Influência da órtese estática de punho na atividade muscular e amplitude de movimento de ombro e cotovelo durante uma tarefa funcional: estudo biomecânico

Influência da órtese estática de punho na atividade muscular e amplitude de movimento de ombro e cotovelo durante uma tarefa funcional: estudo biomecânico

Autores:

André David Gomes,
Flávia Pessoni Faleiros Macedo Ricci,
Ana Carolina Zampar,
Paulo Roberto Pereira Santiago,
Marisa de Cássia Registro Fonseca

ARTIGO ORIGINAL

Fisioterapia e Pesquisa

versão On-line ISSN 2316-9117

Fisioter. Pesqui. vol.25 no.1 São Paulo jan./mar. 2018

http://dx.doi.org/10.1590/1809-2950/17016425012018

RESUMEN

Las ortesis son recursos terapéuticos indicados para proteger, corregir deformidades o auxiliar en ciertas funciones; sin embargo, su uso puede acarrear compensaciones proximales en el hombro. El objetivo de este estudio, entonces, es evaluar la influencia de la ortesis estática dorsal del puño, en 30° de extensión en la biomecánica del hombro y codo, en 25 voluntarios asintomáticos durante una tarea funcional. Los datos de la amplitud de movimiento y de la activación muscular han sido adquiridos de manera sincronizada y simultánea durante parte de la prueba funcional Elui, que simula la alimentación, dividida en alcance, desplazamiento y liberación, de un jarrón, en las condiciones sin y con ortesis. Para posibilitar la comparación entre los distintos individuos y músculos, los datos han sido analizados por la integral de la señal EMG de cada músculo y, para el análisis cinemático, han sido construidos sistemas de coordinadas de marcadores predefinidos. Las señales captadas han sido filtradas y procesadas por un software personalizado, y se ha utilizado la prueba t para muestras pareadas - software SPS®, p<0,05. Se ha visto un incremento significativo de la activación de los músculos deltoide anterior y pectoral más grande en la etapa de alcance, y trapecio superior, deltoide anterior y posterior en la etapa de liberación con la ortosis. La cinemática ha mostrado incremento significativo en la amplitud de movimiento en la abducción del hombro, flexión del codo y pronación del antebrazo en la etapa de desplazamiento, y de los movimientos extensión del hombro y flexión del codo en la etapa de liberación. En nuestros hallazgos se sugieren que el uso de la ortosis estática del puño durante la ejecución de una tarea puede acarrear compensaciones, con predominio de la activación de los músculos más proximales del miembro superior.

Palabras clave| Actividades Cotidianas; Electromiografía; Fenómenos Biomecánicos; Extremidad Superior; Aparatos Ortopédicos

INTRODUÇÃO

O membro superior é um segmento importante para o contato com o meio externo, sendo o sistema sensório-motor articular e os aferentes sensitivos periféricos essenciais para a adequada destreza nos movimentos, permitindo assim a realização das diversas atividades de vida diária (AVD)1), (2), (3 como preensão e manipulação de objetos, alimentação ou vestuário, dependendo diretamente da adequada estabilidade do punho4, representada principalmente pela ação sinérgica dos músculos extensores e flexores do punho e dedos5), (6. Durante a realização de uma tarefa funcional com os dedos, os estabilizadores do punho, cotovelo e ombro participam impedindo que ocorram movimentos compensatórios, estando, portanto, intimamente relacionados7.

Estudos biomecânicos por meio da eletromiografia de superfície e da cinemática têm sido utilizados para avaliações objetivas e quantitativas do membro superior8), (9. A eletromiografia avalia a atividade muscular do sistema musculoesquelético, e a análise cinemática, o movimento realizado sem levar em consideração as suas causas10.

Órteses são dispositivos terapêuticos indicados para estabilizar ou imobilizar, prevenir ou corrigir deformidade articular, proteger e auxiliar o processo cicatricial ou facilitar a função, podendo ter mais que um objetivo11), (12. As órteses são recursos terapêuticos e, como tais, devem ser indicadas e prescritas com base em princípios anátomo-fisiológicos relacionados à doença ou disfunção, após avaliação individualizada dentro de um processo de reabilitação do paciente que apresente deficiência funcional ou álgica específica. Podem ser pré-fabricadas ou confeccionadas sob medida, de diversos materiais termoplásticos de alta ou baixa temperatura, envolvendo um segmento ou uma ou mais articulações: volar, dorsal ou semicircular13), (14. Estudos demonstraram que seu uso durante as tarefas funcionais pode levar a alterações na qualidade e padrão do movimento em todo o membro superior, com compensações em termos de sobrecarga na musculatura proximal, quando comparado ao mesmo movimento sem o dispositivo15), (16), (18, aumentando o risco de lesões proximais compensatórias no ombro19. Foi demonstrado também que as órteses estáticas de punho em extensão inibem a ativação dos extensores do punho durante tarefas de preensão dos dedos, desta maneira podendo ser indicadas em casos álgicos específicos17. Porém não existem estudos que tenham realizado a análise simultânea das alterações na cinemática articular e da atividade eletromiográfica no membro superior em pessoas em uso de órtese de punho. Tais achados podem ajudar os profissionais da reabilitação a antecipar seus efeitos e orientar adequadamente os pacientes que tenham indicação do uso desses dispositivos durante a realização de tarefas funcionais. Sendo assim, o objetivo deste estudo foi analisar e comparar a atividade eletromiográfica e a cinemática simultânea do ombro e cotovelo durante a realização de uma tarefa funcional com e sem o uso de órtese estática dorsal em extensão do punho.

METODOLOGIA

Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo, sob Parecer nº 777.193. Todos os sujeitos que participaram do estudo assinaram um Termo de Consentimento Livre e Esclarecido. O cálculo amostral foi realizado por meio do software GraphPad StatMate, utilizando-se o desvio padrão dos valores (µV) de atividade eletromiográfica do músculo extensor radial do carpo durante a realização de uma tarefa de preensão. Os dados foram obtidos em um estudo piloto realizado com 16 participantes. Para uma amostra com poder de 90%, colaboraram 25 voluntários.

Participantes

Foram convidados a participar do estudo 25 sujeitos saudáveis, de 18 a 35 anos, de ambos os sexos, com dominância à direita confirmada pelo inventário de dominância lateral de Edimburgo20. Indivíduos com história prévia de trauma ou disfunções musculoesqueléticas em membros superiores, bem como aqueles com déficit cognitivo diagnosticado não foram incluídos.

Eletromiografia de superfície

O eletromiógrafo da marca Delsys (Trigno Wireless System) ajustado com uma frequência de aquisição de 2000Hz foi utilizado como instrumento de captação da ativação dos músculos estudados. O local da pele de colocação dos sensores de cada sensor passou por uma depilação e limpeza com álcool 70%. A fixação se deu por meio de adesivos dupla face fornecidos pelo próprio fabricante do equipamento. O posicionamento dos sensores seguiu as recomendações do projeto Seniam (Surface ElectroMyoGraphy for the Non-Invasive Assessment of Muscles), de forma que as barras paralelas dos sensores ficassem alinhadas perpendicularmente às fibras musculares.

Análise cinemática

Para a análise cinemática utilizou-se um sistema de captação de imagens 3D (Nexus, Vicon Motion Systems Ltd) composto por oito câmeras infravermelho, que captaram o movimento por meio do rastreamento de sete marcadores reflexivos passivos, os quais foram fixados na pele por fita dupla face (Figura 1). O protocolo de posicionamento dos marcadores foi definido a partir de um estudo piloto prévio e a localização dos marcadores em tronco, ombro e cotovelo foi baseada em um protocolo pré-estabelecido pelo próprio software. Para garantir o adequado rastreamento dos marcadores durante a execução do movimento, as câmeras do sistema de captação foram dispostas ao redor de todo o campo de coleta. Dessa forma, todos os marcadores foram rastreados independentemente dos utensílios utilizados para a execução do teste funcional dinâmico do membro superior, ou da mudança do seu posicionamento nos diferentes planos de movimentos, durante a tarefa analisada.

A: vista lateral; B: vista posterior; CLAV: incisura jugular do esterno; AACE: Articulação acrômio-clavicular esquerda; AACD: Articulação acrômio-clavicular direita; ELD: Epicôndilo lateral direito; EMD: Epicôndilo medial direito; PEU: Linha média do antebraço na direção do processo estiloide da ulna; PER: Linha média do antebraço na direção do processo estiloide do rádio.

Figura 1 Posicionamento dos marcadores reflexivos 

A partir da análise cinemática foi possível obter as amplitudes de movimento articular de flexão, extensão, abdução e rotação interna do ombro, flexão, extensão do cotovelo, pronação e supinação.

Processamento dos sinais

O sistema Trigno Wireless permite uma integração com o Vicon Motion Capture System, de forma que tanto os dados eletromiográficos como os cinemáticos foram adquiridos de forma sincronizada e simultânea por meio do software Vicon Nexus. Após um pré-processamento realizado no mesmo software para adequar o formato dos dados exportados, o processamento dos sinais foi realizado off-line em programas personalizados no software Matlab (The MathWorks).

O sinal bruto passou por um filtro de Butterworth de quarta ordem do tipo passa-banda com frequência de corte entre 10 e 500Hz. Para obter os envelopes lineares (iEMG), o sinal filtrado foi retificado e, na sequência, novamente filtrado por um Butterworth de 4ª do tipo passa-baixa de 15Hz. Assim, o iEMG correspondeu integral média de cada músculo dentro da janela de análise de interesse, possibilitando as posteriores comparaçoes21), (22.

Para análise cinemática, os dados foram filtrados por meio da aplicação de um filtro Butterworth de 4ª ordem do tipo passa-baixa com frequência de corte de 5Hz. Posteriormente, construíram-se sistemas de coordenadas locais do tronco, braço e antebraço a partir dos sete marcadores pré-definidos e seguindo as recomendações da Sociedade Internacional de Biomecânica23. Para a obtenção dos ângulos articulares foi utilizada a convenção dos ângulos de Euler. Os movimentos foram descritos do segmento distal em relação ao segmento proximal seguindo a sequência de rotação Y-X-Y.

Tarefa

Foi selecionada uma tarefa funcional que simula atividade de vida diária relacionada à alimentação pertencente ao Teste Funcional do Membro Superior Elui - teste Elui24. Esse é um teste funcional confiável de fácil aplicação e que permite testar a funcionalidade da mão e membro superior, sendo anotado o tempo em segundos para a realização de cada uma das sete tarefas, de maneira independente. A tarefa “despejar água” foi a escolhida, pois envolve preensão de dedos com estabilização do punho em extensão, associado ao deslocamento de uma carga, que consiste em deslocar uma jarra com um litro de água de um ponto da mesa e despejar o seu conteúdo em outra jarra, distante da primeira. Para realização da tarefa, o voluntário foi posicionado sentado, com a mão a ser testada sobre a mesa no lugar indicado e a outra mão permaneceu o tempo todo sobre a coxa esquerda. Após o comando “vai”, executou a sequência de movimentos composta por: pegar a jarra de plástico cheia, dar a volta na mesa, voltar e derramar a água na outra jarra, e por fim colocar a jarra vazia no local em que estava antes de começar a tarefa (Figura 2). Além dos marcadores posicionados no voluntário, também foram postos três marcadores na primeira jarra, a fim de rastrear seu deslocamento durante a execução da tarefa e com isso subdividi-la em etapas denominadas alcance, deslocamento e liberação da jarra para o processamento dos dados.

Figura 2 Posição inicial e as fases da execução da tarefa do teste Elui “Despejar água”: alcance, deslocamento e liberação 

Órtese

A órtese dorsal do punho (Figura 3) da marca Taylor, 3,2mm, foi confeccionada em material termoplástico de baixa temperatura para moldagem e adaptada individualmente para cada voluntário por meio de três tiras de velcro ajustáveis, sendo a primeira na face volar da mão e as outras duas no antebraço. Os voluntários foram avaliados durante a realização da tarefa funcional em duas condições em ordem aleatória, com intervalo de 2 minutos: sem órtese e com órtese dorsal do punho em 30° de extensão. Tal angulação foi definida em estudos eletromiográficos prévios25), (26, como a de maior inibição muscular dos extensores do punho, porém permitindo a preensão dos dedos. A opção de confecção na face dorsal da mão e antebraço objetivou liberar a face palmar da mão para facilitar a preensão dos dedos durante a tarefa funcional.

Figura 3 Órtese estática em 30° de extensão do punho dorsal em termoplástico 

Análise dos dados

O processamento dos dados, bem como o desenvolvimento dos gráficos foram realizados off-line em programas personalizados no software Matlab (The MathWorks). Tanto a atividade muscular como as amplitudes de movimento foram comparadas entre as diferentes condições. Para a cinemática foi analisada a média dos valores máximos de cada movimento dentro de cada fase. Para análise dos dados eletromiográficos utilizou-se a média do valor da integral (iEMG) a partir do envoltório linear de cada músculo em cada fase e em cada condição. Para análise estatística, foi aplicado o teste t para amostras pareadas, após confirmação da normalidade dos dados pelo teste de Shapiro-Wilk, por meio do software SPSS. O nível de significância adotado foi p<0,05.

RESULTADOS

O tempo de execução da tarefa “despejar água” do teste Elui24) na condição sem órtese foi em média de 13,3±2,4 segundos. A fase de alcance correspondeu a 11,31%, a fase de deslocamento a 77,43%, e a fase de liberação a 11,23% do ciclo total da tarefa. Na condição com órtese, o tempo médio de execução da tarefa foi 14,6±3,1s, sendo que a fase de alcance correspondeu a 11,95%, a fase de deslocamento 77,15%, e a fase de liberação 10,89% do ciclo total da tarefa. Não houve diferença significante em relação às condições com e sem órtese.

Na fase de alcance houve diferença considerável do valor médio da integral de ativação do músculo deltoide anterior (DA) (87,93±17,22µV) na condição sem órtese, em relação ao DA (99,23±27,00µV) na condição com órtese, e do músculo peitoral maior (PM) (74,88±14,63µV) na condição sem órtese em relação ao PM (85,27±25,44µV) na condição com órtese. Durante a análise da fase de deslocamento não houve diferenças significantes para nenhum dos músculos analisados. Na fase de liberação foram constatadas diferenças significantes para ativação dos músculos trapézio superior (TS) (65,08±27,47µV) na condição sem órtese, quando comparado ao mesmo músculo na condição com órtese TS (77,75±26,68µV), DA (55,72±22,05µV) na condição sem órtese com relação à DA (66,85±21,21µV) com órtese e Deltoide Posterior (DP) (55,89±19,01µV) na condição sem órtese com relação à DP (71,67±19,01µV) na condição com órtese (Gráfico 1).

*músculos com diferença significante entre as condições (p≤0.05). TS: trapézio superior; DA: deltóide anterior; DM: deltóide médio; DP: deltóide posterior; BCP: bíceps braquial; TCP: tríceps braquial; PM: peitoral maior.

Gráfico 1 Média da integral de iemg de cada músculo, em cada fase, nas duas condições, com e sem órtese 

Na análise da cinemática foi verificada a média dos valores máximos de cada movimento dentro de cada fase. Durante a fase de alcance não foi encontrada nenhuma diferença expressiva nos movimentos analisados. Já na fase de deslocamento as diferenças significantes foram encontradas para os movimentos de abdução de ombro sem a órtese (00,12±10,90°) em relação ao uso da órtese (-4,46±10,69°), flexão de cotovelo sem a órtese (110,58±7,94°) em relação ao uso da órtese (102,23±8,31°), e para pronação do cotovelo na condição sem órtese (12,41±5,21°) em relação à condição com órtese (10,33±5,68°). Já na fase de liberação houve uma diferença notável para os movimentos de extensão de ombro sem órtese (2,79±16,68°) em relação à condição com órtese (8,45±14,51°), e flexão de cotovelo na condição sem órtese (98,11±8,70°) quando comparado à condição com órtese (90,97±8,72°) (Tabela 1).

Tabela 1 Os movimentos analisados em cada fase da tarefa 

Fase Alcance Deslocamento Liberação
Movimento FO EC AO * RIO FC * PC * EO * FC *
Média SD Média SD Média SD Média SD Média SD Média SD Média SD Média SD
Sem órtese 66,08 14,88 53,24 9,93 0,12 10,9 42,91 10,44 110,58 7,94 12,41 5,21 2,79 16,68 98,11 8,7
Com órtese 30° 65,09 14,62 52,05 33,85 -4,46 10,69 43,05 8,51 102,23 8,31 10,33 5,68 8,45 14,51 90,97 8,72

FO: flexão de ombro; EC: extensão de cotovelo; AO: abdução de ombro; RIO: rotação interna de ombro; FC: flexão de cotovelo; PC: pronação de cotovelo; EO: extensão de ombro. * Movimentos mostrados com diferença significativa estatística.

DISCUSSÃO

O objetivo deste estudo foi avaliar a influência da órtese estática do punho em 30° de extensão na biomecânica do ombro e cotovelo em indivíduos assintomáticos durante uma tarefa funcional. A hipótese para o prosseguimento deste estudo foi de que a órtese estática de punho padronizada poderia alterar a ativação dos músculos e a amplitude de movimento do membro superior. A escolha dessa órtese foi feita com base nos estudos de Jansen et al. (25 e Marcolino et al. (26, que analisaram sua influência em várias angulações do punho por meio da eletromiografia dos músculos extensores de punho e verificaram redução da ativação muscular extensora com o uso de órteses em 30° de extensão, durante a realização de uma tarefa funcional de preensão isométrica.

A estabilização distal do membro superior por meio de um dispositivo externo promove um rearranjo de toda cadeia articular e muscular proximal, de forma que a função global não seja prejudicada a custos da perda de movimentos mais finos e específicos. De acordo com os dados eletromiográficos observados neste estudo é possível supor que durante a fase de alcance houve maior interação dos músculos deltoide anterior e peitoral maior que seria explicada por uma provável compensação muscular proximal devido à restrição distal no punho pela órtese na execução da tarefa funcional. Ao contrário, Ricci et al. (22 não observaram maior ativação de peitoral maior durante a mesma fase, quando analisados os padrões de movimentos e ativação muscular durante a realização da mesma tarefa funcional, porém sem o uso de órteses.

A fase de deslocamento foi caracterizada principalmente pelo transporte da jarra com água e pelo deslocamento do braço no espaço. Pode-se também estabelecer uma relação de similaridade do padrão de ativação muscular na fase de deslocamento nas duas condições, já que não houve diferença significante de ativação em nenhum dos músculos nessa fase quando comparadas as duas condições. Isso se deve pelo fato de que durante essa fase a estabilização do punho se dá não somente pela presença da órtese, mas também pelo sinergismo da musculatura de antebraço necessária para qualquer atividade de carregamento, permitindo uma contração isométrica e estável27. Portanto, a fase de deslocamento é menos influenciada pela presença ou não da órtese, sendo uma provável justificativa para os dados encontrados.

A fase de liberação é composta predominantemente por movimentos assistidos pela gravidade, portanto necessitam de menor esforço muscular. O resultado obtido na fase de liberação mostra que a cocontração dos músculos deltoide anterior e posterior atuam para manter a estabilidade proximal do membro em detrimento da imobilização do punho. Yoo et al. (28 obtiveram resultados similares a este estudo por também demonstrarem aumento significativo de ativação do trapézio superior durante a execução de uma tarefa de montagem que exigia movimento de ombro no espaço, ao comparar a condição sem e com uso da órtese. Outro estudo29 também demonstrou que durante uma tarefa laboral de manufatura, na qual os voluntários deveriam mover objetos para dentro de uma caixa, houve aumento expressivo da ativação de trapézio superior, deltoide anterior e posterior. Por meio de análise eletromiográfica, Ferrigno et al. (30 descreveram que o uso da órtese estática de punho durante a execução de uma tarefa de digitação no teclado e manipulação do mouse no computador, a qual também influenciou no maior recrutamento do músculo trapézio superior, corroborando os achados deste estudo.

Durante a fase de alcance os principais movimentos observados foram flexão de ombro e extensão de cotovelo, os quais não obtiveram diferença significante quando comparados entre as duas condições. Nossos achados diferem de outro estudo envolvendo o uso de órtese estática para punho que comparou o efeito da imobilização vs. não imobilização na realização do movimento de flexão, abdução e rotação de ombro durante o movimento de alimentação no qual foi encontrada uma diferença considerável para os movimentos de flexão e abdução, levando a uma maior ativação muscular do ombro com o uso da órtese no movimento de alimentação31. Uma hipótese para tal diferença nos resultados pode ser devido ao tipo de tarefa selecionada, já que a tarefa funcional de carregamento da jarra se trata de uma atividade motora grossa quando comparada à tarefa de alimentação.

Shu e Mirka32 sugeriram, através de um estudo cinemático em uma tarefa ocupacional, aumento significativo na abdução do ombro e na postura de tronco quando a tarefa era executada com a utilização de órtese em posição neutra do punho, em relação à execução sem uso de órtese. Neste estudo, na fase de deslocamento, verificou-se a presença dos movimentos de abdução e rotação interna de ombro, flexão e pronação do cotovelo. O valor negativo obtido nos nossos resultados desse movimento confirmou que durante a fase de deslocamento não houve abdução do ombro em relação a seu ponto de partida. O uso da órtese de punho limitou principalmente os movimentos originados nas articulações próximas da imobilização. Portanto, devido à imobilização do punho com a órtese, as diferenças significantes também foram observadas para os movimentos de flexão e pronação de cotovelo, uma vez que, para executar a mesma tarefa, houve um uso de maior excursão de movimento.

Os movimentos predominantes na fase de liberação foram a extensão de ombro e flexão de cotovelo, que podem ser considerados o padrão inverso da fase de alcance. Para esses movimentos houve diferença notável quando realizados com e sem a órtese de punho, com grande variabilidade no padrão de movimento entre os voluntários.

Chang e Jung33 propuseram que o uso de órtese volar de punho em atividades de desempenho e destreza diminuem significativamente a geração de força e o tempo de realização das atividades analisadas. Portanto os autores esclarecem a importância sobre o conhecimento teórico e uma boa avaliação para prescrição de órteses.

Como limitação do estudo está a participação de voluntários sem lesão no membro superior, em situação de simulação de atividades sem prévio treinamento. Novos estudos são necessários para verificar as alterações biomecânicas em situações clínicas e durante a realização de diferentes tarefas funcionais.

CONCLUSÃO

Este trabalho demonstrou que o uso da órtese de punho em 30° de extensão alterou a biomecânica do ombro e cotovelo na realização da tarefa escolhida, com destaque para maior ativação muscular dos músculos proximais do membro superior. Sugere-se a necessidade de uma adequada avaliação do paciente para indicar o uso da órtese, devido aos efeitos que esse dispositivo pode produzir em termos de compensações biomecânicas durante a execução de uma tarefa.

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