Evaluation of mechanical load in the musculoskeletal system : development of experimental and modeling methodologies for the study of the effect of exercise in human models
Doutoramento em Motricidade Humana, na especialidade de BiomecânicaA major concern of Biomechanics research is the evaluation of the mechanical load and power that the human body develops and endorses when performing high to moderate sport activities. With the purpose of increasing performance and reducing the risk of injury, substantial advances were accomplished to pursuit this goal, either on the laboratory techniques as well as modelling and simulation. Traditionally, the main focus was the assessment of kinematics, kinetics and electromyography data to describe the main mechanics and neuromuscular behaviour, when performing a certain movement. The use of methodologies that enable the quantification of the effect of a particular joint moment of force in the entire body or the contribution of an individual muscle force to accelerate the centre of mass of the body is quite relevant in biomechanical analysis. This is particularly important when dealing with explosive movements such as those that occur in sports activities, or in the clinical field when dealing with abnormal movement. At the same time, the advances in imaging technology allows us the use of some of those techniques to gather subject-specific information, particularly the muscle architectural parameters that are crucial to the production of force, such as muscle volume, muscle physiological cross-section area and muscle pennation angle. In the course of this dissertation, we investigated the use and/or combination of different methodologies to study the effect of mechanical load in the lower limb musculoskeletal system during a cyclic stretch-shortening exercise. We aimed at using an integrated approach to better characterize the behaviour of the musculoskeletal system when subjected to this type of mechanical load.RESUMO: Uma das principais preocupações da investigação em Biomecânica é a avaliação da carga mecânica que o corpo desenvolve e que consegue suportar quando realiza ações desportivas com nível de desempenho de moderado a elevado. Com o objetivo de melhorar a performance mas reduzindo o risco de lesão, têm sido realizados avanços significativos quer nas técnicas laboratoriais e equipamentos, quer nas técnicas de modelação e simulação. A investigação tradicional em biomecânica tem o seu foco na avaliação da cinemática, cinética e função neuromuscular para descrever a mecânica do corpo e o comportamento neuromuscular, durante a execução de um determinado movimento. No entanto, a utilização de metodologias que permitam a quantificação do efeito de um determinado momento de força articular em todos os segmentos corporais ou a contribuição de um momento de força muscular individual na aceleração do centro de massa do corpo é bastante relevante na análise biomecânica. Isto é particularmente importante quando se lida com movimentos explosivos, tais como os que ocorrem em actividades desportivas, ou no âmbito clínico quando se tratam de condições não normais ou patológicas. Ao mesmo tempo, os avanços na tecnologia de imagem permitem a utilização de algumas destas técnicas para recolher informações específicas do sujeito, nomeadamente no que diz respeito aos parâmetros arquitectónicos do músculo, que são cruciais para a produção da força, tal como o volume muscular, a área de secção transversal fisiológica ou o ângulo de penação. No decurso deste trabalho, foi investigada a utilização e/ou combinação de diferentes metodologias para estudar o efeito da carga mecânica no sistema musculo-esquelético do membro inferior durante um exercício de alongamento-encurtamento realizado de forma cíclica. O principal objetivo foi utilizar uma abordagem integrada para melhor caracterizar o comportamento do sistema músculo-esquelético, quando submetido a este tipo de carga mecânica.FCT - Fundação para a Ciência e a Tecnologi
