Universidade de So Paulo

PAGE Anlise estabilogrfica da postura ereta humana quasi-esttica

Anlise estabilogrfica da postura ereta humana quasi-esttica

Marcos DuarteEscola de Educao Fsica e Esporte

Universidade de So Paulo

Anlise estabilogrfica da postura ereta humana quasi-esttica

Marcos Duarte

Escola de Educao Fsica e Esporte

Universidade de So PauloSumrio

81Introduo

2Controle postural112.1Sistemas sensoriais122.2Sinergias posturais122.3Estabilometria132.4Centro de gravidade e centro de presso152.5Um modelo biomecnico simples da postura ereta162.6Determinao do centro de gravidade182.7Decomposio do sinal de posturografia212.8Um software para anlise de dados da estabilografia223Padres no sinal do centro de presso durante postura ereta irrestrita de longa durao

243.1Introduo253.2Exemplos preliminares e terminologia253.3Modelo e algoritmo273.4Experimento303.5Dependncia do reconhecimento dos padres com os valores dos parmetros313.6Resultados323.7Discusso354Anlise estabilogrfica da postura ereta irrestrita374.1Introduo384.2Mtodo404.3Anlise dos dados414.4Resultados424.5Discusso474.6Concluses485Processos de correlao de longo alcance na postura ereta humana irrestrita505.1Introduo515.2Materiais e mtodos525.3Resultados e discusso536Propriedades fractais da postura ereta humana576.1Introduo586.2Materiais e mtodos586.3Resultados596.4Discusso606.5Concluso617Acurcia e velocidade de movimento durante a postura ereta627.1Introduo637.2Material e mtodos637.3Resultados e discusso648Informao visual, limites de estabilidade e variabilidade da postura ereta668.1Introduo678.2Materiais e mtodos688.3Resultados708.4Discusso769Concluses gerais7910Comentrios finais8011Referncias

81

ndice de Tabelas

33Tabela 1. Nmero mdio de padres de migrao do COP reconhecidos pelos algoritmos (postura ereta irrestrita, 30 min, 10 sujeitos, 2 tentativas, direes a-p e m-l).

Tabela 2. Mdia e desvio padro do deslocamento do COP (SD), velocidade do deslocamento do COP (V), freqncia mdia (Fmdia) do deslocamento do COP e a rea do estabilograma durante postura ereta irrestrita para diferentes cargas e condies visuais (n=5). Dados apresentados como mdia(desvio padro.45Tabela 3. Mdia e desvio padro do deslocamento do COP (SD), velocidade do deslocamento do COP (V), freqncia mdia (Fmdia) do deslocamento do COP e a rea do estabilograma durante postura ereta irrestrita para diferentes superfcies de apoio e solados de calados (n=6). Dados apresentados como mdia(desvio padro.46Tabela 4. Mdias, desvios padres e interaes das variveis rea do estabilograma (AREA), velocidade mdia resultante do COP (V) e freqncia mediana do COP (Fmed) para os seguintes alvos: neutro (N), extremo anterior (EA), extremo posterior (EP), extremo esquerdo (EE) e extremo direito (ED). ANOVA medidas repetidas, teste post-hoc de Tukey. Nveis de significncia: * < 0,05; ** < 0,01; *** < 0,001.76

ndice de Figuras

11Figura 1. Diagrama conceitual do sistema de controle postural.

Figura 2. Trs estratgias posturais usadas normalmente pelos adultos no controle da postura ereta, da esquerda para a direita: estratgia do tornozelo, do quadril e do passo. (Shummway-Cook & Woollacott, 1995).13Figura 3. Estabilograma representativo durante postura ereta quieta (linha contnua). Nesta figura, pode-se observar o conceito de campos de fora na postura: a representao da trajetria do COP e os vetores de fora horizontal. Note que para pequenos intervalos de tempo, vetores de fora consecutivos convergem para (aproximadamente) um plo (exemplos 1 e 2) e para longos intervalos de tempo eles convergem para diferentes plos (Zatsiorsky & Duarte, 2000).14Figura 4. Representao esquemtica da relao entre COP e COG durante a postura ereta de um sujeito oscilando para frente e para trs. As distncias do COP (p) e COG (g), o vetor peso (W), o vetor fora de reao do solo (R), e vetores representativos para a velocidade () e acelerao () angulares em cinco instantes diferentes so indicados (Winter, 1990).16Figura 5. Representao do modelo fsico-matemtico de um pndulo invertido do corpo humano durante a postura ereta quieta para o plano sagital.17Figura 6. Trajetrias do COP, GL e da diferena entre COP e GL, COPGL, na direo a-p durante postura ereta quieta.20Figura 7. Trajetrias do COP, GL e fora horizontal, F, na direo a-p durante postura ereta com oscilao forada do tornozelo.20Figura 8. Exemplo representativo da densidade de potncia espectral (PSD, power spectral density) das trajetrias COP e GL na direo a-p para postura quieta por 30 s. PSD calculado pelo mtodo de periodograma de Welch com resoluo de 0,039 Hz.21Figura 9. Trajetrias do COP, componentes rambling e trembling e os pontos de equilbrio instantneo (IEP) durante a postura ereta quieta. A figura menor representa um pndulo simples invertido idealizando o significado das componentes do COP.22Figura 10. Janela principal do software PostTool desenvolvido para a anlise do sinal do centro de presso da estabilografia.23Figura 11. Migrao do COP em duas tentativas diferentes, direo a-p versus m-l. Postura ereta de multi-regio (1) e uni-regio (2). O mesmo sujeito (mulher, 25 anos, 1,74 m de altura e 59,2 kg de massa) permaneceu em p por 30 minutos duas vezes com um intervalo de uma semana.26Figura 12. Exemplo representativo de migrao do COP e padres durante a postura ereta irrestrita de longa durao. Direo a-p (homem, 26 anos, 1,85 m de altura e 89,1 kg de massa). Os picos de fidget (*) foram selecionados com um limiar de (3,0 SD. Apenas um shift e um drift so indicados para uma melhor visualizao.27Figura 13. Exemplo representativo do padro shift e os parmetros usados para reconhecimento.28Figura 14. Exemplo representativo do padro fidget e os parmetros usados para reconhecimento.29Figura 15. Exemplo representativo do padro drift e os parmetros usados para reconhecimento.30Figura 16. Nmero de padres reconhecidos com diferentes valores limiares para os parmetros dos algoritmos (f). (a) para shifts: 1,0; 1,5; 2,0 e 2,5 SD para diferentes janelas: 15; 30 e 60 s; mxima largura do shift fixada em 5 s. Os dados para a largura 15 s foram ajustados pela equao Nshift= 25 + 23(e (fs 1.0)/0.5. (b) para fidgets: 1,0; 2,0; 3 e 4 SD para diferentes janelas: 30, 60, and 120 s, a largura mxima dos fidgets foi fixada em 4 s. Os dados para uma janela de 60 s foram ajustados pela equao Nfidget=252(e1 ff. (c) para drifts: 0,5; 1,0; 1,5 and 2,0 SD, para diferentes comprimentos mnimos do drift: 30, 60, and 90 s, o coeficiente de variabilidade foi fixado em 5. Os dados para uma janela de 60 s foram ajustados pela equao Ndrift= 0.92+3.33(e (fd 0.5)/0.72. Postura ereta irrestrita, 10 sujeitos, 2 tentativas, direes a-p e m-l.32Figura 17. Nmero de shifts durante postura ereta irrestrita por 30 minutos para diferentes sujeitos e tentativas para direo a-p (a) e m-l (b). 10 sujeitos, 2 tentativas.33Figura 18. Nmero de fidgets durante postura ereta irrestrita por 30 minutos para diferentes sujeitos e tentativas para a direo a-p (a) e m-l (b). 10 sujeitos, 2 tentativas.34Figura 19. A distribuio de fidgets para janelas de 180 s em relao ao nmero total durante postura ereta irrestrita por 30 minutos para diferentes sujeitos e tentativas para a direo a-p (a) e m-l (b). 10 sujeitos, 2 tentativas.34Figura 20. Nmero de drifts durante postura ereta irrestrita por 30 minutos para diferentes sujeitos e tentativas para direo a-p (a) e m-l (b). 10 sujeitos, 2 tentativas.35Figura 21. Exemplos de dominncia de padres de shift (a), fidget (b), e um longo drift (c) em diferentes sujeitos durante postura ereta irrestrita. Sujeitos descalos sobre a superfcie da plataforma de fora.43Figura 22. Mdia e desvio padro dos nmeros de padres de shifting, fidgeting e drifting por minuto durante postura ereta irrestrita em diferentes condies de carga e viso (n=5). O smbolo * entre os dois pares de colunas indica um efeito da viso (ANOVA 2 fatores, p < 0,05).44Figura 23. Mdia e desvio padro dos nmeros de padres de shifting, fidgeting e drifting por minuto durante postura ereta irrestrita em diferentes condies de superfcie de apoio e tipo de solado dos calados (n=6).46Figura 24. (a) Posio dos sujeitos sobre a plataforma de fora e conveno dos eixos. Dois exemplos de estabilogramas durante 30 minutos de postura ereta irrestrita: (b) multi-regio e (c) uni-regio e srie temporal representativa do COP.52Figura 25. Expoentes DFA, (, (a) e PSA, (, (b). Linhas finas so os ajustes lineares para os dez sujeitos em ambas as direes para intervalos maiores que 10 s ou freqncias menores que 10-1 Hz (indicada pela flecha tracejada). Os valores medianos so mostrados em linhas espessas. As linhas e valores dos expoentes de escala para rudo branco e rudo browniano so mostrados para comparao (linhas tracejadas).54Figura 26. Estabilogramas (esquerda) e sries temporais do COP na direo ntero-posterior (a-p) (direita) para os dados durante a postura ereta natural (1800 s, primeira linha), para 1/10 dos dados (180 s, segunda linha) e para 1/100 dos dados (18 s, terceira linha). O expoente de Hurst (H) para este exemplo 0,34, resultando numa reduo de 2,2 na escala de amplitude para cada 10 vezes de reduo da escala de tempo. Ambos os eixos reais e escalonados so indicados nos grficos de 180 s e de 18 s para ilustrao. Note que depois de cada escalonamento (relacionado ao expoente fractal e ao perodo de tempo), os trs estabilogramas e sries temporais apresentam aproximadamente as mesmas amplitudes em espao. Para melhor claridade, nem todos os pontos so mostrados nos grficos de 1800 s e 180 s. A diferena na estrutura fina, observada para s srie temporal de 18 s comparada s outras duas sries temporais, devido ao fato que os deslocamentos do COP para intervalos de at 1 s mostram um comportamento diferente. Este comportamento provavelmente devido s caractersticas inerciais do corpo ou a diferentes mecanismos de controle do equilbrio (conhecido como modelo de circuito aberto/fechado (ver Collins e De Luca, 1993)).59Figura 27. Grfico R/S em escala log-log para os dados do COP de 1800 s do exemplo da figura anterior (ajuste para k10 s at 600 s, inclinao = 0,34, r=0,99, p0,05. Os dados foram reprodutveis entre as tentativas; o nmero de shifts foi similar na primeira e segunda tentativas, F(1;18)=0,17; p>0,05 para a direo a-p, e F(1;18)=1,22; p>0,05 para a direo m-l. Os shifts foram observados tanto na postura ereta em uni-regio como em multi-regio. A nica diferena foi na amplitude do amplitude: houve 3 tentativas de multi-regio, com uma amplitude mdia de shift de 2,7(0,8 SD na direo a-p e 5,3(3,6 SD na direo m-l; durante as 17 tentativas de uni-regio, a amplitude mdia dos shifts foi 2,6(1,0 SD na direo a-p e 3,9(1,0 SD na direo m-l. A amplitude dos shifts foi maior na direo m-l que na direo a-p.

Tabela 1. Nmero mdio de padres de migrao do COP reconhecidos pelos algoritmos (postura ereta irrestrita, 30 min, 10 sujeitos, 2 tentativas, direes a-p e m-l).

Variveldireo a-p direo m-l

SHIFT [shifts/30 min]

Amplitude mdia [SD]

Amplitude mdia [mm]6 5

2,6 0,9

17 159 7

4,3 3,9

22 38

FIDGET [fidgets/30 min]

Amplitude mdia [SD]

Amplitude mdia [mm]30 8

4 1

35 2036 12

4,4 1,5

32 36

DRIFT [drifts/30 min]

Amplitude mdia [SD]

Amplitude mdia [mm]

Durao mdia [s]6 3

2,5 1,6

16 8

178 1993 2

1,8 1,1

12 7

165 187

Figura 17. Nmero de shifts durante postura ereta irrestrita por 30 minutos para diferentes sujeitos e tentativas para direo a-p (a) e m-l (b). 10 sujeitos, 2 tentativas.

Um rpido e grande deslocamento e retorno do COP para aproximadamente a mesma posio (fidget) ocorreu em mdia a cada 5915 s na direo a-p (variando de 41 s a 112 s) com uma amplitude mdia do fidget de 41 SD (3520 mm). Na direo m-l, os fidgets ocorreram em mdia a cada 4916 s (variando de 31 s a 106 s) com uma amplitude mdia do fidget de 4,41,5 SD (3236 mm). Os dados foram reprodutveis entre as duas tentativas (Figura 18). A maioria dos fidgets foram realizados na direo oblqua. Por causa disto, o nmero de fidgets nas duas direes foi muito similar, na mdia 30 e 36 fidgets para os 30 min da tentativa, respectivamente. Esta diferena no foi estatisticamente significante, F(3;36)=1,73; p>0,05.

Figura 18. Nmero de fidgets durante postura ereta irrestrita por 30 minutos para diferentes sujeitos e tentativas para a direo a-p (a) e m-l (b). 10 sujeitos, 2 tentativas.

No houve nenhuma concentrao observvel de fidgets durante o perodo da tentativa nem para a direo a-p F(9;190)=0,73; p>0,05, ou para a direo m-l, F(9;190)=1,50; p>0,05. (Figura 19).

Figura 19. A distribuio de fidgets para janelas de 180 s em relao ao nmero total durante postura ereta irrestrita por 30 minutos para diferentes sujeitos e tentativas para a direo a-p (a) e m-l (b). 10 sujeitos, 2 tentativas.

Um deslocamento lento e contnuo da posio mdia do COP (drift) ocorreu em mdia na direo a-p a cada 319173 s (variando de 150 s a >1800 s) com uma amplitude mdia do drift de 2,51,6 SD (168 mm) e uma durao mdia do drift de 178199 s. Na direo m-l, o intervalo entre drifts foi em mdia igual a 529333 s (variando de 225 s a > 1800 s) com uma amplitude mdia do drift de 1,81,1 SD (127 mm) e uma durao mdia de 165187 s (Figura 20). Os dados foram reprodutveis entre as duas tentativas. No houve diferena entre as duas tentativas nem para a direo a-p, F(1;18)=0,13; p>0,05, nem para a direo m-l F(1;18)=4,13; p>0,05.

Comparado ao nmero de fidgets, os nmeros de shifts e drifts variaram substancial-mente entre os sujeitos (Figura 17 e Figura 20), com a variao de 0 a 22 shifts e 0 a 12 drifts.

Figura 20. Nmero de drifts durante postura ereta irrestrita por 30 minutos para diferentes sujeitos e tentativas para direo a-p (a) e m-l (b). 10 sujeitos, 2 tentativas.

3.7 Discusso

O principal achado deste estudo foi a existncia de trs padres de migrao do COP durante a postura ereta irrestrita de longa durao. Tais padres, shifts, fidgets, e drifts existem e podem ser reconhecidos por algoritmos computacionais apropriados.

Atualmente, pouco conhecido sobre este fenmeno. A observao qualitativa dos sujeitos revelou que os trs padres resultam de vrios movimentos dos segmentos corporais ou do corpo como um todo. Os movimentos mais comuns foram com os braos, cabea, tronco e redistribuio do peso de uma perna para a outra.

O termo 'fidgeting' j foi usado por outros pesquisadores para descrever qualquer mudana postural sem especificar o tipo de movimento. Bhatnager et al. (1984, 1985) reportaram que durante a tarefa de sentar por um longo tempo, a freqncia de mudanas posturais ('fidgeting') aumentou mais de 50% nas trs horas de observao. Alexander (1992) usou o termo 'fidgeting' para designar as mudanas posturais durante a postura ereta. Ele sugeriu a hiptese de que um objetivo de produzir fidgeting mudar a presso na cartilagem articular.

No presente estudo, o termo 'fidgeting' foi conotado em um sentido mais especfico; no qualquer deslocamento do COP, mas um rpido desvio e retorno do COP a sua posio inicial. Entre os padres identificados, o fidgeting o padro mais freqente de migrao do COP. Visto que o COP retorna aproximadamente a mesma posio, os fidgets no so mudam a posio mdia do COP. plausvel considerar que fidgeting serve para redistribuir a presso nas articulaes, para rebombear o lquido sinovial da cartilagem e aliviar a presso local na sola dos ps. Quando os sujeitos reportaram o que sentiram durante a postura ereta irrestrita por 30 minutos, a queixa mais freqente era sobre o desconforto nos ps. Uma possvel razo para esta queixa pode ser a fadiga dos receptores de presso na sola dos ps. O fidget pode ser a resposta a este desconforto. Se fidgets so inspirados por necessidades de mudana temporal na presso da cartilagem articular ou da constante presso nas solas dos ps no sabido at este momento. Outros motivos, como acmulo de sangue nas pernas, podem ser sugeridos.

Em contraste ao fidgeting, o shifting e drifting representam duas estratgias usadas pelo sistema nervoso para mudar a posio mdia do COP por longos perodos. O shifting uma mudana mais dramtica e permanente da posio do COP; tipicamente, o shifting resultado da redistribuio do peso sobre uma perna para a outra ou mesmo um passo, ou ambos. As rpidas transies de um spot para outro na postura ereta de multi-regio (Figura 11) esto relacionadas a este padro. A existncia de shifting e drifting ajusta-se bem hiptese de Lestienne e Gurfinkel (1988). Estes autores sugeriram que o sistema de controle motor responsvel pela manuteno do equilbrio um sistema hierrquico de dois nveis. O nvel superior ("conservativo") determina um quadro de referncia para o equilbrio, com respeito ao qual o equilbrio mantido. O nvel inferior ("operativo") mantm o equilbrio em torno desta pr-determinada referncia. Esta hiptese foi apoiada pelos experimentos de Gurfinkel et al. (1995). Nestes experimentos, a superfcie de suporte rodava lentamente. Foi observado que por algum tempo os sujeitos mantinham a orientao fixa do corpo em relao superfcie (a vertical percebida) em vez da vertical real. Lestienne e Gurfinkel (1988) e tambm Gurfinkel et al. (1995) no abordaram em seus estudos uma possvel migrao do ponto de referncia durante a postura ereta natural. O presente estudo sugere que tal migrao existe. No cenrio desta hiptese, shifting e drifting podem ser considerados dois padres diferentes da migrao do ponto de referncia.

A razo para uma lenta mudana da posio do COP, drifting, no clara. Visto que durante drifting o COP muda sua posio mdia muito lentamente, certamente este padro no uma soluo efetiva e espontnea para evitar desconforto ou prevenir uma queda. Talvez drifting simplesmente indique que o sistema nervoso no sensvel a pequenas mudanas da posio do COP. Durante drifting, o corpo no somente migra como um todo; mas tambm oscila em torno de um ponto de refernica mvel. Somente quando os pequenos deslocamentos acumulam e excedem um certo nvel, o sistema nervoso corrige a posio mdia do corpo. A amplitude mdia do drifting foi de 16 mm para a direo a-p e 12 mm para a direo m-l para uma durao mdia de trs minutos, resultando numa velocidade mdia de drifting de 0,23 mm/s. Usando um modelo de pndulo invertido simples, o deslocamento angular mdio do corpo durante drifting foi estimado em 0,80. Gurfinkel et al. (1995) reportaram que quando a plataforma de fora girava 1,50 lentamente (f=0,006 Hz), o centro de gravidade mantinha sua posio mdia em torno de ponto de referncia que se movia lentamente (por conseguinte, a linha vertical da gravidade no era usada como referncia absoluta). Nossos dados esto em bom acordo com estes achados. Nossos dados sugerem que durante a postura ereta natural, o ponto de referncia migra. Note que fidgeting foi observado tambm durante drifting, indicando que estes dois processos servem a diferentes propsitos.

4 Anlise estabilogrfica da postura ereta irrestrita

A postura ereta natural caracterizada por mudanas posturais e diferentes hipteses tem sido propostas para explicar estas mudanas. Neste estudo, quatro hipteses foram investigadas quantificando-se o nmero de mudanas posturais nos dados do centro de presso durante postura irrestrita de longa durao em diferentes condies experimentais, investigando os efeitos de uma carga mecnica, diferentes condies visuais e diferentes tipos de superfcie de suporte e solado do calado. Os sujeitos ficaram em p por 30 minutos sem nenhuma instruo alm de no pisar fora da plataforma. No houve nenhum efeito significativo sobre o nmero de padres do centro de presso associados s mudanas posturais devido carga, viso, superfcie e calado durante a postura ereta; na mdia, foram observados aproximadamente dois padres do centro de presso por minuto em todas as condies. A anlise dos dados do centro de presso pelos parmetros estatsticos usuais (desvio padro, velocidade e freqncia do deslocamento do centro de presso e rea do estabilograma) tambm no mostrou nenhum efeito das diferentes condies.

4.1 Introduo

Em condies de trabalho bem como nas atividades da vida diria, algumas pessoas permanecem em p por longo tempo, na maior parte das vezes, confinadas a uma pequena rea. Na postura em p natural, as pessoas usualmente adotam posturas assimtricas e tendem a mudar a posio do corpo periodicamente enquanto mantm uma postura do corpo relativamente fixa (Bridger 1991, Whistance et al. 1995). A contnua e lenta oscilao de baixa amplitude comumente interrompida por mudanas posturais caracterizadas por movimentos rpidos e de grande amplitude. H muitos estudos na literatura sobre a contnua e lenta oscilao de baixa amplitude, os quais tipicamente investigaram a postura ereta quieta, onde os sujeitos foram instrudos a ficar to imveis quanto possveis num mesmo lugar por curtos perodos. O estudo da postura ereta irrestrita de longa durao tem recebido menos ateno, particularmente sob uma perspectiva biomecnica.

A importncia das mudanas posturais durante a postura ereta irrestrita de longa durao foi citada previamente por Mosher (1913), apud Zacharkow (1988), e por Carls (1961), apud Whistance et al. (1995), que salientaram a importncia de deslocarem o peso corporal de lado a lado para um melhor conforto. Uma hiptese declara que tais mudanas posturais diminuem a acumulao de sangue venoso nas extremidades inferiores, a qual tem sido apontada como a principal fonte de desconforto durante a postura ereta (Brantingham et al., 1970; Kim et al., 1994; Zhang et al., 1991). Cavanagh et al. (1987) identificaram grandes movimentos do corpo como a principal estratgia para evitar a ocluso do fluxo sanguneo em algumas regies da sola dos ps causada pela contnua presso esttica durante a postura ereta. Alexander (1992) apresentou a hiptese de que o propsito das mudanas posturais, as quais ele chamou fidgeting, aliviar a presso nas articulaes por meio do rebombeamento do fluido cartilaginoso. A relevncia das mudanas posturais tambm tem sido reconhecida para a tarefa do sentar (Bhatnager et al., 1985) e para o dormir deitado (Keane, 1979).

Sob uma abordagem ecolgica/psicolgica, as mudanas posturais podem tambm ser interpretadas como mecanismos para explorar e colher informaes do ambiente, principalmente por meio do sistema sensrio visual. De acordo com este ponto de vista, a postura ereta natural mais do que uma pura tarefa mecnica, a postura ereta tambm envolve interao com o ambiente que poderia ser mediada pelas mudanas posturais.

A postura ereta irrestrita por alguns minutos at poucas horas tem sido caracterizada na literatura por uma grande variedade de medidas. Estes critrios incluem atividade eletromiogrfica, presso venosa, batimento cardaco, critrio de conforto subjetivo, parmetros da estabilografia, cinemtica de segmentos corporais, mudanas nas dimenses corporais e temperatura da pele (Brantingham et al., 1970, Zhang et al., 1991, Kim et al., 1994, Rys & Konz 1994, Madeleine et al., 1998, Duarte & Zatsiorsky, 1999). Entre os mtodos empregados, a anlise cinemtica da postura ereta (anlise de vdeo) e a estabilografia so os utilizados para quantificar as mudanas posturais.

A medida da posio do centro de presso (COP) durante a postura ereta, chamada estabilometria ou posturografia, tem sido por dcadas a principal ferramenta biomecnica para o entendimento do equilbrio corporal. O COP o ponto de aplicao da resultante das foras verticais agindo sobre a superfcie de suporte, e representa o resultado combinado do sistema de controle postural e da fora de gravidade. Costumeiramente, a posturografia dividida em anlise esttica e dinmica. A posturografia esttica preocupa-se com a postura quieta no perturbada, quando o sujeito tenta ficar imvel (Hellebrandt, 1938, Thomas & Whitney, 1959, Gurfinkel et al., 1974, Winter, 1995). Na posturografia dinmica, uma perturbao aplicada e a resposta do sujeito a esta perturbao estudada (para uma reviso sobre posturografia dinmica, ver Johansson e Magnusson 1991). Uma comparao e aplicaes da posturografia esttica e dinmica so discutidas por Baloh et al. (1994), Furman et al. (1993), Horak (1997). Nem posturografia esttica ou dinmica parecem ser apropriadas para descrever a postura ereta natural, j que a primeira no permite mudanas posturais e a ltima utiliza de pertubaes externas conhecidas. Em adio, nenhum dos mtodos quantifica as mudanas posturais durante a postura ereta irrestrita. Poucos estudos tem se preocupado com uma anlise posturogrfica da postura ereta irrestrita.

Duarte e Zatsiorsky (1999) mediram a posio do COP durante a postura ereta irrestrita em adultos saudveis e observaram padres que foram associados com as mudanas posturais dos sujeitos (descritos no captulo anterior). Algoritmos computacionais para deteco automtica de tais padres foram desenvolvidos e uma anlise estatstica destes resultados foi realizada.

No presente trabalho, as mudanas posturais durante a postura ereta irrestrita foram investigadas em diferentes condies medindo os padres do COP. Primeiramente, o efeito de uma carga (isto , suportando uma carga) foi estudado para explorar as diferentes hipteses sugeridas na literatura para explicar os fatores causadores das mudanas posturais para responder a questo "por que as pessoas repetidamente mudam suas posturas corporais?" Com a adio de uma carga externa, a presso na cartilagem articular dos membros inferiores e na sola dos ps aumentaria. Se a principal razo para as mudanas posturais rebombear o fluido cartilaginoso, como proposto por Alexander (1992), o nmero de mudanas posturais deveria aumentar com a adio de carga. Se as razes para mudanas posturais so somente diminuir o acmulo de sangue venoso nas extremidades inferiores e permitir uma circulao momentnea de sangue atravs de algumas regies da sola dos ps, o nmero de mudanas posturais no iria variar durante a postura ereta com carga. A presso na sola dos ps durante a portura ereta sem carga j grande suficiente para ocluir a circulao de sangue nesta regio (Cavanagh et al., 1987). A primeira hiptese deste estudo foi que o nmero de mudanas posturais no iria variar com a adio de carga.

O segundo objetivo deste estudo foi investigar o papel da viso durante a postura ereta irrestrita. Se os movimentos durante a postura ereta natural fossem realizados para explorar o ambiente por meio do sistema sensrio visual (Riccio & McDonald, 1998), se esperaria menos mudanas posturais se a informao visual fosse removida. A ausncia de viso, resultaria em um pequeno aumento na instabilidade postural, resultando em um aumento da atividade muscular nas estremidades inferiores para manter a estabilidade postural. Este aumento na atividade muscular iria diminuir o acmulo de sangue venoso nas extremidades inferiores, e consequentemente, haveria uma menor necessidade de mudanas posturais. Ento, a segunda hiptese foi que a ausncia de viso levaria a um menor nmero de mudanas posturais.

Os terceiro e quarto objetivos foram investigar os efeitos da rigidez da superfcie de suporte e da sola do calado sobre o comportamento da postura ereta irrestrita. Madeleine et al. (1998) reportaram um aumento no deslocamento do COP durante a postura ereta em um superfcie dura quando comparado a ficar em p sobre um tapete anti-fadiga (uma superfcie macia). No entanto, Zhang et al. (1991) no encontraram diferena alguma no desvio padro do deslocamento do COP entre ficar em p numa superfcie dura ou macia; eles tambm no encontraram nenhum efeito da interface ps/cho no nmero de mudanas posturais durante a postura ereta por at uma hora. Um raciocnio fsico prediria que haveria um aumento da oscilao do corpo em superfcie macia devido instabilidade mecnica e que por conseguinte, um aumento da oscilao do COP. Este aumento na instabilidade aumentaria a atividade muscular e ento as mudanas posturais no seriam to necessrias, levando a uma diminuio do nmero de mudanas posturais com uma superfcie macia. A variao e desvio padro do deslocamento do COP no medem somente o aumento do deslocamento do COP devido instabilidade mecnica de uma superfcie macia, mas tambm o efeito das mudanas posturais. Ento, o aumento na variao do deslocamento do COP em uma superfcie dura reportado por Madeleine e colaboradores poderia ser devido s mudanas posturais e no devido instabilidade mecnica. As terceira e quarta hipteses foram que o uso de superfcies macias e calados com solado macio iriam diminuir o nmero de mudanas posturais durante a postura ereta irrestrita

Na literatura, anlises do deslocamento do COP durante postura ereta irrestrita so limitadas a dois estudos, cada um reportando um nico parmetro: desvio padro dos dados do COP (Zhang et al., 1991) e variao dos dados do COP (Madeleine et al., 1998). Ambos estudos investigaram o efeito do tipo de superfcie na postura ereta irrestrita. No presente trabalho, em adio s investigaes sobre as mudanas posturais usando a anlise dos padres do COP, uma detalhada caracterizao dos dados do COP tambm foi realizada. Neste sentido, medidas de desvio padro, velocidade e freqncia mdia do deslocamento do COP e rea do estabilograma so reportadas. Uma caracterizao mais completa do deslocamento do COP durante postura ereta irrestrita contribuir para um melhor entendimento dos efeitos dos diferentes fatores investigados aqui sobre a postura ereta.

4.2 Mtodo

Este estudo foi conduzido usando uma plataforma de fora de 4090 cm2 (4090S, Bertec, OH, EUA) com uma superfcie metlica (ferro, considerada uma superfcie dura). A plataforma de fora mediu os trs componentes da fora, Fx, Fy e Fz, e as trs componentes do torque, Mx, My e Mz (x, y e z so as direes ntero-posterior, mdio-lateral e vertical, respectivamente). A posio do COP dada por COPx = (hFx My)/Fz e COPy = (hFy + Mx)/Fz, onde h a altura do material, por exemplo um tapete, sobre a plataforma de fora. O dado do COP uma posio (duas coordenadas) na superfcie da plataforma. Estas duas coordenadas so identificadas em relao orientao do sujeito: direo ntero-posterior (a-p) e direo mdio-lateral (m-l).

Os sujeitos realizaram a tarefa de postura ereta irrestrita por 31 minutos. O primeiro minuto dos dados foi excluido da anlise porque foi considerado o tempo dado aos sujeitos para se acomodarem tarefa. Aos sujeitos foram permitidos mudar a postura livremente a qualquer momento; no houve nenhuma instruo especfica sobre como ficar em p exceto no pisar fora da plataforma de fora. Os experimentos foram realizados em uma sala sem barulho (86 m2) com a plataforma posicionada no meio. Durante a tarefa de postura ereta irrestrita, o sujeito podia se comunicar ocasionalmente com o pesquisador que estava sentado em frente ao sujeito a uma distncia de cerca de 2 m. Todos os sujeitos participaram voluntariamente deste estudo e eram saudveis sem nenhuma doena fsica ou mental. Antes dos experimentos, eles assinaram um termo de consentimento aprovado pelo Escritrio de Regulamentao de Consentimentos da Universidade Estadual da Pennsylvania.

Cinco sujeitos participaram dos experimentos onde foram investigados os efeitos de carga e viso; os sujeitos apresentavam (mdia desvio padro) 212 anos, altura de 1,810,02 m e massa de 799 kg. Cada um dos sujeitos realizou a tarefa de postura ereta irrestrita em quatro condies diferentes, cada condio em um dia diferente no mesmo horrio. As quatro condies foram: 1) sem carga e olhos abertos (chamada normal), 2) com uma carga de 32 kg e olhos abertos, 3) sem carga e viso totalmente obstruda, e 4) com uma carga de 32 kg e viso totalmente obstruda. Todas as tarefas foram realizadas sobre a superfcie da plataforma de fora e descalos, a seqncia das tarefas foi pseudo randomizada entre os sujeitos. A carga foi aplicada usando-se um cinto de chumbo em volta da cintura.

No experimento onde os efeitos da superfcie e da sola do calado foram investigadas, seis sujeitos participaram deste estudo: os sujeitos apresentavam (mdia desvio padro) 2812 anos, estatura de 1,650,09 m e massa de 5811 kg. Cada um dos sujeitos realizou a tarefa de postura ereta irrestrita em quatro condies diferentes, cada condio em um dia diferente no mesmo horrio. As quatro condies foram: 1) calado de solado duro e superfcie do cho dura, 2) calado de solado macio e superfcie dura, 3) calado de solado duro em superfcie macia e 4) calado de solado macio em superfcie macia. A seqncia das tarefas foi pseudo randomizada entre os sujeitos. Os calados de solado macio foram calados esportivos confortveis dos prprios sujeitos sem salto. Os calados de solado duro tambm pertenciam aos sujeitos e eram calados sociais sem salto. A superfcie dura usada foi a prpria superfcie da plataforma de fora e a superfcie macia foi um tapete comercial anti-fadiga (Ergomat USA, Inc., TX, EUA) feito de poliuretano com uma compressibilidade de 35 kg para uma compresso de 3 mm com uma prova de 105 mm de dimetro. A posio do COP foi calculada levando-se em conta a altura do tapete utilizando-se as frmulas citadas. Antes das anlises, os sinais do COP foram filtrados com um filtro passa-baixa Butterworth de quarta ordem, atraso de fase zero e freqncia de corte de 8 Hz j que a maioria da potncia do sinal est abaixo de 2 Hz (ver Winter (1995) para uma reviso sobre este tpico).

4.3 Anlise dos dados

4.3.1 Anlise dos padres nos dados do COP

Os padres shifting, fidgeting e drifting foram identificados utilizando-se o algoritmo descrito no captulo anterior. Os padres foram primeiro determinados separadamente para as direes a-p e m-l utilizando-se os mesmos critrios. Os padres aparecendo simultaneamente nas duas direes foram identificados e contados como um nico padro. A anlise que se segue sobre o nmero total de padres. Os nmeros de shifts e fidgets foram tambm examinados como uma funo do tempo dividindo a tarefa de 30 minutos em dez segmentos sem sobreposio com uma largura de 3 minutos. Os seguintes valores foram adotados para os parmetros de reconhecimento dos padres shift, fidget ou drift respectivamente: uma amplitude de shift mnima de 2 SD, uma largura mxima de shift de 5 s, uma janela base de 15 s; uma mnima amplitude de fidget de 3 SD, uma mxima largura de fidget de 4 s, e uma janela base de 60 s; uma amplitude mnima do drift de 1 SD, uma largura mnima do drift de 60 s. Estes valores foram similares aos valores usados na literatura (Duarte & Zatsiorsky, 1999).

4.3.2 Anlise de parmetros convencionais nos dados do COP

Um dos objetivos deste estudo foi fornecer uma caracterizao detalhada dos deslocamentos do COP. Neste sentido, foram selecionados quatro dos mais comuns parmetros utilizados em estabilografia: o desvio padro (SD) dos dados (Murray et al., 1975), a velocidade do deslocamento do COP, a rea do estabilograma e a freqncia mdia do deslocamento do COP. A velocidade (V) do deslocamento do COP foi determinada dividindo-se a excurso total do COP pelo perodo total dos dados, 30 minutos, (Riach & Starkes, 1994). A rea do estabilograma (a curva do deslocamento do COP na direo a-p versus o deslocamento do COP na direo m-l) foi calculada usando-se o mtodo de rea da elipse; os eixos principais da elipse foram determinados pela anlise de componentes principais (Oliveira et al., 1994). Parmetros no domnio de freqncias tm sido usados na literatura para ganhar um melhor entendimento das caractersticas temporais da estabilidade postural (Bensel e Dzendolet, 1968, Williams et al., 1997). Neste estudo, a freqncia mdia (Fmdia) do deslocamento do COP foi calculada a partir da densidade de potncia espectral do deslocamento do COP, a qual foi estimada usando-se mtodo de periodograma de Welch com uma resoluo de 0,039 Hz (Matlab software, MathWorks, Inc., 1996).

Na anlise destes parmetros convencionais, os dados para as direes a-p e m-l foram analisados separadamente - um procedimento usual j que os deslocamentos do COP para diferentes direes so pobremente correlacionados.

4.3.3 Anlise estatstica

Um ANOVA 2(2 para medidas repetidas com nvel de significncia de 0,05 foi empregado para determinar os efeitos das variveis carga e viso no primeiro experimento e os efeitos das variveis superfcie e calado no segundo experimento.

4.4 Resultados

4.4.1 Padres dos deslocamentos do COP

Os trs padres do deslocamento do COP foram observados nos comportamentos dos sujeitos nos experimentos. No entanto, padres individuais predominaram em diferentes sujeitos, como mostrado na Figura 21. Diferentes sujeitos 'preferem' usar shifting, fidgeting ou drifting durante a postura ereta, indicando diferentes estratgias de mudanas posturais durante a postura ereta irrestrita. Uma oscilao de freqncia muito baixa com um perodo aproximado de 30 minutos pode ser vista na Figura 21(c). Isto uma indicao de correlao de longo alcance ou um processo de longa memria (grandes flutuaes em adio a pequenas flutuaes) nos dados do COP durante postura ereta irrestrita. Devido correlao de longo alcance, os dados separados por grandes intervalos de tempo so dependentes. Este fenmeno descrito nos prximos dois captulos.

Figura 21. Exemplos de dominncia de padres de shift (a), fidget (b), e um longo drift (c) em diferentes sujeitos durante postura ereta irrestrita. Sujeitos descalos sobre a superfcie da plataforma de fora.

4.4.2 Efeitos do uso de uma carga e obstruo da viso sobre postura ereta irrestrita

Os resultados da anlise dos padres do COP durante os 30 minutos de postura ereta irrestrita so mostrados na Figura 22. A anlise de varincia mostrou um nico efeito estatisticamente significante que foi o efeito da interao entre viso e carga para o nmero de fidgets (F(1;4)=14,69; p