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Publicação
Correlation between wearable derived external loads and tissue loading during running
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 4.32 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Correr é uma das formas mais populares de atividade física no mundo devido ao seu fácil acesso,
custo reduzido e aos seus benefícios para a saúde. No entanto, a corrida está também associada a uma
incidência significativa de lesões músculo-esqueléticas. Estas lesões têm complicações sérias para os
corredores, estando associadas a uma alta taxa de recorrência e podendo também levar a lesões crónicas
e dores. Além disso, são também a principal causa pela qual as pessoas deixam de correr. Três das lesões
relacionadas com a corrida mais comuns incluem: fratura de stress na tíbia, tendinopatia do tendão
de Aquiles e síndrome patelo-femoral. Estas lesões são normalmente classificadas como lesões de uso
recorrente uma vez que resultam do trauma repetido e cíclico nos tecidos do corpo, como ossos, tendões
ou ligamentos.
Assim, existem diversos fatores biomecânicos que desempenham um papel importante no desenvolvimento destas lesões. Estes fatores podem ser cinemáticos ou cinéticos e afetam a distribuição das
forças no sistema musculosquelético durante a corrida. Alguns destes parâmetros podem então causar
maior stress nos tecidos levando assim, a um aumento do risco de desenvolver uma lesão. Assim, é de
extrema importância perceber como é que os diferentes fatores biomecânicos afetam a carga aplicada nas
estruturas do corpo para avaliar o risco de desenvolver uma lesão.
A carga nas estruturas músculo-esqueléticas do corpo é normalmente determinado de duas formas
diferentes: diretamente, utilizando dispositivos intra cutâneos invasivos, ou indiretamente, utilizado modelação músculo-esquelética em combinação com sistemas de captação de movimento 3D e plataformas
de forças. Recentemente, a utilização de dispositivos wearables para a corrida tem vindo a aumentar.
Estes dispositivos oferecem uma alternativa não-invasiva, portátil e de baixo custo para medir parâmetros biomecânicos, face aos métodos tradicionalmente utilizados. Estes dispositivos podem assim ser
utilizados para estimar a carga nas estruturas do corpo indiretamente, auxiliando assim na prevenção de
lesões.
No entanto a relação entre estes fatores biomecânicos e as lesões relacionadas com a corrida é muitas
vezes inconsistente. Embora existam estudos que afirmam que variáveis, como a força de reação do solo,
estão relacionadas com lesões, existem outros que não demonstram tal associação. Além disso, existem
diversos wearables no mercado que utilizam certas variáveis para dar feedback aos seus utilizadores com
o objetivo de prevenir a ocorrência de lesões. Existem também estudos que demonstram não existir uma
associação significativa entre algumas dessas variáveis e o stress nos tecidos, levantando assim questões
acerca da eficácia destes dispositivos na prevenção de lesões.
É então de extrema importância identificar que variáveis refletem mais precisamente a carga nos
tecidos não só para incorporar estas variáveis em wearables e aumentar a sua eficácia na prevenção de
lesões mas também, para uma melhor compreensão dos fatores biomecânicos que estão relacionados
com a ocorrência de lesões. Assim, este estudo tem como objetivo verificar se existe uma correlação
entre diversos parâmetros biomecânicos e o stress em três dos principais locais do corpo relacionados
com a ocorrência de lesões associadas a corrida: a patela, o tendão de Aquiles e a tíbia. Neste estudo foram utilizados os dados cinemáticos e cinéticos de 19 sujeitos que correram numa
passadeira em 11 condições diferentes, alterando a velocidade, a inclinação da passadeira e a frequência
da passada. Foi feita uma seleção das variáveis biomecânicas a analisar através uma revisão de literatura
e foram selecionadas os seguintes indicadores de carga nos tecidos: angulo de flexão da anca e do
joelho, e o angulo de dorsiflexão do tornozelo no momento do contacto com o pé no chão, o angulo
máximo de flexão do joelho e dorsiflexão do pé, o angulo máximo de adução da anca, o valor máximo
no impacto e durante toda a fase de apoio da corrida da componente vertical da força de reação do
solo (máximo de impacto e máximo ativo), a taxa de variação média e instantânea da força de reação
do solo vertical (VALR e VILR), e a força máxima de travagem da componente anterior-posterior da
força de reação do sol, bem como a taxa de variação media e instantânea da força de travagem. Os
diferentes indicadores foram escolhidas com base na literatura, tendo sido utlizadas como fatores de
risco biomecânicos relacionados com lesões, ou tendo sido utilizados como uma medida indireta da
carga nos tecidos. Posto isto, as diferentes variáveis foram recolhidas ou calculadas e foi calculado o
coeficiente de correlação para cada sujeito, entre todas as diferentes condições de corrida. Por fim, foi
determinado o coeficiente de correlação médio entre todos os 19 sujeitos.
Este estudo encontrou correlações fortemente positivas entre as variáveis máximo angulo de dorsiflexão, e angulo de flexão do joelho e da anca no momento de contacto do pé com o solo, com o máximo
valor de stress no tendão de Aquiles, bem como com o impulso ponderado do stress do tendão de Aquiles.
Foi encontrada também uma forte correlação negativa entre o angulo de flexão do joelho no momento
do contacto do pé com o solo e o impulso ponderado do stress na articulação patelofemoral. Todas as
restantes variáveis mostraram correlação insignificantes com o stress nos tecidos.
As fortes correlações encontradas sugerem a utilização das variáveis angulo de flexão do joelho e da
anca no momento de contacto do pé com o solo, e o máximo angulo de dorsiflexão do tornozelo, como
um indicador da carga no tendão de Aquiles durante a corrida, e do stress na articulação patelofemoral
no caso do angulo de flexão do joelho no contacto inicial. Ao incorporar estas variáveis biomecânicas
em dispositivos wearables, estes podem desempenhar um papel crucial na prevenção e redução do risco
de lesões nestas estruturas.
Adicionalmente, este estudo destaca também as limitações associadas ao facto de utilizar apenas
medidas externas, como as forças de reação de solo, na avaliação da carga nos tecidos durante a corrida.
Não foram identificadas correlações significativas entre qualquer uma das variáveis associadas à força de
reação do solo e o stress nas estruturas identificadas. Sendo assim, estas variáveis não refletem de forma
precisa a carga nos tecidos e, portanto, não devem ser utilizadas como um indicador do mesmo.
A maioria das variáveis selecionadas apresentaram correlações moderadas, fracas ou negligíveis com
o stress nos tecidos. Isto deve-se principalmente ao facto de diferentes indivíduos apresentarem diferentes padrões de movimento durante a corrida. É possível que, no caso de alguns sujeitos as variáveis
selecionadas apresentem uma correlação significativa com o stress nas estruturas do corpo, enquanto que
noutros estas relações não se verifiquem. Isto é suportado pela imensa variabilidade entre sujeitos, sugerindo assim, que fatores individuais como sexo, técnica de corrida ou a força muscular desempenhem
também um papel importante na carga nos tecidos. Além, disso foi também verificado que os valores
máximos de stress no tendão de Aquiles, na articulação patelofemoral e na tíbia, não coincidem temporalmente com os máximos obtidos para a maioria das variáveis selecionadas.
No entanto, devido ao tamanho reduzido da amostra utilizada e a complexidade da biomecânica de
cada sujeito, é necessária precaução ao interpretar os resultados. Estudos futuros devem-se focar em
estudos longitudinais com amostras maiores, considerando fatores individuais de cada individuo, como
a idade, sexo, força muscular, flexibilidade e a técnica de corrida para uma melhor compreensão dos mecanismos que podem causar estas lesões e assim desenvolver planos de prevenção das mesmas mais
eficazes. Ao ter em conta estas direções em estudos futuros, vai ser possível uma melhor compreensão
dos fatores que estão intrinsecamente relacionados com o desenvolvimento de lesões associadas à corrida. Com isto em mente, irá ser possível encontrar variáveis que refletem mais precisamente a carga nos
tecidos o que irá permitir um uso mais eficaz dos wearables na prevenção destas lesões e a criação de
melhores planos customizados para prevenção de lesões.
Assim, os resultados deste estudo contribuem para uma melhor compreensão dos fatores por detrás
da ocorrência de lesões relacionadas com a corrida. As variáveis ângulo de flexão da anca durante o
contacto inicial do pé com o solo, ângulo de flexão do joelho durante o contacto inicial do pé com
o solo e máximo angulo de dorsiflexão do tornozelo demonstraram refletir com precisão o stress no
tendão de Aquiles, e na articulação do joelho, no caso do angulo de flexão do joelho. A incorporação
destas variáveis em wearables vai permitir uma utilização mais eficaz destes dispositivos na prevenção
de lesões.
Running is a popular physical activity globally due to its affordability, accessibility, and health benefits. However, it also poses a high risk of musculoskeletal injury. Biomechanical factors significantly contribute to running-related injuries (RRI), yet the relationship between these factors and injuries remains complex and inconsistent. Wearable devices offer a noninvasive and portable means of measuring biomechanical parameters, potentially aiding in injury prevention. This study investigates the association between wearable-driven biomechanical metrics and tissue loading during running to identify potential injury predictors and improve wearable device utilization in injury prevention strategies. Our findings reveal strong correlations between specific biomechanical metrics and tissue loading in certain structures. Peak ankle dorsiflexion angle and knee and hip flexion angles at footstrike correlate strongly with peak strain and cumulative damage on the Achilles tendon, suggesting their utility as proxies for Achilles tendon load during running. Similarly, the knee flexion angle at the footstrike demonstrates a strong negative correlation with cumulative damage in the patellofemoral articulation, indicating its potential as a surrogate for loading in this structure. However, it is important to be careful when interpreting the results of this study due to its small sample size and the complexity of individual biomechanics. To gain a better understanding of the mechanisms underlying RRI, future research should focus on larger longitudinal studies. These studies should also consider factors such as age, sex, muscle strength and running technique. By doing so, we can develop personalized injury prevention interventions. In conclusion, this study highlights the relationship between biomechanical factors and tissue loading during running. It offers insights into potential injury predictors, enhancing the utilization of wearable devices in injury prevention.
Running is a popular physical activity globally due to its affordability, accessibility, and health benefits. However, it also poses a high risk of musculoskeletal injury. Biomechanical factors significantly contribute to running-related injuries (RRI), yet the relationship between these factors and injuries remains complex and inconsistent. Wearable devices offer a noninvasive and portable means of measuring biomechanical parameters, potentially aiding in injury prevention. This study investigates the association between wearable-driven biomechanical metrics and tissue loading during running to identify potential injury predictors and improve wearable device utilization in injury prevention strategies. Our findings reveal strong correlations between specific biomechanical metrics and tissue loading in certain structures. Peak ankle dorsiflexion angle and knee and hip flexion angles at footstrike correlate strongly with peak strain and cumulative damage on the Achilles tendon, suggesting their utility as proxies for Achilles tendon load during running. Similarly, the knee flexion angle at the footstrike demonstrates a strong negative correlation with cumulative damage in the patellofemoral articulation, indicating its potential as a surrogate for loading in this structure. However, it is important to be careful when interpreting the results of this study due to its small sample size and the complexity of individual biomechanics. To gain a better understanding of the mechanisms underlying RRI, future research should focus on larger longitudinal studies. These studies should also consider factors such as age, sex, muscle strength and running technique. By doing so, we can develop personalized injury prevention interventions. In conclusion, this study highlights the relationship between biomechanical factors and tissue loading during running. It offers insights into potential injury predictors, enhancing the utilization of wearable devices in injury prevention.
Descrição
Tese de Mestrado, Engenharia Biomédica e Biofísica, 2024, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
Palavras-chave
Biomecânica da Corrida Dispositivos Wearables Tíbia Tendão de Aquiles Articulação Patelofemoral Teses de mestrado - 2024