Avaliação cinética e cinemática da marcha em indivíduos com hallux limitus estrutural

Dissertação elaborada para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Medicina. Título: Avaliação cinética e cinemática da marcha em indivíduos com hallux limitus estrutural Autor: Luciana Brito Bouça Faria Orientador: Dr. Adélio Justino Machado Vilaça Afiliação: Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar, Universidade do Porto Centro Hospitalar do Porto, CHP Valeu a pena? Tudo vale a pena Se a alma não é pequena. Quem quer passar além do Bojador Tem que passar além da dor. Deus ao mar o perigo e o abismo deu, Mas nele é que espelhou o céu. Fernando Pessoa, Mensagem Avaliação cinética e cinemática da marcha em indivíduos com hallux limitus estrutural 2 ÍNDICE ABSTRACT ......................................................................................................................... 3 RESUMO ............................................................................................................................. 4 INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 5 MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................................. 7 PROTOCOLO CLÍNICO ......................................................................................................... 7 PROTOCOLO BIOMECÂNICO ................................................................................................ 8 PROTOCOLO EXPERIMENTAL .............................................................................................. 8 ANÁLISE DE DADOS .......................................................................................................... 10 RESULTADOS .................................................................................................................. 11 DISCUSSÃO ..................................................................................................................... 15 CONCLUSÃO ................................................................................................................... 18 CONFLITOS DE INTERESSE .......................................................................................... 19 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 20 AGRADECIMENTOS ........................................................................................................ 23 Avaliação cinética e cinemática da marcha em indivíduos com hallux limitus estrutural 3 ABSTRACT The functions of the foot and the lower extremity are biomechanically integrated; thus normal lower extremity function requires normal foot function and vice versa. The range of movement of first metatarsophalangeal joint is crucial during the stance phase of gait. A blockage in the progression of sagittal plane on that third “rocker”, will lead to compensations at other points in the biomechanical chain. The objective is to study which compensations, the individuals with structural hallux limitus, have during the gait in all three planes of movement. It was performed gait analysis using modified Oxford foot model and evaluated kinematics and ground reaction forces in 4 cases demonstrating clinically structural hallux limitus, and 4 controls demonstrating a clinically normal Hubscher maneuver. Twenty-three reflective markers were applied to the foot and leg, twelve cameras and 3 force plates were used to collect the kinematics and kinetic at the same time. Subjects were tested in barefoot and self-selected velocity. Space time features did not differ between groups. Except for the hallux, the results of angular kinematic suggest that the differences in the sagittal plane between the two groups are minimal, in contrast to the results obtained for the frontal and transverse plane. In the transverse plane, in all evaluated segments, there was a predominance of external rotation of the joints in the group with structural hallux limitus. The results also showed kinetic differences, in which the control group presented ground force reactions values higher in the components Fz and Fx. The kinetic and kinematic evaluation of gait provides information about motion compensation patterns such as obtained in this study. It also suggested the need to include assessment of first metatarsophalangeal joint mobility in the physical examination of the patient. Keywords: foot; first metatarsophalangeal joint; hallux limitus; gait analysis; biomechanics; ground force reactions. Avaliação cinética e cinemática da marcha em indivíduos com hallux limitus estrutural 4 RESUMO As funções do pé e do membro inferior são biomecânicamente integradas e por isso, uma função normal do membro inferior requer uma função normal do pé e vice-versa. O grau de movimento da primeira articulação metatarsofalângica (1MTF) é essencial durante a fase de apoio da marcha. Um bloqueio do movimento no plano sagital neste terceiro “rocker”, levará a compensações em outros pontos da cadeia biomecânica. O objectivo é investigar que compensações, os indivíduos com hallux limitus estrutural (HLE), têm durante a marcha, nos três planos de movimento. Foi realizada análise da marcha, com recurso ao modelo modificado do pé de Oxford, e avaliada a cinemática, forças de reação ao solo em 4 casos que apresentavam HLE, e 4 controlos, que demostravam manobra de Hubscher normal. Vinte e três marcadores refletores foram aplicados no pé e perna , doze câmaras e tapetes de força foram usados para coletar dados da cinemática e cinética ao mesmo tempo. Os indivíduos caminharam descalços e a velocidade auto-selecionada. As características espaço temporais não apresentaram diferenças entre os grupos. Com exceção do hallux, os resultados da cinemática angular, sugerem que no plano sagital as diferenças entre os dois grupos são mínimas ao contrário dos resultados obtidos para o plano frontal e transverso. Neste último verifica-se que em todos os segmentos avaliados, há um predomínio maior de rotação externa das articulações no grupo com HLE. Os resultados da cinética também apresentaram diferenças, com o grupo de controlo a apresentar valores de força de reação ao solo (FRS) superiores nas componentes Fz e Fx. A avaliação cinética e cinemática da marcha permite obter informações sobre padrões de compensação da marcha tal como o obtido neste estudo. Fica também sugerida a necessidade de incluir a avaliação da mobilidade da 1MTF no exame físico do doente. Palavras chave: pé; primeira articulação metatarsofalângica; hallux limitus; análise da marcha; biomecânica; forças de reação ao solo. Avaliação cinética e cinemática da marcha em indivíduos com hallux limitus estrutural 5 INTRODUÇÃO A marcha normal requer uma combinação complexa de componentes posturais automáticos e volitivos com o objetivo de obter uma progressão energeticamente eficiente do corpo. No pé, foram descritos três mecanismos essenciais – “rockers”, que têm como função transmitir de forma sucessiva o movimento no plano sagital desde o calcanhar até ao antepé durante a fase de apoio e permitir estabilidade suficiente para o suporte anti-gravítico do peso corporal. (1-4) A primeira articulação metatarsofalângica é considerada o terceiro “rocker” implicado nesta função e atua desde a elevação do calcanhar até à fase final de apoio. Este movimento e estabilidade dependem de uma adequada dorsiflexão da articulação e consequente ativação do mecanismo de windlass permitindo o avanço do centro de massa para a frente do pé de apoio. (1, 2) Quando este movimento está bloqueado, ocorrerão compensações que se podem repercutir em padrões de marcha anormais e alterações patológicas da própria articulação. (5-10) A patologia hallux limitus tem merecido especial atenção na literatura e refere-se à restrição do movimento da 1MTF no plano sagital. O hallux limitus funcional (HLF), é uma condição dinâmica, na qual a limitação apenas esta presente durante a marcha. (9,10) Quando esta limitação também se observa numa avaliação estática, com ou sem carga, associada a sinais clínicos de adaptação óssea e tecidular designa-se hallux limitus estrutural (HLE). Com restrição continuada da dorsiflexão e bloqueio da articulação, poderão ocorrer alterações degenerativas que culminam em imobilidade e dor que caracterizam o hallux rigidus. (5,7,9-11). Está patente na literatura a ideia de que o hallux rigidus é a etapa final de deterioração articular do hallux limitus. Isto é suportado tanto pelo facto de o mecanismo biomecânico, limitação no plano sagital, ser o mesmo como também pela idêntica etiologia subjacente. (5,7,12) As adaptações que resultam da presença e progressão do hallux limitus devem merecer atenção especial por parte do clinico, no sentido da sua identificação precoce, e evicção do agravamento para estadios de artrose e anquilose que necessitam de intervenções mais invasivas. Estão descritos vários estigmas que clinicamente poderiam ser úteis na identificação do hallux limitus no entanto, muitos deles não são específicos e não se correlacionam com o estadio evolutivo da patologia. A sintomatologia dolorosa é também muito variável dependendo de vários factores nomeadamente do tipo da solicitação mecânica da articulação para as atividades de vida diária ou exercício físico, da velocidade de progressão, das adaptações proximais adquiridas necessárias para Avaliação cinética e cinemática da marcha em indivíduos com hallux limitus estrutural 6 compensar a marcha apropulsiva e, pode ainda surgir precocemente num pé com aparência clínica e radiográfica normal. (2,7,8,10,13) Vários autores propuseram variações da marcha que podem ocorrer como sequela deste bloqueio no plano sagital (1,9,10,14) descurando as consequências noutros planos anatómicos, outros avaliaram todos os planos utilizando, no entanto, uma limitação artificial da articulação metatarsofalângica (15,16) É portanto, objectivo do presente estudo avaliar quantitativamente como o hallux limitus estrutural influencia a cinética e a cinemática, nos planos transverso e frontal para além do sagital, das articulações da anca, joelho, tornozelo e primeira metatarsofalângica. Especificamente, a hipótese em estudo é de que a avaliação biomecânica permitirá identificar padrões de compensação da marcha nestes indivíduos. Avaliação cinética e cinemática da marcha em indivíduos com hallux limitus estrutural 7 MATERIAIS E MÉTODOS É um estudo descritivo, prospectivo transversal de casos e controlos, envolvendo um grupo de voluntários dos quais foram selecionados 4 com critérios clínicos de HLE e 4 sem patologia. O estudo foi aprovado pela Comissão de ética do Centro Hospitalar do Porto com o N/REF.ª 2015.077(071-DEFI/066-CES). Critérios de inclusão: 1. indivíduos de ambos os sexos com idades compreendidas entre 18 e 40 anos para eliminar doença articular degenerativa; 2. indivíduos que apresentam HLE; 3. aceitação na participação do estudo mediante consentimento informado. Critérios de exclusão: 1. indivíduos menores de idade; 2. presença de deformidades severas nos pés e membros inferiores; 3. história clínica de traumatismo dos pés ou membros inferiores nos últimos 6 meses; 4. história de cirurgia osteoarticular dos pés ou membros inferiores; 5. dor nos pés ou membros inferiores; 6. presença de HLF. Protocolo clínico Os indivíduos foram selecionados segundo os critérios de inclusão e exclusão e recolhidos os dados (idade, sexo, peso, altura e IMC, grau de flexão da primeira articulação metatarsofalângica) definindo-se assim o grupo de HLE e controlo. Foi utilizado um goniômetro com 2 braços de 35 cm, com escala de 1° e o eixo longo do metatarso como posição de referência para medição do grau de movimento da primeira articulação metatarsofalângica. Hallux limitus estrutural Uma dorsiflexão da 1MTF ≤40° medida com goniômetro na ausência de carga inclui os indivíduos no grupo de HLE. O indivíduo encontra-se sentado, com as articulações do joelho e tornozelo fletidas a 90°, o calcâneo alinhado com o eixo longo da perna e os pés no chão, o examinador dorsiflete o hallux passivamente até à posição máxima e alinha o Avaliação cinética e cinemática da marcha em indivíduos com hallux limitus estrutural 8 goniômetro com a posição de referência. (3,17) Foram efectuadas 3 medições da dorsiflexão no pé com maior restrição e realizada a sua média. Hallux limitus funcional Uma dorsiflexão da mesma articulação >40°, avaliada com goniômetro nas condições descritas anteriormente, necessita de exclusão da presença de hallux limitus funcional para inclusão dos indivíduos no grupo de controlo. Para tal procede-se à realização da manobra de Hubscher, em que o examinador dorsiflete o hallux passivamente enquanto o individuo se encontra em posição supina apoiado sobre as duas pernas e com os joelhos em extensão. Um teste normal descreve a situação em que o hallux dorsiflete livremente >40° com resistência mínima associado a encurtamento e elevação do arco medial longitudinal. Depois de excluída, visualmente, a presença de HLF, foi selecionado o membro com que o indivíduo inicia a marcha. Foram efetuadas 3 medições da dorsiflexão nas condições descritas para a medição do HLE e realizada a sua média. (17, 18) Protocolo biomecânico Todos os dados forma obtidos com o indivíduo descalço, a velocidade auto-selecionada e seguindo o protocolo modificado de Oxford foot model (OFM) (Tabela I). O conjunto de marcadores do membro define os segmentos da anca e joelho enquanto os marcadores do OFM define o pé em 3 segmentos (tíbia, retropé e antepé) e um vetor (hallux). O mediopé foi considerado como um mecanismo de transmissão de movimento entre o retropé e o antepé. (19) O tornozelo foi considerado como o movimento entre o antepé e a tíbia. Um sistema de captura e análise de movimento 3D, constituído por 12 câmaras (Oqus camera series, Qualisys) foi utilizado para captura de movimento segmental a 200 Hz. Uma plataforma de força resistiva (Beretec) (2000 Hz) foi utilizada para obter as FRS. Protocolo experimental Os 23 marcadores refletivos de 12 mm de diâmetro, foram fixados à pele utilizando-se fita de dupla face nos locais anatómicos descritos no membro selecionado. Procedeu-se à recolha de um ensaio estático em posição de pé durante 5 s previamente à recolha dinâmica. Foi repetida a marcha, até se obter 5 ensaios adequados, definidos como o contacto completo do pé na plataforma de forças, sendo utilizada a média para análise. Para cada ensaio, os eventos, contacto inicial e despegue foram detetados automaticamente pelo software Visual 3D (C.motion Inc., USA). Subdividiu-se a fase de Avaliação cinética e cinemática da marcha em indivíduos com hallux limitus estrutural 15 DISCUSSÃO Este estudo comparou a marcha e as forças de reação ao solo entre um grupo de indivíduos com HLE e um grupo de controlo nos três planos de movimento, sagital, transverso e coronal, com o intuito de identificar padrões de compensação comuns no membro inferior. As características físicas dos sujeitos não parecem apresentar diferenças significativas, o que se mostra de grande importância no estudo da cinemática, uma vez que foram descritas variações dos parâmetros temporais, espaciais e grau de movimento articular, com a idade, género, altura e peso. (20) No que se refere aos parâmetros espaço temporais, a diminuição do comprimento da passada em indivíduos com HLE está em concordância com outros estudos similares no entanto, esta não foi estatisticamente significativa. (6,16,21) Para os restantes parâmetros também não se observaram diferenças estatisticamente significativas mas, poderia ser esperada uma diminuição da velocidade (16,22) e um aumento do tempo da fase de apoio (6) tal como observado em estudos de restrição da dorsiflexão da 1MTF. O modelo utilizado, OFM, é comummente utilizado em análise da marcha em indivíduos saudáveis e com patologia e tem grande confiabilidade e reprodutividade em adultos. (23-27) Este descreve o movimento de cada segmento do pé relativamente ao seu mais proximal considerando o mediopé um transmissor de movimento entre o antepé e o retropé. Foram adicionados marcadores no membro inferior para descrever o movimento da anca e joelho. Tal como esperado verificou-se uma diminuição da dorsiflexão do hallux para o grupo de HLE na fase final do apoio. É nesta fase final que este movimento é mais importante pois sem ele, a ativação dos mecanismos de auto-suporte essenciais para converter o pé num pivot, através do qual o corpo se move, ficam comprometidos. (1, 6, 9) Seria de esperar um aumento da dorsiflexão do tornozelo sobretudo na fase final do apoio para compensar a diminuição da dorsiflexão da 1MTF. (15, 16) A presença de maior eversão do tornozelo associado a maior rotação externa descrevem o movimento combinado de pronação do pé. Pode então colocar-se a hipótese de que a limitação da dorsiflexão da 1MTF é causadora de pronação retrógrada. O facto de o mecanismo de windlass não ser ativado de forma adequada, ao não se verificar o encurtamento da fáscia plantar e consequente elevação do arco longitudinal medial, permite, pelo menos em parte, explicar o surgimento desta pronação. (3, 15, 28, 29) Avaliação cinética e cinemática da marcha em indivíduos com hallux limitus estrutural 16 No joelho, no plano sagital, as diferenças mínimas encontradas entre os dois grupos estão de acordo com o estudo em que foi utilizada uma tala para restringir artificialmente a 1MTF. (16) No entanto, foi reportado um aumento da extensão do joelho noutro estudo semelhante, durante a fase média de apoio. (15) Os valores mínimos e máximos de adução são maiores no grupo com HLE mas não foram reportados os mesmos resultados noutros estudos. No plano transverso, a maior rotação externa do joelho no grupo HLE, não se verificou noutro estudo no entanto, a transição para rotação interna na fase final de apoio, nesse mesmo grupo. corrobora com o resultado dessa mesma investigação. (15) Na anca, as pequenas diferenças encontradas entre os dois grupos estão de acordo com um estudo prévio. (16) A maior rotação externa no grupo de HLE corrobora com o padrão que ocorre na análise observacional da marcha feita em indivíduos com hallux rigidus em que estes tendem a transferir o peso lateralmente ou fazem rotação externa da anca de forma a elevarem o pé e, a fase de despegue ocorre nos metatarsos laterais. (30) As forças de reação ao solo – Fz para o grupo de controlo ultrapassa os valores máximos reportados na literatura. (31) Já no grupo de HLE os valores máximos são superiores àqueles apresentados para um estudo com indivíduos jovens sem patologia. Seria expectável que o segundo pico máximo da força fosse inferior, tal como reportado num outro estudo, onde a presença patologia no membro inferior interfere com a intensidade força gerada para permitir a propulsão. (21, 31) A componente anteroposterior – Fx indica que a força propulsiva, descrita como o pico máximo após o inicio da elevação do calcanhar, no grupo de HLE é inferior à do grupo de controlo. Este achado vem salientar o facto de os indivíduos com restrição da 1MTF apresentam alterações na fase propulsiva da marcha. Apesar da importância dos resultados obtidos, o estudo apresenta algumas limitações e elementos que podem estar sujeitos discussão. Primeiro, a pequena dimensão da amostra limita o poder do estudo. Dada a panóplia de parâmetros que podem intervir na marcha, será conveniente aumentar a amostra e parear o mais possível os dois grupos e no maior número de características físicas, para assim diminuir a variabilidade induzida por estas. A presença de artefacto relacionado com a colocação dos marcadores sobre a pele pode produzir alguma variabilidade nos resultados. (32, 33) Embora tenha sido verificado que os artefactos sobre o pé são menores que aqueles sobre locais mais proximais. (32, 34, 34) É portanto, relevante que a colocação dos mesmos seja sobretudo realizada pela mesma pessoa em todas as sessões. Vários estudos associaram a estrutura do arco longitudinal medial do pé com Avaliação cinética e cinemática da marcha em indivíduos com hallux limitus estrutural 17 alterações da orientação do eixos articulares do pé. (25, 26, 29) Assim deve futuramente incluir-se esta medida para caracterizar os indivíduos e reduzir a variabilidade induzida por esta. Por fim deve levar-se em conta que o estudo da marcha poderá revelar-se limitador para o estudo de consequências patológicas. Atividades como corrida, salto, que exigem maior dorsiflexão poderão induzir compensações articulares maiores ou até diferentes daquelas encontradas para marcha. Avaliação cinética e cinemática da marcha em indivíduos com hallux limitus estrutural 18 CONCLUSÃO A avaliação de indivíduos com limitação da dorsiflexão da 1MTF permitiu identificar alguns padrões de compensação nos três planos de movimento. Os resultados deste estudo indicam que a cinemática dos planos frontal e transverso revelaram diferenças nos dois grupos estudados, enquanto que no plano sagital essas diferenças parecem ser mínimas. Na cinética, principalmente a componente antero-posterior, apresenta também diferenças entre os grupos. Assim, é sugerível que clinicamente, a avaliação da mobilidade da 1MTF deva ser incluída no exame físico do doente que se apresente com dor ou disfunção do membro inferior. Avaliação cinética e cinemática da marcha em indivíduos com hallux limitus estrutural 19 CONFLITOS DE INTERESSE O autor declara não ter conflitos de interesse para com o trabalho em apreciação. Avaliação cinética e cinemática da marcha em indivíduos com hallux limitus estrutural 20 BIBLIOGRAFIA 1) Dananberg HJ. Sagittal plane biomechanics. American Diabetes Association. Journal of the American Podiatric Medical Association. 2000;90(1):47-50. 2) Suárez EM, Rosa MM. Mecánica clínica y terapeútica de pie y tobillo. Madrid: Hospital Universitario Quirón ; 2015. 3) Hild GA, McKee PJ. Evaluation and biomechanics of the first ray in the patient with limited motion. Clinics in podiatric medicine and surgery. 2011;28(2):245-67. 4) Ayyappa E. Normal Human Locomotion, Part 1: Basic Concepts and Terminology. JPO: Journal of Prosthetics and Orthotics. 1997;9(1):10-7. 5) Hetherington V, Muscarella V. Hallux Limitus and Hallux Rigidus. 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Por essa razão, desejo expressar os meus sinceros agradecimentos: Ao Dr. Adélio Vilaça, meu orientador, por toda a disponibilidade, críticas, correções e sugestões feitas durante a orientação e sobretudo porque que me incentivou a voar mais alto. Ao Professor João Paulo Vilas Boas Soares Campos pela receptividade e cooperação e por me ter feito sentido em casa no laboratório de biomecânica do Porto - LABIOMEP. Ao Pedro Fonseca pela imprescindível ajuda, paciência, disponibilidade e ensinamentos no LABIOMEP. Á Denise, à Tânia e à Camila pela ajuda e eupatia nos momentos iniciais de contacto com o “novo mundo” do laboratório da biomecânica. Aos meus amigos por todas a palavras de incentivo e por toda a gentileza e ajuda neste trabalho. À minha equipa de futebol pelos noventa minutos semanais de brincadeira, garra e suor e pela amizade incondicional. Ao meu irmão pela revisão do resumo em inglês mas sobretudo pelas histórias e gargalhadas que juntos partilhamos. Ao meu avô (in memoriam) que me ensinou valores infindáveis. Aos meus pais pelo amor incondicional, por serem modelos de coragem e de vida.