam em 1984 (EATON, 1984). A classificação é composta por quatro estágios. Os

estágios III e IV demandam intervenção cirúrgica. Em contrapartida, os estágios I e II são

elegíveis ao tratamento conservador, que abrange controle da dor, exercícios, uso de drogas anti-inflamatórias, injeções de corticoides e tratamento ortótico. Esse último é indicado para imobilização e aumento da estabilidade da ATMC, colaborando na redução da inflamação.

Além disso, a dor é minimizada durante o uso da órtese levando ao aumento da função manual, o que elimina a possibilidade de atrofia muscular (SOUSA, 2015; NEUMANN, 2003; MCKEE, 2004).

Um dos grandes desafios do tratamento conservador é projetar órteses que aliam eficácia no tratamento e adesão do paciente ao seu uso. Segundo os terapeutas, “conforto, eficácia, aparência e conveniência” (MORAN, 2016, tradução nossa) são os fatores que podem influenciar a aderência do paciente ao uso da órtese. Órteses customizadas em material rígido são capazes de estabilizar a articulação quando são corretamente modeladas, o que garante a eficácia do tratamento. No entanto, alguns aspectos, como desconforto e dificuldade em executar atividades que requerem o uso da palma da mão, reduzem o uso diário da órtese por parte dos pacientes (COLDITZ, 2000; BECKER, 2013; MCKEE, 2004). Já as órteses pré- fabricadas em materiais flexíveis garantem o conforto do paciente e, portanto, apresentam maior aceitação (BECKER, 2013; ALGAR, 2014). Em contrapartida, estudos mostram que, a longo prazo, órteses de materiais rígidos são mais eficazes na redução da dor do que aquelas produzidas em materiais flexíveis, já que garantem maior estabilidade e imobilização da articulação (ALGAR, 2014; BANI, 2013). Uma alternativa capaz de aliar conforto e funcionalidade é a confecção de órteses híbridas. Elas são fabricadas em material flexível e contém um componente de material rígido localizado na base do primeiro metacarpo, com a finalidade de promover a imobilização da ATCM. Todavia, até 2013 não havia estudos aprofundados a respeito do impacto de órteses híbridas no tratamento da rizartrose (BANI, 2013).

Os modelos biomecânicos são comumente utilizados na investigação da efetividade de órteses e próteses. Eles traduzem o comportamento fisiológico de órgãos associados aos dispositivos e preveem qual será sua resposta quando expostos à condições pré-determinadas.

Além de garantir a melhor estrutura de projeto, por vezes mais econômica, os modelos podem

apresentar pontos falhos nos dispositivos, que podem implicar em complicação no tratamento

e em novas lesões no portador. Com isso, modelos biomecânicos tem sido empregados nos

projetos como uma ferramenta capaz de auxiliar na avaliação da efetividade de órteses e

próteses (ROCHA, 2011). Dessa forma, o teste e estudo de funcionalidade de órteses e próteses

a partir de modelos biomecânico previne o agravamento de lesões e garante maior eficácia no

tratamento ortótico.

O presente trabalho é destinado desenvolver um modelo biomecânico da mão humana que poderá ser empregado na avaliação da efetividade de órteses para rizartrose. A fim de possibilitar a análise dinâmica de múltiplos corpos, será adotado o software MotionView

como ferramenta computacional. Através dele será desenvolvido um modelo dinâmico da mão humana que emulará o movimento de pinça lateral de um indivíduo assintomático.

1.1 Objetivos

1.1.1 Objetivo geral

Desenvolver um modelo biomecânico da mão humana em software de múltiplos corpos para posterior uso em avaliações in silico da efetividade de órteses funcionais.

1.1.2 Objetivos específicos

 Elaborar um modelo dinâmico da mão humana em múltiplos corpos usando o software Altair MotionView

;

 Simular o comportamento dinâmico da mão humana durante a execução do movimento de pinça lateral;

 Comparar os resultados das simulações com dados levantados na literatura relativos à mobilidade da ATMC em indivíduos assintomáticos;

1.2 Justificativa

A rizartrose é a artrose que mais incapacita o uso da mão e está ligada à grande

intensidade de dor. Ela atinge a articulação trapézio-metacarpiana (ATMC), responsável pela

mobilidade do polegar e por possibilitar cerca de 45% das atividades manuais. O tratamento

ortótico é indicado aos pacientes acometidos pela rizartrose. As órteses permitem mobilidade

manual parcial enquanto imobilizam a articulação sob tratamento (SOUSA, 2015). O seu uso

adequado auxilia na redução da dor e permite que o paciente execute suas atividades diárias e

laborais, eliminando a possibilidade de atrofia muscular. Em síntese, elas aumentam a

qualidade de vida e autonomia dos indivíduos durante o tratamento (MORAN, 2016). Órteses

e próteses estão aliadas ao tratamento e bem estar dos pacientes quando projetadas

adequadamente. O projeto indevido de órteses e próteses pode acarretar na piora do quadro dos

usuários e na não eficácia do tratamento. O uso de modelos biomecânicos no esboço de órtese

é capaz de fornecer informações sobre possíveis erros no tratamento, se tornando uma

ferramenta imprescindível no projeto (ROCHA, 2011). O presente trabalho é destinado

desenvolver um modelo biomecânico da mão humana que poderá ser empregado na avaliação

da efetividade de órteses para esse membro superior.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Nesse capítulo são apresentados o embasamento teórico da pesquisa seguido de parte da produção acadêmica e científica em torno da presente trabalho. Ambos são apresentados nos tópicos Referencial Teórico e Estado da Arte.

2.1 Referencial teórico

Esse tópico apresenta conceitos ligados ao presente trabalho necessários ao entendimento da linha de pesquisa. São eles: funcionalidade da mão, anatomia da mão, planos anatômicos da mão, estrutura articular e funcional dos dígitos, função de garra e pinças, osteoartrite e rizartrose.

2.1.1 Funcionalidade da mão

A mão humana e sua capacidade de manipular objetos com destreza são marcos da evolução humana. É através dela que grande parte das iterações humanas mecânicas com o mundo acontecem. Ela é capaz de realizar tarefas mecânicas que vão desde o uso de força elevada à funções que exigem delicadeza e precisão (LÉON, 2013). A versatilidade da mão é possível pela complexidade de sua estrutura e de seu controle refinado. 27 ossos fazem parte de sua constituição (BARROSO, 2010), além de seu sistema ligamentar, função muscular, tendões, propriedades sensoriais da pele, e rede nervosa, que possibilitam a execução de seus 23 graus de liberdade de movimento e o movimento individual de cada dedo (LÉON, 2013).

A caracterização da função de garra e manipulação de objetos é uma necessidade para

o estudo de patologias que influenciam no funcionamento da mão. Entre elas está a rizartrose,

artrose que acomete a articulação trapézio-metacarpiana, localizada na base do polegar. Ela que

não é a artrose de maior ocorrência na mão, mas é a mais relacionada com a dor e incapacidade

dos movimentos manuais (DAHAGHIN, 2004). Devido ao crescimento de expectativa de vida

da população mundial, os casos de artrose aumentaram e ela tende a ser a quarta causa de

incapacidade no mundo até 2020 (KINGSBURY, 2014).

2.1.2 Anatomia da mão: terminologia

O esqueleto da mão é constituído por 27 ossos (Figura 1), que são divididos em 3 grupos:

14 falanges, 8 ossos do carpo e 5 metacarpos. Há 2 falanges (proximal e distal) no polegar e 3 falanges (proximal, medial e distal) nos demais dedos, indicador, médio, anular e mínimo. As falanges proximais são articuladas com os ossos metacarpiais. Os ossos carpais são enfileirados em dois seguimentos. Um deles é articulado com ulna e rádio, proximal, e o outro é articulado com os metacarpos, distal. Há três articulações no polegar: carpometacarpiana (CMC) ou trapézio-metacarpiana (ATMC), metacarpofalangeana (MCF) e interfalangeana (IF). Os outros dedos apresentam quatro articulações: CMC, MCF, interfalangial proximal (IFP) e interfalangeana distal (IFD) (BARROSO, 2010; LÉON, 2013).

Figura 1 - Ossos e juntas que compõem a mão

Fonte: Léon et. al. (2013, p. 129, modificada).

A estrutura da mão permite que ela forme três arcos principais (Figura 2), conferindo a

ela o aspecto de cúpula de concavidade palmar. Os ossos do carpo, que são firmemente

acoplados, formam o arco transverso proximal. Os ossos metacarpais formam o arco transverso

distal devido a sua grande mobilidade. Os metacarpos e falanges formam em conjunto o arco

longitudinal. Os movimentos dos arcos transverso distal e longitudinal permitem que a palma

da mão se acomode em torno de objetos para agarrá-lo, que ela apresente formato plano para

função de preensão ou que ela assuma formato côncavo (FERRIGNO, 2007).

As unhas são empregadas no aumento da resistência das pontas dos dedos durante os movimentos de preensão. A pele é também um elemento que contribui para os possíveis movimentos da mão. A pele do dorso é elástica, permitindo o fechamento da mão. A palma das mãos é espessa e elástica, possibilitando a aderência sem deslizamento. As pregas das mãos (Figura 3) evidenciam estruturas importantes, como as articulações, e possibilitam os movimentos das mãos (FERRIGNO, 2007).

Figura 2 – Arcos da mão

Fonte: Ferrigno (2007, p. 42).

Figura 3 – Pregas da mão: (A) Prega interfalangeana distal; (B) Prega interfalangeana proximal; (C) Prega dígito-palmar; (D) Prega palmar distal; (E) Prega palmar

proximal; (F) Prega tenar; (G) Prega do punho

Fonte: Ferrigno (2007,, p. 43).

Os músculos responsáveis pela movimentação dos dedos são divididos em dois grupos:

extrínsecos e intrínsecos. Os músculos extrínsecos se originam no antebraço, enquanto os

intrínsecos tem origem na mão. Músculos extrínsecos podem ser flexores ou extensores, encontrados no antebraço anterior (ventral) e posterior (dorsal), respectivamente. Ambos estão inseridos nos ossos do carpo, metacarpo e falanges. Os músculos intrínsecos são subdivididos em tenar, hipotenar e interósseos. Os possíveis movimentos da mão e sua terminologia são apresentados na Figura 4 (BARROSO, 2010; LÉON, 2013).

2.1.3 Planos anatômicos da mão

Há três planos perpendiculares (Figura 5) que dividem os corpos, sendo eles: sagital, frontal e transverso. O primeiro separa o corpo em lados direito e esquerdo do corpo e o segundo em frente (parte anterior) e costas (parte posterior). O terceiro, também conhecido como plano de seção reta ou horizontal, divide o corpo em parte superior (acima) e parte inferior (abaixo) (TORTORA & GRABWSKI, 2002).

Figura 4 – Terminologia de diferentes movimentos das mãos. a) Antebraço; b) punho; c) dedos; d) polegar

(A) (B)

(D)

Fonte: Léon (2013, p.130, tradução nossa).

Figura 5 – Planos anatômicos da mão. (Z) Plano Transverso; (X) plano Fontal; (Y) plano Sagital

Fonte: Barroso (2015, p. 175).

2.1.4 Estrutura articular e funcional dos dígitos

A articulação interfalangeana, assim como interfalangeana distal e proximal, é uma articulação troclear, similar à dobradiça, e possui um grau de liberdade (DOF). Ela permite apenas rotação em torno de um eixo e, portanto, apenas os movimentos de flexão/extensão. Por outro lado, as articulações metacarpofalangeana de todos os dedos é codilhar, possui extremidade côncava em contato com outra convexa. Sua arquitetura permite os movimentos de flexão/extensão e adução/abdução, dois DOF (LÉON, 2013).

Diferente dos demais dedos, o polegar se movimenta em três dimensões. Ele é composto por três articulações: trapézio-metacarpiana (ATMC), interfalangeana (IF) e metacarpofalangeana (MCF). Sua estrutura mecânica é mais complexa que dos demais dígitos devido à presença da ATMC em sua base. Ela é situada entre os ossos trapézio e primeiro metacarpo e possui dois DOF, viabilizando os movimentos de flexão/extensão e abdução/adução. Os movimentos de extensão/flexão da ATMC ocorrem no eixo do osso trapézio, enquanto os movimentos de adução/abdução ocorrem no eixo do primeiro metacarpo.

Essa articulação tem forma de sela, bicôncava-biconvexa. As superfícies do trapézio e

metacarpo formam um mecanismo com possibilidades de movimentos semelhantes à uma junta

universal (Figura 6). As possibilidades de movimento garantidas pela ATMC e pela articulação

MCF permitem ao polegar os movimentos de rotação, abdução/adução e flexão/extensão, o que

possibilita o movimento de oposição do polegar em relação aos demais dedos. (COIMBRA,

2010; BARROSO, 2010; SANTELLO, 2014; LÉON, 2013).

Figura 6 – Representação esquemática do movimento de uma junta universal

Fonte: Kapandji (1980, adaptado de Goubier, 2007).

Léon et. al. sintetizou os estudos de An et. al., Buchholz et. al. e Hollister et. al. e elaborou a Tabela 1, que contém os ângulos máximos e mínimos de rotação das juntas de cada dígito. A Figura 7 ilustra os sentidos possíveis de movimentos e sistema de coordenadas local adotados na análise que gerou os resultados presentes na Tabela 1 (LÉON, 2013).

Tabela 1 – Ângulos máximo e mínimo definidos para cada junta (º)

Dedos CMC CMC MCF MCF IFP IFD

Flex. Abd. Flex. Abd. Flex. Flex.

− + − + − + − + − + − +

Polegar −25 35 −30 60 −10 80 −30 60 −15 80 – –

Indicador – – – – 0 90 −15 42 0 100 −10 90

Médio – – – – 0 90 −8 35 0 100 −10 90

Anular 0 15 – – 0 90 −20 14 0 100 −20 90

Mínimo 0 30 – – 0 90 −40 19 0 100 −30 90

Fonte: Léon (2013, p. 133, tradução nossa).

A oposição do polegar é um marco da evolução humana e possibilita ao homem os movimentos de pinça e preensão. A precisão das pinças e força de preensão são usadas em larga escala nas atividades de vida diárias. Alterações e disfunções da ATMC afetam o movimento do polegar, sua habilidade de oposição, força e precisão e, como consequência, a capacidade de realização das atividades diárias (BARROSO, 2010).

A limitação do movimento de translação da base do polegar é exclusiva do suporte

ligamentar. A reduzida estabilidade óssea é o que permite a vasta amplitude de movimento do

polegar. Com isso, a limitação do movimento de translação da base do polegar é exclusiva do

suporte ligamentar (COIMBRA, 2010). A Figura 8 apresenta os principais dos 16 ligamentos

presentes nessa articulação e a Tabela 2 destaca os 5 principais ligamentos e suas respectivas funções.

Figura 7 – Sistema de coordenadas e definição de movimentos das articulações

Fonte: Léon (2013, p. 132, modificada).

Figura 8 – Principais ligamentos da ATMC

Fonte: Coimbra (2010).

Tabela 2 – Principais ligamentos da ATMC e suas funções

Ligamento Função

Oblíquo anterior profundo - OAp Principal estabilizador. Impede translação dorsal Oblíquo anterior superficial - OAs Ajuda a limitar a sublaxação volar

Oblíquo dorsal - OP Ajuda a limitar a sublaxação dorsal

Intermetacarpiano - IM Estabiliza o metacarpo durante a translação volar Dorso-radial - DR Limita a sublaxação dorsal

Fonte: Coimbra (2010).

2.1.5 Função de garra e pinças

Schlesinger foi o primeiro a projetar uma grande organização das funções humanas de garra, em 1919. As categorias básicas foram: cilíndrica, ponta, gancho, palmar, esférica e lateral. O modelo de Schlesinger considerava o formato dos objetos manipulados pelo homem.

Em 1956 Napier desenvolveu uma nova forma de classificação, considerando formato dos objetos e a precisão necessária em sua manipulação. Observando maquinistas profissionais, Cutkosky forneceu, em 1989, uma classificação ainda mais detalhada dos movimentos de garra executados pelo homem baseada nas tarefas de fabricação. A Figura 9 apresenta a árvore de taxonomia de Cutkosky dividida primeiramente em força e precisão e posteriormente quanto ao formato do objeto (DOLLAR, 2014).

Figura 9 – Taxonomia de garra desenvolvida por Cutkosky

Fonte: Dollar (2014, p. 205, tradução nossa).

Estudos recentes separaram as funções de garra em formato mais detalhado, apresentado pela Figura 10 Nela as funções são separadas por força, precisão e sub-classificadas pelas posições do polegar, abdução e adução (DOLLAR, 2014).

Figura 10 – Taxonomia de garra modificada

Fonte: Dollar (2014, p. 206, tradução nossa).

As piças exigem grande precisão e estabilidade da ATMC, uma vez que ela determina

a abertura do primeiro espaço interdigital, relacionado à abertura e fechamento da mão. As mais

utilizadas na execução das atividades diárias são a garra, lateral, trípude, cilíndrica e polpa-a-

polpa. A piça em garra é empregada para carregar objetos pelas alças. A pinça polpa-a-polpa é

comumente usada para segurar objetos entre as polpas dos dedos. A pinça trípude é constituída

pelo união das poupas dos dedos médio, indicador e polegar. Ela é usada na manipulação de

objetos finos é caracterizada pela rotação do polegar e é usada nas atividades que exigem a

preensão de objetos pelos três dedos, como a atividade de escrita. Na pinça lateral, a polpa do

polegar se move em direção à face radial do dedo indicador. Esse movimento implica na

extensão das articulações IF e MCF, enquanto a ATMC está sob abdução e adução simultaneamente. A pinça cilíndrica é a mais usada na preensão de objetos e é empregada em atividades que exigem maior aplicação de forças, como na manipulação de ferramentas, por exemplo. Ela mantém a maioria das articulações em flexão para envolver o objeto manipulado entre os dedos e a ATMC sofre rotação. A Figura 11 apresenta as pinças lateral, trípude e cilíndrica.

Figura 11 – Pinças A) lateral; B) trípude; C) cilíndrica

(A) (B) (C)

Fonte: Jahn (2013, adaptada) e Barroso (2010, p. 34 e 35, adaptada)

2.1.6 Osteoartrite e rizartrose

A osteoartrite, também denominada artrose, é uma afecção musculoesquelética que afeta as articulações (DAHAGHIN, 2005). Ela é a mais comum entre as artrites e afeta principalmente indivíduos com idade avançada. Com o crescimento de expectativa de vida da população mundial, a artrose tende a ser a quarta maior causa de incapacidade no mundo até 2020 (KINGSBURY, 2014; KJEKEN, 2016; SCHEEPERS, 2008).

Os principais sintomas da patologia são dor nas articulações, deficiência funcional e dificuldades ao executar atividades que envolvem a articulação afetada. Há redução na qualidade de vida relacionada aos níveis de dor e consequente disfunção articular. A osteoartrite está também ligada à um considerável custo econômico, envolvendo ausência de trabalho, custos médicos e serviços sociais. Dessa forma, ela tem grande impacto sobre o status de saúde e produtividade. O ensaio randomizado realizado por Kingsbury et. al. demonstrou que o impacto econômico é similar nos variados países europeus que foram incluídos no estudo.

(KINGSBURY, 2014).

O osteoartrite da mão está entre as mais comuns. Ela pode ocorrer em uma ou múltiplas

articulações. O ensaio randomizado de Dahaghin et. al. demonstrou que a artrose da articulação

interfalangeana distal é mais incidente. No entanto, a osteoartrite que denota maiores níveis de dor é a que afeta a ATMC (DAHAGHIN, 2004). Essa articulação é a responsável pelo movimento de oposição do polegar aos demais dedos, e, consequentemente, possibilita cerca de 45% dos movimentos da mão (SOUZA, 2015). Por consequência, essa forma de artrose, denominada rizartrose, é a que mais afeta a funcionalidade da mão.

A integridade do suporte ligamentar da articulação está relacionada ao início da rizartrose. Quando o suporte é insuficiente durante os movimentos do polegar, a membrana sinovial sofre inflamação (sinovite) e, posteriormente, ocorre desgaste da cartilagem fazendo com que o metacarpo e o trapézio se separem. A gravidade da artrose é proporcional à área de ligamento separada. Há formação de osteófitos para aumento da área de contato. (COIMBRA, 2010).

Podendo ser bilateral, a rizartrose tem prevalência ampliada com a idade e afeta mais os pacientes do sexo feminino, numa proporção de 6 para 1. Cerca 1/3 das pacientes se encontram no período pós-menopausa. A etiologia é desconhecida, mas alguns fatores parecem contribuir para o aparecimento da rizartrose, como anotômico, hereditário, hormonal. Até 2010 não havia trabalhos que associassem com movimentos repetitivos (COIMBRA, 2010; SCHEEPERS, 2008).

Entre os métodos de diagnóstico e avaliação da patologia estão o índice AUSCAN, avaliação radiográfica e clínica (SCHEEPERS, 2008; ALLEN, 2007; DAHAGHIN, 2005). O diagnóstico clínico é feito através da análise da dor, edema, instabilidade da articulação e presença de subluxação, osteófitos, defirmadades na adução e função física (COIMBRA, 2010;

SCHEEPERS, 2008, KJEKEN, 2016).

O Índice AUSCAN (Australian Canadian Osteoarthritis Hand Index) LK 3.01 é um índice de avaliação da osteoartrite na mão através do auto-relato dos pacientes. Trata-se de um questionário contendo quinze questões, escalonadas em cinco pontos, que abordam a dor, rigidez e função das articulação afetada (SCHEEPERS, 2008). Allen et. al. validou o índice AUSCAN através de um estudo populacional em que 1730 participantes preencheram o questionário. O resultado obtido foi comparado com as avaliações radiográfica e clínica dos participantes e comprovou sua eficácia no diagnóstico da afecção. (ALLEN, 2007).

A avaliação radiográfica é feita a partir de radiografias nos três planos da articulação

para confirmar o diagnóstico clínico (COIMBRA, 2010). A classificação radiográfica da

rizartrose foi proposta em 1973 por Eaton e Litter. Ela subdivide a doença em quatro estágios

(Tabela 3, Figura 12) (EATON, 1984). A avaliação radiográfica analisa a presença de

osteófitos, formato e estreitamento do espaço articular (SCHEEPERS, 2008).

Tabela 3 – Sistema de classificação radiográfica da rizartrose

Estágio Critérios Radiológicos

I Contornos articulares normais: pode existir alargamento da interlinha articular secundário à laxidez ou derrame articular

II Estreitamento ligeiro da interlinha articular. Corpos livres ou esteófitos < 2mm;

articulação normal III

Marcadas alterações degenerativas com ausência de interlinha articular, geodes, esclerose e osteófitos > 2mm; grau variável de suluxação; articulação trapezioescafoidea normal

IV Semelhante ao estágio III, mas com alteração degenerativa da articulação trapezioescafoidea

Fonte: Coimbra (2010).

Nem sempre os sintomas correspondem ao diagnóstico radiográfico. Nesses casos, a dor e perda de função são indicativos da necessidade de tratamento (KJEKEN, 2016).

O tratamento da rizartrose disponíveis se dividem em conservador e cirúrgico. O tratamento conservador inclui medicação com anti-inflamatórios e corticoesteróides, repouso, imobilização, fisioterapia, uso de órteses, entre outros. O tratamento ortótico é recomendado nos estágios I e II da rizartrose. No entanto, o uso de órteses para a imobilização é igualmente eficaz em todos os estágios de tratamento na redução da inflamação. Todavia, não soluciona todos os sintomas da rizartrose (COIMBRA, 2010; SOUZA, 2015; KJEKEN, 2016).

O tratamento cirúrgico é indicado para os estágios III e IV, mas pode ocorrer nos

estágios iniciais da rizartrose. Alguns dos critérios de eleição ao tratamento cirúrgico são dor

de grande intensidade e interferência da doença nas atividades diárias do paciente. O tipo de

intervenção depende ainda da idade e estágio radiográfico da rizartrose. Exemplos de

tratamento são a reconstrução ligamentar, artroscopia, osteostomia, trapezectomia, artroplastia

e artrodese. A escolha do tratamento não depende apenas do estágio radiográfico da rizartrose,

mas também de particularidades do paciente, como faixa etária, sexo e grau de atividade. O

tratamento conservador sempre deve ser a primeira intervenção, seguido de cirurgia se houver

necessidade (COIMBRA, 2010; SOUZA, 2015).

Figura 12 – Exemplos de diagnóstico dos quatro estágios radiográficos da rizartrose. A) Estágio I; B) estágio II; C) estágio III; D) estágio IV

(A) (B)

(C) (D)

Fonte: Eaton (1984)

2.2 Estado da arte

Esse tópico mapeia parte do estado da produção científica sobre os temas abordados no presente trabalho, sendo eles: variações angulares da ATMC, órteses para rizartrose e modelos dinâmicos.

2.2.1 Variações angulares da ATMC

Barroso et. al., 2007, desenvolveu uma metodologia de análise das variações angulares

funcionais da ATMC. A variação é analisada durante a execução dos movimentos de pinça

trípude, lateral e cilíndrica. A autora afirma em seu trabalho que esses movimentos

correspondem à 90% das atividades diárias da população estudada. O ensaio in vivo usou a

esterofotogrametria como forma de medição e contou com a participação de 30 indivíduos

assintomáticos. Para análise dos ângulos de abdução/adução, flexão/extensão e rotação da

ATMC foi definido um sistema de coordenadas local em relação aos marcadores passivos

reflexívos (MPRs) posicionados para medição (Figura 13-A). O ponto médio (PM1) entre os

marcadores situados lateral (MPR4) e medialemnte (MPR5) ao trapézio define a origem do

sistema de eixos cartesianos. O eixo x está na direção do seguimento rádio-trapézio. A direção do eixo z é adotada pelo seguimento entre MPR4 e MPR5 e está a 90º do eixo x. O eixo y é perpendicular aos eixos x e y. Um vetor V1 liga as articulações trapézio-metacarpiana (ponto médio entre MPR4 e MPR5) e o ponto médio (PM2) entre os marcadores posicionados nas posições lateral (MPR6) e medial (MPR7) da articulação metacarpofalângeana (Figura 13-A).

O ângulo entre V1 e o plano zx é a variação do movimento de abdução/adução e o ângulo de flexão/extensão é medido entre V1 e o plano xy. O movimento de abdução/adução, pode ainda ser entendido como a rotação em torno da reta que liga MPR4 a MPR5. A rotação da articulação é definida como o ângulo entre o plano que contém os pontos MPR4, MPR5 e PM2 e o vetor MPR6-MPR7 (Figura 13-B) (BARROSO, 2007). A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos pela autora.

Jahn et. al., 2013, usou captura de movimentos por vídeo (Video Motion Capture, VMC) para medição angular in vivo dos deslocamentos das juntas dos cinco dígitos da mão durante a execução das pinças lateral e polpa-a-polpa. O universo amostral consiste em quatro indivíduos assintomáticos. Os resultados obtidos foram satisfatórios e coincidiram com dados normativos goniométricos. Os resultados obtidos na pesquisa estão presentes na Tabela 5.

Figura 13 – A) Definição dos eixos do sistema de coordenadas local a partir da posição dos marcadores reflexivos; B) rotação da ATMC; C) Sentidos de adução/abdução,

flexão/extensão da ATMC

(A) (B) (C)

Fonte: Barroso (2007, p. 27 e 33, adaptada).

Tabela 4 – Variações angulares funcionais da ATMC Abdução/adução Flexão/extensão Rotação Pinça lateral 10,2 ± 4,5° 5,7 ± 4,0° 6,7 ± 3,6°

Pinça trípude 10,4 ± 4,6° 4,5 ± 2,4° 6,7 ± 3,7°

Pinça cilíndrica 8,0 ± 3,9° 4,7 ± 1,9° 7,1 ± 4,0°

Fonte: Criado pela autora com dados extraídos de Barroso (2007, p. 47-50).

Tabela 5 – Deslocamentos angulares em graus das articulações dos cinco dígitos durante a execução das pinças polpa-a-polpa e pinça lateral (desvios padrões das medições)

Pinça polpa-a-polpa Pinça lateral Dígito 1 Dígitos 2-5 Dígito 1 Dígitos 2-5

CMC flexão 16,0 (8,7) 12,9 (4,1)

CMC abdução 13,8 (17,1) 22,9 (7,8)

MCF flexão 11,1 (3,8) 38,7 (1,6) 17,9 (4,3) 48,5 (7,1) IFP flexão 23,0 (20,2) 25,7 (15,3) 45,5 (18,8) 72,6 (9,4)

IFD flexão 11,8 (4,0) 35,5 (9,2)

Fonte: Criado pela autora com dados extraídos de Jahn (2013).

Nataraj et. al., 2014, determinou as relações entre os momentos e ângulos das juntas com a abertura de pinça na postura de pinça de precisão, ilustrada na Figura 14. A relação é dada na forma de polinômios de segundo grau em que a variável independente é dada pela abertura da pinça (distância entre as extremidades das falanges distais do polegar e indicador) e a variável dependente é momento sobre a articulação ou deslocamento angulação da junta. A Tabela 6 apresenta os coeficientes dos polinômios, que é genericamente representado pela Equação 1. A pesquisa in vivo utilizou 13 indivíduos assintomáticos para obtenção de dados (NATARAJ, 2014).

𝑦 = 𝑝

𝑥

+ 𝑝

𝑥 + 𝑝

(1) Figura 14 – Pinça de precisão

Fonte: Nataraj (2014).

Dumbleton, 1981, apresenta em seu livro tabelas contendo os esforços médios sobre as

articulações dos dígitos polegar, indicador, médio e mínimo durante a execução de pinças de

precisão, lateral, ulnar e garra. As Tabelas 7 e 8 mostram os resultados publicados por Chao,

1976 e Steindler, 1973, respectivamente. Steindler calculou os esforços sobre as articulações

do polegar sobre as pinças. Chao et. al., a partir de um experimento ex vivo, determinou os

momentos médios aproximados em cada junta durante a execução das pinças. Os momentos

foram determinados analiticamente para os dedos indicador, médio e mínimo. O polegar foi

desconsiderado na pesquisa devido ao elevado número de variáveis associadas à ele, o que

tornava o sistema de equações indeterminado (DUMBLETON, 1981).

Tabela 6 – Coeficientes dos modelo polinomial desenvolvido por Nataraj

Saída Observada

Junta do dígito e DOF (P-polegar, I-indicador)

Ângulo médio da junta (º) Faixa de ângulo da junta (º) Momento médio normalizado da junta (N-cm/N)

Faixa de momento normalizado da junta (N-cm/N)

p 2 p 1 p 0 p 2 p 1 p 0 p 2 p 1 p 0 p 2 p 1 p 0

P-CMC Flex. 0.034±0.28 0.057±1.6 52±7 0.00±0.22 −0.06±1.5 2.1±2.3 −1.9±1.1 15±10 −38±24 2.5±1.4 −20±13 50±31 P-CMC Abd. 0.49±0.67 −2.7±5.2 15±8 −0.13±0.38 0.51±2.2 8.6±3.3 0.0±0.13 0.4±1.1 −2.1±2.8 0.12±0.10 −1.0±0.8 2.7±2.0 P-CMC Rot. 0.26±0.36 −2.3±2.8 102±13 −0.21±0.35 1.7±2.6 4.2±3.8 1.4±0.27 −11±2.9 28±7 1.9±0.3 −15±4 37±10 P-MCP Flex. 0.02±0.38 −0.63±3.2 −6.3±11 0.01±0.27 0.03±1.8 2.6±2.7 −0.9±0.5 7.5±4.8 −17±12 1.2±0.7 −9.9±6.3 24±15 P-MCP Abd. 0.00±0.48 0.40±3.5 −0.41±8 0.02±0.21 0.23±1.4 1.8±2.5 0.4±0.3 −3.3±2.2 7.3±5.4 0.5±0.4 −4.4±2.9 11±6.8 P-IP Flex. 0.12±0.84 −0.53±5.7 −3.4±14 0.00±0.47 0.25±2.8 4.0±3.6 −1.0±0.5 8.3±4.4 −20±11 1.4±0.7 −11±6 27±14 Média abs.

polegar

0.40±0.41 2.9±2.8 33±36 0.25±0.22 1.7±1.4 4.0±3.6 0.95±0.80 7.8±6.9 19±17 1.3±1.1 10±9 25±22

I-MCP Flex. −0.12±0.65 1.7±3.9 38±8 0.29±0.58 −1.7±4.2 21±8.8 0.13±0.10 −1.1±0.84 6.0±1.8 0.11±0.10 −0.96±0.84 2.6±1.9 I-MCP Abd. −0.25±0.78 2.8±5.1 −20±15 −0.23±0.56 2.1±3.3 4.5±5.4 0.07±0.05 −0.57±0.37 2.5±1.0 0.10±0.07 −0.80±0.60 1.9±1.2 I-PIP Flex. −0.20±1.1 0.01±5.8 25±9 0.05±0.64 0.4±3.5 4.8±5.4 0.15±0.06 −1.2±0.54 4.5±1.2 0.08±0.10 −0.77±0.86 2.2±1.9 I-DIP Flex. 0.53±0.71 −3.4±4.3 15±8 0.01±0.64 −0.02±4.3 4.6±5.8 0.03±0.04 −0.26±0.22 0.76±0.41 0.02±0.02 −0.23±0.20 0.8±0.5 Média abs.

indicador 0.67±0.54 4.2±3.1 25±13 0.47±0.40 3.1±2.4 9.0±9.0 0.10±0.07 0.84±0.61 3.4±2.3 0.09±0.08 0.73±0.67 1.9±1.6

Fonte: Nataraj (2014, adaptada e tradução nossa).

Tabela 7 – Momentos sobre as articulações dos dígitos durante movimentos de pinça

Dígito Função

Momento de restrição na junta (N.mm)

IFD IFP MCF

Mx My Mx My Mx

Indicador Pinça -0,72 1,71 -5,73 1,81 -52,32

Garra 1,32 -0,64 3,06 0,33 -61,44

Médio Pinça -0,45 1,5 -3,11 3,04 -9,75

Garra 0 0 -2,87 1,26 5,48

Mínimo Pinça -1,62 3 -3,94 3,26 2,32

Garra -0,21 1,1 -0,33 1,08 10,29

Fonte: Chao (1976, tradução nossa).

Tabela 8 – Momentos sobre as articulações do polegar durante movimentos de pinça Função Momento de restrição na junta

IF MCF ATMC

Pinça 2,41-3,45 4,68-6,61 9,33-13,40 Garra 13,9-23,6 57,8-71,1 85,4-164,2

Fonte: Steindler (1973, tradução nossa).

2.2.2 Órteses para rizartrose

Kjeken et. al., 2016, desenvolveu um protocolo de ensaio aleatório para estudo do efeito

da terapia ocupacional na redução da necessidade de cirurgia de pacientes afetados pela

rizartrose. O protocolo ainda está em fase de implantação e não há resultados publicados. Em

sua revisão da literatura sobre cirurgias voltadas para rizartrose, concluiu que pacientes

submetidos a trapeziectomia podem apresentar efeitos adversos, como sensibilidade à cicatriz,

ruptura do tendão, mudanças sensoriais, entre outros efeitos. As demais cirurgias para

tratamento da rizartrose podem também apresentar efeitos indesejáveis ao paciente. O autor

chama a atenção à estudos sobre o efeito do tratamento convencional da rizartrose. Nos estudos

in vivo realizados até a data constatou-se que a terapia ocupacional reduz a necessidade de

intervenção cirúrgica. Exemplo disso é o estudo de caso realizado por Berggren et. al., em que

33 pacientes portadores da rizartrose em fila de espera para intervenção cirúrgica foram

submetidos ao tratamento ortótico. Após 7 meses de uso das órteses, 23 indivíduos da população

estudada foram dispensados do tratamento cirúrgico (KJEKEN, 2016).

Souza et. al., 2015, documentou os diferenças do uso de órteses dorsal e ventral no tratamento da rizartrose. Foi realizado um estudo de caso único de duas fases sobre dois pacientes do sexo feminino portadores de rizartrose estágio II, diagnosticadas clínica e radiologicamente. A duas fases tiveram duração de quatro e seis semanas e consistiram em tratamento de Terapia Ocupacional tradicional e Terapia Ocupacional tradicional acrescido de tratamento ortótico. O uso da órtese ventral levou a um aumento nas forças de preensão e pinças trípode e polpa-a-polpa e redução na força de pinça lateral. A órtese dorsal levou à diminuição das forças de pinça, sem interferência na força de preensão (SOUZA, 2015).

Moran et. al., 2016, realizou um estudo qualitativo sobre a eficácia do tratamento ortótico para indivíduos portadores de rizartrose. O foco do estudo foi a identificação dos fatores que influenciam a aderência do cliente ao uso das órteses. Na pesquisa, analisaram formulários contendo 16 questões a respeito das órteses usadas pelos indivíduos entrevistados.

Foram observadas diferenças e semelhanças nos pontos de vista dos pacientes. O autor afirma, a partir de sua análise da bibliografia, que o opinião geral dos terapeutas ocupacionais é de que

“conforto, eficácia, aparência e conveniência” (MORAN, 2016, tradução nossa) são fatores determinantes para a aceitação do uso das órteses. Os resultados do estudo mostraram que os fatores citados realmente influência na preferência do paciente pelo uso da órtese. “Status de emprego, passatempos e estilo de vida” (MORAN, 2016, tradução nossa) são também fatores que interferem na aceitação do cliente. O autor conclui que os terapeutas recomendam órteses que estabilizarão a ATCM. Todavia, é o uso da órtese, dependente da aderência do paciente, que determina sua eficácia. Se levados em consideração, os fatores citados melhorarão a aderência dos pacientes e portanto, trarão melhores resultados no tratamento (MORAN, 2016).

Becker et. al., 2013, implementou um estudo aleatório comparativo do uso de órteses

pré-fabricadas em neoprene

e customizadas em termoplástico no tratamento da rizartrose. O

estudo partiu do pressuposto que ambas as órteses teriam efeitos semelhantes sobre os pacientes

em relação à dor, incapacidade e satisfação com a órtese dentro de um período de uso de 5 a 15

semanas. Os critérios de inclusão compreenderam: idade superior à 18 anos, diagnóstico clínico

de rizartrose e indivíduos não cirurgicamente tratados para correção da rizartrose. Não houve

análise de diagnóstico radiológico na seleção da população. Os paciente foram aconselhados a

usar a órtese nas atividades diárias que provocassem dor na articulação e durante a noite. Outros

métodos para redução de sintomas não foram proibidos no período observado. A escolha da

órtese usada por cada paciente foi aleatória e eles poderiam optar pela troca de órteses. Após 5

a 15 semanas os indivíduos deveriam retornar para encerramento do estudo. Ao início e final

do estudo os pacientes preencheram os questionários Disabilities of the Arm, Shoulder and Hand (DASH), Pain Anxiety Symptoms Scale (PASS), e Pain Catastrophizing Scale (PCS), Center for Epidemiological Studies e Depression Scale (CES-D) e Whiteley Index. Além de responder questões sobre satisfação com o uso da órtese, alívio da dor, eficiência da órtese no auxílio às atividades diárias e conforto. De 122 participantes elegidos apenas 62 completaram o estudo. Desses, 32 usaram órtese de neoprene

e 30 de termoplástico. Os resultados mostraram diferenças significativas apenas no quesito conforto. O autor concluiu pelo estudo realizado que não se pode afirmar que há vantagens clínicas significativas de uma órtese sobre outra (BECKER, 2013).

Bani et. al., 2013 projetou uma órtese customizada em neoprene

contendo um componente de termoplástico voltada para o tratamento da rizartrose. Esse modelo de órtese caracteriza uma órtese híbrida. A órtese foi usada por um período de 90 dias por um paciente do sexo feminino dois meses após os diagnósticos clínico e radiográfico de rizartrose estágio 2.

Houve redução nos níveis dor e aumento das funções de pinça e preensão. A órtese foi testada em ensaio não controlado por outros seis pacientes, também diagnosticados clínico e radiológico de rizartrose, Os resultados obtidos foram semelhantes ao resultado do ensaio inicial (BANI, 2013).

Hermann et. al., 2014, coordenou um teste controlado aleatório com o intuito de verificar a viabilidade do uso de órteses flexíveis pré-fabricadas no tratamento da rizartrose. De acordo com sua revisão da literatura, o autor frisa que o tratamento ortótico reduz os níveis de dor de pacientes acometidos por rizartrose. Ele também afirma que não há evidência clara de que algum tipo de órtese tenha efeitos superiores aos demais, mas há indícios de que há maior aceitação entre os pacientes por órteses flexíveis. O estudo parte do pressuposto que órteses de matérias flexíveis promovem alívio imediato da dor enquanto usadas pelo paciente, assim como a longo prazo reduz a dor também quando não usada, devido a redução da inflação durante o tempo de uso. O grupo estudado foi composto por 59 indivíduos diagnosticados clinicamente com rizartrose. O grupo de controle incluiu 29 pacientes, que receberam apenas exercícios para as mãos durante o estudo. Os 30 demais pacientes receberam exercícios para as mãos e tratamento ortótico. A pesquisa durou dois meses e 55 indivíduos concluíram a participação.

Dor, forças de preensão e pinça, performance nas atividades diárias e auto relato de sintomas

foram analisados ao final do estudo. A órtese flexível foi efetiva no alívio da dor enquanto

usada. No entanto, a longo prazo não houve diferenças significativas entre os resultados do

grupo de controle e demais pacientes enquanto não usavam órtese. O autor conclui que as

órteses pré-fabricadas em material flexível apresenta efeito imediato no alívio da dor apenas