Rev. bras. fisioter. Vol. 8, No. I (2004}, 7-12
©Associação Brasileira de Fisioterapia
ANÁLISE COMPARATIVA DA MARCHA HUMANA EM SOLO À
SUBAQUÁTIC A EM DOIS NÍVEIS DE IMERSÃO: JOELHO E QUADRIL
Brito, R. N., 1 Roesler, H., 2 Haupenthal, A. 2 e Souza, P. V. 2
1
2
Professor da Universidade do Extremo Sul Catarinense
Laboratório de Pesquisas em Biomecânica Aquática, Centro de Educaç·ão Física,
Fisioterapia e Desportos, Universidade do Estado de Santa Catanna
Correspondência para: Helio Roesler, Centro de Educação Física, Fisioterapia e Desportos,
Laboratório de Pesquisas em Biomecânica Aquática, Rua Paschoal Simone, 358, CEP 88080-350,
Coqueiros, Florianópolis, SC, e-mail: [email protected]
Recebido: 7110/03- Aceito: 3/3/04
RESUMO
Esta pesquisa exploratória teve por objetivo analisar os parâmetros da marcha em ambiente aquático em dois níveis de imersão:
quadril e joelho (1,1 e 0,6 m), quando comparada ao ambiente terrestre. Participaram desta pesquisa 11 sujeitos com idade entre
15 e 28 anos, de ambos os gêneros. Realizaram a marcha em uma passarela de 3,65 metros de comprimento e 0,5 metro de largura.
Duas plataformas de força subaquáticas foram colocadas na passarela para a aquisição das forças de reação do solo e pesagem
dos sujeitos. Foram adquiridas no total 220 curvas de força vertical de reação do solo por intermédio da plataforma para cada uma
das três situações: fora e dentro d'água nas profundidades que correspondem, aproximadamente, aos níveis do quadril e do joelho.
O valor médio da força, normalizado pelo peso corporal (N/PC), do primeiro e segundo picos de força foi de: 1,03 N/PC fora d'água,
0,88 N/PC no nível do joelho e 0,43 N/PC no quadril. No pico mínimo os valores foram: 0,87 N/PC fora d'água, 0,76 N/PC no
nível do joelho e 0,37 N/PC no quadril. Analisando as curvas qualitativamente, foi constatado que conforme aumenta o nível de
imersão vão sendo alteradas as características da curva de força de reação do solo (primeiro pico, segundo pico e pico mínimo),
levando a forma da curva à semelhança da figura de um trapézio. Essas alterações no ciclo da marcha são importantes para a prescrição
de tratamento para um indivíduo que não consiga suportar todo o peso corporal e deva iniciar seu processo de recuperação funcional
terapêutica, pois com a redução das forças verticais o indivíduo terá maior segurança para a fase inicial de treinamento da marcha.
Palavras-chave: biomecânica, plataforma de força, marcha humana em ambiente aquático, fisioterapia aquática.
ABSTRACT
This exploratory research aimed to carry out the analysis of the parameters of gait in aquatic environment in two leveis of immersion:
hip and knee (1.1 and 0.6 m) when compared to terrestrial environrnent. Eleven citizens particip:lted of this research, with ages
between 15 and 28 years and of both genders. They carried out the walking in one catwalk 3.65 meters long and 0.5 meters wide.
Two underwater force platforms, built by ROESLER were placed in the catwalk for acquisitiOI; of the grond reaction force and
the people body weight measurement. The total of 220 curves of vertical grond reaction forces through the platform for each of
the three situations were acquired: outside and inside the water in depths that approximately correspond to the leveis of the hip
and knee. The force average value, normalized by the body weight (N/BW), of the first and second force peaks was of: 1.03 N/
BW outside the water, 0.88 N/BW on the knee levei and 0.43 N/BW on the hip levei. In the minimum peak the values were: 0.87
N/BW outside the water, 0.76 N/BW on the knee levei and 0.37 BW on the hip levei. By the qualitative analysis of the curves
one could realize that once the immersion levei rises, the ground reaction force curve characteristics are altered (first, second and
minimum peak), turning the curve into a trapezium shape. These alterations in the gait cycle are important for an individual that
cannot support ali his body weight and must start therapeutic functional rehabilitation process, therefore, with the reduction of
the vertical forces, the individual will have greater security for an initial phase of the gait training.
Key words: biomechanics, force platforms, human gait in aquatic environment, aquatic physical therapy.
Brito, R. N. et ai.
8
INTRODUÇÃO
Em razão das propriedades físicas da água, quanto maior
o nível de imersão do sujeito, menor é a resultante das forças
que agem sobre as estruturas corporais, pois a força resultante
é atenuada pela ação do empuxo. Essa diminuição da
magnitude das forças externas e, conseqüentemente, internas
nas estmturas músculo-esqueléticas possibilita o início precoce
de atividades na água em relação à terra. Tal fato torna-se
importante após uma lesão ou processo cirúrgico, pois o
paciente na água pode manter precocemente a posição ortostática em relação a fora d'água, iniciar o treinamento da
marcha e os exercícios de fortalecimento, preocupar-se menos
com possíveis prejuízos às estruturas em restabelecimento,
acelerar o processo de reabilitação e diminuir os custos e
o tempo de tratamento. 1· 2
O alívio de carga nas articulações torna a marcha
subaquática ideal para a fisioterapia aquática, particularmente
para pacientes que possuem lesões do aparelho locomotor,
quando as caminhadas na terra são contra-indicadas. 3 É
evidente que a marcha subaquática ou as atividades aquáticas,
com fins terapêuticos ou não, possuem características diferentes dessas mesmas atividades quando realizadas fora
d'água. Cabe diagnosticar e quantificar as principais diferenças entre esses ambientes para que a prescrição das
atividades de recuperação funcional terapêutica ocorra de
maneira eficaz.
Nesse contexto, o presente estudo tem por temática
principal a questão da marcha humana em ambiente aquático
em dois níveis de imersão, na profundidade que cotTesponde
aproximadamente aos níveis do quadril e joelho, tendo em
vista as vatiáveis decotTentes do componente vettical da força
de reação do solo em comparação às características fora
d'água.
Com esse intuito, foram comparados os valores da
componente vettical da força de reação do solo da caminhada
dentro e fora d'água, os valores da taxa de aceitação do peso
(TAP) da marcha dentro e fora d'água e foram traçadas as
características das curvas da componente vertical da força
de reação do solo da marcha em ambiente aquático.
Em estudos realizados anteriormente, Brito et al. 4 constataram que, em urna profundidade de imersão no nível do
quadril, a componente vertical da força de reação do solo,
durante um salto vertical, atingiu um porcentual médio de
redução geral de 51%, havendo diferença entre os homens
e as mulheres, cujos porcentuais médios de redução foram
de 39% e 52%, respectivamente.
Harrison et al. 5 analisaram nove sujeitos, comparando
a marcha em solo e subaquática em diferentes velocidades
e profundidades. Era requisitado aos sujeitos que
caminhassem em sua velocidade habitual fora d'água. Além
da velocidade habitual na água, os sujeitos caminhavam
também na maior velocidade que eles conseguiam controlar.
Foram adquiridos os passos em duas profundidades: 1,1 e
Rev. bras . .fisiora
1,3 m. A força atuante para a profundidade correspondente
ao joelho foi de 75% a 100% do peso corporal dos sujeitos.
No nível do quadril, a força seria de 50% a 75% do peso
corporal para a marcha na velocidade habitual.
Nakasawa et al. 6 realizaram um trabalho sobre a força
de reação vertical do solo durante a marcha na água. Seis
sujeitos participaram do estudo, que foi realizado com quatro
profundidades de imersão: 0,4, 0.7. 1,0 e 1,2 m. Os autores
deixaram os sujeitos selecionarem a velocidade mais
confortável na água e a controlaram com um metrônomo.
Em 0,7 m de imersão os valores da componente vertical da
força de reação do solo foram de 0,8 N/PC, em I ,O m ficaram
entre 0,4 e 0,6 N/PC e em 1,2 m, entre 0,4 N/PC.
A marcha dentro d'água, apesar de presente na maior
parte dos protocolos de reabilitação aquática, ainda é pouco
explorada na literatura em termos de variáveis biomecânicas
quantitativas. Levando, assim, à falta de parâmetros quantitativos para os Fisioterapeutas, os Educadores Físicos e
os demais profissionais envolvidos no processo de reabilitação
ou treinamento. 5 .7,s
MÉTODO
Participaram deste estudo ex pl oratório 11 sujei tos (7
homens e 4 mulheres) com idade média de 17 anos, 1,70 m
de estatura e 64 kg de massa corporal.
Os instrumentos utilizados foram as plataformas ele força
subaquática desenvolvidas e validadas por RoeslerY O sistema
é composto por duas plataformas extensométricas de 500 x
500 mm, com sensibilidade de 2 N, erro inferior a I% e
freqüência natural de 60Hz. Foi utilizada a placa CIO-EXPBRIDGE de 16 canais para condicionamento ele sinais e o
conversor A/D CIO-DAS-I6Jr, com capacidade para 16
canais e limite máximo de aquisição de 60 kHz. O sistema
de aquisição de dados utilizado foi o SAD 2 versão 3.0. 10
Para o tratamento dos dados foi utilizado um filtro
Butterworth de ordem 3, na freqüência de 30 Hz.
O procedimento da coleta foi: pesagem fora d'água,
coleta dos passos fora d'água, pesagem dentro d'água na
altura próxima ao joelho, coleta dos passos na altura do joelho
e, em seguida, na altura referente ao quadril.
Após a pesagem o sujeito passou por um período de
familiarização com a tarefa, que consistiu em uma média
de 5 passagens na passarela. O sujeito indicou se estava pronto
para iniciar a coleta ou se precisaria de tempo maior. Esse
período de familiarização ocorreu para as três situações deste
estudo.
Na Figura 1 é representada a passarela e a localização
das duas plataformas de força. A piscina tinha duas áreas
de diferentes profundidades: 0,8 me 1,3 m. Considerando
que a passarela tem 0,2 m de espessura, o nível da água acima
da passarela ficou em 0,6 me 1,1 m, o que corresponde
aproximadamente aos níveis ele joelho e quadril, respectivamente.
Análise da Marcha Subaquática
Vol. 8 No.!, 2004
Figura 1. Passarela composta por blocos de madeira e duas plataformas de força, todos de 500 x 500 mm, dispostos no fundo da piscina.
Cada sujeito realizou a marcha sobre as plataformas
10 vezes em cada situação proposta no estudo. Assim, cada
sujeito totalizou 30 passagens sobre as plataformas, resultando
em 220 curvas de força vertical de reação do solo adquiridas
para cada situação. As curvas força x tempo adquiridas foram
calibradas, filtradas e normalizadas pelo peso corporal. Foram
obtidos os valores das variáveis primeiro pico de força, segundo
pico de força, pico mínimo e taxa de aceitação do peso. Desses
dados foram calculados a média, o desvio-padrão e o coeficiente
de variação. As curvas também foram analisadas qualitativamente de três maneiras: individualmente, a média por sujeito
e a média entre todos os sujeitos.
RESULTADOS
O peso corporal médio para fora d'água foi de 627 ±
125,75 N. O peso hidrostático médio no nível de imersão
correspondente ao joelho foi de 535 ± 112,55 N. No nível
do quadril, o valor médio foi de 274 ± 78,05 N. Com base
nesses dados, verifica-se que houve redução porcentual média
de 14,6% da magnitude da força peso, quando os sujeitos
estavam imersos no nível do joelho, e redução de 56,3%
quando os sujeitos estavam imersos no nível do quadril,
comparando-se aos valores obtidos fora d'água. Esses dados
apresentaram maior redução que os valores obtidos pelo estudo
de Harrison et al., 5 que encontraram valores de redução entre
40% e 50% do peso corporal no nível de imersão do quadril.
A taxa de aceitação do peso (TAP) é utilizada para avaliar
o recebimento da carga pelas estruturas músculo-esqueléticas.
Quanto maior for seu valor, maior a carga imposta a essas
estruturas. 11 A TAP pode ser entendida como a inclinação da
curva força x tempo durante a fase de recebimento de carga.
Para seu cálculo, é dividido o valor do primeiro pico de força
pelo tempo transcorrido desde o contato inicial até o primeiro
pico de força, retirando I0% do valor da força e dos extremos
dos valores de tempo. A variável TAP média para fora d'água
ficou em 4,25 ± 0,45 N/PC/s, com um coeficiente de variação
de I 1%. Já no nível de imersão do joelho, o valor dessa variável
caiu para 2,83 ± 0,59 N/PC/:;, com coeficiente de variação
de 21%. No quadril o valor foi menor ainda, 0,91 ± O, 19 N/
PC/s, com coeficiente de variação de 21%. A TAP apresentou
redução porcentual média de 33,41%, quando os sujeitos
realizaram a marcha no níveljo.~lho, e redução porcentual média
de 78,58% quando os sujeitos estavam imersos no nível do
quadril.
A Tabela 1 apresenta os valores médios do primeiro
e segundo picos de força e pico mínimo dos sujeitos. Podese observar que, com o aumento da profundidade, os valores
de força de reação vertical decrescem e o coeficiente de
variação aumenta.
A redução dos valores das forças verticais de reação
do solo pode ser observada na Figura 2, a partir de uma
curva de força de um sujeito da coleta. Os valores foram
normalizados pelo peso corporal dos sujeitos, a fim de
visualizar a redução da força vertical de reação do solo
dentro d'água em comparação com fora d'água. O número
e a curva desse sujeito nas tri:s situações foram escolhidos
por sorteio.
9
Rev. bras . .fisioln
Brito, R. N. et a!.
lO
A partir dos dados da Tabela 1 foram estabelecidas as
porcentagens de redução das variáveis dinamométricas,
relacionando os dados adquiridos fora d'água aos dados nos
dois níveis de imersão que CO!Tespondem às alturas do quadril
e do joelho. Com esses valores de redução foi criada a Tabela
2, em que se nota maior redução na maior profundidade de
imersão.
Para a análise qualitativa das-curvas de força de reação
do solo foram comparadas a curva força/peso corporal x tempo
médio de todos os sujeitos para cada uma das três situações
do estudo, como apresentado na Figura 3. Nessa figura, o
tempo está normalizado pela porcentagem do apoio, sendo
as primeiras curvas cotTespondentes ao intervalo de O a 100%
e as segundas, correspondentes ao intervalo de 75% a 175%
do tempo de apoio.
Comparando o desenho das curvas nas três situações
propostas, pode-se notar que as curvas para os passos fora
d'água apresentaram o mesmo padrão descrito na literatura:
primeiro e segundo picos de força bem definidos, similares
em forma e magnitude e uma deflexão caracterizando o pico
mínimo (suporte médio). Essa característica foi alterada nas
curvas quando os sujeitos estavam imersos no nível dos
joelhos. Verifica-se a redução da deflexão da curva na fase
de pico mínimo, além da diminuição da magnitude dos picos
de força em relação a fora d'água. Com isso, os valores de
pico mínimo ficaram próximos aos picos de força. As
alterações mais significativas na forma da curva ocorreram
quando os sujeitos andaram imersos no nível do quadril.
Observa-se redução significativa dos valores dos picos
máximos e mínimos de força, levando o formato da curva
à figura de um trapézio (Figura 3).
DISCUSSÃO
Os resultados deste estudo comprovam que a marcha
subaquática pode ser um meio para o processo de recuperação
funcional, mas, para tanto, é crucial a quantificação da força
atuante durante a marcha subaquática no indivíduo.
A redução porcentual significativa nos valores da TAP,
quando os sujeitos realizaram a marcha em ambiente aquático,
caracteriza uma menor ação da força resultante sobre as
estruturas corporais, pois, conforme Roesler et a!., 11 Campos
et a/. 12 e Mochizuki & Amadio, 13 a TAP é utilizada como
indicador de impacto ou como taxa de recebimento e controle
ela carga. Essa redução de quase 80% no valor da TAP para
a marcha no nível do quadril indica que o recebimento ela carga
no aparelho locomotor humano oco1Teu de forma mais suave.
Em relação às variáveis dinamométricas primeiro
e segundo picos de força, os valores encontram-se dentro
do citado pela literatura para os passos realizados fora da
água. 14 ·15 · 16 ·17 Os valores em ambiente aquático no nível de
imersão do joelho foram de 0,8 a 0,9 N/PC e. no quadril.
de 0,4 N/PC. Houve redução em torno de 15% para os picos
de força próximos ao nível do joelho e 57% no quadril. Valores
também encontrados por Nakasawa, Yano e Miyashita6·7 para
profundidades semelhantes.
Em relação à vari<ível dinamométrica pico mínimo
(denominada também de força de suporte médio), o valor médio
normalizado verificado em ambiente aquático no nível de
imersão do joelho foi de 0,7 N/PC e. no nível elo quadril, foi
de 0,3 a 0,4 N/PC. Para essa variável pode ser verificado que,
conforme aumenta o nível de imersão, perde-se a cleflexão
da curva de força (Figura 3).
Tabela 1. Valores médios, desvios-padrão e coeficientes de variação das variáveis dinamométricas da marcha fora e dentro d'áQua: no joelho
~·
e no quadril.
Primeiro pico de força
Segundo pico de força
Pico mínimo
Fora
Joelho
Quadril
(N/PC)
(NIPC)
(N/PC)
média
1,01
0,87
0,43
CV%*
3,60
2,59
16,66
S**
0,04
0,02
0,07
média
1,06
0,89
0,44
CV%*
4,21
4,75
18,06
S**
0,04
0,04
0,08
média
0,86
0,75
0,36
CV%*
3,14
4,99
20,20
S**
0,02
0,04
0,07
*Coeficiente de variação em porcentagem. **Desvio-padrão.
Análise da Marcha Subaquática
Vol. 8 No. I, 2004
0,8
1,2
1,6
2
2,4
li
2,8
3,2
Tempo (s)
Figura 2. Mudanças que ocorrem para uma curva de força vertical de reação do solo em decorrência da variação da profundidade de imersão .
...... Fora d'água
-•- Nível do joelho
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o
75
100
175
Tempo normalizado pelo apoio simples (%)
Figura 3. Mudanças na curva de força de reação do solo em relação à variação da profundidade da água.
Tabela 2. Valores de redução das variáveis de força de reação vertical do solo em porcentagem nos níYcis de imersão correspondentes ao
quadril e joelho em relação a fora d'água.
Joelho
Quadril
Primeiro pico de força
15%
60%
Segundo pico de força
19%
63%
Pico mínimo
15%
61%
Primeiro pico de força
13%
55%
Segundo pico de força
13%
55%
Pico mínimo
10%
54%
Primeiro passo
Segundo passo
Brito, R. N. et a/.
12
Esse fato pode ser decotTente da diminuição da velocidade
de oscilação do membro inferior na fase de balanço ou da
diminuição da flexão do joelho na fase de apoio. A diminuição
da amplitude da deflexão na fase de pico mínimo/supmte médio
também pode ser visualizada nos trabalhos de Yano, Yamamoto
e Nakazawa 7·8 na comparação da marcha em velocidade rápida
e lenta.
O presente estudo sugere que a diminuição da componente vertical da força de reação do solo pode ser entendida
como menor probabilidade de lesão, pela diminuição da carga
imposta às estruturas internas. Dependendo da capacidade
de suporte de peso corporal existente, pode-se colocar um
indivíduo para realizar a marcha na profundidade do joelho
ou quadril, pois sabendo as forças a que esse indivíduo estará
sujeito, há condições de prescrever um exercício em condições
ideais, acelerando seu processo de recuperação funcional
terapêutica.
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CONCLUSÃO
Com este estudo foi realizada a quantificação da força
vertical de reação do solo em ambiente aquático. Quando
os valores foram comparados aos da marcha fora d'água,
houve redução em torno de 15% para o nível de imersão
correspondente a próximo do joelho e de 57% para o nível
próximo ao quadriL Essas alterações no ciclo da marcha são
importantes para o indivíduo que não consegue suportar todo
o peso corporal e deve iniciar seu processo de recuperação
funcional terapêutica, pois com a redução das forças verticais
o indivíduo terá maior segurança para uma fase inicial de
treinamento da marcha. Além disso, a quantificação das forças
que estão agindo nas estruturas corporais é importante para
dar segurança aos fisioterapeutas que prescrevem exercícios
aquáticos terapêuticos.
Para dar continuidade a este trabalho sugere-se: (1)
utilizar um tanque para imersão de seres humanos, para
analisar o andar em ambiente aquático em um número maior
de profundidades; (2) estudar a variação que ocmTe nas curvas
de força e nas variáveis temporais da marcha subaquática
com o aumento gradual da velocidade; (3) analisar o comportamento das componentes antero-posterior e médio-lateral
da força de reação do solo; e (4) estudar eletromiograficamente os principais grupos musculares envolvidos na
marcha subaquática, correlacionando a intensidade da atividade elétrica muscular com a variação da profundidade.
Rev. bras. jisioler
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À academia Aqua Mecting, pelo espaço cedido, e aos
membros do Laboratório de Pesquisas em Biomecânica Aquática, especialmente
Gustavo Ricardo Schütz, pela colaboração.
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