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  • 1. 1 INTRODUÇÃO O transporte de objetos militares, acessórios de camping, materiais escolares e itens em geral, vêm conquistando extensamente o hábito pelo uso de mochilas em diversos grupos, desde as forças armadas, turistas e estudantes (ORLOFF et al, 2004; STUEMPFLE et al., 2004). A aceitabilidade da mochila por esses grupos deve estar relacionada ao conforto e a variedade de modelos e tamanhos disponíveis no mercado (KNAPIK et al., 2004). A utilização da mochila e as repercussões na saúde dos usuários têm causado grande interesse de pesquisadores em muitos países, devido às conseqüências relacionadas ao aparecimento de ferimentos nas costas entre crianças e adultos (STEELE et al., 2004; LAFIANDRA e HARMAN, 2004; MACKIE et al., 2005; BIRRELL et al., 2007). Um exemplo a respeito dos ferimentos causado devido ao uso de mochila vem da comissão de segurança de produtos aos consumidores (CPSC), entidade australiana, estimou que 7.277 visitas na emergência eram resultantes de ferimentos relacionados ao uso de mochilas. O CPSC relata também que ferimentos relacionados com mochilas aumentaram acima de 330 por cento desde 1996 (ILLINOIS STATE BOARD OF EDUCATION, 2006). A mochila é um dispositivo comum capaz de aumentar a potencialidade humana no carregamento de carga, mas quando carregadas pesadamente pode ainda oferecer prejuízos aos usuários. Ao longo das ultimas décadas estudos biomecânicos, fisiológicos e ergonômicos vem propondo melhorias aos projetos das mochilas, desde adição de tecidos mais leves e confortáveis capazes de melhorar o sistema de transporte de cargas pelas mochilas. Muitas melhorias de desenho e estrutura foram agregadas nas décadas passadas, entretanto mais pesquisas são necessárias para compreender inteiramente as respostas das forças estáticas e dinâmicas pelo corpo humano (PELOT et al., 2001). O fator que mais chama a atenção dos pesquisadores esta relacionada ao peso elevado carregado pelos indivíduos, dessa forma inicialmente reduções do peso transportado pode restringir os riscos de ferimentos quando comparados as cargas acima de 15% do peso corporal. Ren et al., (2007), afirma que carregar mochilas com peso excessivo pode desencadear ferimentos graves na região dos ombros e costas. Supostamente pode levantar através de algumas pesquisas que o desenvolvimento de ferimentos na população
  • 2. 2 adulta, pode conseqüência da falta de atividades físicas regulares, contribuindo significativamente na fragilidade muscular dos indivíduos e gerando redução da capacidade e habilidade dos indivíduos em suportar sobrecargas adicionais quando expostos ao carregamento. Pesquisas dirigidas com escolares sugerem recomendações sobre o peso da carga, a níveis seguros, variando de 10 a 15% do peso corporal (HONG e CHEUNG, 2003; BRACKLEY et al., 2004; CHOW, et. al., 2005; DEVROEY et al., 2007). Embora os indivíduos apresentem diferenças quanto seu desenvolvimento, crescimento e maturação biológica, as cargas recomendadas nas pesquisas em adultos, são semelhantes às desenvolvidas em escolares, conforme observados nos experimentos de coletas de dados. Os resultados da exposição do corpo a tais sobrecargas apresentam certas indagações a cerca das respostas individuais durante a locomoção, controle da fadiga e biomecânica do tronco (CHRISTIE et al., 2005; BASTIEN et al., 2005; ABE et al., 2004). As diferenças de gênero, antropometria e condições físicas devem ser observadas durante o desenvolvimento do estudo com objetivo de reduzir erros de interpretações e conclusões dos resultados. Os soldados e montanhistas freqüentemente carregam cargas elevadas chegando até 60% do peso corporal, representando um componente substancial do aparecimento da fadiga e risco aumentado de ferimento nas costas (BIRRELL, 2007; VANDERBURGH e FLANAGAN, 2000; ATTWELLS et al., 2006). Este aumento da carga é previsível devido ao peso das armas, equipamento de proteção, comunicações e mobilidade (KNAPIK et al., 2004). O foco central do estudo é compilar as pesquisas publicadas na ultima década, buscando evidências atualizadas para o transporte de cargas em mochilas em adultos, centralizando o interesse em adultos militares e esportistas praticantes de montanhismo, tendo como base o histórico das linhas de pesquisas no campo da Biomecânica, Fisiologia e Ergonomia.
  • 3. 3 2 OBJETIVOS DO ESTUDO 2.1 Geral Realizar estudo de revisão bibliográfica, sobre as conclusões e recomendações publicadas pela literatura ao analisar os efeitos biomecânicos, fisiológicos e ergonômicos resultante do transporte de cargas através da mochila. 2.2 Específicos a) Reunir e compilar as idéias ou recomendações dos principais estudos e as evidências apresentadas sobre os fatores de riscos e o aparecimento de dores nas costas; b) Direcionar e recomendar estudos e projetos futuros baseados no transporte de carga em mochilas.
  • 4. 4 3 METODOLOGIA A revisão sistemática da literatura tem como objetivo apresentar informações sobre os aspectos biomecânicos, fisiológicos e ergonômicos em resposta ao uso da mochila na população adulta, tomando como referencia o critério de classificação para idade em relação ao crescimento, desenvolvimento e a maturação biológica dos indivíduos proposto pelo National Center Health Survey (NCHS). A revisão sistemática da literatura foi realizada a partir das bases de dados on-line. Foi determinado um marco cronológico a partir do ano de publicação do artigo científico de Knapik et al., (1996) – “Load carriage using packs: A review of physiological, biomechanical and medical aspects”, até o ano de publicação científica em 2007, cujo levantamento bibliográfico tende a abordar de forma atualizada os avanços e as evidências contemporâneas sobre o tema, conforme desenvolvido pelo estudo de base citado acima. Para auxiliar na coleta dos dados foram utilizadas as seguintes palavras chaves: mochila, dispêndio energético, condicionamento físico, andar, coluna vertebral, carregamento de cargas, cinemática, cinética e ergonomia. As palavras chaves em inglês foram: backpack, energy expenditure, physical conditioning, gait, column vertebral, load carriage, kinematic, kinetic e ergonomics. A revisão foi ampliada através de busca em outras fontes, tais como documentos governamentais e não governamentais, sites na Internet sobre montanhismo e referências citadas nos artigos obtidos. Os artigos selecionados preenchiam os seguintes critérios: amostra com idade referenciada como adulta acima de 19 anos independente do gênero, conforme (NCHS) tendo sido publicados em português ou inglês; incluir resumo; ter como foco o uso de mochilas.
  • 5. 5 4 REVISÃO DE LITERATURA A revisão de literatura procurou buscar e apresentar as principais evidências científicas publicadas ao longo da ultima década a cerca das condições envolvidas no transporte das cargas em mochilas em adultos, direcionando o foco diretamente aos grupos de militares e montanhistas. Os fatores biomecânicos relacionados às pesquisas com mochilas estão orientados na busca por resultados que comprovem e forneçam indicadores confiáveis quanto ao volume de peso e posicionamento adequado da carga durante o uso de mochilas. Os estudos apresentados neste trabalho documentaram as reações cinemáticas e cinéticas em conseqüência das ações de forças sobre a estrutura músculos-esqueléticas e as alterações na locomoção, através do uso de métodos científicos próprios, envolvendo todas as etapas do trabalho científico. Os achados sobre a fisiologia humana buscaram encontrar as respostas metabólicas durante o transporte de cargas em relação à freqüência, intensidade e duração, observando também as diferenças entre os desenhos das mochilas. Os estudos referenciados apresentaram informações importantes entre as diferenças de gêneros, composição corporal, índices hemodinâmicos e metabólicos que poderão servir de orientações para trabalhos futuros. Por fim os resultados dos estudos ergonômicos durante o carregamento de cargas em mochilas foram orientados na busca dos indicativos da percepção de conforto, usabilidade e segurança durante o uso do acessório de auxilio ao transporte de cargas. Com as três linhas de conhecimento descritas anteriormente, o trabalho busca compilar e apresentar os achados, na tentativa de construir relações que possam esclarecer as razões do aparecimento das lesões músculos-esqueléticas, bem como sugerir recomendações preventivas para o acometimento de desordens na coluna vertebral. 4.1 BASES ANATOMICAS HUMANA A distribuição das estruturas ósseas é dada de acordo com as características regionais. A coluna vertebral é construída de 33 ou 34 ossos irregulares chamadas de
  • 6. 6 vértebras, divididos em cinco grupos de ossos diferentes entre si: 7 cervicais, 12 torácicas, 5 lombares e 4 coccígeo (WATKINS, 2001; MOORE e DALLEY, 2001). As funções da coluna vertebral são de sustentação do corpo e movimentação, agindo como uma haste elástica que proporciona suporte rígido e flexível (HAMILL e KNUTZEN, 1999). Isto é obtido através de um elaborado complexo anatômico que inclui músculos, ligamentos, ossos e discos vertebrais. Além da sustentação e movimento, a segunda função da coluna vertebral está relacionada com a condução das estruturas nervosas através do canal vertebral e dos foramens intervertebrais. A estrutura medular nervosa como tal estende-se desde C1 (primeira vértebra cervical) até L1 (primeira vértebra lombar). A partir desta, temos o filum terminal, que compõem-se do final da medula e estende-se com a cauda eqüina composta pelas raízes nervosas lombares e sacrais (MOORE e DALLEY, 2001). Esta estrutura peculiar oferece proteção ideal a medula espinhal, altamente especializada funcionalmente e vulnerável, mecanicamente quando exposta às sobrecargas mecânicas com movimentos impróprios. Todas as vértebras têm uma estrutura semelhante, o formato oco pelo qual passa a medula (ERNEST, 2000). O funcionamento deste segmento depende do equilíbrio entre as forças e flexibilidade exercidas pelos músculos. Qualquer alteração no equilíbrio produzira possivelmente desconfortos, geralmente relatados na região lombares, tanto pelos portadores de mochilas, orientadas no estudo pelos militares, esportistas e finalmente a população em geral, em conseqüência laboral, ou recreativa. 4.2 DISCO INTERVERTEBRAL E ARTICULAÇÕES ENTRE OS CORPOS VERTEBRAIS Os ligamentos longitudinais são comuns a todos os discos intervertebrais, estão posicionados anterior e posteriormente as vértebras, participam da estabilidade da coluna vertebral principalmente na flexão e extensão, realizando duas funções: limitando o movimento, e protegendo os discos intervertebrais (OLIVER, 1998). As laminas dos arcos vertebrais adjacentes são unidas por tecido fibroso elástico amarelo. Estes ligamentos impedem a separação da lâmina vertebral e, assim, a flexão
  • 7. 7 abrupta da coluna vertebral evitando, normalmente, a lesão aos discos intervertebrais. Os ligamentos interespinhais conectam os processos espinhosos adjacentes, fixando-se a raiz até o ápice de cada processo. O ligamento supra-espinhal conecta-se os ápices dos processos espinhosos de C7 até o sacro. O ligamento nucal estende da protuberância occipital externa e margem posterior do forame magno até os processos espinhosos das vértebras cervicais. Enquanto os ligamentos intertransversários, conectam os processos transversos adjacentes (HAMILL e KNUTZEN, 1999; MOORE e DALLEY, 2001; WATKINS, 2001). O anel é composto em lâminas concêntricas de fibrocartilagem, que formam a circunferência do disco intervertebral sendo mais fibrosos que cartilaginoso. Estas lâminas perifericamente são convexas, como colares incompletos unidos por faixas fibrosas sobrepondo-se umas às outras (vistas em seção vertical). As lâminas se unem de uma maneira complexa, posteriormente as fibras em lâminas contíguas se entrecruzam. Os estresses compressivos do disco são maiores na região torácica média e ainda maior nas vértebras L5-S1 (KELLER et al., 2005). O comportamento da coluna vertebral depois de carregamento indica que as dores lombares estão relacionadas às reduções na capacidade de recuperação em comparação a magnitude de compreensão na coluna, imposto durante uma sobrecarga mecânica (FOWLER et al., 2005). Conforme Cheung et al., (2003) o fluxo dos fluidos e a deformação do disco intervertebral eram dependentes da freqüência do carregamento. Supostamente o carregamento e a vibração podem realçar a troca de fluidos do disco através do mecanismo bombeando fluido. Segundo Iatridis et al., (1999) os resultados indicaram que não há linearidade, em conseqüência da compressão, viscosidade, força angular e estado degenerativo do disco, todos afetam o comportamento material do anel fibroso, com implicações importantes para o mecanismo de carregamento de carga no disco intervertebral.
  • 8. 8 FIGURA 1 : ANATOMIA E LOCALIZAÇÃO DISCO VERTEBRAL FONTE: www.nlm.nih.gov/.../ency/imagepages/19469.htm 4.3 CURVATURAS NORMAIS DA COLUNA VERTEBRAL A coluna vertebral, se observada de perfil, apresenta quatro curvaturas fisiológicas, que tem por objetivo distribuir as forças que atuam sobre o corpo humano, qualquer desvio anormal destas curvaturas podem representar sobrecarga interna nos discos intervertebrais da coluna (WATKINS, 2001) A coluna quando vista de perfil é dividida em quatro curvas no indivíduo adulto; lordose cervical, cifose torácica, lordose lombar e cifose sacral, entendendo que as junções lombossacra e coccígena estão unidas (OLIVER e MIDDLEDITCH 1998; HAMILL e KNUTZEN,1998).
  • 9. 9 FIGURA 2: CURVAS DA COLUNA VERTEBRAL Fonte U.S. National Library of Medicine, No individuo adulto, as curvaturas com mesma direção da coluna embrionária são denominadas primárias e as curvaturas de direção oposta, com concavidade posterior são secundárias. As curvaturas secundárias (cervical e lombar) são extremamente móveis em relação às primárias (cifose torácica e cifose sacral). Das três curvaturas pré-sacrais, a cifose torácica é a menos móvel, enquanto que o sacro, formado de vértebras soldadas, não apresenta quaisquer movimentos entre os seus segmentos (figura 2) (OLIVER e MIDDLEDITCH, 1998; WATKINS, 2001; MOORE e DALLEY, 2001). A curvatura primária da coluna vertebral é o resultado da flexão ventral do embrião. Enquanto as curvaturas secundárias da coluna vertebral (lordose cervical e lordose lombar) são côncavas dorsalmente e, sendo produzidas pela ação da musculatura fetal (SOCIEDADE BRASILEIRA DE ANATOMIA, 2001). 4.4 MOVIMENTOS DO CORPO DA VÉRTEBRA Os movimentos da coluna vertebral são o resultado de pequenos movimentos permitidos entre as vértebras adjacentes. A amplitude de movimento entre duas vértebras depende, fundamentalmente, da altura do disco: quanto mais alto o disco, maior seu grau de compressão e, em conseqüência, maior a amplitude de movimento permitida. A direção
  • 10. 10 do movimento, no entanto, depende particularmente da forma e do plano de orientação das facetas zigoapofisárias. Os fatores limitantes de movimento nas articulações em geral, como os ligamentos e o grau de alongamento dos músculos antagonistas aqui também são importantes. O corpo vertebral pode se mover nos planos sagital, vertical e frontal apresentando seis graus de movimentos: translação anterior e posterior; rotação sagital anterior e posterior; translação lateral; flexão lateral, distensão/compressão e rotação axial (OLIVER e MIDDLEDITCH, 1998). 4.5 ANORMALIDADES CONGÊNITAS E ADQUIRIDAS DA COLUNA VERTEBRAL A postura pode ser definida como a posição do corpo no espaço, bem como a relação direta de suas partes com a linha do centro de gravidade. Na última década, os conceitos a respeito da estabilidade vertebral foram redefinidos, visto que os modelos tradicionais da estabilidade desta estrutura consideram somente a integridade do disco intervertebral e dos ligamentos vertebrais, os mecanismos que contribuem à estabilidade vertebral são discutidos agora para incluir elementos neurais e musculares (JEMMETT et al., 2004). Estas curvaturas são bem visualizadas quando observamos a coluna lateralmente, são conhecidas como; cifose e hiperlordose. Em caso de encontramos curvaturas observando a coluna posteriormente, podemos visualizar a escoliose, tanto unilateral ou bilateral. 4.5.1 CIFOSE TORÁCICA (HIPERCIFOSE) Ainda não existem critérios uniformes para o diagnóstico hipercifose, estudos atuais estimam a sua prevalência entre adultos mais velhos em 20% a 40%. As causas e conseqüências da hipercifose não são bem compreendidas (KADO, et al., 2007).
  • 11. 11 As mudanças do alinhamento das estruturas ósseas e articulares causam sobrecarga em determinadas articulações, gerando uma atuação biomecânica imprópria, diminuindo a eficiência mecânica e ligamentar, impedindo a manutenção adequada do equilíbrio articular (RIBEIRO et al, 2002). Os estudos de Chow et al., (2007), encontraram um significativo achatamento dos discos intervertebrais nas regiões torácicas e lombares em conseqüência do aumento do peso da mochila. As razões podem estar relacionadas aos impactos dos movimentos durante os gestos motores (andar, correr e saltar), aceleração / desaceleração repentinos ao carregar pesos pesados e esforço máximos tronco de extensão e flexão (ASHTON- MILLER, 2004). A verdadeira etiologia permanece desconhecida, mas parece haver uma forte ligação genética, bem como uma contribuição ambiental (LOWE e LINE, 2007). A presença da hipercifose em adultos diagnosticados pode ser um fator agravante quando estes propõem a carregar mochilas, supostamente a adição de cargas na coluna maximizará a sobrecargas aos discos torácicos e lombares. 4.5.2 LORDOSE A lordose é um aumento exagerado nas curvaturas cervical e lombar. Essa posição de curvatura acentuada é criada pelo posicionamento anterior da pelve ou pelo enfraquecimento da musculatura abdominal (HAMILL e KNUTZEN, 1999). De modo geral a observaram a associação do transporte de mochilas, alterações ósteo-articulares pelo excesso de massa corporal e diminuição da estabilidade podem agravar o desenvolvimento, mesmo que temporário de hiperlordose lombar (OLIVER e MIDDLEDITCH, 1998). Estudos clínicos demonstraram muitos casos de lombalgia onde são observados danos nos corpos vertebrais ou no disco intervertebral. A principal causa das dores está relacionada às fraturas originárias por ações compressoras (VAN DIEËN, et al., 1999). Os fatores de risco postural para o aparecimento de lombalgias podem ser parcialmente atribuídos a estabilidade da coluna vertebral. A estabilidade biomecânica da coluna lombar é um fator importante na etiologia e controle dos distúrbios da lombalgia.
  • 12. 12 Os achados sugerem um custo mecânico significativo no carregamento de carga associado a dor lombar é resultado da co-ativação do músculo do tronco (MARRAS et al., 2001). A tentativa do corpo de aumentar a estabilidade durante o transporte de cargas em mochilas as curvas da coluna vertebral podem adotar ligeiros desvios (ORLOFF et al, 2004). A presença de contrapeso na coluna pode repercutir compensações em mais de uma curvatura esquelética. Legaye et al. (1998), revelou relacionamento significativo, para indivíduos normais e escolióticos, através do parâmetro anatômico da incidência da inclinação pélvica e sacral, que determina fortemente a lordose lombar. Resultados cinemáticos foram significativos quando comparados com diferentes posturas de levantamentos de cargas e forças internas geradas pelos músculos na coluna vertebral, onde a maior flexão da coluna está intimamente relacionada aos efeitos descritos acima (BAZRGARI, et al., 2006; ARJMAND e SHIRAZI-ADL, 2005). 4.5.3 ESCOLIOSE A escoliose é a deformidade em que existe uma ou mais curvaturas laterais da coluna. Pode ser funcional (ou fisiológica) e estrutural (ou patológica) (WATKINS, 2001). A prevalência de escoliose na população em geral deve ser estimada aproximadamente entre 1,4 a 12% (BIOT e PENDRIX, 1982; KOSTUIK e BENTIVOGLIO, 1981; PERDRIOLLE e VIDAL, 1985 apud SCHWAB et al., 2002). A escoliose do adulto é definida como uma deformidade espinhal com ângulo de Cobb maior de 10 graus na planície do coronal. A degeneração assimétrica conduz à carga assimétrica aumentada e conseqüentemente a uma progressão da degeneração e deformidade, situada predominantemente na coluna lombar ou toraco-lombar são completamente previsíveis (AEBI, 2005). Stokes e Gardner-Morse (2004). analisaram os efeitos biomecânicos e a força muscular da coluna vertebral que apresentava escoliose. Concluíram que os indivíduos
  • 13. 13 com escoliose podem adotar estratégias diferentes da ativação muscular e que estas estratégias podem determinar a progressão da escoliose. Granata et al., (2005), estudaram a co-contração e diferenças de cargas na coluna espinhal durante esforços isométricos de flexão e extensão. Os sinais de eletromiograficos (EMG) foram coletados dos músculos do tronco de voluntários saudáveis durante esforços isométricos. A co-contração média durante os esforços de flexão era aproximadamente duas vezes o valor da co-contração durante a extensão, isto é 28% e 13% de forças geradas pelos músculos respectivamente. As cargas na coluna foram associadas com levantamento de peso de 9 quilogramas, estimadas em três ângulos da flexão do tronco (0 grau, 22.5 graus, e 45 graus). A fatiga na coluna pode ocorrer rapidamente quando o tronco é flexionado durante tarefas levantando ocupacionais; entretanto, muitos milhares dos ciclos podem ser tolerados em uma postura neutra (GALLAGHER et al., 2005). A velocidade do movimento diminuiu significativamente durante as experimentações mochilas carregada. Este estudo concluiu que carregar peso em mochilas tem efeito na velocidade do movimento e no controle direcional (PALUMBO et al., 2001). Os resultados dos estudos indicam que a velocidade dos movimentos, posturas adotadas e peso transportado são indicadores de alteração na estrutura musculoesquelética da coluna, observados pelos testes eletromiograficos e cinemáticos. 5 ASPECTOS BIOMECÂNICOS DO TRANSPORTE DE CARGAS EM MOCHILAS. O tópico a seguir referencia os estudos desenvolvidos na avaliação do movimento humano, centrando prioritariamente nas pesquisas elaboradas com característica de transporte de cargas em mochilas. Para análise biomecânica do movimento em relação ao uso de mochilas, diferentes perspectivas são utilizadas para aferir e descrever os efeitos cinemáticos, tanto espacial e temporal, bem como os efeitos cinéticos, presentes nas forças atuantes durante o transporte da mochila.
  • 14. 14 A cinemática é considerada como uma área da biomecânica responsável em estudar as posições, orientações, velocidades e acelerações do corpo ou dos segmentos corporais durante um determinado movimento (AMADIO, 1996). No caso da marcha com mochila, através da análise cinemática é possível interpretar de modo quantitativo como os segmentos anatômicos corporais se movimentam durante o deslocamento. O método cinemétrico foi utilizado em alguns estudos e analisou o impacto do transporte da mochila no corpo humano. Os instrumentos básicos para medidas cinemáticas são baseados em fotografia, cinematografia e cronofotografia, que registraram as imagens dos movimentos e então através de software específico calcularam as variáveis cinemáticas de interesse (STUEMPFLE, et al., 2004; GOH, et al., 1998; MARSH, et al., 2006; HOLT, et al., 2003; REN, et al., 2005; QUESADA, et al., 2000). No exemplo abaixo (Figura 3) é realizada a captação de imagens do movimento. Os segmentos corporais recebem marcações subcutâneas com objetivo de determinar os ângulos segmentares e articulares, facilitando a captação da imagem. FIGURA 3: COLETA DE DADOS POR CINEMATOGRAFIA Fonte: U.S. Army Research Institute of Environmental Medicine (USARIEM). 2005 A captação e avaliação do movimento humano ao transportar mochilas através de imagens, apresentam enormes vantagens quando comparados aos métodos invasivos de
  • 15. 15 coleta dos dados, embora a captação de imagens ofereça conhecimentos adequados para sua utilização. Larivière e Gagnon (1999) apud Santa-Maria (2001) estudaram o movimento articular em S1L5 para medição de erros em modelos dinâmicos de levantamento multisigmentar. Os resultados revelaram que os erros em medir o centro da articulação foram as principais forças de variabilidade dos modelos pesquisados. Desde que os erros combinados nos 3 componentes (x, y e z) do movimento a S1L5 geraram uma medida de incerteza de 5-9% nas estimativas de força de compressão lombar. Tak et al., (2007) estudou a combinação de estimativas posturais categorizadas e a reação de forças na região lombar. Os achados denotaram que a flexão do tronco mostrou uma correlação elevada entre medidas diretas e a simulação angular das posturas, como a compressão L5/S1. Durante o transporte de mochila é interessante verificar as causas das alterações do padrão de movimento em respostas as cargas e as modificações das forças externas (por ex. reações com o solo e força da gravidade) e forças internas transmitidas pelos tecidos músculos esqueléticos para as articulações. Com auxilio da plataforma de força (Figura 4) os componentes de força vertical e horizontal são mensurados nos três eixos de movimento (longitudinal, médio-lateral e antero-posterior). FIGURA 4: COLETA DE DADOS NA PLATAFORMA DE FORÇA Fonte: U.S. Army Research Institute of Environmental Medicine (USARIEM). 2005
  • 16. 16 A força de reação na plataforma de força foi utilizada para mensurar as respostas biomecânicas e efeito da sobrecarga imposta ao corpo humano (NYSKA, et al., 1997; LLOYD, et al., 2000; REID, et al., 2004; LAVENDER, et al., 2000). Polcyn et al., (2001) estudou quatro diferentes tipos de sistema de carregamentos de cargas baseados em mochilas e conclui haver diferenças na manutenção da estabilidade e aumento na absorção de forças associados com o aumento de cargas no corpo. A utilização da plataforma de força poderá contribuir na elucidação das respostas durante a sustentação de cargas na coluna vertebral. Estudos investigando as forças ântero- posteriores (AP) demonstraram relações em diferentes regiões da coluna, bem como a atividade muscular. Tais medidas podem ser determinantes na discriminação dos efeitos das cargas de mochilas na coluna dos usuários (COLLOCA e KELLER, 2001). Existem também pequenos sensores portáteis que podem ser colocados em pontos de interesse para aferição da força imposta pelo uso da mochila, principalmente as forças exercidas pelas alças e correias lombares, sensores sensíveis de pressão são instalados na superfície da pele ou do local em se tratando de manequins de estudos experimentais. Modelos de manequins com sensores de pressão também foram utilizados permitindo verificar e calcular os locais onde há maior manifestação das cargas durante o uso de mochilas e/ou protótipo desses modelos (Figura 5) (REID e WHITESIDE, 2001). FIGURA 5: REAÇÕES DE FORÇAS EM MANEQUINS UTILIZANDO MOCHILAS Distribuição de carga no manequim, detalhe do ombro com os sensores da pressão da F-Scan™. (REID et al., 2001) e (BOSSI et al., 2001)
  • 17. 17 Trata-se de uma medida importante em estudos de carregamento de mochilas, identificado ponto de pressão significativamente elevado durante o uso de mochilas, sendo costumeiramente experimentada por usuários ou manequim (HOLEWIJN, apud MORIN et al., 2001). A eletromiografia é outra forma de análise do movimento humano tem sido correlacionado com a força, torque e as variáveis metabólicas, por meio da avaliação dos parâmetros eletromiográficos a fadiga muscular, identificada tanto nas contrações isométricas e dinâmicas durante o transporte ou sustentação de mochilas. A contração muscular e a produção de força são provocadas pela mudança relativa de posição de várias moléculas ou filamentos no interior do arranjo muscular. O registro por si só denomina-se eletromiografia (EMG), consistindo no registro da atividade elétrica dos grupos musculares durante a realização do movimento (AMADIO, 1996; KUMAR e MITAL apud RODRIGUEZ-AÑEZ, 2000). Essa ferramenta de análise tem a capacidade de detectar a amplitude da ativação do músculo e dessa forma detectar qual musculatura está sendo mais ativada naquele momento, por isso tem sido usado intensamente como um recurso comprobatório dos dados achados quantitativamente (GREGO et al., in press). FIGURA 6: ESTUDOS DE ELETROMIOGRAFIA COM MOCHILAS Fonte; U.S. Army Research Institute of Environmental Medicine
  • 18. 18 A eletromiografia foi usada para fornecer informação da posição e o grau de fadiga muscular durante o transporte de cargas (Figura 6) (PISCIONE e GAMET, 2006; MOTMANS, et al., 2006; MAKELA, et al., 2006). O desenvolvimento de modernas técnicas para quantificar o movimento humano e softwares tem capacitado análises e modelamentos mais completos, mesmo existindo restrições perante a fenomenologia da biomecânica, limitando-se a descrição de movimentos e forças envolvidas (AMADIO et al., 1996). Os modelos matemáticos utilizados nas ciências biológicas são indiretos em conseqüência da estrutura biológica complexa do corpo humano e equipamentos de avaliação do movimento, embora a análise por eletromiografia auxilia na obtenção dos dados elétricos dos músculos. Métodos de modelamentos biomecânicos foram utilizados como forma de simular e compreender os efeitos do contrapeso da carga entre os ombros e a cintura, ou minimizar os efeitos desiguais das cargas na coluna lombar, associado freqüentemente com desconfortos (PEROT et al., 2001). Os métodos de análise biomecânica do movimento durante o uso de mochilas, demonstraram informações e dados importantes que devem ser observados em estudos futuros, como atualmente encontramos entre os usuários. De forma sucinta foi apresentado até o momento as diferentes e complexas formas de analisar o movimento humano através dos estudos biomecânicos. Para efeito de avaliação do movimento é notória e viável a utilização das técnicas descritas acima, bem como determinar protocolos validados a fim de evitar erros de interpretação dos dados. 5.1 EFEITO DO MODO DE TRANSPORTAR A MOCHILA O modo de carregar cargas em mochilas gera manifestações diferentes na biomecânica corporal e pode desencadear desconfortos e dores músculos esqueléticas nos indivíduos.
  • 19. 19 Mudanças de movimentos na cintura pélvica são documenta em vários estudos, indicando multivariáveis para alteração do movimento, sendo peso, posição do centro de massa da mochila e velocidade do deslocamento como situações mais evidenciadas. Conforme Johnson et al., (2001), a inclinação anterior da coluna é uma forma de contrabalancear as forças internas sobre o centro do corpo de gravidade. A inclinação pélvica angular foi maior com o transporte da mochila sustentada nos dois ombros comparada ao transporte unilateral ou ao andar livre de sobrecarga (SMITH et al, 2006). Os movimentos funcionais do tronco, além de ser uma combinação de movimentos de diferentes partes da coluna, dependem do auxílio da pelve que mantêm maior mobilidade ao segmento. Alteração no deslocamento do quadril e redução da rotação pélvica foi encontrada no estudo realizado com 12 indivíduos saudáveis, andando em esteira ergométrica, com velocidades de 0,6-1,6 m-1 e carregando mochilas dorsais com 40% do peso corporal. Para manter a velocidade constante observou mudanças no comprimento e freqüência das passadas durante o transporte da mochila (LAFIANDRA, et al, 2003). Corroborando com os achados da pesquisa acima Saunders, et al., (2005) descreve haver uma correlação forte entre a amplitude da rotação lumbo-pelvica e o comprimento da passada durante o andar e a corrida, evidenciando associação entre o movimento e a atividade lumbo-pelvica do músculo do tronco durante a locomoção em velocidades e em modalidades diferentes. Evidencias também descrevem aumento no ângulo postural do tronco flexionado, quando os indivíduos atingem a fadiga, com o uso da mochila dorsal, comparado as condições de controle sem carga e transporte frontal da mochila (FIOLKOWSKI, et. al, 2006). Dois modelos de mochilas, sendo o modelo comum utilizado pelos estudantes e o protótipo semelhante ao usado pelos montanhistas, foram avaliados por 15 indivíduos adotando posturas estáticas não neutras de flexão sagital nos seguintes graus; 15°, 30°, 45° e 60°, concluindo que coletivamente, os resultados subjetivos e objetivos mostram uma melhoria significativa com o sistema similar ao utilizado pelos montanhistas, entretanto há também uma eficácia diminuída das melhorias do protótipo em posturas flexionadas maior de 30° (SOUTHARD e MIRKA, 2007). Uma associação significativa entre o desequilíbrio neuromuscular do eretor da espinha e a ocorrência de lombalgia foi observada e pode ser despertada pela alteração
  • 20. 20 biomecânica dos músculos relacionados com o transporte de mochilas (KNAPIK, et al., 1997; RENKAWITZ, et al., 2006) A projeção anterior do tronco ereto aumenta a atividade e as cargas nos músculos extensores e a ação de forças nos discos intervertebrais nas regiões torácicas e lombares mais baixas (HARRISON et al., 2006) As pessoas com o lombalgias exibiram uma habilidade reduzida de adaptar a atividade da coordenação do tronco-pelvis e do músculo do erector da espinha às mudanças na velocidade. A coordenação alterada e o controle muscular podem refletir uma tentativa de estabilizar a coluna (LAMOTH et al., 2005). O resultado do estudo de Harman et al., (2001) demonstrou que a combinação de andar rápido (≥ 1,33 m/s) e carga (≥ 47 kg), pode apresentar um fator relativamente elevado do risco de fatiga e lesão musculo-esquelética, conseqüência das alterações cinemáticas e cinéticas do movimento. A estabilidade do quadril em relação ao ângulo foi reduzida mesmo durante o aumento da carga. Outra informação importante foi manifestada em velocidade baixa, a freqüência da passada e o toque do pé ficaram reduzidos quando a carga aumentou de 33 a 47 quilogramas. (HARMAN, et al., 2001) De acordo Polcyn et al., (2001), é uma tendência ligeira a redução da freqüência da passada ou aumento do tempo do toque do pé em conseqüência a adição de cargas. A interação entre o torque rotativo em torno do centro da massa do corpo e a sobrecarga carregada nas costas, diminuiu em velocidades mais rápidas, particularmente ao andar rápido em 90 m/min. (ABE, et al., 2004) Holt et al., (2005), pesquisou onze indivíduos carregando mochilas com 40% do peso corporal, andando em 6 diferentes velocidades 0,6 a 1,6 m/s. Verificou efeito significativo da interação entre o carregamento da carga em velocidades mais elevadas e aceleração do tornozelo e do joelho abaixo daquelas condições descarregadas de controle. Os resultados sugerem que os aumentos dos esforços musculares são usados para manter a excursão vertical constante do centro de massa sob a carga através das velocidades testadas, e desse modo limitar o aumento do custo metabólico que ocorreria se o centro de massa deslocasse através de uma escala vertical maior de movimento. De acordo com Lafiandra et al., (2001), estudou 40 indivíduos com idade média de 26± 7,1, em diferentes combinações de velocidades na ausência e uso de mochilas carregada com 40 kg, as evidencias indicam alterações durante o uso da mochila na
  • 21. 21 velocidade angular do tórax, pelve e membros superiores. Os autores sugerem que a redução dos movimentos angulares dos membros na condição de carregamento de mochilas, pode ter ocorrido como meio de reduzir a força muscular de giro do tronco. As avaliações biomecânicas e os efeitos dinâmicos foram conduzidos e baseados em simulações combinadas entre a locomoção e o uso da mochila. De acordo com Ren et al., (2001), a redução da rigidez do tronco permite oferecer vantagens biomecânicas importantes, entre as quais, os valores de picos de força vertical agindo no tronco e exposição de sobrecargas articulares. As diferenças no torque entre andar carregado e descarregado sugerem que o torque reduzido do corpo, supostamente seja o modo de minimizar os efeitos do carregamento de cargas. (LAFIANDRA, et al., 2002) As condições do piso ocasionam necessidades diferentes a seus portadores conforme evidenciados nas pesquisas com esse foco. As condições do terreno esta diretamente vinculada aos ambientes freqüentados por usuários de mochilas. Foi encontrada diferença significativa no comprimento das passadas entre os métodos estudados de carregando de peso comum de caixas em indústrias e de mochilas com cargas. (MYUNG e SMITH, 1997) Em um estudo com 10 indivíduos andando com cargas pesadas foi evidenciada a flexão de coluna, entretanto os parâmetros cinemáticos da locomoção tais como, comprimento da passada e velocidade permaneceram sem alterações em adição das cargas crescentes. Entretanto andar com mochila pesada acima de 15% do peso corporal desencadeia aumento no pico de força lombo-sacral. (GOH et al., 1998) Entretanto poderão ocorrer mudanças na mecânica do corpo em virtude do terreno ou pavimento durante a locomoção com cargas. 5.2 ATIVAÇÃO MUSCULAR DURANTE O CARREGAMENTO O carregando de mochila com peso elevado exerce compressão mecânica na região dos ombros, sendo potencial causa de lesões no plexo braquial. (MÄKELÄ et al., 2006). O mecanismo de ferimento do plexo braquial não é totalmente conhecido, entretanto há
  • 22. 22 relação comum entre tração extrema nos nervos ou impacto direto no aparecimento da lesão (DESAI, et al., 1997). Piscione e Gamet (2006) examinaram o efeito da mochila na fadiga nos músculos dos ombros (Deltóide Médio e Músculo do Trapézio) durante a contração de estática com uso da mochila com alças. As atividades do EMG dos músculos deltóide médio e o músculo do trapézio MT foram coletados os dados no lado dominante e não-dominante em oito indivíduos, sustentando uma mochila de 0, 10, e 20 kg. Nenhuma diferença significativa entre os lados dominantes e não-dominantes foi encontrada, entretanto, houve aumento significativo de exaustão, observado para ambos os músculos quando a carga aumentou, mas somente MT apresentou aumento significativo de fatiga muscular. Os sinais aumentados da fatiga local de MT podem ser interpretados por um prejuízo no fluxo do sangue resultando da força compressiva direta, exercida pela mochila. A atividade de eletromiografia (EMG) do músculo reto abdominal e elevador da coluna foram gravados bilateralmente em cinco circunstâncias estáticas: controle; bolsa de ombro, mochila, bolsa peitoral e bolsa dupla (frontal e dorsal). Foram utilizados no estudo 19 estudantes que carregavam uma carga de 15% do peso corporal. Os músculos abdominais revelaram impulsos eletromiograficos assimétricos significativos para a bolsa de ombro e, surpreendentemente, também para mochila. Em conclusão os autores sugerem que a assimetria na atividade do músculo pode indicar uma falha da estabilização do tronco e contribuir no desenvolvimento de lombalgias (MOTMANS et al., 2006) O U.S. Army Research Institute of Environmental Medicine (USARIEM) testou 16 recrutas militares masculinos para andar em 12 combinações de cargas (6, 20, 33, e 47 quilogramas) e velocidades (1.17, 1.33, e 1.50 m/s). A atividade muscular com a mochila provocou alterações quando a velocidade e/ou a carga eram adicionadas, provavelmente aumentando a probabilidade da fadiga e lesões. Os aumentos na atividade elétrica do músculo são associados com a maior geração de força e relacionados diretamente ao risco de fadiga e lesão muscular. (HARMAN et al., 2001) Os resultados subjetivos concordaram com os dados da EMG, indicando que desenhos de mochilas e alças adequadas são geralmente mais confortável em relação aos ombros e região lombar. (SOUTHARD e MIRKA, 2007) 5.3 POSICIONAMENTO DA CARGA NO TRANPORTE DA MOCHILA
  • 23. 23 Muitos estudos são desenvolvidos com objetivo de recomendar limites no transporte de cargas em mochilas, bem como, a acomodação da carga no interior da mochila, buscando evidenciar e conhecer a amplitude e extensão das respostas no organismo humano. Os efeitos do posicionamento da carga foram pesquisados em mochilas de estruturas internas. Para determinar tais conclusões, o estudo foi conduzido com 10 moças jovens saudáveis, sendo necessária para a coleta dos dados caminhar numa esteira durante 10 minutos, carregando 25% do peso corporal no interior da mochila, posicionado em três regiões diferentes do dorso; posição alta, média e alta. STUMPFLE et al., (2004) sugere através das evidencias levantadas pelo estudo, que a melhor posição de transportar cargas em mochilas com efeito fisiológico está locado na região alta do dorso (Figura 7). FIGURA 7: ORGANIZAÇÃO DA CARGA NO INTERIOR DA MOCHILA Fonte: STUMPFLE, et al., 2004 A distribuição da carga ao caminhar são fatores importantes em termos de eficiência no transporte da carga e deverão ser mantidos em consideração tanto na organização da carga no interior da mochila durante o carregamento da mochila. Dessa forma, os resultados do estudo descritos acima são relevantes para o exército, escaladores de montanha ou a indústria, fornecendo implicações práticas para tarefas associadas à exposição desigual de cargas ao caminhar (BOR-SHONG LIU, 2007). No estudo de Lafiandra e Harman (2004), citam um efeito significativo das forças verticais antero-posterior da massa da mochila exercido na parte superior e inferior das
  • 24. 24 costas, e sobre o centro de massa. Os autores observaram no estudo independentemente da massa, cerca de 30% da forças verticais foram transferidas para a parte inferior das costas. A parte superior das costas e ombros suportado os restantes 70%, mensurado durante as passada na locomoção. STUEMPFLE et al., (2004), indica os achados observados no estudo e referencia outras pesquisas que obtiveram similar conclusão, confirmando os achados de (BOBET & NORMAN, 1984 e OBUSEK, et al., 1997). A conclusão elementar de BOBET & NORMAN, apud STUEMPFLE, et al., (2004), apóia suas conclusões referentes a redução do custo metabólico quando a carga está localizada mais alta e próxima do corpo, em condição similar ao estudo descrito acima e ilustrados na fig. 7. Jacobson et al., (2003) pesquisou o conforto subjetivo percebido durante o carregamento de cargas em mochilas. Dezesseis moças com idades 18-23 anos avaliaram a mochila tomando em consideração o conforto das seguintes regiões corporais; ombro, pescoço, costas e conforto generalizado em todo o corpo. Na conclusão, a colocação vertical da carga pode ser redistribuída de maneira a reduzir os sintomas de desconforto. FIGURA 8: EFEITOS DO TRANSPORTE DE CARGAS EM RUCKSACKS Fonte: Kelty USA backpacks, inc. Foram avaliadas mudanças cinéticas do andar descarregado associado com o carregamento de carga usando uma mochila tradicional e o protótipo com bolsos dianteiros
  • 25. 25 do contrapeso (Figura 8) (AARN). Nove indivíduos andaram 3 (+-0.05) km/h- 1) sobre uma placa da força descarregada e que carrega 25.6 quilogramas em cada um dos rucksacks. Estes achados indicam que pode haver alguma vantagem nos termos da produção propulsora da força e custo energético para a parte dianteira/sistema traseiro. LlOYD, et al., 2000) Fiolkowski et al., (2006), estudou a postura de 13 indivíduos durante o andar em relação ao posicionamento da carga. Dois modelos de mochila e bolsa frontal foram utilizados e comparados ao transportar cargas de 10 e de 15% do peso corporal. Conclui que o uso da bolsa frontal resulta na postura mais ereta no andar, quando comparado a mochila com cargas idênticas. Obusek et al, (1997), verificou em seu estudo alterações no custo metabólico de andar esteve reduzido quando o centro de massa da carga de 35 quilogramas, carregada dentro da mochila estava, localizado próximo as costas numa posição elevada, diferentemente em comparação quando centro de massa da carga foi colocada longe e próximo da região lombar. O carregamento de cargas deve ser facilitado reduzindo o peso e melhorando os equipamentos e mochilas para adequada distribuição das cargas (FIOLKOWSKI et al., 2006). Quanto maior a massa, maior a resistência à aceleração angular, entretanto a facilidade ou dificuldade relativa de iniciar um movimento angular depende de outro fator: distribuição da massa com relação ao eixo de rotação. Este estudo indica que os soldados devem manter esforço o centro de massa da mochila relativamente elevado e próximo das costas cm objetivo de conseguir vantagens fisiológicas em relação ao custo energético (GRIMMER et al., 2002) O balanço aumentado é uma indicação que o portador da carga tem maior esforço (isto é, trabalho mais mecânico e fisiológico) para manter o contrapeso quando a carga estava baixa e longe do corpo. Isto reflete uma estratégia adaptável para manter o contrapeso ao andar (SCHIFFMAN et al., 2006). 5.4 MODELOS DE MOCHILAS (internal frames e external frames)
  • 26. 26 Os estudos das respostas ergonômicas relacionada aos modelos de mochilas são baseados em experimentações subjetivas, tendo em vista a complexidade das variáveis perceptíveis humanas pesquisadas. São restritas as informações quanto aos modelos de mochilas de estrutura interna e externa (Figura 9). Entretanto, Jacobson e Jones (2000) estudaram as diferenças na percepção de conforto, esforço, equilíbrio e freqüência cardíaca em dois tipos de mochila pesando igualmente 18,2kg. Após prestações de informações e experiências práticas, cada indivíduo escolheu de forma aleatória o modelo inicialmente para teste. Sob circunstâncias limitadas, estes dados sugerem que ambos os tipos de mochilas proporcionam conforto, equilíbrio e estabilidade. Contudo, mochilas com estruturas internas podem revelar indicativos de esforço percebido subjetivo reduzido, durante o transporte de cargas quando comparadas as mochilas de estruturas externas. Diferentes modelos de mochilas devem ser pesquisados com objetivo de reduzir as sensações desagradáveis geralmente observadas na região dos ombros em conseqüência da sustentação da carga nessas regiões corporais (JONES et al., 2005; HARMAN et al., 2000). FIGURA 9: EXEMPLO DE MOCHILAS Internal frames External frames Fonte: North Face inc. USA 5.5 SISTEMA DE SIMULAÇÕES DE TRANSPORTE DE CARGAS.
  • 27. 27 Com objetivo de melhorar o equipamento de transporte de cargas, projetos pilotos de simulações computacionais, fundamentadas em modelos teóricos são desenvolvidos antecipadamente as avaliações ergonômicas, examinando as principais formas e acessórios responsáveis em facilitar o uso do equipamento. Adicionalmente todas as informações as científicas levantadas em laboratório e são confrontadas com as experimentações humanas, buscando evidencias com maior precisão e exatidão em relação a estrutura biológica. As avaliações em simuladores fig. 10 representam benefícios importantes no desenvolvimento de modelos de mochilas, possibilidade de maior compreensão dos fatores pertinentes ao desempenho dos usuários, interação com os modelos físicos e matemáticos e tempo e finalmente, recurso financeiros supostamente reduzidos (STEVENSON et al., 2001; GRETTON e HOWARD, 2001). Embora as vantagens não sejam claras, em conseqüência da dificuldade em predizer em dados teóricos a reação da estrutura têxtil da mochila. A antropometria variada dos usuários limita e restringe as experimentações, visto que, as pesquisas são executadas em manequins respeitando geralmente o percentil 50, embora populações de gênero, idades e antropometrias diferentes são estudadas por manequins representativo em comparação a amostra investigada (GRETTON e HOWARD, 2001). FIGURA 10: TESTE BIOMECÂNICO UTILIZANDO MANEQUIM Fonte; Ergonomics Research Group - Clinical Mechanics Group School of Physical and Health Education
  • 28. 28 STEVENSON et al (1996) pesquisou três modelos protótipos, identificados pelas letras K,M,F fabricados por Ostrom Inc. O modelo K foi o modelo de duas alças simples, o modelo M - sistema modular e o modelo F - concebido a partir da mescla dos projetos anteriores testados (Figura 10). Os procedimentos de entrada dos dados no modelo proposto foram validados para coleta, mediante extensa revisão da literatura, incluindo níveis da tolerância, avaliação subjetiva, fisiologia do esforço, diferenciação de projetos e componentes do carregamento de carga e modelos biomecânicos de carregamento de carga estática. (STEVENSON et al., 1996; BRYANT et al., 1997; REID et al., 1998) Baseado em testes biomecânicos objetivo, o modelo conforme a (Figura 11) estava acima da média ou do superior a outros sistemas de TC conforme a base de dados. Concliu-se que este sistema deverá ser testado em campo pelos soldados. Entretanto, teste científico não deve substituir totalmente as experimentações humanas para avaliações críticas do projeto, especialmente com relação às características da mochila e à funcionalidade. (STEVENSON et al., 2001; GRETTON E HOWARD, 2001) A concentração desses trabalhos são procurar os efeitos do carregamento de cargas através de uma metodologia objetiva para avaliar a eficiência dos materiais na distribuição de pressão pelo corpo, direcionando medidas preventivas as dores/desconfortos, danos, ferimentos e perda de desempenho durante o uso da mochila (MARTIN e HOOPER, 2001). Os resultados dos testes de suspensão de mochilas em manequins deverão também ser avaliados na locomoção humana combinados com alteração no desenho da mochila (GRETTON e HOWARD, 2001). FIGURA 11: SISTEMA DE MOCHILA MOLLE Fonte: www.special-warfare.net
  • 29. 29 Reid et al., (2001), investigou as ações de peso na coluna em conseqüência ao uso de mochilas com hastes laterais para distribuição do peso. No desenvolvimento do estudo foi utilizado um manequim de percentil 50 masculino e mochila com 25 kg, fixadas no dorso do manequim com nove configurações marcadas nas diferentes alças dos ombros e cinturas permitindo determinar a aplicação das cargas pela mochila. Os resultados mostraram o elemento rígido na lateral da mochila deslocou 10% da carga vertical do dorso para a região lombar, excluindo qualquer fator de limitação do transporte de cargas. A mochila com suspensão rígida e amortecimento ter pouco efeito sobre o custo energético na locomoção humana. Entretanto ajustes no desenho podem reduzir pressões nos ombros e riscos de ferimentos quando cargas pesadas são transportadas (REN, et al., 2005). A mochila exerce consistente força antero/posterior na parte inferior das costas, o que provavelmente contribui para a ocorrência de dores lombares nas costas associadas com transporte de carga. Cerca de 30% da força verticais geradas pela mochila pode ser transferido para a parte inferior das costas usando uma mochila do tipo external frames com cinto lombar (LAFIANDRA E HARMAN, 2004). FIGURA 12: ESTUDOS COM COLOCAÇÃO DE ASTES NAS LATERAIS DA MOCHILA Fonte: Reid et al., (2001), Com o acelerado desenvolvimento científico e tecnológico que observamos atualmente, encontramos uma situação onde sempre surgem novas possibilidades e opções
  • 30. 30 de procedimentos na elaboração e operação de dados e estas instruções estão sendo utilizadas em biomecânica, colaborando assim para o progresso, modernização, automatização e enfim, enorme auxílio na análise do movimento humano de maneira mais precisa e científica (AMADIO, 1996) Estes resultados da otimização dos modelos biomecânicos fornecem a visão geral das condições mecânicas. Através dos parâmetros apropriados, o modelo biomecânico pode predizer mudanças associadas ao projeto, além de executar análises de sensibilidade de variáveis simples ou combinadas pelos parâmetros de entradas de dados vinculados aos dados antropométricos, dimensões da mochila e coeficiente de fricção (PELOT et al., 2001). Esta abordagem conduz ao desenvolvimento dos objetivos e critérios de desempenho para sistemas de transporte de carga e de melhorias no transporte de carga, que poderão ser usados no em diversas situações de uso da mochila (STEVENSON et al., 2004). 6 BASES FISIOLÓGICAS Ao buscar informações quanto às respostas fisiológicas para o transporte de cargas em mochilas, observamos inúmeros protocolos utilizando a captação máxima de oxigênio para avaliação do condicionamento aeróbico e cardiorespiratório sobre a influencia direta do transporte de cargas (LYONS et al., 2000; QUESADA et al., 2000). Mensurar o consumo máximo de oxigênio constitui em um parâmetro fisiológico significativo na caracterização da capacidade funcional do indivíduo, devido as importantes indicações cardiorespiratórias fornecidas por sua mensuração. Ele representa a quantidade máxima de oxigênio que pode ser captado, transportado e consumido pelo metabolismo celular enquanto uma pessoa desempenha exercício dinâmico envolvendo uma grande porcentagem da massa muscular corporal (FLETCHER et al., apud KRUEL, 2001). O consumo máximo de oxigênio (Vo2max) tem sido ao longo dos anos, o índice mais utilizado para o estudo do metabolismo aeróbio, haja vista sua importante relação
  • 31. 31 com o desempenho, particularmente em esforços físicos prolongados sob intensidade moderada (BASSET & HOWLEY, 2000). A expressão do VO2máx é exprimido em duas formas distintas, tanto referenciado em valores absolutos e relativos. Habitualmente não é válido comparar a captação de oxigênio em indivíduos que diferem em dimensão ou composição corporal, gênero e idade (McARDLE & KATCH, 1998; FOSS & KETEYIAN, 2000) Entretanto, LYONS et al., (2000) avaliou vinte e oito voluntários masculinos saudáveis, avaliando a captação máxima de oxigênio e a composição do corporal. Os resultados mostram que os índices da composição do corpo incluindo a capacidade aeróbica absoluta (ml/mim), influenciaram as demandas metabólicas relativas do carregamento de cargas em mochilas. Nesse sentido WILMORE & COSTILL (2001), afirmam que a expressão em relação ao peso corporal (ml/kg/min), permite realizar comparações mais precisa de indivíduos de tamanhos diferentes, principalmente quando se exercitam com atividades com suporte de peso. Para evitar erros na interpretação dos resultados, deve-se tomar como restritivo o uso de quadros categorizados conforme descritos, em conseqüência das diferenças de idade, gênero e dos tamanhos e composição corporal. CHRISTIE e SCOTT (2005), procurou estabelecer critérios para o transporte de cargas em soldados em relação a carga e velocidade da marcha. Após os estudos pilotos e orientação dos militares, trinta soldados masculinos marcharam numa esteira durante 6 minutos, combinando variações de velocidade e carga. Ao final do estudo os autores demonstram um quadro categorizado fundamentado na captação máxima de oxigênio (Vo2máx) como forma de contribuir na redução do potencial de aparecimento de dores e fadiga metabólica. A depletação de glicogênio seletiva das fibras de contração rápida (CR) e contração lenta (CL) podem impor demandas diferenciadas aos grupos musculares (WILMORE & COSTILL, 2001). Numa pesquisa dirigida por QUESADA et al., (2000), com doze indivíduos militares homens, utilizando variáveis biomecânicas e fisiológicas, sugere a existência de fadiga em diferentes grupos musculares mesmo as respostas metabólicas, inclusive o VO2 máx, estejam dentro do limite de protelamento da fadiga.
  • 32. 32 Os resultados e EPSTEIN et al., 1976 apud BIGARD (2001) mostraram que carrega 25 quilogramas (37% de o peso de corpo) não afetaram significativamente o consumo máximo de oxigênio expressado pelo peso corporal em quilograma quando os indivíduos andaram em uma velocidade constante de 1.25 m/s. Entretanto, carregando uma carga pesada 41 kg, o custo de energia por o quilograma aumentou o tempo significativamente excedente de forma linear. Treinamentos físicos com sobrecarga em mochilas demonstram vantagens ao sistema estrutural e metabólico dos indivíduos quando comparados ao grupo controle isento do uso de cargas adicionais. Soldados australianos das forças armadas com capacidade aeróbica inicial elevada (Vo2max=51 ml.kg-1. min-1) melhoraram significamente a aptidão aeróbica utilizando mochilas regularmente. As cargas foram aumentadas progressivamente durante um programa de treinamento básico de 11 semanas, e as melhorias na capacidade aeróbica eram similares aquelas do grupo de controle que executa o programa de treinamento tradicional de soldados envolvendo corridas (RUDZKI apud KNAPIK et al., 1996). Foi examinado a correlação da velocidade e distância em que os soldados de gênero feminino poderiam desenvolver, sendo a amostra de 12 voluntárias (média±dp: 25.3±6 os anos, 166±7 cm, 61.3±7 quilograma), cronometrados em 3.2 quilômetros ao carregar cargas de 14, 27, e 41 quilogramas. A correlação das variáveis independentes como peso corporal, diâmetro do trocanter e ombros, circunferência do quadril, altura e idade para valores relativos Vo2máx (ml/kg/mim) e valores absolutos (ml/mim), % de gordura corporal, massa livre de gordura e os testes físicos militares específicos, revelaram que os valores absolutos foram os melhores preditores para o teste de 3,2 km transportando todas as cargas (PANDORF et al., 2001). Transportar cargas pesadas em mochilas e ajustar erradamente pode comprimir o tórax causando prejuízo na ventilação e restringindo a função respiratória pulmonar (LEGG & CRUZ, 2004; BYGRAVE et al., 2005). Estudo de LEGG & CRUZ, (2004) examinou as mudanças dos volumes pulmonares dinâmicos em 13 participantes (4 rapazes e 9 moças) com as seguintes características físicas: média e (desvio-padrão), idade 27,3 (9,3) anos; estatura 163,3 (8,5) cm; e peso corporal 66,3 (13,3) Kg. Todos usaram os dois modelos de mochilas com 6 quilogramas, um com as duas alças para o ombro (tradicional) e o outro com uma única cinta cruzada frontalmente entre o ombro e o tórax. Conclui que mochila com 6
  • 33. 33 quilogramas pode produzir e restringem levemente a função ventilatória pulmonar. Este efeito foi maior para a mochila com uma única alça quando comparada com o modelo tradicional. Outro estudo por BYGRAVE et al., (2005) buscou evidenciar as mudanças ventilatórias em 12 rapazes saudáveis com as seguintes características físicas: idade 25,0 (5,0) anos, estatura 176,1 (7,0) cm, peso corporal 78,4 (11,6) Kg e percentual de gordura 13,5% (5,6) %, transportando uma mochila com 15 quilogramas, configurada em três diferentes ajustes das alças dos ombros, peitoral e da cintura, assim sendo; ajuste confortável, com frouxidão das alças, aproximadamente 3 cm mais larga do que o ajuste anterior e ajuste apertado, 3 cm além da configuração de conforto. Os pesquisadores concluíram após a pesquisa que o uso tencionado das alças da mochila contribui na redução significativa p<0,05 da capacidade vital forçada (CVF) e volume expiratório forçado (VEF) quando comparado aos demais ajustes. Durante o exercício, a quantidade de sangue bombeado pelo coração deve ser alterada de acordo com a demanda elevada de oxigênio do músculo esquelético (POWERS & HOWLEY, 2000). Holewijn e Meeuwsen (2001), evidenciaram durante a mensuração da freqüência cardíaca que o carregamento de carga em mochila pesando 0, 5,4 e 10,5 kg alterou significativamente a pulsação do coração entre as condições de carregamento. Entre os fatores que podem fornecer respostas importantes durante o uso de mochilas com cargas BIXARG, (2001), destacou a resposta da pulsação durante seu experimento e concluiu haver diferenças entre a condição controle e os demais modelos de transporte de cargas nas mochilas. Um estudo parcialmente similar ao de Stuempfle (2001) investigou as respostas de percepção subjetivas e freqüência cardíaca, utilizando 27 voluntários, transportando 25% da composição corporal simulando uma caminhada de 30 minutos com 0% e 10% de inclinação e velocidade de 2,5 mph para homens e 2,0 mph para mulheres na esteira ergométrica. As cargas foram acomodadas e concentradas diferentemente no interior da mochila, através da distribuição alta da carga (3:1: 1), DAC e distribuição baixa da carga (1:1: 3), DBC. Os resultados deste experimento indicaram não haver diferenças significativas na respostas subjetivas e fisiológicas entre o modo de colocação da carga DAC x DBC na simulação de hiking na esteira (WELLS-FAHLING et al., 2005).
  • 34. 34 Diferentes mochilas e divisão da carga em relação ao centro de massa causam reações adversas na freqüência cardíaca principalmente quando comparadas a condição sem carga. Conclusivamente os estudos reportados afirmam que a maior contribuição para mudanças das respostas fisiológicas, nesse caso, a freqüência cardíaca está intimamente relacionada a velocidade e gradiente de inclinação, seja do terreno ou da esteira ergonométrica. 7 RECOMENDAÇÕES PARA O TRANSPORTE DE MOCHILAS Escolher a mochila que ofereça ajuste correto as necessidades humanas e as características da atividade parecem ser a maneira adequada de assegurar o uso confortável, funcional e agradável do equipamento. O custo de energético durante o carregamento de carga é um dos fatores mais importantes e passíveis de controle. As demandas de energia metabólica podem ser reduzidas tendo o centro de gravidade da carga próximo ao corpo. Embora as demandas possam ser reduzidas pelo arranjo da carga no interior da mochila, a maior redução do custo energético poderá ocorrer quando o peso está distribuído uniformente entre a parte dianteira e traseira do corpo, porém transportar cargas distribuídas entre as partes do corpo, ainda necessita de estudos mais aprofundados dos efeitos dinâmicos da carga na coluna e ventilação pulmonar. A literatura vem ao longo da ultima década procurando compreender as conseqüências do transporte de cargas em mochilas, contudo o maior aspecto relacionado ao aparecimento das lombares em militares e montanhistas esta relacionada com o próprio volume da carga transportada, numa relação direta de causa e efeito quanto maior o peso da carga transportada maior também são as chances do usuário desenvolver dores nas costas devido o carregamento da mochila. As indicações estão sendo encaminhadas para adequação do peso conforme a composição corporal dos indivíduos variando entre 10 e 15%, porém também deve ser analisada a capacidade física e habilidade dos usuários durante o uso da mochila, a fim de evitar a exposição dos indivíduos incapazes de suportar o esforço durante o carregamento
  • 35. 35 de cargas mesmo com o peso dentro dos limites recomendados. O direcionamento deve ser focado na redução do volume da carga e na avaliação das características militares, esportivas e laborais para construção de desenhos de mochilas capazes de minimizar e redistribuir o efeito da carga sobre a superfície corporal do tronco e quadril. Os trabalhos iniciais no desenvolvimento do equipamento poderão ser realizados desde experimentações laboratoriais com manequins ajustados as dimensões corporais do público alvo consumidor/usuário. Nesse primeiro momento é importante verificar as ações das forças compreensivas no modelo, principalmente nos ombros e costas bem como, testar simulação com múltiplas condições ao protótipo da mochila, examinando as alças dos ombros e da cintura, pois estes acessórios da mochila contribuem na distribuição do peso pelo corpo. Por ex; as cintas abdominais podem suportar uma parcela grande do peso da mochila e ajudar a reduzir as sobrecargas nos ombros ao suportar o peso. Terminando as experimentações laboratoriais, os testes humanos deverão finalizar o processo de criação do acessório, tendo como propósito avaliar o conforto, usabilidade e aspectos biomecânicos e fisiológicos realizados entre os indivíduos. Os testes laboratoriais neste caso não devem ser o único meio de avaliação, pois existem percepções importantes durante o teste da mochila em campo que apenas os indivíduos podem apresentar e não devem ser ignorados. Atualmente as forças militares de vários países estão desenvolvendo mochilas denominadas MOLLE (Modular Lightweight Load Carrying Equipment) que significa, sistema modular de transporte de cargas. Trata-se se uma mochila com compartimentos móveis, sendo possível fornecer várias formas de divisão das cargas pela mochila. Esse sistema de mochila poderá auxiliar também os esportistas e trabalhadores a configurar os equipamentos para as atividades esportivas e laborais, respectivamente. É importante também alertar os usuários de mochila da necessidade de evitar o uso desses equipamentos no diagnóstico de desvios na coluna vertebral (cifose torácica, escoliose e hiperlordose). Os desequilíbrios das forças internas na coluna provocadas pelos desvios podem atingir e agravar as alterações tanto no local, como em outras regiões da coluna durante o carregamento de cargas. São relatadas adaptações compensatórias da coluna como forma de manutenção do equilíbrio durante os movimentos e locomoção. Os usuários de mochilas devem realizar atividades físicas regularmente com a mochila, treinando com cargas leves e procurando modelos ajustados as necessidades. O
  • 36. 36 treinamento deverá fortalecer a musculatura torácica e promover o melhor controle neuromuscular durante o carregamento da mochila. Finalmente parece não haver respostas conclusivas sobre as causas de ferimentos nas costas relacionadas ao transporte de cargas em adultos, entretanto essas razões podem ser o reflexo do uso acentuado da mochila com cargas elevadas acima de 15%, acessórios com restrição de ajustes da carga próximo ao corpo, falta de habilidades dos usuários durante o carregamento da carga e fatores relacionados os desvios posturas. Contudo os estudos sinalizam para adequação dos projetos de mochila tendo como base as dimensões corporais, ajustes dinâmicos dos acessórios conforme a necessidade, materiais leves e compactos que propiciam adequada absorção de fluídos corporais e amortecimento e distribuição da carga pelo corpo. Rome et al., (2006) está desenvolvendo uma mochila de estrutura externa capaz de reduzir os picos de força causados pela locomoção, tornando um grande projeto para o futuro, em detrimento dos achados preliminares atuais. Com o avanço dos materiais de confecção está mochila poderá ser o caminho para uma nova categoria de mochila como os tênis com amortecimento foram no início da década de 90. Muitas instituições profissionais vêm trabalhando no sentido de melhorar o projeto da mochila com novos materiais e formas, ajustando as características do gênero, composição corporal e especificidade de uso do equipamento, além de recomendar a redução da carga transportada durante a jornada de trabalho, manobras militares e atividades esportivas.
  • 37. 37 8 CONCLUSÕES O presente estudo procurou levantar informações acerca dos fatores biomecânicos, fisiológicos e ergonômicos durante o transporte de cargas em mochilas realizado por adultos. Parece haver duas verdades operacionais ao abordar o transporte de mochilas, tanto para militares e civis; a primeira está relacionada a percepção da capacidade humana de carregar pesos, mesmo adequado, os indivíduos carregarão mais peso; e segundo os usuários com maior composição corporal tendem a carregar mais peso em comparação aos demais, situação geralmente observada em manobras militares e excursões recreativas. Estudos futuros devem buscar orientar as avaliações com maior especificidade entre ambos os gêneros. Por sugestão os protocolos de testes biomecânicos e fisiológicos para avaliação poderão ser mais específicos em vista as reações metabólicas e mecânicas da locomoção ocorrer após o período prolongado das marchas e testes físicos durante o uso da mochila, conforme documentados por vários estudos. Também é importante verificar o desenho das mochilas e os materiais envolvidos na confecção desses acessórios, a fim de verificar as condições de dispersão do peso nas diferentes partes do corpo.
  • 38. 38 GLOSSÁRIO EXTERNAL FRAMES: Mochila com sistema de estrutura de metal externa. HIKING: Realizção de caminhadas ar livre em áreas verdes, como parques e trilhas próximo as montanhas. INTERNAL FRAMES: Mochila com sistema de estrutura “armação” de metal interna MOLLE: Modular Lightweight Load Carrying Equipment (Sistema de carregamento modular de carga) RUCKSACKS: Mochilas que apresentam dois compartimentos para colocação de cargas, na frente e atrás do corpo.
  • 39. 39 9 REFERENCIA BIBLIOGRAFICA ABE, D.; YANAGAWA, K.; NIIHATA, S. Effects do load carriage, load position, and walking speed on energy cost of walking. Applied Ergonomics, v. 35 , p. 329-335, 2004. AEBI, M. The adult scoliosis. European Spine Journal. v. 14, n. 10, p. 925-948, dez, 2005. AMADIO, A. C. Metodologia biomecânica para o estudo das forças internas ao aparelho locomotor: importância e aplicações no movimento humano. Disponível em > http://scholar.google.com.br/scholar?hl=ptBR&lr=&q=AMADIO+BIOMEC%C3%82NIC A&lr=> Acesso em: 30 fevereiro 2007. ARJMAND, N.; SHIRAZI-ADL, A. Biomechanics of changes in lumbar posture in static lifting. Spine. v. 1 (30), n. 23, p. 2637-2648, dez, 2005. ASHTON-MILLER, J. A. Thoracic hyperkyphosis in the young athlete: a review of the biomechanical issues. Currents Sports Medicine Reports. v. 3, n. 1, p. 47-52, fev, 2004. ATTWELLS, R. L.; BIRRELL, S. A.; HOOPER, R. H.; MANSFIELD, N. J. Influence of carrying heavy loads on soldiers posture, movements and gait. Ergonomics. v. 15, n. 49(14), p. 1527-37, nov, 2006. AYOUB, M. M.; SMITH, J. L. Evaluation of satchel for postal letter carriers. International Journal of Industrial Ergonomics. v. 23, p. 269-279, 1999. BASTIEN, G J.; WILLEMS, P A.; SCHEPENS, B.; HEGLUND, N C. Effect of load and speed on the energetic cost of human walking. European Journal Applied Physiological. v. 94, n. 1-2, p. 76-83, mai, 2005.
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