Jornal de Biomecânica Forense

Abstrato

Um modelo computacional dinâmico baseado na estabilidade 3-D do movimento do tronco humano: rumo ao desenvolvimento de um paradigma para a análise biomecânica da lesão medular forense

Vahid Khorsand Vakilzadeh, Mohsen Asghari, Hassan Salarieh, Naira H Campbell-Kyureghyan, Mohamad Parnianpour e Kinda Khalaf

Enquadramento: As lesões na coluna vertebral e os litígios associados continuam a representar desafios humanos e económicos significativos a nível mundial. Os modelos de simulação preditiva biomecânica da coluna vertebral fornecem ferramentas económicas e de tempo para a análise quantitativa biomecânica de lesões forenses.
Métodos: Foi desenvolvido um modelo computacional 3D que inclui 18 músculos para simular o movimento do tronco humano. Foram utilizados três índices de desempenho com base fisiológica para modelar as trajetórias ideais associadas ao movimento do tronco. O momento gerado em torno da articulação lombo-sagrada foi calculado usando a dinâmica inversa. A contribuição dos músculos para o momento foi avaliada através da realização de otimização baseada na estabilidade estática, onde foi simulado o movimento do tronco desde a posição vertical até aos 60 graus de flexão. A contribuição do mecanismo intrínseco para a estabilidade da coluna vertebral foi abordada adicionando restrições de estabilidade à rotina de otimização, permitindo ao mesmo tempo um aumento da atividade dos músculos antagonistas.
Resultados: A co-contracção de músculos agonistas e antagónicos no modelo computacional resultante aumenta a rigidez articular em torno da articulação L5/S1. Os fusos musculares fornecem feedback reflexivo para controlar a posição do tronco durante a execução da trajetória ideal. Aumentar o atraso no mecanismo reflexo reduz a estabilidade da coluna vertebral.
Conclusão: A principal contribuição deste trabalho é dupla: 1. A nova utilização de três índices de desempenho fisiologicamente plausíveis para simular o movimento da coluna vertebral com e sem restrições de estabilidade, e 2. A incorporação de vários controlos de feed forward e feedback bem estabelecidos no modelo. Os índices de desempenho do tronco resultaram em diferentes padrões de movimento e de recrutamento muscular. O modelo previu que a imposição da estabilidade do tronco provoca uma maior rigidez da coluna vertebral, aumentando o recrutamento muscular em alinhamento com os dados experimentais. Este estudo fornece uma estrutura computacional para modelar e prever o movimento da coluna vertebral que pode ser utilizada para a análise biomecânica quantitativa forense da lesão medular.