Análise teórica e experimental da energia despendida no exercício de extensão do joelho para aplicações em engenharia de reabilitação

Abstract

Neste trabalho realizou-se um estudo do movimento de extensão do joelho através do desenvolvimento de um modelo matemático para o cálculo do comportamento da energia despendida no mesmo. A formulação do modelo do movimento do joelho foi desenvolvida com base na dinâmica de corpos rígidos e no princípio de trabalho virtual, considerando além da cinemática do movimento do membro (pé e perna) os aspectos e parâmetros antropométricos do indivíduo. Para os cálculos e simulação do movimento foi desenvolvido e implementado um software na linguagem Python, essa escolha se deve ao fato da mesma ser uma linguagem open source (código aberto) o que possibilita a utilização do software por outros pesquisadores. Para validação do modelo foram realizados testes experimentais com base na dinamometria e eletromiografia (EMG). Na dinamometria foi medida a força necessária para se levantar a perna do indivíduo no movimento de extensão do joelho. Já na EMG foi medido o Sinal Eletromiográfico (SE) da atividade muscular no quadríceps durante o exercício de extensão do joelho. Em ambos os casos os testes foram realizados com indivíduos hígidos, ou seja, que não apresentavam comprometimento evidente no movimento de extensão do joelho. Os resultados da simulação apresentaram um comportamento similar com os resultados dos testes experimentais de dinamometria. A comparação com os dados de EMG foi feita de forma indireta, parametrizando-se as curvas de respostas teórica e experimentais em relação a um valor máximo, apresentando as curvas em um só gráficos entre os valores entre 0 e 1. Os resultados e avaliações apresentados mostraram que o modelo proposto é suficientemente representativo com potencial de aplicação na área de reabilitação para o estudo e avaliação do...

In this work, a study of the knee extension movement was carried out by developing a mathematical model for calculating the behavior of the energy expended therein. The formulation of the model of knee movement was developed based on rigid body dynamics and the principle of virtual work, considering besides the kinematics aspects of the movement of the member (foot and leg) and the anthropometric parameters of the individual. For the calculations and simulation of the movement was developed and implemented a software in Python language, this choice is due to the fact that it is a open source language which will allows the use of the software by other researchers. For the validation of the mathematical model, tests were performed using techniques of dynamometry and electromyography (EMG). With de dynamometry was measured the force required to lift the leg during the knee extension movement of the person. In the EMG was measured the electromyographic signal of the quadriceps muscle activity during knee extension exercise. In both cases were used healthy persons, ie, persons who had no evident deficiency in the lower limbs. The simulation results were compared with the results of experimental tests of dynamometry and the energy curves showed very similar. The comparison with the EMG data was performed indirectly, parametrizing the curves of experimental and theoretical responses for a maximum value, displaying the curves on one graphic between values from 0 to 1. The results and evaluations presented showed that the proposed model is sufficiently representative with potential of application in the field of rehabilitation for the study and evaluation of movement of knee extension. However, the comparison of the simulated results with the EMG showed a fairly sharp discrepancy at... (Complete abstract click electronic access below)