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Título: Plantar pressure in postmenopausal women: foot rollover temporal parameters and the effects of obesity in straight-ahead, side-cut and obstacle tasks
Autor: Silva, David das Neves
Orientador: Faria, José Aurélio Marques
Gabriel, Ronaldo Eugénio Calçada Dias
Palavras-chave: Postmenopausal Women
Plantar Pressure
Obesity
Side-cut
Obstacles
Data: 6-Jul-2018
Resumo: Background: Most walking knowledge was developed in relation to walk on level surfaces, following a straight line and without interferences from the surrounding environment. Nonetheless, walking in everyday life is more demanding than walking on flat surfaces, involve more motor skills, coordination and adaptability. Uneven surfaces are frequently found during daily walking as well as curves, turns, stairs, sidewalks, potholes, and many other type of pathway conditions. It is in these challenging contexts where the subjects are more prone to fall and get injured. Around 33% of the postmenopausal women (PW) experience a fall each year, which degrades their quality of life and contribute to their high morbidity and mortality. Increased body sway and loss of balance were reported as risk factors for falls in PW and many other aspects were suggested to impact the ability of PW to safely perform daily activities. Such features include the loss of muscle and strength, the loss of fat-free mass, and the increase in adiposity. Excessive weight has been reported to contribute to reduced standing stability, loss of mobility and higher risk of falls. Overweight can also affect the foot structure and function. Although, the feet actions can affect the whole body, little is known about the foot ground interaction during walking, particularly when crossing obstacles and changing direction. Valuable information on postural and motor pattern strategies can be obtained from plantar pressure assessments during side-cut and obstacle tasks. Some plantar pressure studies have been performed during walking, however, research about stepping over obstacles and side-cut walking is scarce in literature. Regarding the plantar pressure temporal parameters, the paucity of research is even greater. Nonetheless, it has been suggested that temporal foot rollover assessments can provide additional understanding about: 1) the antero-posterior and mediolateral behavior of the foot, 2) the leg and foot muscular activities, 3) the differences regarding what is normal and what is pathological walking, and 4) the gait patterns. Objective: Overall this thesis aims a better understanding of the foot ground interaction during gait of PW, particularly in the following tasks: (1) walking straight-ahead, (2) walking while perform a sidecut maneuver, and (3) walking while cross an obstacle. Considering that plantar pressure can be significantly affected by body weight and PW are prone to gain weight, obesity effects were also evaluated in this work. To accomplish the overall objective, three studies were performed with the following purposes: (study 1) compare the temporal foot rollover data between straightahead and side-cut walking and to establish a reference dataset for obese and non-obese PW, (study 2) investigate the differences in foot contact times between obese and non-obese PW when crossing obstacles and (study 3) compare the temporal foot rollover data between walking straight-ahead and walking stepping over obstacles for obese and non-obese PW. Methods: One hundred and one PW participated in the study. To assess plantar pressure data the two-step protocol was employed. The following ten anatomic pressure areas were considered: lateral heel, medial heel, midfoot, metatarsal 1-5, hallux, and toes. The subjects were evaluated in the following tasks: (1) walking straight-ahead, (2) walking and performing a side-cut at 45º and (3) walking and crossing an obstacle at 30% of their lower limb length. For all the studies, each foot area was analyzed regarding the initial contact, the final contact, and the contact duration. The foot contact duration was also analyzed for the overall foot area. Obesity levels were established using the body mass index (BMI) cut-off value of 27kg/m2 . Results: The results of the first and third studies revealed significant temporal foot rollover differences on the initial contact, final contact, and contact duration of several anatomic pressure areas. The first study also showed significant differences for both feet in some instants and phases of foot rollover between tasks. Regarding the second study no significant differences were found, in absolute foot contact duration for both limbs between obese and non-obese subjects in any of the groups evaluated (i.e. heel and non-heel groups). For the relative temporal data only some of the 10 anatomic pressure areas analyzed revealed significant differences between obese and non-obese subjects. Conclusions: The main conclusions that can be drawn from the results are the following: (study 1) during the side-cut task the midfoot, lateral forefoot, and the toe areas of the trailing limb play a greater role in the initial break and in foot stability. The longer duration of the heel, midfoot, and stance phase of the leading limb suggest an increase in the stride length of the trailing limb and/or the leaning of the trunk toward the inner side of the turn; (study 2) the two-foot rollover profiles detected for the leading limb suggest that the obstacle height might be too demanding for the motor ability of some subjects independently of their obesity level. The anticipation of contact of some anatomic pressure areas can be imposed by the greater inertia of obese subjects, while the excessive weight and greater forces that obese suffer can reshape their footprints, leading to changes in the initial contact, final contact and duration of different anatomic pressure areas; (study 3) the results suggest that during the obstacle task the propulsion phase of the trailing limb is anticipated. The first foot contact of the leading limb was made with the metatarsals, leading to a backward foot rollover movement from the metatarsal to the heel areas, possibly to provide support to better control the trailing limb swing phase that follows.
Âmbito: O que sabemos do caminhar é maioritariamente sobre o caminhar sem mudanças de direção num piso plano sem interferência do meio ambiente. No entanto, caminhar no dia-a-dia é mais exigente do que caminhar apenas em superfícies planas, requer maiores capacidades motoras, coordenação e adaptabilidade. No cotidiano quando nos deslocamos deparamo-nos frequentemente com curvas, viragens e superfícies desniveladas, tais como escadas, passeios, buracos e outras condicionantes no percurso. Nestes contextos mais exigentes os riscos de lesão e quedas são maiores. Um terço das mulheres pós-menopáusicas (MP) sofre anualmente uma queda, a qual degrada a sua qualidade de vida e contribui para uma maior morbidade e mortalidade. Excessiva oscilação corporal e perda de equilíbrio foram reportados como fatores de risco de queda em MP para além de outros aspetos que influenciam a sua capacidade de realizar atividades diárias, nomeadamente a perda de massa muscular e força, diminuição da massa magra e aumento da adiposidade. O excesso de peso foi identificado como um fator que contribui para a redução da estabilidade postural, perda de mobilidade e aumento do risco de quedas. De igual forma as estruturas e funções do pé, são influenciadas pelo excesso de peso. Apesar das ações do pé afetarem todo o corpo, pouco se sabe sobre a interação entre este e o solo durante o caminhar, particularmente durante a passagem de obstáculos e mudanças de direção. A avaliação das pressões plantares durante o caminhar com mudanças de direção e com passagem de obstáculos, permite obter informação relevante sobre estratégias posturais e motoras. Foram realizados vários estudos sobre a pressão plantar durante o caminhar, no entanto são raros os estudos sobre o caminhar com passagem de obstáculos e com mudanças de direção. Relativamente aos parâmetros temporais da pressão plantar a literatura é ainda mais escassa. No entanto, foi sugerido que a avaliação dos parâmetros temporais do pé permite um maior conhecimento sobre: 1) o comportamento ântero-posterior e médio-lateral do pé, 2) a atividade muscular da perna e do pé, 3) as diferenças entre o caminhar normal e patológico, e 4) sobre os padrões do caminhar. Objetivo: O objetivo geral da tese visa uma melhor compreensão da interação do pé com o solo das MP durante o caminhar, nomeadamente nas seguintes tarefas: (1) caminhar em frente, (2) caminhar realizando uma alteração de direção, e (3) caminhar com uma passagem de obstáculo. Considerando que as pressões plantares são influenciadas pelo peso corporal e as MP são suscetíveis ao aumento de peso, os efeitos da obesidade foram também avaliados neste trabalho. Para concretizar o objetivo geral, foram realizados três estudos com os seguintes objetivos específicos: (estudo 1) comparar os parâmetros temporais da pressão plantar entre caminhar em frente e caminhar com uma alteração da direção e estabelecer dados de referência para MP obesas e não obesas, (estudo 2) investigar os parâmetros temporais da pressão plantar entre as MP obesas e não obesas durante o caminhar com uma passagem de obstáculo, e (estudo 3) comparar os parâmetros temporais da pressão plantar entre caminhar em frente e o caminhar com obstáculos para as MP obesas e não obesas. Metodologia: Cento e uma MP participaram neste estudo. Para obter os dados da pressão plantar, foi utilizado o protocolo dois-passos. Foram consideradas para estudo dez áreas anatómicas do apoio plantar: calcanhar lateral, calcanhar medial, médiopé, metatarsos 1-5, hallux, e os dedos 2-5. As participantes foram avaliadas nas seguintes tarefas: (1) caminhar em frente, (2) caminhar e realizar uma viragem a 45º e (3) caminhar e ultrapassar um obstáculo elevado a 30% da altura do membro inferior. Para todos os estudos foi analisado o contacto inicial, contacto final e duração do contacto para as várias áreas anatómicas do apoio plantar. A duração do apoio foi igualmente analisada para a totalidade do pé. Os níveis de obesidade foram estabelecidos utilizando o valor de corte de 27kg/m2 do índice de massa corporal. Resultados: os resultados do primeiro e do terceiro estudos revelaram diferenças significativas nos parâmetros temporais da pressão plantar relativos ao contacto inicial, final e duração do contacto das várias áreas anatómicas do apoio plantar. O primeiro estudo também revelou diferenças significativas da pressão plantar em alguns eventos e fases entre as tarefas, para ambos os pés. No segundo estudo não se verificaram diferenças significativas na duração do apoio de ambos os pés, entre MP obesas e não obesas nos vários grupos avaliados (i.e. grupos calcanhar e não-calcanhar). Quanto aos dados temporais relativos apenas algumas das 10 áreas anatómicas do apoio plantar analisadas revelaram diferenças significativas entre indivíduos obesos e não obesos. Conclusões: As principais conclusões obtidas são as seguintes: (estudo 1) durante o caminhar com mudança de direção, o médiopé, as áreas laterais do antepé, e os dedos do pé do membro inferior de suporte desempenham um papel mais significativo na travagem inicial e na estabilização do apoio. A maior duração do contacto do calcanhar, do médiopé e da fase de suporte do membro inferior que inicia a viragem sugere um aumento do comprimento do passo do membro inferior de suporte e/ou a inclinação do tronco para o lado da viragem; (estudo 2) os dois padrões detetados de rolamento do pé no solo, do membro inferior que ultrapassa inicialmente o obstáculo, sugerem que a altura do obstáculo pode ser demasiado exigente para as habilidades motoras de algumas participantes, independentemente do seu nível de obesidade. A antecipação do contacto de algumas áreas anatómicas do apoio plantar, podem dever-se à maior inercia apresentada pelas obesas MP, sendo que o excesso de peso e as maiores forças evidenciadas pelas obesas pode ainda modificar a sua pegada, levando a alterações no contacto inicial, final e na duração do contacto de várias áreas anatómicas do apoio plantar; (estudo 3) os resultados sugerem que durante a tarefa obstáculo a fase propulsiva do membro inferior de suporte é antecipada. O membro inferior que inicia a ultrapassagem do obstáculo toca primeiro o solo com os metatarsos forçando a inversão do rolamento do pé dos metatarsos para o calcanhar. Este movimento sugere a necessidade de uma maior área de suporte do pé para que exista um maior controlo na fase de balanço do membro contralateral.
URI: http://hdl.handle.net/10348/8711
Tipo de Documento: Tese de Doutoramento
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