Development of a subject-specific musculoskeletal shoulder model : inverse and forward dynamics applications

A prevalência de pessoas que referem dor no complexo articular do ombro, com concomitante limitação na capacidade para realizar atividades da vida diária, é elevada. Estes níveis de prevalência sobrecarregam quer os utentes, como a própria sociedade. A evidência científica atual indicia a existência de uma relação entre as alterações da articulação escápulo-torácica e as patologias associadas à articulação gleno-umeral. A capacidade de quantificar, cinemática e cineticamente, as disfunções ao nível das articulações escápulo-torácica e gleno-umeral, é algo de enorme importância, quer para a comunidade biomecânica, como para a clínica. No decorrer dos trabalhos desta tese foi desenvolvido, através do software OpenSim, um modelo tridimensional músculo-esquelético do complexo articular do ombro que inclui a representação do tórax/coluna, clavícula, omoplata, úmero, rádio, cúbito e articulações que permitem os movimentos relativos desses segmentos, assim como, 16 músculos e 4 ligamentos. Com um total de 11 graus de liberdade, incluindo um novo modelo articular escápulo-torácico, os resultados demonstram que este é capaz de reconstruir de forma precisa e rápida os movimentos escápulo-torácicos e glenoumerais, recorrendo para tal, à cinemática inversa, e à dinâmica inversa e direta. Conta ainda com um método de transformação inovador para determinar, com base nas especificidades dos sujeitos, os locais de inserção muscular. As principais motivações subjacentes ao desenvolvimento desta tese foram contribuir para o aprofundar do atual conhecimento sobre as disfunções do complexo articular do ombro e, simultaneamente, proporcionar à comunidade clínica uma ferramenta biomecânica de livre acesso com o intuito de melhor suportar as decisões clínicas e dessa forma concorrer para uma prática mais efetiva.

Biomechanical and morphological adaptations in women during pregnancy and the postpartum period in walking

A gravidez é uma fase especial da vida, com diversas alterações nos sistemas hormonais, anatómicos, e na composição corporal da mulher. No entanto, não é claro que alterações biomecânicas tridimensionais ocorrerem. Através do acompanhamento da mulher na gravidez e pós-parto, os objetivos da presente tese foram: 1) determinar os parâmetros temporais e espaciais do ciclo da marcha; 2) descrever a cinemática angular do membro inferior; 3) calcular os momentos e potências articulares do tornozelo, joelho e coxofemoral, utilizando o cálculo por dinâmica inversa; 4) descrever as magnitudes dos picos dos momentos e potências articulares dos membros inferiores; 5) identificar possíveis diferenças entre as fases de recolha relativamente aos parâmetros biomecânicos; 6) descrever longitudinalmente a composição corporal as alterações morfológicas; 7) analisar a influência das alterações antropométricas na cinética articular. Os resultados mostram que as mulheres mantêm os parâmetros temporais e espaciais da marcha. A cinemática angular do membro inferior tem o mesmo padrão, no entanto, a magnitude de alguns picos, especialmente na bacia e coxofemoral durante a fase terminal do apoio, pré-balanço e de balanço, apresentam alterações significativas. A coxofemoral é a articulação com mais alterações na cinética articular, com um aumento da carga interna associada aos momentos articulares da coxofemoral no plano transversal. No entanto, diversos momentos e potências articulares revelam uma diminuição significativa para o final da gravidez e/ou um aumento entre alguns trimestres da gravidez e o pós-parto. Como esperado, a maioria das variáveis associadas à composição corporal e às dimensões corporais tem um aumento significativo durante a gravidez e uma diminuição no pós-parto. Os modelos desenvolvidos para prever a carga interna aplicada ao membro inferior da grávida através de variáveis antropométricas, incluem quatro modelos com variáveis associadas à quantidade de gordura, quatro modelos com variáveis associadas à massa corporal global, três modelos que incluem a massa livre de gordura, e um modelo que inclui a forma do tronco. Os altos valores do R2 ajustado, mostram que as alterações na composição corporal e morfologia, determinam em grande parte a cinética articular da mulher nesta fase particular da vida.

Effects of a resistance and stretching training program on forward head and protracted shoulder posture in physical education classes in students aged 15-17 years old

Purpose: This study aimed to characterize the postural alignment of the head and shoulder in the sagittal plane of Portuguese adolescents, 15-17 years old, and to evaluate the effects of a 32-week resistance and stretching training program applied in Physical Education classes on forward head posture and protracted shoulder posture of Portuguese adolescents. After 32-training weeks the detraining effects after a 16-week period were measured. Methods: This randomized and controlled study was conducted in two secondary schools in Portugal for 48 weeks. Prior the study 275 students aged 15-17 years old were evaluated. Sagittal head, cervical and shoulder angle were measured with photogrammetry and Postural Analysis Software. After this assessment 130 adolescents were considered to have forward head and protracted shoulder posture and were randomly assigned to a control group, an experimental group one or experimental group two. The control group (n=46) only did the Physical Education classes whereas the intervention group one (n=42) and two (n=42) performed a 16-week and 32-week stretching and strengthening program in addition to Physical Education classes, respectively. The postural angles were measured before and after the 16-week and 32-week time intervention period for the three groups and after a 16-week detraining period following the 32-week in intervention group two. Results: 68% of the adolescents studied revealed anteriorization of the head whereas 58% of them had protraction of the shoulder. Significant increases were observed in the cervical and shoulder angle in the experimental group (n=84) following the 16-week and in experimental group two (n=42)after the 32 week-intervention period. After the 16-week detraining period no significant differences were observed in the three postural angles in the intervention group two. Conclusions: Forward head and protracted shoulder are common postural disorders in Portuguese adolescents. The exercise intervention was successful ate decreasing forward head and protracted shoulder in adolescents. Detraining period of 16-week didn´t reduce the overall training effects.