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.

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.

Adaptation of motor control to training and disuse : contribution of muscle synergy analysis and movement variability

The well-known degrees of freedom problem originally introduced by Nikolai Bernstein (1967) results from the high abundance of degrees of freedom in the musculoskeletal system. Such abundance in motor control have two sides: i) because it is unlikely that the Central Nervous System controls each degree of freedom independently, the complexity of the control needs to be reduced, and ii) because there are many options to perform a movement, a repetition of a given movement is never the same. It leads to two main topics in motor control and biomechanics: motor coordination and motor variability. The present thesis aimed to understand how motor systems behave and adapt under specific conditions. This thesis comprises three studies that focused on three topics of major interest in the field of sports sciences and medicine: expertise, injury risk and fatigue. The first study (expertise) has focused on the muscle coordination topic to further investigate the effect of expertise on the muscle synergistic organization, which ultimately may represent the underlying neural strategies. Studies 2 (excessive medial knee displacement) and 3 (fatigue) both aimed to better understand its impact on the dynamic local stability. The main findings of the present thesis suggest: 1) there is a great robustness in muscle synergistic organization between swimmers at different levels of expertise (study 1, chapter II), which ultimately indicate that differences in muscle coordination is mainly explained by peripheral adaptations; 2) injury risk factors such as excessive medial knee displacement (study 2, chapter III) and fatigue (study 3, chapter IV) alter the dynamic local stability of the neuromuscular system towards a more unstable state. This change in dynamic local stability represents a loss of adaptability in the neuromuscular system reducing the flexibility to adapt to a perturbation.