Universidade de São Paulo
Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto 2018
Estudo da discinese escapular
por Análise de Componentes
Principais aplicada aos dados
de cinemática tridimensional
escapulotorácica
Denise Martineli Rossi
Tese de Doutorado
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Análise da Cinemática da Escápula em Participantes com Disfunção Escapular (DE), Notas de estudo de Cinemática
Um estudo que investiga as alterações na cinemática da escápula durante os movimentos de elevação e abaixamento do braço em participantes assintomáticos e sintomáticos com de. O documento discute os resultados obtidos em estudos anteriores sobre a rotação interna, superior e inclinação anterior da escápula em relação a de. Além disso, o documento descreve os padrões observados na cinemática da escápula durante a elevação e abaixamento do braço, incluindo séries temporais médias de inclinação anterior da escápula de cada grupo.
Tipologia: Notas de estudo
2022
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Universidade de São Paulo
Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto 2018
Estudo da discinese escapular
por Análise de Componentes
Principais aplicada aos dados
de cinemática tridimensional
escapulotorácica
Denise Martineli Rossi
Tese de Doutorado
DENISE MARTINELI ROSSI
Estudo da discinese escapular por Análise de Componentes Principais
aplicada aos dados de cinemática tridimensional
escapulotorácica
Tese apresentada à Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo junto ao Departamento de Ciências da Saúde, para obtenção do título de Doutor em Ciências pelo Programa de Pós-graduação em Reabilitação e Desempenho Funcional. Área de concentração: Fisioterapia Orientadora: Profa. Dra. Anamaria Siriani de Oliveira Coorientador: Prof. Dr. Renan Alves Resende Coorientador: Prof. Dr. Sérgio Teixeira da Fonseca
Ribeirão Preto
FOLHA DE APROVAÇÃO
Nome: ROSSI, Denise Martineli Título: Estudo da discinese escapular por Análise de Componentes Principais aplicada aos dados de cinemática tridimensional escapulotorácica Tese apresentada à Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo junto ao Departamento de Ciências da Saúde para obtenção do título de Doutor em Ciências pelo programa de Pós-Graduação em Reabilitação e Desempenho Funcional. Área de concentração: Fisioterapia. Aprovado em: ___/ ___/ ___ Banca Examinadora Prof. Dr. _________________________ Instituição:____________________________ Julgamento:_______________________ Assinatura:____________________________ Prof. Dr. _________________________ Instituição:____________________________ Julgamento:_______________________ Assinatura:____________________________ Prof. Dr. _________________________ Instituição:____________________________ Julgamento:_______________________ Assinatura:____________________________ Prof. Dr. _________________________ Instituição:____________________________ Julgamento:_______________________ Assinatura:____________________________ Prof. Dr. _________________________ Instituição:____________________________ Julgamento:_______________________ Assinatura:____________________________
Dedico esta tese com todo meu amor e gratidão aos meus pais, Marlene e Jesuino, e minhas irmãs Débora e Daniele.
Um querido agradecimento a minha amiga, coautora, estatística, psicóloga e mãezona Jaqueline. Obrigada por todos conselhos, todo suporte e incentivo. Sou muito grata em tê-la na minha vida, e poder trabalhar com alguém tão extraordinária e competente como você. Também tenho muito a agradecer ao Tennysson, pelo excelente suporte que nos dá no laboratório e por sempre estar disposto a nos ajudar doando de si só o melhor. Essa trajetória também não teria sido construída sem o incentivo, inspiração e humildade dos meus professores da graduação da Unesp de Marília: Marcelo Navega, Flávia Navega, Cristiane Pedroni, Karina Gramany e Robson Quitério. Obrigada ao meu amor, André. Que sorte a minha ter ao meu lado um homem tão gentil, carinhoso, humano, batalhador e querido. Obrigada por viver e sonhar comigo uma vida grandiosa e cheia de amor e compaixão. Agradeço também aos seus pais, por me acolherem como filha, pelos almoços de domingo em família e por todo carinho. Agradeço aos meus amigos do laboratório que compartilham comigo experiências, aprendizados, conselhos e amizade: Gabriela, Lidiane, Angie, Harumi, Walter, Eduardo, Amanda Couto, Amanda Barbosa, Daiane, Thiele, Marília, Izabela, Samuel, Ramon, Carina, Wesley, Cesário, Gabriel e Marília Zanin. Agradeço também as queridas alunas de IC por toda ajuda e por me relembrar e reensinar o ponto de vista do aluno: Giovanna, Carol, Natália, Jaqueline e Isabela. Também gostaria de agradecer a essas pessoas lindas que tive a sorte e a honra de conhecer em Boston: Gisele, Rodrigo, Wlamyra, Alice e Renato. Obrigada pelo cuidado, pelo carinho, e por me fazerem sentir aquecida mesmo nos dias mais frios. Agradeço aos voluntários desse estudo e aos funcionários, Samuel, Marília e Rubinho. Agradeço a Fundação de Amparo e Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), processo no. 2014/09485-0, pelo apoio financeiro e suporte, que viabilizaram a execução deste trabalho e também a divulgação dos resultados desse trabalho em eventos nacionais e internacionais.
“A educação é a arma mais poderosa que se pode usar para mudar o mundo” Nelson Mandela
ABSTRACT
ROSSI DM. Scapular dyskinesis study by Principal Component Analysis applied to 3 - Dimensional kinematics scapulothoracic data [thesis]. Ribeirão Preto: University of São Paulo, Ribeirão Preto Medical School, 2018. 64 p. The relationship between shoulder pain and scapular dyskinesis (SDK) is still unclear. Differences between participants with and without SDK have been demonstrated, focusing on the amount of scapular motion at specific degrees of humeral elevation. However, this approach does not consider the shape of the scapular motion temporal series. Principal Component Analysis (PCA) may advance current understanding of ‘abnormal’ movement patterns by considering the collinearity and the variability present in the kinematic temporal series. This study aimed to evaluate the scapular kinematics in patients with shoulder pain and in asymptomatic participants with and without SDK using PCA. Data were collected in 98 participants separated in four groups: Pain+SDK (n=24), Pain (n=25), No Pain+SDK (n=24), and No Pain (n=25). Scapulothoracic kinematic data were measured with an electromagnetic tracking device during arm elevation and lowering phases. PCA and analysis of variance were used to compare the groups. The No Pain+SDK group had a progressive increasing in anterior tilt over the elevation phase compared to the Pain (effect size=0.79) and No Pain (effect size=0.80) groups. During the arm-lowering, the Pain+SDK group had a progressive increasing in anterior tilt over this phase in comparison to the No Pain+SDK group (effect size=0.68). Therefore, PCA demonstrated differences in the scapular anterior tilt related to SDK and shoulder pain. The presence of SDK revealed a scapular pattern with progressive increasing in anterior tilt over the elevation phase. However, during the arm-lowering phase, asymptomatic participants with SDK changed their motion pattern, unlike the symptomatic group, reinforcing the suggested association between scapular modifications and shoulder symptoms. Keywords : physical therapy, shoulder, scapular, kinematics.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Ilustração dos movimentos da escápula. A) Rotação interna da escápula direita em uma vista superior. B) Rotação superior da escápula direita em uma vista posterior. C) Inclinação posterior da escápula direita em uma vista lateral. Fonte. Adaptada de LUDEWIG, P. M. et al. Motion of the Shoulder Complex During Multiplanar Humeral Elevation. The Journal of Bone and Joint Surgery-American Volume, v. 91, n. 2, p. 381, 2009................................................................................................................................. 21 Figure 2. Modelo biomecânico, sistema de coordenada local e sistema de coordenada global............................................................................................................................... 31 Figura 3. Cálculo do escore de cada participante em cada uma das componentes principais. Neste exemplo foi ilustrada a série temporal de um participante da inclinação anterior da escápula durante o abaixamento do braço. Cada ponto da série temporal original é multiplicado por sua respectiva carga vetorial ao longo da fase de abaixamento do braço. Posteriormente, o resultado dessa multiplicação, ponto a ponto, é somado. .. 33 Figura 4. Séries temporais médias de cada grupo para as três rotações escapulares durante a fase de elevação e abaixamento do braço. Linhas vermelhas representam as médias dos grupos sintomáticos e linhas azuis representam as médias dos grupos assintomáticos. Linhas sólidas representam os grupos sem discinese escapular (DE). Linhas tracejadas representam os grupos com DE. A) Rotação interna da escápula durante a elevação do braço. B) Rotação superior da escápula durante a elevação do braço. C) inclinação anterior da escápula durante a elevação do braço. D) Rotação interna da escápula durante o abaixamento do braço. E) Rotação superior da escápula durante o abaixamento do braço. F) Inclinação anterior da escápula durante o abaixamento do braço. .................. 38 Figura 5. A) Séries temporais médias da inclinação anterior da escápula de cada grupo durante a fase de elevação do braço. Linhas vermelhas representam as médias dos grupos sintomáticos e linhas azuis representam as médias dos grupos assintomáticos. Linhas sólidas representam os grupos sem discinese escapular (DE). Linhas tracejadas representam os grupos com DE. B) Carga vetorial da Componente Principal 2 (CP 2). C) Séries temporais reconstruídas que representam uma série temporal com alto escore e outra com baixo escore na CP 2. Neste caso, alto escore (linha tracejada) caracteriza o
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Caracterização da amostra.............................................................................. 36 Tabela 2. Média e desvio padrão das angulações escapulares ao repouso. ................... 37 Tabela 3. Componentes principais (CP), porcentagem de variância explicada e os respectivos escores apresentados em média e desvio padrão de cada grupo para as três rotações escapular durante a fase de elevação do braço. Resultados da ANOVA são também apresentados. ..................................................................................................... 40 Tabela 4. Componentes principais (CP), porcentagem de variância explicada e os respectivos escores apresentados em média e desvio padrão de cada grupo para as três rotações escapular durante a fase de abaixamento do braço. Resultados da ANOVA são também apresentados. ..................................................................................................... 43
SUMÁRIO
- INTRODUÇÃO
- 1.1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
- 1.1.1 O PAPEL DA ESCÁPULA
- 1.1.2 DISCINESE ESCAPULAR: DEFINIÇÃO E EPIDEMIOLOGIA
- 1.1.3 MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA ESCÁPULA.................................................................
- SUBACROMIAL 1.1.4 EVIDÊNCIAS DA CINEMÁTICA: ASSINTOMÁTICOS VERSUS SÍNDROME DO IMPACTO
- 1.1.5 DISCINESE ESCAPULAR: EVIDÊNCIAS DA CINEMÁTICA E OS DESAFIOS
- 1.1.6 ANÁLISES DE SÉRIES TEMPORAIS: ANÁLISE DE COMPONENTES PRINCIPAIS
- 1.2 JUSTIFICATIVA E HIPÓTESE
- OBJETIVO
- MATERIAIS E MÉTODOS
- 1 AMOSTRA
- 3.2 ASPECTO ÉTICOS
- 3.3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
- 3.4 AVALIAÇÃO DA DISCINESE ESCAPULAR
- 3.5 AVALIAÇÃO CINEMÁTICA
- 3.6 REDUÇÃO DOS DADOS
- 3.7 ANÁLISE DE DADOS
- 3.7.1 ANÁLISE DE COMPONENTES PRINCIPAIS (ACP)
- 3.7.2 ANÁLISE ESTATÍSTICA E INTERPRETAÇÃO DOS ESCORES
- RESULTADOS.......................................................................................................
- 4.1 AMOSTRA
- 4.2 CINEMÁTICA
- 4.2.1 REPOUSO
- 4.2.2. SÉRIES TEMPORAIS DAS TRÊS ROTAÇÕES DA ESCÁPULA
- 4.2.3 FASE DE ELEVAÇÃO DO BRAÇO
- 4.2.4 FASE DE ABAIXAMENTO DO BRAÇO
- DISCUSSÃO
1. INTRODUÇÃO
Modificações na cinemática escapular durante movimentos do braço têm sido relacionadas a presença de dor no ombro (KESHAVARZ et al., 2017). Tradicionalmente, estudos comparam grupos com enfoque no posicionamento escapular em ângulos específicos de elevação umeral. Estudo prévio demonstrou aumento da rotação interna e da inclinação anterior da escápula a 120°, 90°, 60°, e 30° do abaixamento do braço em pacientes com dor no ombro e discinese escapular (DE) comparado a pacientes sem DE (HUANG et al., 2015a). Embora o uso de ângulos escapulares discretos permitiu a identificação de deficiências do movimento escapular relacionadas a dor no ombro, essa abordagem não considera outras características, como a informação temporal e a forma das séries temporais ao longo dos movimentos do braço (SPINELLI et al., 2015). A severa redução nos dados pode descartar informação discriminatória importante por não considerar a colinearidade e a variabilidade substancial presentes em séries temporais biomecânicas (ROBERTSON et al., 2014). A relação entre sintomas no ombro e a presença de DE é ainda incerta (KIBLER et al., 2013a). A presença de DE parece aumentar o risco de dor no ombro somente em atletas overhead (HICKEY et al., 2017), sem evidência de maior prevalência da DE em pacientes com dor no ombro (PLUMMER et al., 2017). Uma questão relevante sobre a DE é o esclarecimento do que é um movimento “normal” ou “anormal” da escápula considerando o alto grau de variabilidade entre indivíduos, a possibilidade de estratégias adaptativas individuais, e a otimização do sistema (MCQUADE; BORSTAD; DE OLIVEIRA, 2016; WILLMORE; SMITH, 2016). Métodos de estatística multivariada, como a Análise de Componentes Principais (ACP), pode prover mais informações e aprofundar o atual entendimento de padrões de movimento “anormal”. A ACP considera toda a série temporal e provém parâmetros que representam melhor o padrão de movimento do que parâmetros baseados na seleção arbitrária de valores específicos (DAFFERTSHOFER et al., 2004; DELUZIO; ASTEPHEN, 2007). Essa abordagem tem sido amplamente utilizada em pesquisas biomecânicas para analisar séries temporais em aplicações como a análise da marcha (DELUZIO; ASTEPHEN, 2007; RESENDE et al., 2017), mas tem sido raramente utilizada em estudos para o complexo articular do ombro (ROREN et al., 2015).
1. 1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1.1.1 O papel da escápula Em 1991, W. Ben Kibler formulava as primeiras hipóteses sobre o papel da escápula na função do ombro baseado em achados eletromiográficos durante o movimento de arremesso devido a recorrência de instabilidade em atletas overhead (GLOUSMAN et al., 1988; KIBLER, 1991). Devido ao seu papel anatômico de ponto de fixação muscular, o posicionamento da escápula durante o arremesso seria fundamental para manter a relação comprimento-tensão visando máxima eficiência dos músculos movedores da extremidade superior (KIBLER, 1991). A movimentação da escápula deveria seguir os movimentos da cabeça umeral mantendo o centro de rotação instantânea mesmo durante movimentos extremos do membro superior. O segundo papel da escápula seria então prover a congruência glenoumeral a fim de evitar grandes forças de tensão nas estruturas passivas como os ligamentos capsulares. Especificamente, os movimentos de retração e protração da escápula sobre o tórax teriam um papel essencial no armazenamento e dissipação das forças ao longo das fases do movimento de arremesso (KIBLER, 1991). Adicionalmente, pelo fato da articulação escapulotorácica ser constituída de estruturas musculares ao invés de estruturas ósseas, surge a hipótese de que a inflexibilidade de tecidos moles, desequilíbrios musculares ou movimentos impróprios poderiam influenciar os papéis funcionais da escápula e por sua vez todo o complexo articular do ombro (KIBLER, 1991). Já em 1993, Paine e Voight propuseram alguns exercícios para o fortalecimento dos músculos denominados de “estabilizadores da escápula” como os rombóides, trapézio, serrátil anterior, elevador da escápula e peitoral menor. Além disso, o termo escápula alada ( scapular winging) foi relatado na presença de fraqueza excessiva ou lesão do nervo torácico longo, levando a projeção da escápula para fora do tórax quando as mãos apoiadas na parede ou com os braço em flexão de 90° (PAINE; VOIGHT, 1993). 1.1.2 Discinese escapular: definição e epidemiologia A DE é definida como apresentação clínica de projeção posterior da borda medial ou ângulo inferior da escápula estática ou em movimento, rápido aumento da rotação
Kibler et al. (2002) propuseram o método de avaliação clínica dinâmica que incluiu definições baseadas na cinemática específica da escápula. Enquanto o indivíduo realiza movimentos de elevação e abaixamento do braço, o avaliador deveria classificar a alteração do movimento da escápula em DE Tipo I: proeminência da porção inferior da borda medial da escápula, Tipo II: proeminência de toda a borda medial, Tipo III: elevação excessiva da borda superior da escápula e Tipo IV: movimentos escapulares simétricos sem proeminências (KIBLER et al., 2002). A confiabilidade da classificação em IV-Tipos entre avaliadores foi considerada moderada (kappa: 0,42) em sujeitos assintomáticos e pacientes com diferentes condições do ombro como tendinite do manguito rotador, instabilidade glenoumeral ou lesões labrais (KIBLER et al., 2002). A validade desta classificação revelou valores de sensibilidade entre 10% a 54% e especificidade de 62% a 94% (UHL et al., 2009). Os autores discutiram que dez minutos de treinamento dos avaliadores sobre o método de classificação, a avaliação ter sido realizada por meio de vídeos e a execução de poucos ciclos de elevação e abaixamento dos braços, foram fatores importantes que poderiam ter influenciado a confiabilidade do método de classificação proposto (KIBLER et al., 2002). Na tentativa de melhorar os valores de confiabilidade e tornar a decisão do avaliador menos restritiva ao tipo de DE, Uhl et al. (2009) propuseram o método de classificação Sim/Não, na qual a categoria “Sim” incluiu todos os padrões de alteração escapular propostos por Kibler et al., ou seja, Tipo I, Tipo II e Tipo III, e a categoria “Não” abrangeu o Tipo IV (UHL et al., 2009). A confiabilidade entre avaliadores deste método de classificação também foi moderada (kappa: 0,41) e a validade revelou valores de sensibilidade entre 74% e 78% e especificidade entre 31% e 38% (UHL et al., 2009). Uhl et al. (2009) definiram um ponto de corte de “simetria” escapular na análise tridimensional em sujeitos classificados clinicamente sem DE (UHL et al., 2009). Assimetria escapular detectada na avaliação cinemática tridimensional foi encontrada com similar prevalência (71%) em ambos grupos, com e sem dor no ombro, durante o movimento de flexão (UHL et al., 2009). Neste mesmo período, McClure et al. (2009) sugeriram um método de classificação da DE baseado na severidade da proeminência ou disritmia escapular. Esse método apresenta três categorias, discinese óbvia, discinese sutil ou normal. O método apresentou confiabilidade de moderada a substancial (kappa: 0,48-0,51) (MCCLURE et al., 2009b). Os autores sugeriram que adicionar carga durante os movimentos do braço colaborou para determinação da presença de DE, que foi julgada para os ombros, independentemente.
Outros métodos foram propostos com algumas modificações (HUANG et al., 2015b; STRUYF et al., 2009). Struyf et al. (2009) sugeriram observar separadamente as alterações escapulares: inclinação anterior, alamento da escápula ( winging) , elevação, protração e rotação da escápula. O método revelou melhor confiabilidade para a inclinação e o alamento da escápula durante o movimento de abdução sem carga (Kappa de 0.52 e 0.78) comparado com carga (Kappa de 0.24 e 0.50) em participantes músicos assintomáticos (STRUYF et al., 2009). Outro método proposto incluiu a possibilidade de palpar a escápula durante a avaliação dinâmica da escápula e também a possibilidade da classificação de padrão misto, por exemplo Tipo I e Tipo II, na mesma escápula. Esta modificação revelou confiabilidade entre examinadores de moderada a substancial da avaliação dinâmica da escápula (HUANG et al., 2015b). Diante da necessidade de melhores valores de confiabilidade da avaliação dinâmica da DE e das melhorias metodológicas sugeridas pelos autores originais, nosso grupo de pesquisa desenvolveu um estudo de confiabilidade com os três métodos de classificação da DE em um único protocolo (ROSSI et al., 2017). Os três métodos de classificação, IV- Tipos, Sim/Não e o óbvio/sutil/normal, apresentaram valores de confiabilidade intra e inter examinadores de substancial a quase perfeita. O protocolo proposto por nosso grupo de pesquisa incluiu um treinamento de 9 horas dos avaliadores, a realização de 8 a 10 repetições dos movimentos de elevação e abaixamento do braço no plano sagital e frontal e a adição de carga externa aos movimentos (ROSSI et al., 2017). 1.1.4 Evidências da cinemática: Assintomáticos Versus Síndrome do Impacto Subacromial A partir das primeiras hipóteses sobre a influência das modificações dos movimentos escapulares nas condições do ombro (KIBLER, 1991), estudos de cinemática tridimensional da escápula entre indivíduos com e sem sintomas de síndrome do impacto subacromial (SIS) foram apresentados na literatura (BORSTAD; LUDEWIG, 2002a; COLE LUKASIEWICZ et al., 1999; LAWRENCE et al., 2014; LUDEWIG; COOK, 2000a; MCCLURE; MICHENER; KARDUNA, 2006). Em 2001, Karduna et al., publicaram o estudo de validação para a medida dinâmica da cinemática tridimensional da escápula por meio de sistemas de captura de movimento eletromagnético (KARDUNA et al., 2001).