Faculdade de Engenharia e Universidade do Porto. Carolina Sofia Dias Tábuas

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1 Faculdade de Engenharia e Universidade do Porto Análise da Pressão Plantar para fins de Diagnóstico Carolina Sofia Dias Tábuas Monografia Mestrado em Engenharia Biomédica Julho

2 Análise da Pressão Plantar para fins de Diagnóstico Carolina Sofia Dias Tábuas Licenciada em Engenharia Biomédica Escola Superior de Estudos Industriais e Gestão (2010) Orientador: Professor Doutor João Manuel R.S.Tavares Prof. Auxiliar do Departamento de Engenharia Mecânica Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

3 The Human foot is a masterpiece of Engineering and a work of Art Leonardo da Vinci iii

4 Agradecimentos Ao Professor Doutor e Orientador João Manuel Tavares por todo o acompanhamento, dedicação e compreensão prestados. Aos meus amigos que sempre me aconselharam e ajudaram em todos os momentos. Aos meus avós por toda a protecção e por sempre terem acreditado. Aos meus pais e irmã por toda compreensão, ternura e carinho. A todos o meu muito obrigado! Carolina Sofia Dias Tábuas IV

5 Resumo O pé humano ao estabelecer uma interacção permanente com o meio externo está constantemente a ser alvo da acção de diversas forças interactivas. Estas, com o tempo, podem comprometer a sua funcionalidade e induzir consequentemente uma alteração na forma como é distribuída a pressão ao longo da superfície plantar. A presença dessas alterações vai desencadear o aparecimento gradual de um conjunto de patologias e/ou deformidades plantares que vão por em causa a saúde e qualidade de vida do paciente. De maneira a aprofundar o conhecimento acerca da estrutura e função do pé, bem como criar novas formas de prevenção e tratamento das diversas patologias e deformidades a que este se encontra associado, foram desenvolvidos um conjunto de técnicas e sistemas capazes de efectuar a medição da distribuição plantar. Tendo por base o âmbito da Engenharia Biomédica na qual a presente Monografia se encontra inserida, considerou-se relevante efectuar uma revisão bibliográfica referente ao pé humano e a análise da distribuição plantar de maneira a perceber como é que estes dois conceitos se interrelacionam e qual a importância do seu estudo nesta área. Com a realização da Monografia foi possível reunir os conceitos base considerados como importantes na formulação de uma análise crítica da distribuição da pressão e foi igualmente possível verificar a importância desta análise na criação e implementação de soluções que melhorem a distribuição da pressão plantar por parte do paciente. Ainda assim foi possível concluir que não existem parâmetros uniformemente aceites para avaliar e classificar o pé. Tal facto comprova a necessidade de efectuar mais estudos nesta área de forma a encontrar não só novos parâmetros e índices de classificação, como também um conjunto de ferramentas computacionais que possibilitem o seu cálculo de uma forma automática. A presente Monografia permitiu assim desenvolver um background essencial no desenvolvimento de trabalhos futuros na área da pressão plantar. Palavras-chave: Pé humano, Análise da distribuição da pressão plantar. V

6 Abstract The human foot being in a constant interaction with the foreign environment is constantly being the target of diverse interactive forces. These, with time, can compromise its functionality and thus induce some changes in the way the pressure along the sole of the foot is distributed. These changes cause the gradual appearance of a set of pathologies and/or deformities on the sole of the foot which will harm the health and the patient s quality of life. In order to deepen the knowledge concerning the structure and function of the foot, as well as creating new forms of prevention and treatment of the diverse pathologies and deformities above mentioned, a set of techniques and systems were developed capable of measuring the distribution of the sole of the feet. Having to do with subject of Biomedical Engineering, on which this monograph is inserted, it was considered relevant to do a bibliographical revision of the human foot and the analysis of the sole of the foot, in order to understand how these two concepts are related and the importance of studying them in this subject. Having done this monograph it was possible to gather the concepts that were important in the analysis of distribution of pressure on the sole of the foot. At the same time we could verify the importance of this analysis on the creation and implementation of solutions that enhance the distribution of the plantar pressure on the patient. Still, we reached the conclusion that there aren t universally accepted parameters to judge and classify the foot. Thus the need to research this subject more thoroughly so that not only new parameters for the classification can be found, but also some new tools that will allow us to automate the process. The presented monograph became thus an essential tool and a guide in the development of future research in the field of sole pressure. Key-words: Human Foot, Analysis of plantar pressure distribution. VI

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8 Índice CAPITULO I INTRODUÇÃO Enquadramento Objectivos Estrutura Contribuições principais CAPÍTULO II- PÉ HUMANO Introdução Estrutura Anatómica Ossos Articulações Músculos Receptores sensitivos cutâneos plantares Arcos plantares Tipos de footprint Patologias e deformidades plantares Sumário CAPÍTULO III- ANÁLISE DA DISTRIBUIÇÃO DA PRESSÃO PLANTAR Introdução Técnicas de medição Técnicas acumulativas Técnicas ópticas Técnicas electromecânicas Sistemas de medição Palmilha Plataforma Características desejáveis na escolha de um sistema Parâmetros standards para o estudo da pressão plantar Divisão do pé em regiões anatómicas Método baseado em critérios geométricos pré-definidos Método baseado na inspecção visual Método baseado na utilização de sistemas de cinemetria Sumário CAPITULO IV CONCLUSÕES FINAIS E PERSPECTIVAS DE DESENVOLVIMENTO FUTURO VIII

9 Índice de figuras CAPITULO II PÉ HUMANO Figura Ossos do pé a)vista dorsal, b)vista medial Figura Articulação Sinovial Figura Movimentos de extensão, flexão, inversão e eversão do pé Figura Transmissão do impulso nervoso Figura Arcos longitudinais Figura Arco transversal Figura Index utilizados na medição do arco plantar Figura Footprint normal Figura Footprint pronada Figura Footprint supinada Figura Pé diabético Ulceração Figura Pé com artrite reumatóide Figura Pé com a patologia Charcot Marie-Tooth Figura Deformidades plantares - pé cavo e pé plano Figura Pé varo Figura Pé valgo CAPITULO III ANÁLISE DA PRESSÃO PLANTAR Figura Sistema de palmilha Figura Plataforma de pressões IX

10 Glossário de termos Lateral (externo) em direcção oposta à linha média do corpo (Seeley et al. 2007). Medial (interno) em direcção à linha média do corpo (Seeley et al. 2007). Inversão Consiste em virar o tornozelo de modo a que a superfície plantar do pé fique virada para dentro (lado medial), ficando de frente para o pé do lado oposto (Seeley et al. 2007). Pronação do pé - A pronação do pé dá-se ao nível da articulação subtalar e tem como resultado a eversão do calcâneo associada a uma rotação interna do tálus (Wikipédia 2011). Supinação do pé Oposto da pronação. X

11 CAPITULO I INTRODUÇÃO 1.1 Enquadramento 1.2 Objectivo 1.3 Estrutura 1.4 Contribuições principais 11

12 CAPÍTULO I - Introdução 1.1 Enquadramento O pé humano ao estar permanentemente em parceria com uma superfície externa encontra-se predisposto à actuação constante de diferentes forças ao nível da superfície plantar. Estas podem desencadear modificações na sua funcionalidade, originando uma alteração na forma como a pressão plantar é distribuída (Abboud 2002; Putti et al. 2008; Monteiro et al. 2010). Face ao papel crucial que desempenha, o pé Humano tornou-se assim alvo de diversos estudos na tentativa de encontrar soluções que impeçam a ocorrência dessas alterações, uma vez que estas têm como consequência o aparecimento de patologias e deformidades ao nível da superfície plantar (Abboud 2002; Putti et al. 2008; Monteiro et al. 2010). Assim, com o intuito de analisar a pressão plantar, foram desenvolvidos um conjunto de técnicas e sistemas que permitiram não só a detecção das regiões plantares sujeitas a uma maior pressão como também o registo e quantificação dos valores de pressão que lhe estão associados. A capacidade dos sistemas em medir a pressão plantar tornou-os uma ferramenta crucial na área da saúde (Keijsers et al. 2009) e consequentemente uma mais-valia para a melhoria da qualidade de vida do Homem. 12

13 1.2 Objectivos A presente Monografia tem como objectivos principais proporcionar uma introdução ao tema que clarifique os conceitos base a que este está normalmente associado e efectuar uma revisão bibliográfica que fundamente a importância da análise da distribuição plantar na detecção e diagnóstico de patologias e/ou deformidades plantares. 13

14 CAPÍTULO I - Introdução 1.3 Estrutura De maneira a tornar clara e consistente a Monografia em questão, esta encontra-se em IV Capítulos. Capitulo II PÉ HUMANO Neste capítulo é efectuada uma revisão bibliográfica acerca do pé. Inicialmente é feita uma breve introdução acerca da sua importância funcional e biomecânica no corpo Humano, salientando o interesse do seu estudo. De seguida é realizada uma pesquisa acerca da estrutura anatómica do pé, de forma a perceber quais os seus componentes, a forma como estes interagem e a sua importância na produção de movimentos. Numa terceira parte é realizado um breve estudo relativo aos receptores sensitivos cutâneos plantares presentes na planta do pé, salientando o papel destas estruturas no reconhecimento do meio envolvente. Posteriormente é dado a conhecer, de uma forma muito resumida, a importância dos arcos plantares e a sua classificação, e na etapa seguinte são dados a conhecer os tipos de footprint produzidos pelo pé quando este entra em contacto com uma superfície de apoio. Por fim é efectuada uma revisão bibliográfica referente às patologias e deformidades plantares, de forma a perceber quais os seus sintomas e manifestações. Capitulo III ANÁLISE DA DISTRIBUIÇÃO DA PRESSÃO PLANTAR Neste capítulo é efectuada uma revisão bibliográfica acerca da distribuição da pressão plantar. Inicialmente é efectuada uma introdução na qual é salientada a importância do estudo da análise da pressão plantar na área da saúde. Seguidamente são dados a conhecer as técnicas de medição existentes para analisar a superfície plantar e os sistemas de medição com maior aplicabilidade no registo da pressão plantar. De seguida foram salientadas as características desejáveis na escolha de um sistema e os parâmetros standards usualmente utilizados na análise da pressão plantar. Por fim foi salientada a importância da divisão do pé em sub-regiões e os tipo de métodos utilizados para efectuar essa mesma divisão. Capitulo IV CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS DE DESENVOLVIMENTO FUTURO Por fim neste capítulo são retiradas as conclusões relativas ao trabalho elaborado e são formuladas as perspectivas de desenvolvimento futuro. 14

15 1.4 Contribuições principais A presente Monografia reúne num único documento a revisão bibliográfica necessária para o estudo da análise da distribuição da pressão plantar. A sua realização permitiu não só verificar qual a importância da análise da distribuição plantar na detecção e diagnóstico de patologias e/ou deformidades plantares, como também na criação e implementação de soluções que melhorem a distribuição da pressão plantar do paciente. 15

16 CAPÍTULO II PÉ HUMANO CAPÍTULO II- PÉ HUMANO No presente capítulo é feito um estudo bibliográfico referente ao pé Humano com intuito dar a conhecer, de uma forma aprofundada, os conteúdos considerados como mais importantes para uma análise crítica da distribuição plantar. Inicialmente, no primeiro subcapítulo, é feita uma breve introdução acerca da importância funcional e biomecânica do pé no corpo Humano, salientando o interesse do seu estudo; Seguidamente, no segundo subcapítulo, é feita uma pesquisa acerca da estrutura anatómica do pé de maneira a perceber quais os seus componentes, a forma como estes interagem e a sua importância na produção de movimentos; No terceiro subcapítulo é efectuado um breve estudo relativo aos receptores sensitivos cutâneos plantares presentes na planta do pé, salientando o papel destas estruturas no reconhecimento do meio envolvente; No quarto subcapítulo é dado a conhecer, de uma forma muito resumida, a importância dos arcos plantares e a sua classificação; No quinto subcapítulo são salientados quais os tipos de footprint produzidos pelo pé quando este entra em contacto com uma superfície de apoio; No sexto subcapítulo é efectuada uma revisão bibliográfica referente às patologias e deformidades plantares, de forma a perceber quais os seus sintomas e manifestações; Por fim no sétimo e último subcapítulo é efectuado um levantamento dos aspectos principais abordados ao longo do capítulo. 16

17 2.1 Introdução O pé Humano é considerado uma das estruturas biomecânicas do corpo humano com maior complexidade e a única que actua em parceria com uma superfície externa. Este, graças às suas características, proporciona ao corpo humano uma base estável que confere, de forma eficiente, não só o suporte e equilíbrio numa fase de apoio mas também uma estabilidade adequada durante o processo da marcha (Monteiro et al. 2010; Ramanathan et al. 2010; Teh et al. 2006; Abboud 2002; Putti et al. 2008; Santos 2008). Contudo, devido à actuação constante de diferentes forças ao nível da superfície plantar, a funcionalidade do pé fica por vezes de tal forma comprometida que desencadeia alterações na distribuição da pressão plantar e consequentemente gera o aparecimento de patologias e deformidades plantares (Abboud 2002; Putti et al. 2008; Monteiro et al. 2010). Assim, face ao papel crucial que desempenha, o pé tornou-se alvo de diversos estudos na tentativa de encontrar soluções que impeçam o aparecimento de alterações na distribuição plantar e consequente comprometimento da sua funcionalidade. 2.2 Estrutura Anatómica A estrutura anatómica do pé Humano é uma estrutura complexa multi-articular constituída por diversos componentes que interagem entre si de forma a desempenharem uma determinada função, nomeadamente: os ossos, a cartilagem, os tendões, os ligamentos, os músculos, os nervos e os vasos sanguíneos. Na presente Monografia apenas é efectuado um estudo relativo aos componentes usualmente considerados como mais importantes para a análise da pressão plantar e respectivas conclusões ao nível de diagnóstico médico Ossos Segundo (Abboud 2002), (Drake et al. 2004), (Seeley et al. 2007), (Santos 2008) e (Filoni 2009) o pé humano é composto por 26 ossos, Figura. 2. 1, divididos por três grupos distintos: Tarsus, Metatársicos e Falanges. 17

18 CAPÍTULO II PÉ HUMANO Tarsus - São 7 ossos e compõem a estrutura esquelética do tornozelo. Encontram-se organizados em 3 subgrupos: proximais, medial e distais, de acordo com a sua localização. O subgrupo proximal consiste em dois ossos largos: Talus (Astrágalo) e o Astrágalo. O Talus é o maior osso do pé e encontra-se apoiado sob o calcâneo. Articula-se superiormente com a tíbia e o perónio formando a articulação do tornozelo, também conhecida como articulação tíbio-társica e, anteriormente com o navicular. O Calcâneo encontra-se localizado no lado posterior do pé e forma a estrutura óssea do calcanhar. O subgrupo medial é formado apenas por um osso o Navicular que articula anteriormente com o subgrupo distal. Já o grupo distal é constituído por o cuboide e os três cuneiformes que articulam com os ossos metatársicos (Drake et al. 2004). Metatársicos - São 5 ossos que se encontram numerados de 1 a 5, sendo que a numeração é efectuada do lado medial para o lateral (Seeley et al. 2007; Drake et al. 2004). Falanges - São um conjunto de 14 ossos que constituem os dedos do pé. Todos os dedos possuem 3 falanges excepto o halux, mais conhecido por dedo grande, que apenas duas (Drake et al. 2004; Seeley et al. 2007). 18

19 Figura Ossos do pé a)vista dorsal, b)vista medial (retirado de (Seeley et al. 2007)). A ligação entre os vários ossos é feita através de articulações que possibilitam, de acordo com a sua estrutura, o deslizamento dos ossos e consequentemente a criação de um dado movimento (Seeley et al. 2007) Articulações Segundo (Seeley et al. 2007) as articulações são habitualmente designadas de acordo com os ossos ou porções que nela se relacionam e, classificam-se estruturalmente tendo em conta o tipo de tecido conjuntivo que estabelece a união entre esses ossos. Assim, segundo a classificação estrutural, as articulações podem ser do tipo fibrosas, cartilagíneas e sinoviais (Seeley et al. 2007). Uma vez que as articulações existentes no pé (Articulação do joelho, Tarsometatársica, Metatarsofalangica, Interfalangica, etc.(drake et al. 2004)) são do tipo sinovial apenas é efectuado um breve estudo acerca deste tipo. As articulações sinoviais são, dos três tipos de articulações, aquelas que possuem uma estrutura anatómica mais complexa, Figura Esta é constituída por (Seeley et al. 2007): Cartilagem articular está presente nas extremidades dos ossos e é responsável por proporcionar uma superfície lisa entre as duas superfícies, diminuindo a fricção; Cavidade articular cavidade rodeada por uma cápsula articular de tecido conjuntivo fibroso que ajuda a manter os ossos unidos ao mesmo tempo que permite o movimento; Membrana sinovial produz líquido sinovial, responsável pela lubrificação da articulação. 19

20 CAPÍTULO II PÉ HUMANO Figura Articulação Sinovial (retirado de (Seeley et al. 2007)). Tal como se pode verificar, todos os componentes presentes neste tipo de articulações possuem um conjunto de características que facilitam o deslizamento de um osso sobre o outro e, consequentemente haja a criação de um movimento com uma maior amplitude. A produção do movimento é desencadeada através de contracções e relaxamentos de um conjunto de músculos que, de acordo com a sua localização permitem a execução de um tipo específico de movimento (Seeley et al. 2007) Músculos Tal como foi mencionado anteriormente o pé possui um conjunto de músculos responsáveis por manter a sua forma funcional e permitir, de acordo com a sua localização, a execução de movimentos específicos. Os músculos podem ser divididos em dois grupos distintos: Músculos extrínsecos - são todos aqueles provem da parte inferior da perna (Abboud 2002) e permitem a execução de movimentos, Figura. 2. 3, de flexão, extensão, inversão e eversão do pé (Seeley et al. 2007). 20

21 Figura Movimentos de extensão, flexão, inversão e eversão do pé (adaptado de (Seeley et al. 2007)). Músculos intrínsecos encontram-se localizados no próprio pé e são responsáveis pela flexão, extensão, adução e abdução dos dedos do pé (Seeley et al. 2007). A execução destes movimentos é crucial para o Homem não só ao nível da marcha como também ao nível da sua participação nas diferentes actividades diárias do quotidiano. 2.3 Receptores sensitivos cutâneos plantares Ao longo dos tempos o pé humano tem vindo a ser igualmente descrito como sendo uma fonte importante de informação que permite, através de um feedback sensorial, não só o reconhecimento do ambiente circundante, como também o controlo dos diversos movimentos executados no dia-a-dia. Tal facto só é possível devido á presença de um conjunto disperso de receptores sensitivos cutâneos na região plantar, com elevada sensibilidade às pressões de contacto e às variações existentes na distribuição dessas mesmas pressões (Oddsson et al. 2004; Schlee 2010; Kennedy et al. 2002; Nurse et al. 2001). 21

22 CAPÍTULO II PÉ HUMANO Foi em 1960, quando um grupo de patologistas verificou que a função poderia ser utilizada como um método de neuropatias periféricas e centrais, que surgiu o interesse no estudo da funcionalidade dos receptores sensitivos cutâneos plantares (Oddsson et al. 2004). Estes, quando em contacto com uma superfície, originam um conjunto de estímulos que, através dos nervos aferentes, conduzem o sinal sensorial adquirido até ao Sistema Nervoso Central, Figura Este usa essa informação e gera padrões motores eficazes na manutenção da postura e locomoção que vão ser transmitidos, através dos nervos eferentes, aos órgãos efectores (músculos). Toda esta interacção possibilita a criação de um interface entre o ambiente envolvente e o sistema de equilíbrio corporal permitindo ao Homem, entre muitas outras coisas, a sua movimentação e participação, de uma forma apropriada, nas diversas actividades do quotidiano (Wezel et al. 1997; Kennedy et al. 2002; Santos 2008; Gaino 2009; Seeley et al. 2007). Figura Transmissão do impulso nervoso (retirado de (Merck 2011)) 22

23 2.4 Arcos plantares O pé deve possuir a capacidade de se adaptar às diferentes superfícies de apoio com que estabelece contacto e, adoptar uma conformação que mantenha a sua integridade e o impeça de entrar em colapso sob a acção acrescida do peso corporal (Abboud 2002). Essa conformação é conseguida graças á presença de uma série de arcos longitudinais e transversais que vão absorver e distribuir as forças do corpo, durante o apoio ou a movimentação, sob diferentes superfícies (Drake et al. 2004). Essa manutenção é explicada pelo facto destes arcos serem mantidos por músculos e ligamentos. Isto é, quando o peso é transferido para o pé, os ligamentos presentes nas arcadas plantares sofrem um estiramento conferindo uma maior flexibilidade e consequentemente uma maior adaptação a superfícies irregulares. Por sua vez, quando esse peso deixa de actuar os ligamentos voltam ao estado inicial, restaurando a forma das arcadas (Seeley et al. 2007). Classificação Tal como foi mencionado anteriormente os arcos plantares classificam-se em arcos longitudinais e arcos transversais. Arcos Longitudinais Os arcos longitudinais do pé são formados entre a terminação posterior do calcâneo e as cabeças dos metatarsos. Os seus comprimentos variam, Figura. 2. 5, sendo que o arco longitudinal do lado medial é maior que o do lado lateral (Drake et al. 2004). Figura Arcos longitudinais (retirado de (Drake et al. 2004)). 23

24 CAPÍTULO II PÉ HUMANO Arcos transversais Os arcos transversais, Figura. 2. 6, formam uma curva convexa na direcção do dorso quando se olha para a superfície plantar do pé. Estas estruturas tendem a alterar a sua conformação, achatando-se segundo vários graus, durante a sustentação do peso (Abboud 2002). Figura Arco transversal (retirado de (Drake et al. 2004)). Devido às diferentes solicitações a que vão sendo submetidos, os arcos plantares necessitam de efectuar uma manutenção de forma a manterem a sua integridade. Essa manutenção depende de quatro factores principais: a arquitectura dos ossos tarsais, a orientação das articulações e dos ligamentos, as forças produzidas pelas contracções musculares e a estrutura dos ligamentos planares. Modificações nestas estruturas podem levar ao aparecimento de deformidades plantares (Santos 2008). Para determinar o tipo de deformidade existente são utilizados diversos índex, Figura. 2. 1, que permitem a medição do arco plantar. Esta medição deve ser avaliada quando todo o peso do corpo está a ser exercido nos pés, ou seja, quando uma pessoa está em pé parada. Assim um arco alto está associado a um pé cavo e um arco baixo a um pé plano (Özkan 2005). 24

25 Figura Index utilizados na medição do arco plantar (retirado de (Özkan 2005)). 2.5 Tipos de footprint Os tipos de footprint produzidos pelo pé humano estão dependentes da forma como o pé exerce a pressão sobre o solo e do tipo de arco plantar associado. Assim o pé pode produzir três tipos de footprint: normal, supinada e a pronada (Schmidt 2006). Footprint normal É uma pegada característica de pés com arco de tamanho normal, Figura A sua forma apresenta uma conexão, cujo tamanho é aproximadamente um terço ou metade do ante-pé, ao nível medial entre a parte posterior e anterior do pé (Özkan 2005; Schmidt 2006). Figura Footprint normal (retirado de (Schmidt 2006)). 25

26 CAPÍTULO II PÉ HUMANO Footprint pronada É uma pegada produzida por um pé cujo arco devido às suas dimensões reduzidas causa a pronação do pé ao tocar o solo. Tem como principal característica o facto de a conexão entre a parte posterior e anterior do pé ser bastante larga, sendo por vezes do tamanho da largura do antepé, Figura. 2. 9, (Özkan 2005; Schmidt 2006). Figura Footprint pronada (retirado de (Schmidt 2006)). Footprint supinada Este pegada é inversa á pegada pronada e é característica de pés cuja planta está voltada para dentro. Quanto maior é o grau de supinação mais estreita é a conexão existente entra a zona anterior e posterior do pé, Figura Em caso extremos a conexão deixa mesmo de existir (Özkan 2005; Schmidt 2006). Figura Footprint supinada (retirado de (Schmidt 2006)). 26

27 2.6 Patologias e deformidades plantares O pé humano ao estar permanentemente em parceria com uma superfície externa encontra-se predisposto à actuação constante de diferentes forças ao nível da superfície plantar. Tal facto faz com que a sua funcionalidade fique por vezes de tal forma comprometida que acabe por facultar a ocorrência de alterações na distribuição da pressão plantar e consequente aparecimento de patologias e deformidades plantares (Abboud 2002; Putti et al. 2008; Monteiro et al. 2010). De seguida serão dados a conhecer alguns tipos de patologias e deformidades plantares. Patologias Pé diabético A insulina produzida pelo pâncreas é considerada a principal substância responsável pela manutenção adequada dos níveis de açúcar no sangue. Esta hormona quando presente possibilita o transporte de glicose para o interior das células e consequente produção de energia. A ocorrência de alterações na concentração de glicose leva ao aparecimento de diversas patologias nomeadamente a diabetes mellitus (Parisi 2001; Castro 2007; Seeley et al. 2007; Merck 2011). A diabetes mellitus é uma doença metabólica caracterizada pela presença de elevadas concentrações de glicose no sangue - hiperglicemia. Tal facto deve-se à existência de perturbações na produção de insulina (diabetes mellitus tipo I Insulinodependentes) ou á utilização inadequada desta hormona por parte dos tecidos (diabetes mellitus tipo II - diabetes não insulinodependentes) (Parisi 2001; Merck 2011). Uma das manifestações mais dramáticas desta patologia é o pé diabético,figura , uma vez que o seu desenvolvimento é a principal causa do elevado número de amputações cirúrgicas dos membros inferiores (Cavanagh et al. 2010; Sares et al. 2008). Figura Pé diabético Ulceração (retirado de (Narumalar 2011)). 27

28 CAPÍTULO II PÉ HUMANO O pé é denominado pé diabético quando se encontra num estado fisiopatologico multifacetado, isto é, quando manifesta a presença de alterações anatomopatológicas e neurológicas periféricas, nomeadamente: a) neuropatia periférica patologia neurológica caracterizada pela perturbação dos nervos sensoriais periféricos dos membros inferiores. As suas manifestações desencadeiam alterações sensitivas: em que há uma redução ou perda gradual da sensibilidade do pé a estímulos externos; e alterações motoras: em que há atrofia e debilidade de alguns músculos, provocando o desequilíbrio nos tendões flexores e extensores e, consequentemente o aparecimento de alterações no modo de caminhar (Parisi 2001; Lopes 2003; Ochoa-Vigo et al. 2005); b) Doença vascular periférica - caracterizada pela obstrução progressiva das artérias dos membros inferiores por placas de arteriosclerose. A obstrução vai fazer com que o fluxo de sangue diminua e com que haja uma diminuição da quantidade de oxigénio que chega aos tecidos, provocando dor severa, necrose e o aparecimento de úlceras (Lopes 2003; Ochoa-Vigo et al. 2005; Schmidt 2011); d) ulceração - lesão cutânea em que há exposição dos tecidos mais profundos, devido á ruptura do epitélio(lopes 2003; Ochoa-Vigo et al. 2005; Sopher et al. 2011). O tipo de ulceração esta intimamente relacionada com a posição da articulação subtalar em que a ulceração lateral esta associada à supinação do pé e a ulceração medial com a pronação (Abboud et al. 2000). Artrite Reumatóide A artrite reumatóide, também conhecida como artrite degenerativa, é uma doença auto-imune sistémica caracterizada pela inflamação progressiva das articulações. Pacientes portadores desta patologia manifestam mobilidade limitada, devido às dores provocadas pela solicitação das articulações na produção de movimento (Schmiegel et al. 2008). O membro inferior mais especificamente o pé, Figura , é uma das estruturas cuja doença tem uma prevalência superior (Van der Leeden et al. 2011). Segundo Villarraga et al. (2009), a incidência da artrite reumatóide no pé varia entre 85-91%, sendo que em grande parte dos pacientes a zona primeiramente afectada é a zona do ante-pé ao nível das articulações metatarsofalangicas. A inflamação crónica ao nível destas articulações desencadeia uma distensão ao nível capsular, um atrito no ligamento colateral e um relaxamento ao nível da fáscia plantar, que originam o aparecimento gradual das seguintes deformidades (Villarraga et al. 2009): a) hálux valgo popularmente conhecido como joanete, é caracterizado por um desvio lateral acentuado do dedo grande, ou seja, um desvio da falange proximal do hálux sobre a cabeça do primeiro metatársico (Nery 2008); b) dedo em garra - caracterizado pelo "enrolar" dos dedos sob a articulação média interfalangica (Júlio 2011) ; c) dedo em malha caracterizado pelo encavalitar 28

29 dos dedos (Júlio 2011), etc. Estas deformidades desencadeiam alterações graduais na distribuição da pressão plantar originando o aparecimento de dor, úlceras plantares (Firth et al. 2011) e, consequentemente alterações no padrão normal da marcha. Figura Pé com artrite reumatóide (retirado de (Vanore et al. 2008)). Charcot-Marie-Tooth Charcot-Marie-Tooth é uma doença neurológica hereditária caracterizada pela atrofia e fraqueza progressiva da musculatura dos membros inferiores. O seu avanço pode levar a uma atrofia profunda e consequente perda da capacidade de movimentação por parte do paciente (Ramos 2006). Ao nível do pé, Figura , esta patologia manifesta-se pela: a) atrofia dos músculos intrínsecos e b) fraqueza do extensor longo dos dedos esta alteração vai estender as falanges proximais nas articulações metatarsofalangeanas e vai permitir que os flexores longos e curtos dos dedos flictam as articulações interfalangeanas (Ramos 2006). O desenrolar destas manifestações desencadeia respectivamente o aparecimento das deformidades pé cavo e dedos em martelo (Ramos 2006). Ainda assim a ocorrência de modificações na funcionalidade dos músculos da perna também vai induzir alterações ao nível do pé, por exemplo: a fraqueza dos músculos tibial anterior e fibulares da perna vão originar o aparecimento da deformidade pé caído. Esta deformidade faz com que o paciente eleve os joelhos a uma altura superior à altura normal de forma a compensar a paralisia durante a marcha (Ramos 2006). 29

30 CAPÍTULO II PÉ HUMANO Figura Pé com a patologia Charcot Marie-Tooth (retirado de (Benefros 2004)). Paramiloidose A paramiloidose também designada por doença dos pezinhos é uma doença hereditária, crónica e progressiva. Tem como manifestações principais: a) a alteração da sensibilidade - inicialmente no halux, propagando-se pelos restantes dedos e atingindo a região plantar do pé; b) alterações musculares e da mobilidade inicia-se no halux, estende-se aos músculos da perna e de seguida aos membros superiores. Os músculos extensores são frequentemente afectados por estas alterações sendo que sua paralisia vai desencadear alterações no padrão normal da marcha, uma vez que não existe apoio do calcanhar; c) alteração nos reflexos inicia-se nos pés com perda do reflexo aquilino seguido do reflexo patelar e d) alterações tróficas ocorrência de atrofio da pele, aparecimento de úlceras plantares e necrose óssea (Silva 2011). Deformidades plantares Pé plano Pé plano, Figura , também designado de pé chato, é um tipo de deformidade plantar caracterizada pelo rebaixamento do arco longitudinal do pé, resultante da fáscia plantar estar muito alongada e/ou a musculatura que a sustenta estar enfraquecida (Pezzan et al. 2009). Neste tipo de deformidade os ossos do tarso perdem a conformação em arco e passam a formar uma linha recta. Tal facto faz com que haja uma perda de funções, nomeadamente ao nível amortecimento (Santos 2008). 30

31 Pé cavo O pé cavo, Figura , é um tipo de deformidade na qual há um encurtamento do pé através de um aumento da curvatura do arco plantar. Esse aumento dá-se quando a fáscia e/ou a musculatura estão tensas e/ou encurtadas (Pezzan et al. 2009). Por vezes o aumento da curvatura é tão acentuado que a parte média da planta do pé é impedida de entrar em contacto com o solo (Santos 2008). Figura Deformidades plantares - pé cavo e pé plano (retirado de (Monteiro 2008)). Pé varo O pé varo, Figura , também conhecido como pé invertido, caracteriza-se pela alteração da posição do pé em que a região plantar fica voltada para dentro e para trás, e a parte dorsal para fora e para frente. Esta alteração faz com que o pé passe a estar maioritariamente apoiado na sua borda lateral (Facchini 2011). Figura Pé varo (retirado de (Herron et al. 2011)). 31

32 CAPÍTULO II PÉ HUMANO Pé valgo Pé valgo, Figura , também designado por pé pronado, caracteriza-se pela ocorrência de uma abdução do antepé e um abaixamento da borda medial do pé isto é, os calcanhares sofrem uma inclinação para fora e os tornozelos uma inclinação para dentro (Facchini 2011), Figura Pé valgo (retirado de (Drake 2011)). 2.7 Sumário O pé humano é uma das estruturas do corpo humano com maior complexidade, sendo composto na sua totalidade por 26 ossos. O facto de todas as suas articulações serem do tipo sinovial faz com que os movimentos produzidos possuam uma maior amplitude. O tipo de movimentos executados (flexão, extensão, inversão, eversão, etc.) está dependente dos músculos envolvidos - intrínsecos ou extrínsecos. Graças á presença de um conjunto disperso de receptores sensitivos cutâneos na região plantar, dotados de uma elevada sensibilidade às pressões de contacto e às variações existentes na distribuição dessas mesmas pressões, o pé possui a capacidade de estabelecer um interface entre o ambiente envolvente e o sistema de equilíbrio corporal. Esta interacção é extremamente útil na medida em que permite, entre muitas outras coisas, a movimentação e participação apropriada do Homem nas diversas actividades do quotidiano. Toda esta capacidade que o pé apresenta em adaptar-se às diferentes superfícies de apoio com que estabelece contacto deve-se á presença de arcos (longitudinais e transversais) que vão absorver e distribuir as forças do corpo, durante o apoio ou a movimentação, nas diferentes superfícies. Consoante o tipo de arco e a forma como é exercida a pressão o pé produz diferentes tipos de footprint (normal, supinada e pronada). 32

33 O pé humano encontra-se predisposto à actuação constante de diferentes forças ao nível da superfície plantar o que faz com que a sua funcionalidade fique por vezes de tal forma comprometida que acabe por facultar a ocorrência de alterações na distribuição da pressão plantar e consequente aparecimento de patologias e deformidades plantares. 33

34 CAPÍTULO III ANÁLISE DA DISTRIBUIÇÃO DA PRESSÃO PLANTAR CAPÍTULO III- ANÁLISE DA DISTRIBUIÇÃO DA PRESSÃO PLANTAR No presente capítulo é realizado um estudo bibliográfico referente à distribuição da pressão plantar, no qual são salientados todos os aspectos com maior relevância para a sua compreensão. Inicialmente, no primeiro subcapítulo, é efectuada uma introdução na qual é salientada a importância do estudo da análise da pressão plantar na área da saúde; Seguidamente, no segundo subcapítulo, são dadas a conhecer as técnicas de medição utilizadas para analisar a distribuição da pressão plantar nas diferentes regiões do pé quando este se encontra em contacto com uma dada superfície; No terceiro subcapítulo são enunciados dois dos sistemas com maior aplicabilidade no registo da pressão plantar, salientando as vantagens e desvantagens a que estão associados e as características que devem possuir; No quarto subcapítulo é feito um breve estudo relativo aos parâmetros standards utilizados na análise da distribuição da pressão plantar; No quinto subcapítulo é salientada a importância da divisão do pé em sub-regiões e os tipos de métodos normalmente utilizados para efectuar essas mesmas divisões; Por fim no sexto e último subcapítulo, é efectuado um levantamento das considerações principais abordadas ao longo do capítulo. 34

35 3.1 Introdução O pé ao estar constantemente submetido à acção de diferentes forças pode sofrer modificações na sua funcionalidade que comprometam a forma como é distribuída a pressão ao nível plantar. Tal facto, pode levar à produção de movimentos anormais que desencadeiam um stress excessivo e consequente aparecimento de patologias e/ou deformidades plantares, que vão comprometer o seu desempenho e consequente participação do Homem nas diferentes actividades do quotidiano (Abboud 2002; Putti et al. 2008; Monteiro et al. 2010). Na tentativa de encontrar soluções, o estudo da distribuição plantar tornou-se assim alvo de constantes investigações nas mais diversas áreas, principalmente na área da saúde (Keijsers et al. 2009) a análise da distribuição da pressão plantar adquire um papel extremamente importante, na medida em que: Possibilita de acordo com os resultados obtidos para as diferentes variáveis analisadas não só a detecção e o estudo de diversas patologias e deformidades plantares, como também a verificação da influência de determinados tratamentos e cirurgias. São vários os estudos que comprovam tal possibilidade, nomeadamente: Abboud et al. (2000) verificaram através de um estudo comparativo, qual a contribuição da disfunção muscular dos membros inferiores na alteração da distribuição da pressão plantar e consequente ulceração do pé em pacientes diabéticos; Monteiro et al.(2010) estudaram a influência da obesidade isolada e desta associada à sarcopenia na distribuição da pressão plantar em mulheres pós-menopausa; Schuh et al. (2011) verificaram quais as alterações sofridas na distribuição da pressão plantar em pacientes submetidos ao tratamento de reconstrução da articulação do tornozelo com artrite. Permite comparar dados entre indivíduos saudáveis ou entre pacientes e grupos de controlo. Assim, diferentes estudos foram realizados com o intuito de realizar tais comparações, por exemplo: Chiappin (2007)comparou o registo da distribuição plantar entre um grupo de adultos e um grupo de idosos; Putti et al. (2010) entre homens e mulheres; Teh et al. (2006) entre indivíduos obesos e não obesos e, Nazario et al. (2010) entre sujeitos com pés sem patologia e pés planos. 35

36 CAPÍTULO III ANÁLISE DA DISTRIBUIÇÃO DA PRESSÃO PLANTAR Possibilita para valores de pressão plantar atípicos a criação e análise de soluções que melhorem a distribuição da pressão plantar por parte do paciente (Orlin et al. 2000), tais como: Alteração do design de calçado Em (2003), Praet et al. realizaram um estudo no qual avaliaram o efeito durante a marcha do design do calçado na pressão plantar de pacientes com neuropatia diabética, concluindo que o design do calçado influenciava a distribuição da pressão plantar; Erdemir et al. em (2005) analisaram a influência de diferentes configurações de calçados terapêuticos no alívio da pressão plantar local, verificando alterações significativas de acordo com as respectivas configurações do calçado. Implementações de Ortoteses (Palmilhas) Vários estudos comprovam a eficácia da implementação de palmilhas na melhoria da distribuição plantar, tal como o estudo realizado por Magalhães et al. (2007) no qual foi verificada a eficácia da implementação de palmilhas em pacientes com artrite reumatóide. Também em (2007) Guldemond et al. avaliaram os efeitos das diferentes configurações de palmilhas na distribuição da pressão plantar em pacientes com neuropatia diabética, concluindo que estas traziam melhorias na distribuição da pressão plantar por parte do paciente. Permite verificar qual a influência da distribuição da pressão plantar no controlo postural em pacientes com uma determinada patologia ou simplesmente em indivíduos que executem uma determinada actividade (Orlin et al. 2000). Através do registo da pressão plantar, mais especificamente através da análise do centro de pressão, Abrantes et al. verificaram a instabilidade existente em pacientes com esclerose múltipla. Por sua vez, Thiesen et al. (2011) efectuou um estudo no qual verificou o equilíbrio existente no ballet clássico através da análise da distribuição da pressão plantar. Em suma a análise da pressão plantar torna-se uma mais-valia no estudo do pé humano, uma vez que a sua aplicação permite não só aprofundar o conhecimento acerca da sua estrutura e função como também efectuar um diagnóstico que possibilite a criação de novas formas de prevenção e tratamento das diversas patologias a que o pé está associado.. 36

37 3.2 Técnicas de medição Desde muito cedo o Homem teve interesse em analisar a pressão plantar (Tuna et al. 2005) recriando para tal diversas técnicas que permitem analisar a distribuição da pressão plantar nas diferentes regiões do pé, quando em contacto com uma dada superfície. Estas de acordo com o seu modo de funcionamento podem ser classificadas em três tipos: acumulativas, ópticas e electromecânicas (Efstathia 2006) Técnicas acumulativas Este tipo de técnicas permite efectuar somente uma análise qualitativa da pressão plantar, uma vez que o resultado da sua aplicação dá apenas origem a um conjunto de impressões referentes às áreas do pé que exerceram uma maior pressão durante a medição (Efstathia 2006). Exemplos deste tipo de técnicas são: a técnica de footprint e a técnica baseada em microcápsulas. Técnica de footprint Consiste num tapete de borracha com pequenas projecções de várias alturas cada uma delas com tinta na sua superfície e, uma folha de papel. No momento em que uma carga é aplicada no tapete por parte do paciente este vai depositar maiores quantidades de tinta nos locais de maior pressão, permitindo assim estimar as áreas do pé com maiores níveis de pressão (Orlin et al. 2000; Efstathia 2006). Técnica baseada em microcápsulas Este tipo de técnica utiliza pequenas cápsulas, colocadas entre duas camadas finas de espuma, que contem no seu interior dois tipos de corante, um azul que corresponde a níveis de pressão baixos e um vermelho que corresponde a níveis altos. Na medição da pressão plantar estas são colocadas no pé do paciente para que com o caminhar estas sejam fracturadas e haja libertação dos corantes sobre a espuma consoante o nível de pressão. A partir desta técnica é possível obter um conjunto de manchas que traduz as zonas plantares com maior e menor pressão (Orlin et al. 2000; Efstathia 2006). 37

38 CAPÍTULO III ANÁLISE DA DISTRIBUIÇÃO DA PRESSÃO PLANTAR Técnicas ópticas Conjunto de técnicas que se baseiam na informação visual para retirar conclusões referentes à pressão plantar exercida (Efstathia 2006). Técnica baseada na fotoelasticidade de um material com a utilização de luz polarizada Esta técnica utiliza a fotoelasticidade de um material para a medição da pressão plantar, ou seja, baseia-se na capacidade que alguns materiais plásticos apresentam em alterar o seu comportamento óptico de acordo com as deformações a que estão a ser submetidos (Sousa et al. 2007). A deformação é aplicada por um conjunto de sólidos semiesféricos unidos a uma superfície de cabedal que vão ser comprimidos contra o material fotoelástico no momento em que é aplicada uma carga por parte do pé (Urry 1999; Orlin et al. 2000; Efstathia 2006). Os diferentes valores de pressão dão origem a diferentes índices de refracção do material, permitindo retirar conclusões. As imagens resultantes da pressão exercida sobre o material são adquiridas usando uma câmara de imagem (Efstathia 2006). Técnica Textured Mat Cinematography Nesta técnica a medição da pressão plantar é obtida através de uma placa de borracha, sobreposta sobre uma placa de vidro, constituída por pequenas pirâmides na sua superfície inferior, preenchidas entre si por um líquido de cor branca. Quando é aplicada uma pressão sobre a borracha, a área de contacto de cada pirâmide aumenta e o contraste entre os diferentes pontos é também aumentado pela presença do líquido de cor branca. No final a imagem obtida pode ser captada usando um sistema óptico adequado (Efstathia 2006; Sousa et al. 2007). Técnica de podoscópia A técnica de podoscópia, tal como o próprio nome indica, baseia-se na utilização de um podoscópio para determinar as zonas plantares de maior pressão. Este é constituído por uma caixa de madeira com uma tampa de vidro, iluminada de cada lado por luzes florescentes. No interior, por baixo do vidro, está um espelho colocado num ângulo de 45 graus que proporciona a visualização da distribuição da pressão ao nível da superfície plantar. Esta pode ser guardada 38

39 tirando uma fotografia, filmando ou delineando-a num papel (Orlin et al. 2000; Efstathia 2006; Sousa et al. 2007). Técnica baseada na reflexão crítica da luz Esta técnica consiste na utilização de uma folha de plástico moldável, uma placa de vidro rectangular iluminada, transdutores de força (colocados nos cantos da placa), uma câmara de vídeo e um microprocessador, e tem como princípio de medição o ângulo crítico - ângulo para o qual existe reflexão interna total da luz incidente num dado material. Quando é exercida uma pressão no topo da placa dá-se um aumento do ângulo crítico. Tal facto é resultante da diminuição da camada de ar entre a superfície translúcida e a superfície moldável que provoca a reflexão dos raios de luz. Como resultado final é possível, através do espelho, identificar de acordo com a intensidade da luz quais as áreas com maior pressão, e quantificar quais os valores de pressão através dos valores registados pelos transdutores de força. De forma a guardar a distribuição da pressão plantar de cada paciente, as imagens resultantes podem ser capturadas por fotografia ou vídeo (Orlin et al. 2000; Efstathia 2006; Sousa et al. 2007) Técnicas electromecânicas Segundo Efstathia (2006), estas técnicas são as mais utilizadas e tem por base a utilização de sensores sob a forma isolada, permitindo uma medição de pressão local, ou em grupo sob a forma de matriz, possibilitando a medição da distribuição plantar. Quando usados isoladamente a medição intitula-se como discreta e o seu posicionamento nas zonas do pé vai depender do objectivo do estudo em questão. Esta medição tem como principais vantagens: a fácil utilização, um custo de aquisição reduzido e uma frequência de amostragem elevada, devido ao numero de sensores utilizado ser reduzido (Sousa et al. 2006). Contudo o facto de os sensores serem pontuais faz com que estes estejam mais susceptíveis a deslocamentos inesperados durante a medição, o que pode levar a uma medição errada da pressão local, e faz com que a sua presença seja facilmente reconhecida por parte do paciente, o que pode levar a uma indução na alteração da marcha (Rosebaum et al. 1997; Sousa et al. 2006). A utilização dos sensores sob a forma de matriz tem como principais vantagens o facto de os sensores já possuírem uma configuração específica, não sendo necessário escolher o local de colocação dos sensores, e o facto de possibilitar uma análise mais alargada da distribuição de 39

40 CAPÍTULO III ANÁLISE DA DISTRIBUIÇÃO DA PRESSÃO PLANTAR pressão existente ao nível da superfície plantar (Rosebaum et al. 1997; Orlin et al. 2000; Efstathia 2006; Sousa et al. 2006). Estes sensores, quando presentes, devem possuir um conjunto de características que lhes permita estar em concordância com a funcionalidade do respectivo sistema, por exemplo (Rosebaum et al. 1997) : a) a resolução espacial de um sensor utilizado na medição da pressão plantar em crianças deve ser superior àquela que é necessária na medição da pressão plantar em adultos, devido às diferenças existentes entre o tamanho dos pés e a própria estrutura; b) o intervalo de medição deve ser suficientemente grande para permitir a detecção dos picos de pressão e das cargas exercidas; c) o tamanho deve ser adequado á medição a efectuar - para estruturas anatómicas pequenas capazes de produzir um pico de pressão definido nessa zona a utilização de sensores largos seria inadequada, uma vez que a pressão real seria mascarada pelos baixos valores de pressão existentes em torno do pico; d) o sistema deve possuir uma elevada sensibilidade e linearidade, e uma baixa histerese entre sensores de forma a permitir medições viáveis e precisas. FSRs (Force Sensitive Resistor) Consiste num dispositivo organizado em camadas muito finas com padrões de metal impresso em duas folhas de Mylar e um polímero condutor incorporado entre eles. Este ao sofrer a acção de uma força na sua superfície sofre uma alteração no valor da sua resistência, sendo esse proporcional á força aplicada (Orlin et al. 2000; Efstathia 2006; Sousa et al. 2007). O output dos dispositivos que utilizam este tipo de tecnologia de sensor pode ser uma força ou pressão, consoante a respectiva aplicação (Efstathia 2006). Transdutores capacitivos Normalmente tem uma configuração básica que engloba a utilização de duas placas de metal condutivo com uma determinada carga eléctrica, separadas por um material isolante e por um material elástico. A tensão entre as placas vai variar de acordo com a distância entre ambas, resultado da força exercida sob o sensor. Através dessa força vai ser então calculado o valor de pressão exercido. Sistemas que recorrem a transdutores capacitivos para a medição da pressão plantar tem como particularidade o facto de utilizarem uma curva de calibração, desenvolvida por cada sensor presente na matriz, que possibilita a avaliação quantitativa da pressão (Orlin et al. 2000; Efstathia 2006; Sousa et al. 2007). 40