Avaliação da resposta dinâmica de pés protéticos através do sensor

inercial – um estudo de caso

Dynamic response assessment prosthetic feet through inertial sensor - a case

study

Paula Regina Girotto¹ e Fabrício Duarte²

1. Acadêmica do curso de Fisioterapia do Centro Universitário Univates

2. Fisioterapeuta, Mestre em Ortopedia e Traumatologia, docente do curso de Fisioterapia do

Centro Universitário Univates

Estudo desenvolvido na Clínica Nuclea – Saúde e Reabilitação, Porto Alegre – RS, Brasil.

Endereço para correspondência:

Paula Regina Girotto

Rua Travessa Ceará, 63, Santa Clara, Encantado, RS, Brasil

paulinha.girotto@yahoo.com.br

RESUMO: A amputação do membro inferior constitui evento traumático físico e emocional

para quem o sofre, pois perde-lo acarreta grande repercussão física, tal que a reabilitação é o

procedimento para o indivíduo amputado voltar a realizar a marcha mais naturalmente. O

estudo almeja verificar a resposta dinâmica dos pés protéticos, durante a marcha, em um

indivíduo amputado. Realizou-se a avaliação da marcha de uma voluntaria com 36 anos,

amputada transtibial, adaptada a prótese e utilizando aparelho sensor inercial, marca Free4act,

com a utilização de dois tipos de pés protéticos: pé SACH e pé Dinâmico, ambos da marca

OttoBock. A coleta ocorreu em duas etapas: primeiramente, a voluntária realizou caminhada

em esteira com os pés selecionados por 5 minutos para familiarização; posterior, caminhou

em linha reta por 15 metros com o sensor ligado. Os resultados da velocidade, cadência,

comprimento do passo, porcentagem da fase de apoio e balanço foram anotados numa tabela

para posterior comparação. O pé SACH aumenta a velocidade e a cadência da marcha, porém

quando comparado com o membro inferior não amputado, este apresenta menor comprimento

do passo. O pé dinâmico possui melhor resposta comparado ao pé SACH, de modo que se

assemelha com o membro inferior não amputado, como também com o pé humano. A

avaliação espaço-temporal da marcha, por sensor inercial, demonstrou-se útil, ao passo que

gerou dados quantitativos reprodutíveis. Logo, há necessidade de realizar um estudo com

amostragem maior e com diferentes níveis de amputações para obter dados mais

significativos.

Palavras-chave: amputação; pé SACH; pé dinâmico; sensor inercial.

ABSTRACT: The amputation of the lower limb is physically and emotionally traumatic event

for those who suffer, because it loses it brings great physical impact, such that rehabilitation

is the procedure for the amputee to return to perform walking more naturally. The study aims

to verify the dynamic response of prosthetic feet during gait in an amputee individual. This

was the assessment of gait of a voluntary 36, amputated transtibial adapted the prosthesis and

using inertial sensor device, Free4act brand, with the use of two types of prosthetic feet: SACH

foot and dynamic foot, both Ottobock brand. The collection took place in two stages: first,

voluntary held walk on a treadmill with the feet selected for 5 minutes for familiarization;

later, she walked straight for 15 meters with the connected sensor. The results of speed,

cadence, stride length, percentage of the stance phase and balance sheet were recorded in a

table for comparison. The SACH foot increasing the speed and cadence gait, but not when

compared to the lower limb non-amputee, that presents a smaller length step. The dynamic

foot has better response compared to SACH foot, so that resembles the non-amputee leg as

well as the human foot. Conclusion: The evaluation spatiotemporal gait by the inertial sensor,

proved to be useful, while generating reproducible quantitative data. Therefore, there is a need

to conduct a study with more patients and with different levels of amputations for more

meaningful data.

Key words: amputation; SACH foot; dynamic foot; inertial sensor.

INTRODUÇÃO

Amputação é um procedimento de retirada, geralmente cirúrgica, total ou parcial de

um membro, sendo que sua incidência geral aumenta devido principalmente ao aumento da

média de vida e aos acidentes de trânsito e de trabalho1,2. Estes mesmos autores afirmam que

as causas de amputação estão entre as mais variadas, podendo destacar as infecções, tumores,

traumas, nervosas e genéticas. As amputações de membros inferiores acabaram sendo

realizadas em maior proporção no decorrer dos últimos anos devido ao aumento dos acidentes

de trânsito em todo o mundo.

Entre os níveis de amputação, os mais frequentes são os níveis transtibial, que possui

um melhor prognóstico para reabilitação e deambulação1, desarticulação do joelho, que é mais

indicada para idosos2 e transfemural, que é mais comum ocorrer por questões vasculares,

tumorais ou por traumas1. Além de outros níveis como interfalangiana, metatarsofalangiana,

transmetatarsiana ou de Lisfranc, por exemplo, que são mais comuns em indivíduos com pé

diabético1.

Para cada nível de amputação, há um tipo de prótese mais indicada. No mercado,

atualmente, estão disponíveis as próteses exoesqueléticas, que possibilitam, além da boa

sustentação, o revestimento estético. Algumas são produzidas com componentes plásticos,

sendo usadas geralmente para prótese de banho e geriátrica1 e as próteses endoesqueléticas,

que, assim como as exoesqueléticas, podem ser utilizadas para todos os níveis de amputação,

exceto nas amputações parciais do pé e do tornozelo. O mesmo autor afirma que as próteses

endoesqueléticas são consideradas melhores sob o ponto de vista funcional e cosmético1.

Assim como existem diferentes tipos de próteses, também existem diferentes tipos de

pés protéticos no mercado, como o Pé Sach (Solid Ankle Cushioned Heel), indicado para

todos os tipos de próteses, em especial para amputações abaixo do joelho, o Pé Articulado,

também indicado para todos os tipos de próteses, em especial para desarticulações de joelho

e quadril, o Pé Multiaxial, onde sua articulação permite movimentos em todas as direções e o

Pé Dinâmico, indicado para todas as próteses, proporciona passagem mais dinâmica entre a

fase estática para a de impulso na marcha1.

Segundo Perry3, para realizar a reabilitação, o terapeuta deve considerar todo o ciclo

da marcha, que é entendido como o primeiro apoio do pé no solo até o próximo contato deste

mesmo pé com o solo novamente. Este ciclo é dividido em duas fases: a fase de apoio, dividida

em apoio inicial, médio e final e a fase de balanço, dividida em balanço inicial, médio e final.

O paciente com nível de amputação transtibial é aquele que apresenta marcha mais

próximo ao natural, devido a permanência da articulação do joelho1.

Os sensores inerciais são dispositivos que registram o movimento do corpo em tempo

real através de medidas espaço temporais4,5, muito utilizado entre pesquisadores pelo seu

potencial de avaliar e quantificar objetivamente a mobilidade e o deslocamento da marcha6.

O uso de sensores inerciais no estudo da marcha humana tem demonstrado ser útil para

comparação de características biomecânicas desta forma, este estudo se justifica pois tem

como objetivo verificar as características de dois tipos de pés protéticos em um indivíduo

amputado durante a marcha, utilizando um sensor inercial para avaliar a velocidade, cadência,

comprimento de passo e porcentagem da fase de apoio e balanço.

METODOLOGIA

Participou deste estudo um indivíduo do sexo feminino com idade de 36 anos,

amputada transtibial direita por motivo traumático, há 2 anos e meio, altura de 176cm, calçado

número 38, bem adaptada à prótese transtibial.

Após assinatura do Termo de Consentimento Livre Esclarecido para participação da

pesquisa, foi realizado exame da prótese por um técnico ortopédico habilitado, bem como um

exame fisioterapêutico do voluntário que constou de teste de flexibilidade, teste de força de

membros inferiores para certificação de boa adaptação ao aparelho protético. A coleta de

dados ocorreu na Clínica Nuclea – Saúde e Reabilitação na cidade de Porto Alegre.

Para realização da coleta de dados, foi realizada a avaliação da marcha utilizando

aparelho sensor inercial da marca Free4act com a utilização de dois tipos de pés protéticos, o

pé SACH e o pé Dinâmico, ambos de mesmo tamanho e da marca OttoBock. Os pés foram

disponibilizados pela clínica sem ônus ou custo para o voluntário.

Neste estudo optou-se por escolher dois tipos de pés mais prescritos pelo SUS, por

terem baixo custo e boa durabilidade de uso.

Na primeira etapa da coleta de dados foi colocado o sensor inercial ao nível da segunda

vértebra sacral (centro de gravidade) do corpo da voluntária. Esta utilizou o pé tipo SACH

proporcional ao tamanho do calçado colocado e alinhado à prótese por um técnico ortopédico

experiente. A voluntária realizou uma caminhada de 5 minutos numa esteira ergométrica numa

velocidade confortável de marcha para familiarização do pé protético.

Após este processo, deu-se início a coleta de dados da velocidade, cadência,

comprimento do passo, tempo de fase de apoio e balanço através do sensor inercial. A

voluntária realizou uma caminhada num espaço em linha reta de 15 metros com o sensor

inercial ligado. Após esta etapa, foi iniciado o segundo processo de análise utilizando o pé

Dinâmico. Para tal foi realizado o mesmo processo de alinhamento e familiarização utilizado

na etapa um. Os dados das duas etapas foram captados através do software Biomech2010 onde

foram extraídos os resultados em questão.

Os resultados da velocidade, cadência, comprimento do passo, porcentagem da fase de

apoio e balanço foram anotados numa tabela para posterior comparação.

RESULTADOS

A tabela 1 mostra os resultados da coleta dos dados dos dois pés protéticos (Pé SACH

e Pé Dinâmico).

As figuras 1 e 2 representam o gráfico comparativo entre velocidade e cadência do

passo dos dois tipos de pés protéticos, respectivamente.

A figura 3 representa os valores referentes à porcentagem do comprimento de passo

direito e esquerdo comparando os dois tipos de pés protéticos.

A figura 4 representa a porcentagem da fase de apoio e balanço dos dois tipos de pés

protéticos.

Tabela 1: Resultados obtidos na coleta de dados.

Itens avaliados Pé SACH Pé Dinâmico

Velocidade 66,7 m/min 61,2 m/min

Cadência 57,5 passos/min 55,1 passos/min

Comprimento de passo D 45,9% 49,3%

Comprimento de passo E 54,1% 50,7%

Fase de apoio D 63,0% 63,8%

Fase de apoio E 61,3% 62,0%

Fase de balanço D 35,2% 34,3%

Fase de balanço E 36,4% 36,0%

Figura 1: Gráfico comparativo entre as velocidades dos pés protéticos.

Figura 2: Gráfico comparativo entre a cadência dos pés protéticos.

Pé SACH Pé Dinâmico

V
el

o
ci

ad
e

Tipos de pés protéticos

53,5

54,5

55,5

56,5

57,5

Pé SACH Pé Dinâmico

C
ad

ên
ci

Tipos de pés protéticos

Figura 3: Gráfico comparativo entre a porcentagem do comprimento de passo D/E.

Figura 4: Gráfico comparativo entre a porcentagem da fase de apoio e balanço.

DISCUSSÃO

A amputação de membros inferiores causa repercussão física, mental e social, gerando

uma necessidade de plena recuperação, principalmente em indivíduos socialmente ativos7.

Carvalho1 cita que o processo final de recuperação do paciente amputado se dá através de uma

marcha independente com próteses bem indicadas e adaptadas.

Pé SACH Pé Dinâmico

P
o

rc
en

ta
ge

m
d

o
c

o
m

p
ri

m
en

to
d

e
p

as
so

Tipos de pés protéticos

Comprimento de passo D

Comprimento de passo E

Pé SACH Pé Dinâmico

P
o

rc
en

ta
ge

m
d

a
fa

se
d

e
ap

o
io

/b
al

an
ço

Tipos de pés protéticos

Fase de apoio D

Fase de apoio E

Fase de balanço D

Fase de balanço E

A escolha deste estudo de caso se deu devido ao perfil do nível de amputação, bem

como a idade da voluntária, 36 anos, vítima de amputação transtibial em terço médio de tíbia

direita por etiologia pós-traumática. Para Reis8, as amputações transtibiais são as mais

frequentes na população ativa, contando com 37,6% de todas as amputações em adultos

jovens.

A escolha do equipamento protético é de fundamental importância na contribuição de

uma marcha independente e segura, principalmente os tipos de pés protéticos no caso das

amputações transtibiais. Para Fridman9, os pés protéticos desempenham funções

biomecânicas semelhantes aos pés humanos, tais como absorção e transmissão de energia.

Para Carvalho1, ocorre uma dificuldade por profissionais da saúde ao prescrever tipo de

material/equipamento protético, e isto pode estar relacionado ao conhecimento técnico dos

materiais.

Para Laferrier e Gailey10, o pé SACH ainda é mais utilizado por amputados, pois o

calcanhar é composto por um material flexível e com densidades diferentes, considerado

muito bom na absorção do impacto inicial da marcha e por simular uma flexão plantar na

resposta de carga.

O sensor inercial é um equipamento que está sendo utilizado para descrição de impacto

e da marcha nas análises biomecânicas11. Vários são os autores que tem utilizado o sensor

inercial para aferição de medidas espaço temporais da marcha, como Auvinet12 que procuram

identificar a relação entre o ângulo do pé e outros parâmetros da marcha e em idosos e

indivíduos saudáveis; Lau e Tong13 utilizaram o sensor inercial para descrever a identificação

de eventos da marcha e avaliaram a confiabilidade de um sistema em dez indivíduos com pé

equino e Lee14 que utilizaram acelerômetros de três eixos para detectar automaticamente

passos em várias velocidades de marcha.

Neste estudo, foram coletadas as medidas de velocidade da marcha, cadência do passo,

comprimento do passo, porcentagem do tempo da fase de apoio e de balanço de ambas as

pernas. Estes dados foram os mesmos utilizados por Rodrigues15 que avaliaram a influência

do alinhamento do pé protético no plano sagital sobre o componente vertical da força de reação

do solo durante a marcha de amputados transtibiais.

Como resultado deste estudo, foi observado que a velocidade da marcha aumentou

quando utilizado o pé SACH (66,7m/min) em relação ao pé dinâmico (61,2m/min). Pode-se

observar ainda aumento do número de passos por minuto (cadência) no pé SACH (57,5

passos/min) em comparação com o pé dinâmico (55,1 passos/min). Estes resultados podem

ser explicados quando nos recorremos a Henriksson e Hirschfeld16 e Lee14 que citam que

quanto maior a velocidade imprimida durante a marcha maior a quantidade de passos por

minuto.

Para Rose e Gamble17 e Lusardi e Nielson18 o pé SACH é um tipo de pé que atua com

boa capacidade de absorção durante o contato inicial e devido a sua construção composta de

material flexível, favorece uma flexão planta mais ativa durante a resposta de carga.

Em relação às medidas de comprimento de passo, foi observado como resultado deste

trabalho que o pé SACH apresentou um comprimento menor (45,9%) em relação ao pé

esquerdo (54,1%). Este resultado pode ser facilmente explicado quando nos recorremos à

Czerniecki19, Bateni e Olney20 e Soares21 que citam que uma das causas de alteração no

comprimento de passo pode ser a instabilidade do apoio com o membro inferior protetizado

ocorrido pela pouca mobilidade do pé SACH em comparação com o pé não amputado. Pode-

se observar ainda que esta diferença não foi tão importante quando comparado o pé dinâmico

(49,3%) em relação ao membro não amputado (esquerdo) (50,7%).

Em relação à porcentagem de tempo de apoio durante a marcha, obteve-se como

resultado que o pé SACH apresentou maior tempo de apoio (63,0%) em relação ao membro

inferior não amputado (esquerdo) (61,3%). O pé dinâmico apresentou simetria entre os lados

amputado (direito) (63,8%) e não amputado (esquerdo) (62,0%). Ambos os pés protéticos

apresentaram dados semelhantes durante a fase de apoio da marcha. Estes resultados são

explicados quando nos recorremos a Sagawa22 e Ferreira23 que citam que o aumento no

período de apoio do membro amputado em relação ao lado contralateral podem acontecer

devido a diminuição da estabilidade e equilíbrio nesta população durante a marcha.

Em relação à porcentagem de tempo da fase de balanço da marcha, pode-se observar

semelhanças entre os resultados o pé SACH (35,2%) comparado com o membro não amputado

(36,4%). Já com o pé dinâmico, verificou-se tempo de fase de balanço menor (34,3%) em

relação ao membro não amputado (36,0%). Comparando-se os dois pés protéticos pode-se

observar menor tempo da fase de balanço no pé dinâmico em relação ao pé SACH. Segundo

Lusardi e Nielson18, Wilken e Marin24 e Sagawa22 o pé dinâmico possui uma capacidade de

transferência da fase de contato final mais rápida que o pé SACH, favorecendo maior

velocidade e dinamismo durante a fase de balanço da marcha.

No presente estudo foram utilizados dados espaço temporais através do sensor inercial

para averiguar possíveis discrepâncias entre os pés protéticos. Esta ferramenta demonstrou ser

útil e de fácil aplicação para detecção das medidas em questão. Esta foi a mesma impressão

obtida por Oliveira25 que utilizaram o mesmo equipamento para avaliar a quantidade de

impacto durante a marcha de um sujeito amputado bilateral transtibial.

CONCLUSÃO

Conclui-se neste estudo que o pé SACH aumenta velocidade e cadência de marcha,

porém quando comparado com o membro inferior não amputado, ele apresenta menor

comprimento de passo.

O pé dinâmico, observando seus resultados, assemelha-se ao membro inferior não

amputado, sendo considerado também semelhante ao pé humano, e em relação a fase de

balanço da marcha, este possui melhor resposta dinâmica em comparação com o pé SACH.

A avaliação das medidas espaço temporais da marcha através do sensor inercial

demonstrou ser útil e de fácil manuseio, gerando dados quantitativos reprodutíveis.

Por isso, há necessidade da realização de um trabalho com uma amostragem maior e

com diferentes níveis de amputações para dados mais significativos.

REFERÊNCIAS

1. CARVALHO, J.A. Amputações de membros inferiores: Em busca da plena

reabilitação. São Paulo: Manole, 2003

2. GABRIEL, Mª.R.S.; PETIT, J.D.; CARRIL, Mª.L.de S. Fisioterapia em

traumatologia, ortopedia e reumatologia. Rio de Janeiro: Revinter, 2001

3. PERRY, J. The mechanics of walking in hemiplegia. Clin. Orthop. & Rel. Res.

v.63, p.31-32, 1992

4. PITTA F, TROOSTERS T, PROBST VS, SPRUIT, MA, DECRAMER M,

GOSSELINK R. Quantifying physical activity in daily life with questionnaires and

motion sensors in COPD. Eur Respir J. 2006;27(5)):1040-55

5. AMORIM PRS, GOMES TNP. Gasto energético na atividade física:

pressupostos, técnicas de medida e aplicabilidade. Rio de Janeiro: Shape; 2003

6. TUDOR-LOCKE C, WILLIAMS JE, REIS JP, PLUTO D. Utility of Pedometers

for assessing Construct Validity. Sports Med. 2004;34(5):281-91

7. BOCCOLINI, F. Reabilitação amputados, amputações, próteses. São Paulo: Robe

Editorial, 2000

8. REIS G, JÚNIOR AJC, CAMPOS RS. Perfil epidemiológico de amputados de

membros superiores e inferiores atendidos em um centro de referência. Revista

Eletrônica Saúde e Ciência, v. 02, 2012; ISSN 2238-4111

9. FRIDMAN A, ONA I, ISAKOV E. The influence of prosthetic foot alignment on

trans-tibial amputee gait. Prosthet Orthot Int 2003;27(1):17-22

10. LAFERRIER, J. Z.; GAILEY, R. Advances in Lower- limb Prosthetic

Technology. Phys Med Rehabil Clin N Am, v. 21, p. 87-110, 2010

11. CHEN K, BASSETT DJ. The technology of accelerometry-based activity

monitors: current and future. Med Sci Sports Exerc 2005; 37 (11 suppl): S490–S500

12. AUVINET B, BERRUT G, TOUZARD C, MOUTEL L, COLLET N, CHALEIL D,

BARREY E. Reference data for normal subjects obtained with an accelerometric

device. Gait & Posture, 2002; 16:124-134

13. LAU H, TONG K. The reliability of using accelerometer and gyroscope for gait

event identification an persons with dropped foot. Gait & Posture, 2008; 27:248-257

14. LEE LW, ZAVAREI K, EVANS J, LALAS JJ, RILEY PO, KERRIGAN C.

Reduced hip extension in the elderly: dynamic or postural? Arch Phys Med Rehabil

2005; 86:1851-1854

15. RODRIGUES DE, VIGANÓ AG, FAGUNDES FRC, MATOS AP, SOARES RJ,

HIRATA T, SOARES ASOC. Análise da Influência do Alinhamento do Pé Protético na

Marcha de Amputados Transtibiais. UNOPAR Cient Ciênc Biol Saúde 2011;13(3):175-

16. HENRIKSSON M, HIRSCHFLED H. Physically active older adults display

alterations in gait initiation. Gait Posture 2005; 21:289-296

17. ROSE, J.; GAMBLE, J. G. Marcha Humana. Editorial Premier, 1998

18. LUSARDI, M. M.; NIELSEN, C. C. Orthotics and Prosthetics in Rehabilitation.

Sauders Elsevier, 2007

19. CZERNIECKI, J. M. Rehabilitation in Limb Deficiency. 1. Gait and Motion

Analysis. Arch Phys Med Rehabil, v. 77, p. S3 - S8, 1996

20. BATENI, H.; OLNEY, S. J. Kinematic and Kinetic Variations of Below-Knee

Amputee Gait. JPO Journal of Prosthetics and Orthotics, v. 14, n. 1, p. 2-10, 2002.

21. SOARES, A. S. O. D. C.; YAMAGUTI, E. Y.; MOCHIZUKI, L.; AMADIO, A. C.;

SERRÃO, J. C. Biomechanical parameters of gait among transtibial amputees: a

review. Sao Paulo Med J., v. 127 (5), p. 302 - 9, 2009.

22. SAGAWA, Y.; TURCOT, K.; ARMAND, S.; THEVENON, A.; VUILLERME, N.;

WATELAIN, E. Biomechanics and physiological parameters during gait in lower-limb

amputees: a systematic review. Gait & Posture, v. 33, n. 4, p. 511, 2011

23. FERREIRA, A. E. K.; NEVES, E. B.; MELANDA, A. G.; PAULETO, A. C.;

IUCKSCH, D. D.; KNAUT, L. A. M. et al. Transtibial Amputee Gait: Kinematics and

Temporal-Spatial Analysis. In: ROMERO, L. M. R., XIII Mediterranean Conference on

International Publishing Sw itzerland 2014. p.61- 64

24. WILKEN, J. M.; MARIN, R. Gait Analysis and Training of people with limb loss.

In: PASQUINA, P. F. (Ed.). Care of the Combat Amputee - Textbooks of military medicine:

Defense Dept., Army, Walter Reed Army Medical Center, Borden Institute, 2009. cap. 19,

p.535-552.

25. OLIVEIRA TP, DA LUZ SCT, SZÜCS AP, ANDRADE MC, ÁVILA AOV,

TONON JJ, DE LA ROSA FJB. Análise do impacto mecânico nas próteses de um sujeito

bi amputado durante a marcha. Fisioter Pesq. 2011;18(1): 11-6