Coordination and movement pathology: models of structure and function

Here we consider the role of abstract models in advancing our understanding of movement pathology. Models of movement coordination and control provide the frameworks necessary for the design and interpretation of studies of acquired and developmental disorders. These models do not however provide the resolution necessary to reveal the nature of the functional impairments that characterise specific movement pathologies. In addition, they do not provide a mapping between the structural bases of various pathologies and the associated disorders of movement. Current and prospective approaches to the study and treatment of movement disorders are discussed. It is argued that the appreciation of structure-function relationships, to which these approaches give rise, represents a challenge to current models of interlimb coordination, and a stimulus for their continued development. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Role of peripheral afference during acquisition of a complex coordination task

It has long been supposed that the interference observed in certain patterns of coordination is mediated, at least in part, by peripheral afference from the moving limbs. We manipulated the level of afferent input, arising from movement of the opposite limb, during the acquisition of a complex coordination task. Participants learned to generate flexion and extension movements of the right wrist, of 75degrees amplitude, that were a quarter cycle out of phase with a 1-Hz sinusoidal visual reference signal. On separate trials, the left wrist either was at rest, or was moved passively by a torque motor through 50degrees, 75degrees or 100degrees, in synchrony with the reference signal. Five acquisition sessions were conducted on successive days. A retention session was conducted I week later. Performance was initially superior when the opposite limb was moved passively than when it was static. The amplitude and frequency of active movement were lower in the static condition than in the driven conditions and the variation in the relative phase relation across trials was greater than in the driven conditions. In addition, the variability of amplitude, frequency and the relative phase relation during each trial was greater when the opposite limb was static than when driven. Similar effects were expressed in electromyograms. The most marked and consistent differences in the accuracy and consistency of performance (defined in terms of relative phase) were between the static condition and the condition in which the left wrist was moved through 50degrees. These outcomes were exhibited most prominently during initial exposure to the task. Increases in task performance during the acquisition period, as assessed by a number of kinematic variables, were generally well described by power functions. In addition, the recruitment of extensor carpi radialis (ECR), and the degree of co-contraction of flexor carpi radialis and ECR, decreased during acquisition. Our results indicate that, in an appropriate task context, afferent feedback from the opposite limb, even when out of phase with the focal movement, may have a positive influence upon the stability of coordination.

Neural compensation for compliant loads during rhythmic movement

An experiment was performed to characterise the movement kinematics and the electromyogram (EMG) during rhythmic voluntary flexion and extension of the wrist against different compliant (elastic-viscous-inertial) loads. Three levels of each type of load, and an unloaded condition, were employed. The movements were paced at a frequency of I Hz by an auditory metronome, and visual feedback of wrist displacement in relation to a target amplitude of 100degrees was provided. Electro-myographic recordings were obtained from flexor carpi radialis (FCR) and extensor carpi radialis brevis (ECR). The movement profiles generated in the ten experimental conditions were indistinguishable, indicating that the CNS was able to compensate completely for the imposed changes in the task dynamics. When the level of viscous load was elevated, this compensation took the form of an increase in the rate of initial rise of the flexor and the extensor EMG burst. In response to increases in inertial load, the flexor and extensor EMG bursts commenced and terminated earlier in the movement cycle, and tended to be of greater duration. When the movements were performed in opposition to an elastic load, both the onset and offset of EMG activity occurred later than in the unloaded condition. There was also a net reduction in extensor burst duration with increases in elastic load, and an increase in the rate of initial rise of the extensor burst. Less pronounced alterations in the rate of initial rise of the flexor EMG burst were also observed. In all instances, increases in the magnitude of the external load led to elevations in the overall level of muscle activation. These data reveal that the elements of the central command that are modified in response to the imposition of a compliant load are contingent, not only upon the magnitude, but also upon the character of the load.

Investigation of hip abductor activation in subject with clinical unilateral hip osteoarthritis

Objectives: (a) To compare the magnitude of gluteus medius and tensor fascia lata activation between a group of subjects with clinical unilateral hip osteoarthritis and a group of healthy older adults. (b) To compare the magnitude of activation of the gluteus medius and tensor fascia lata between sides in a group of subjects with clinical unilateral hip osteoarthritis and a group of healthy older adults. Methods: 19 subjects with clinical unilateral hip osteoarthritis and 19 healthy controls were investigated. The subjects performed a stepping task during which recordings were obtained using surface electromyograms from the hip abductors, and kinetic data were obtained from a dual force platform. Results: Subjects with clinical hip osteoarthritis had higher gluteus medius activation than the healthy older adults (p=0.037). In addition, there were no differences in the magnitude of gluteus medius activation between the sides (p=0.733). There was no difference in the force platform data between the groups (p=0.078). Conclusions: The increased magnitude of gluteus medius activation in the group with hip osteoarthritis is evidence of a muscular dysfunction associated with hip disease. This has implications for the progressive nature of the disease and for its conservative management.

Sport-specific practice and the development of expert decision-making in team ball sports

The role of sport-specific practice in the development of decision-making expertise in the sports of field hockey, netball, and basketball was examined. Fifteen expert decision-makers and 13 experienced non-expert athletes provided detailed information about the quantity and type of sport-specific and other related practice activities they had undertaken throughout their careers. Experts accumulated more hours of sport-specific practice from age 12 years onwards than did non-experts, spending on average some 13 years and 4,000 hours on concentrated sport-specific practice before reaching international standard. A significant negative correlation existed between the number of additional activities undertaken and the hours of sportspecific training required before attaining expertise, suggesting a functional role for activities other than sport-specific training in the development of expert decision-making.

Interaction of directional, neuromuscular and egocentric constraints on the stability of preferred bimanual coordination patterns

We investigated how the relative direction of limb movements in external space (iso- and non-isodirectionality), muscular constraints (the relative timing of homologous muscle activation) and the egocentric frame of reference (moving simultaneously toward/away the longitudinal axis of the body) contribute to the stability of coordinated movements. In the first experiment, we attempted to determine the respective stability of isodirectional and non-isodirectional movements in between-persons coordination. In a second experiment, we determined the effect of the relative direction in external space, and of muscular constraints, on pattern stability during a within-person bimanual coordination task. In the third experiment we dissociated the effects on pattern stability of the muscular constraints, relative direction and egocentric frame of reference. The results showed that (1) simultaneous activation of homologous muscles resulted in more stable performance than simultaneous activation of non-homologous muscles during within-subject coordination, and that (2) isodirectional movements were more stable than non-isodirectional movements during between-persons coordination, confirming the role of the relative direction of the moving limbs in the stability of bimanual coordination. Moreover, the egocentric constraint was to some extent found distinguishable from the effect of the relative direction of the moving limbs in external space, and from the effect of the relative timing of muscle activation. In summary, the present study showed that relative direction of the moving limbs in external space and muscular constraints may interact either to stabilize or destabilize coordination patterns. (C) 2003 Published by Elsevier B.V.

The effect of volition on the stability of bimanual coordination

The authors investigated how the intention to passively perform a behavior and the intention to persist with a behavior impact upon the spatial and temporal properties of bimanual coordination. Participants (N = 30) were asked to perform a bimanual coordination task that demanded the continuous rhythmic extension-flexion of the wrists. The frequency of movement was scaled by an auditory metronome beat from 1.5 Hz, increasing to 3.25 Hz in .25-Hz increments. The task was further defined by the requirement that the movements be performed initially in a prescribed pattern of coordination (in-phase or antiphase) while the participants assumed one of two different intentional states: stay with the prescribed pattern should it become unstable or do not intervene should the pattern begin to change. Transitions away from the initially prescribed pattern were observed only in trials conducted in the antiphase mode of coordination. The time at which the antiphase pattern of coordination became unstable was not found to be influenced by the intentional state. In addition, the do-not-intervene set led to a switch to an in-phase pattern of coordination whereas the stay set led to phase wandering. Those findings are discussed within the framework of a dynamic account of bimanual coordination.

Análise dos padrões motores utilizados no desempenho de uma tarefa funcional, com recurso ao BioStage®, em crianças com 9 a 10 anos de idade, e seu contributo para a terapia ocupacional

O estudo do comportamento motor, nomeadamente as áreas do desenvolvimento e controlo motor, têm permitido fundamentar a prática da terapia ocupacional, proporcionando um entendimento mais abrangente de aspetos relacionados com a análise de movimento. Todavia, o processo de análise de atividades, por norma, é realizado de forma empírica, principalmente devido à carência de métodos que avaliem de forma objetiva e precisa o comportamento motor e, consequentemente, os movimentos realizados no desempenho de atividades. Neste sentido, este estudo pretendeu encontrar padrões motores em crianças entre os nove e os dez anos de idade, com desenvolvimento normal, que traduzam o desempenho de uma tarefa motora funcional, com recurso ao sistema de captura e parametrização do movimento em tempo real BioStage®. Por outro lado, tentou-se perceber se o sistema poderia revelar-se um contributo para a prática da terapia ocupacional, possibilitando a obtenção de dados que possam ser utilizados na clínica. As tarefas selecionadas para análise foram os cinco lançamentos propostos pelo Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency, que consistem no lançamento por baixo uni e bilateral, lançamento ao chão uni e bilateral e lançamento ao alvo (unilateral). Os resultados encontrados apontam que aos nove e dez anos existem padrões motores similares entre as crianças, no entanto ainda se nota uma ligeira variabilidade no comportamento. Aferiu-se, também, que a idade, sexo e prática de exercício físico podem influenciar os padrões utilizados, estando de acordo com a literatura. O sistema BioStage® mostrou-se uma ferramenta eficaz para a análise de movimento, providenciando informação detalhada sobre o comportamento motor das crianças, no decorrer das tarefas. Deste modo, pode ser uma mais-valia para a prática da terapia ocupacional, podendo contribuir para uma análise de atividades mais precisa, objetiva e fundamentada.

Relatório de estágio em reabilitação neurológica

Mestrado em Fisioterapia.

Efectividade de um programa de fisioterapia na radiculopatia cervical – estudo de caso

Introdução: Não existe um consenso quanto ao melhor tratamento para a radiculopatia cervical pois existe uma grande variedade de manifestações clínicas e opções terapêuticas, mas a sua selecção vai depender do caso particular do utente, sugerindo assim uma correcta avaliação do Fisioterapeuta. Objectivo: Este estudo pretende descrever e avaliar a efectividade de um programa de Fisioterapia num caso de radiculopatia cervical, na dor, funcionalidade e percepção da qualidade de vida. Participantes e Métodos: Estudo observacional descritivo tipo estudo de caso de um utente de 56 anos de idade, com radiculopatia cervical. Para a avaliação foram utilizados testes ortopédicos, a escala visual analógica e os questionários de incapacidade funcional da cervical e do membro superior bem como da percepção da qualidade de vida. Estes questionários foram aplicados em 3 momentos, antes da intervenção, no final e após 6 semanas e os restantes instrumentos foram utilizados em diversos momentos ao longo da intervenção. Esta foi efectuada duas vezes por semana, ao longo de 10 semanas recorrendo a técnicas de terapia manual, exercícios de controlo motor e educação do utente. Resultados: Verificou-se que a dor na cervical passou de 6,5 para 2/10 EVA e no cotovelo direito de 7,3 para 2/10. A resposta ao questionário de incapacidade funcional na cervical variou de 40% no primeiro momento para 11,1% no segundo, o da incapacidade funcional do membro superior variou de 63,6% para 33,5% e o questionário da percepção da qualidade de vida variou de 55,01 para 68,69. Seis semanas após a intervenção, todos estes resultados se mantinham praticamente inalterados. Conclusão: Este caso permitiu demonstrar o processo de raciocínio clínico efectuado ao longo de dez semanas de intervenção em que se utilizou uma abordagem centrada no utente, baseada na evidência científica e na experiência clínica anterior. Os resultados alcançados foram de encontro às expectativas iniciais e parecem evidenciar que, neste caso, o programa de fisioterapia teve efeitos positivos na dor, funcionalidade e percepção da qualidade de vida.

A efectividade da intervenção da fisioterapia nas disfunções crânio- cervico-mandibulares

Introdução: As teorias etiológicas recíprocas que relacionam as disfunções da articulação temporo mandibular (ATM) com as disfunções da coluna cervical, os seus critérios de diagnóstico e formas de tratamento, não reúnem consenso, constituindo, actualmente, uma temática de debate e investigação. Objectivo: Descrever a avaliação e intervenção em fisioterapia, e os seus resultados numa utente com disfunção do complexo crânio-cervico-mandibular. Métodos: Foi realizado um estudo observacional descritivo, do tipo estudo de caso, reportando-se a uma enfermeira, de 28 anos, com quadro sintomatológico compatível com disfunção crânio-cervico-mandibular, com antecedentes de condilectomia e artroplastia da ATM, aos 14 anos. Inicialmente a utente apresentava dor irradiada na região cervical (7/10) e limitação dos movimentos articulares da coluna cervical. Referia, também, dor na região do ptérion direito (6/10), limitação dos movimentos da mandíbula, desvio lateral na abertura da boca e dificuldades funcionais na mastigação. A avaliação inicial e final (após tratamento), foi efectuada recorrendo-se à utilização do Goniometro CROM e da Therabite Range of Motion Scale, para medição das amplitudes articulares da cervical e ATM, respectivamente; Estetoscópio, para avaliação dos sons articulares da ATM; Escala Visual Analógica para graduação da dor. A intervenção decorreu ao longo de 10 sessões, bissemanais. No tratamento, foram aplicadas técnicas sobre os trigers points da musculatura cervical e músculos da mastigação; Mobilização passiva da cervical e ATM; Manipulação dos segmentos vertebrais cervicais e torácicos; Streching e técnicas de energia muscular; Técnicas funcionais para a ATM; Técnicas miofasciais para a coluna cervical e ATM; Exercícios de controlo motor da coluna cervical. Resultados: No final do tratamento, as amplitudes dos movimentos cervicais estavam completas e sem dor (0/10), mantendo, sensibilidade dolorosa à palpação das espinhosas de C5-C6 (1/10). Relativamente à ATM, verifica-se a abolição da dor (0/10) e a ausência do desvio lateral da mandíbula na abertura da boca, bem como, o aumento das amplitudes de movimento na abertura da boca (33 para 36 mm), e no desvio lateral esquerdo (2 para 2,8 mm). Conclusão: os resultados sugerem que a intervenção, com recurso a técnicas de terapia manual, no caso em estudo, parecem surtir efeitos positivos no quadro sintomatológico e funcional da utente.

Relatório de estágio: intervenção em fisioterapia na sindrome da cirurgia lombar falhada

Introdução: A síndrome da cirurgia lombar falhada (SCLF) caracteriza-se pela persistência ou recidiva da dor ou aparecimento de novos sintomas após discectomia, descompressão de canal estreito ou artrodese lombares. Objectivos: O objectivo deste estudo foi descrever a abordagem em fisioterapia de um caso com Síndrome da Cirurgia Lombar Falhada e avaliar os seus efeitos na funcionalidade e sintomatologia dolorosa neste indivíduo. Metodologia: A amostra foi constituída por um sujeito com 41 anos, trabalhador da construção civil, apresentando dor lombar com irradiação para o membro inferior, após ter sido submetido a discectomia lombar e artrodese, que realizou sessões de fisioterapia convencional antes e depois da cirurgia, e que apresentava sinais compatíveis com compressão radicular. A intensidade da dor foi medida através da escala visual analógica (EVA), as amplitudes com o goniómetro universal, a funcionalidade foi avaliada utilizando o Questionário de Incapacidade Roland-Morris (RMDQ), o estado psicológico foi avaliado através da “Escala de Desânimo Associado à Dor” e do “Inventário de Convicções e Percepções Relacionadas com a Dor”. Resultados: A dor era inicialmente em média de 5,5/10 EVA, sendo de 3,4/10 EVA no final do tratamento. Quanto à funcionalidade (RMDQ) esta variou de 14/24 no início para 17/24 no final. De uma forma geral, após a aplicação de técnicas para diminuir a tensão do piriforme, técnicas neuurodinâmicas e um programa de exercícios para melhoria do controlo motor, o paciente apresentou alívio das queixas de dor na nádega esquerda e anca, aumento da amplitude de rotação medial da coxo-femoral, ausência das parestesias na face plantar do pé esquerdo e melhoria das queixas de dor na face anterior e lateral da coxa. Verificamos que houve diminuição dos índices de dor e melhorias dos níveis de funcionalidade. Conclusão: Neste estudo de caso, foi salientado o processo de raciocínio clínico desenvolvido pelo fisioterapeuta: a interpretação dos dados da história e levantamento das primeiras hipóteses e a realização dos testes no exame objectivo, permitiram estabelecer um diagnóstico funcional e elaborar um plano de intervenção através do qual o utente recuperou parcialmente a sua funcionalidade e diminuiu os seus índices de dor.