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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Pré-estresse articular: comparação do comportamento passivo do tornozelo com predições de um modelo duas-molas pré-estressado
Authors: Thales Rezende de Souza
First Advisor: Sergio Teixeira da Fonseca
First Referee: Renata Noce Kirkwood
Second Referee: Estevam Barbosa de Las Casas
Abstract: Modelos tradicionais sobre estabilidade articular assumem a existência, nas articulações, de uma amplitude de movimento com quantidades desprezíveis ou sem resistência passiva a perturbações e grande dependência de contrações musculares para se obter estabilidade. Em contraste, articulações estudadas in vivo apresentam torques passivos em toda sua amplitude e a rigidez resultante é explorada e utilizada para alcançar estabilidade durante diversas atividades. Essa estabilidade passiva é similar à apresentada por sistemas pré-estressados, o que leva a hipótese de que as articulações possuem pré-estresse. O pré-estresse nas articulações estaria presente em suas estruturas elásticas e levaria a existência simultânea de tensão passiva em estruturas antagonistas (co-tensão passiva) e, assim, a torques elásticos passivos opostos nas posições de repouso articular e em parte da amplitude de movimento articular. A co-tensão resultante do pré-estresse gera maior rigidez e estabilidade, em comparação com sistemas sem essa propriedade. O objetivo do presente estudo foi investigar a presença de pré-estresse na articulação do tornozelo. Um modelo duas-molas pré-estressado, constituído por duas molas não-lineares e um corpo sem massa e configurado com pré-tensão em suas molas, gerou predições qualitativas sobre mudanças no comportamento mecânico passivo do tornozelo resultantes do alongamento de suas estruturas elásticas posteriores. O torque passivo do tornozelo, relativo a deslocamentos no plano sagital, foi medido em 27 indivíduos jovens e saudáveis, utilizando-se um dinamômetro isocinético. Foi realizada monitoração eletromiográfica para garantir repouso muscular durante os testes. As medidas de torque passivo foram realizadas com a articulação do joelho nas posições de 90º, 60º, 30º e 0º de flexão, respectivamente, para alongar as estruturas elásticas posteriores do tornozelo. A posição em que o torque passivo é igual a zero (torque-zero), a rigidez passiva referente à dorsiflexão, a rigidez passiva referente à flexão plantar e a rigidez nos últimos 5º de flexão plantar foram medidas. Análises de variância para medidas repetidas e contrastes pré-planejados, com níveis de significância () igual a 0,05, foram utilizados para comparar essas variáveis entre as posições de joelho estudadas. Foi encontrado que o alongamento das estruturas elásticas posteriores do tornozelo gerou deslocamentos da torque-zero em direção à flexão plantar (p<0,001), aumentos na rigidez em referente à dorsiflexão (p0,037), aumentos na rigidez em referente à flexão plantar (p0,001) e aumentos na rigidez na amplitude final de flexão plantar (p<0,047). Estes resultados estão de acordo com as predições do modelo, o que indicou que existe co-tensão passiva resultante da presença de pré-estresse nas estruturas elásticas do tornozelo. Além disso, estas mudanças são análogas a respostas conhecidas de sistemas mecânicos pré-estressados frente ao aumento assimétrico da tensão de um ou mais de seus componentes elásticos. As posições de repouso articular (torque-zero) constituem posições de equilíbrio entre torques elásticos passivos opostos gerados pela co-tensão passiva. Além disso, existe grande pré-tensão nas estruturas elásticas posteriores biarticulares. O pré-estresse tecidual é uma propriedade subjacente ao torque e rigidez passivos do tornozelo e, associado a outras propriedades passivas, como a viscosidade tecidual, contribui para a estabilidade intrínseca dessa articulação.
Abstract: Traditional models of joint stability assume the existence of a joint range of motion where there is negligible or no passive resistance to mechanical perturbations and great dependence on muscle contractions to achieve stability. In contrast, joints in vivo exert passive moments in their entire ranges of motion and the resultant stiffness is explored and used by the motor system to achieve stability in many activities. This passive stability is similar to the intrinsic stability of prestressed mechanical systems, leading to the hypothesis that joints have prestress. The prestress of joints would be held in their elastic structures and would created concurrent passive tension in antagonistic elastic structures (passive co-tension) and opposite passive elastic moments in part of the range of motion. The co-tension resultant from prestress produces greater stiffness and stability, in comparison with systems without this property. The aim of the present study was to investigate the presence of prestress at the ankle joint. A prestressed two-spring model, composed of two nonlinear springs and a massless body, and configured with pre-tension in the springs, generated qualitative predictions about changes in the passive mechanical behavior of the ankle, when the posterior elastic structures of this joint was lengthened. The ankle passive moment, related to displacements in the sagittal plane, was measured in 27 young healthy subjects, using an isokinetic dynamometer. Electromyography was monitored in order to guarantee that the muscles were inactive during the tests. Passive moment was measured with the knee at 90º, 60º, 30º, and 0º of flexion, respectively, in order to lengthen posterior elastic structures of the ankle. The joint position where passive moment is zero (moment-zero), dorsiflexion stiffness, plantar flexion stiffness, and stiffness in the final 5º of plantar flexion were measured. Repeated measures analyses of variance and pre-planned contrasts, with significance levels () of 0.05, were used to compare dependent variables between knee positions. It was found that the lengthening of posterior elastic structures of the ankle generated displacements of the moment-zero toward plantar flexion (p<0.001), increases in the dorsiflexion stiffness (p0.037), increases in the plantar flexion stiffness (p0.001), and increases in the stiffness of final plantar flexion positions (p<0.047). These results are in accordance with the predictions of the model and indicate that there is passive co-tension resultant from the prestress in the elastic structures of the ankle. Furthermore, these changes are analogous to the known responses of prestressed systems when the tension of one or more of its elastic components is asymmetrically increased. Joint resting positions (moment-zero) constitute positions where there is equilibrium between opposite passive elastic moments created by the passive co-tension. Moreover, biarticular posterior elastic structures have great pre-strain. Tissue prestress is a property underlying the net passive moment and stiffness of the ankle and, associated with other passive properties, such as tissue viscosity, provides intrinsic stability to this joint.
Subject: Articulação do tornozelo
Biomecânica
Tornozelos
Medicina de reabilitação
Articulações
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/MSMR-7W4PGZ
Issue Date: 22-Aug-2008
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