A elevação de uma carga leva ao surgimento de uma força de contato a região lombar (L5-S1) que pode atingir algumas vezes o valor do próprio peso do indivíduo, valor este que depende da carga elevada. A análise das forças (musculares, peso, carga), considerando a coluna como uma haste rígida, cuja extensão é feita unicamente pelo eretor espinhal, representa uma aproximação muito pobre para o sistema, uma vez que as diversas forças musculares envolvidas não são adequadamente analisadas e o movimento de retificação da coluna vertebral é desprezado. O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de um modelo biomecânico simplificado em 2 dimesões, para a avaliação das forças atuantes durante atividades de levantamento impróprio de carga e o movimento de flexão/extensão a coluna lombar. A coluna vertebral foi modelada como um conjunto de três segmentos retilíneos rígidos articulados e entre si. Utiliza do o método da dinâmica inversa, aplicado a um modelo de segmentos articulados simplificado, foram estimadas as forças musculares médias e a força de contato articular na articulação vertebral L5-S1 como função dos â ângulos de inserção da musculatura extensora da coluna. Para a construção do modelo foram identificados: musculatura principal, dados antropométricos, ângulos de inserção musculares, modelo antropométrico e registro da imagem do levantamento de peso. O modelo matemático forneceu um sistema de equações que avaliam as forças que atuam na coluna vertebral durante o movimento de extensão, em função de dados a atômicos. / Load lifting yields a contact force in the lumbar region (L5-S1) that can sometimes reach the value of the body weight, depending upon the elevated load. Force analyses (muscular, weight, load), the spine being consided as a rigid shank, with extension beimg done only by the erector spine musculature, represent a poor approximation, since the several muscular forces involved are not adequately analysed and the rectification movement of the spine is not taken into account. The purpose of this study was to develop a simplified two dimensional biomechanical model in order to evaluate the forces during activities of improper load bearing and the movement of flexion/extension in the lumbar spine. The spine was assumed as a linear rigid array of articulate segments. Using inverse dynamics applied to a simplified link segment model,the average muscular forces and bone-to-bone contact force in the L5-S1 vertebral joint were evaluated as a function of the back extension muscles insertion angles. For the model construction the main musculature, the anthropometric data, and model the muscle insertion angles, and the image acquisition register of the weight loading movement were identified. The mathematical model yielded a system of equations that evaluates the acting forces on the spine during the extension movement, as a function of the a atomical data.

O presente estudo analisou o comportamento eletromiográfico de vários níveis dos músculos póstero-mediais do tronco, bilateralmente, para verificar a ocorrência de ativação elétrica simétrica e em busca de padrões de comportamento para embasar modelos biomecânicos. A amostra foi composta por 16 indivíduos saudáveis de ambos gêneros. Todas as execuções foram filmadas para análise cinemática, enquanto a atividade elétrica foi coletada com 14 pares de eletrodos de superfície dispostos lateral e simetricamente ao longo da coluna vertebral nos níveis da sétima vértebra cervical (C7), terceira, sexta e nona vértebras torácicas (T3, T6 e T9) e primeira, terceira e quinta vértebras lombares (L1, L3 e L5). Somente os gestos considerados simétricos através da cinemetria foram analisados. Para a análise do sinal eletromiográfico o gesto de levantar a carga foi dividido em quatro fases, considerando-se apenas a fase de subida com carga. A atividade elétrica dessa fase foi normalizada pela contração isométrica voluntária máxima. Utilizando uma ANOVA, os níveis vertebrais adjacentes foram agrupados em busca de ativação elétrica similar, foi adotado o nível de significância de p<0,05. Os resultados demonstraram que a ativação eletromiográfica não ocorre de maneira simétrica e que é possível identificar zonas com comportamento elétrico distinto entre elas, sendo que as maiores médias estavam localizadas nas regiões mais inferiores do tronco. / The present study analysed the electromyographical behaviour at various levels of posterior medial muscles on trunk, bilaterally, during load lifting to verify the occurrence of symmetry on electrical activation and to search patterns which could provide or supply biomechanical models. Sixteen healthy subjects were videotaped the 2D movement and the EMG signal was registered from 14 pairs of surface electrodes arranged symmetrically and bilaterally throughout trunk, specifically at seventh cervical vertebra (C7), third, sixth and ninth thoracic vertebra (T3, T6 and T9) and first, third and fifth lumbar vertebra (L1, L3 and L5). Only the symmetrical movements, from kinematical point-of-view, were analysed. The EMG analysis was divided in four phases and it was used in the present study the load lifting part. The electrical activation values of this phase were normalized by maximal voluntary isometric contraction. ANOVA was used to provide the adjacent groups in which electrical activation were similar. Differences were considered significant at a p<0.05. The results demonstrated the electromyographical activation does not occur in symmetrical way and, besides it was possible identify zones based on different electrical behaviours, taking into account the largest means were located on lower trunk region.

O presente estudo analisou o comportamento eletromiográfico de vários níveis dos músculos póstero-mediais do tronco, bilateralmente, para verificar a ocorrência de ativação elétrica simétrica e em busca de padrões de comportamento para embasar modelos biomecânicos. A amostra foi composta por 16 indivíduos saudáveis de ambos gêneros. Todas as execuções foram filmadas para análise cinemática, enquanto a atividade elétrica foi coletada com 14 pares de eletrodos de superfície dispostos lateral e simetricamente ao longo da coluna vertebral nos níveis da sétima vértebra cervical (C7), terceira, sexta e nona vértebras torácicas (T3, T6 e T9) e primeira, terceira e quinta vértebras lombares (L1, L3 e L5). Somente os gestos considerados simétricos através da cinemetria foram analisados. Para a análise do sinal eletromiográfico o gesto de levantar a carga foi dividido em quatro fases, considerando-se apenas a fase de subida com carga. A atividade elétrica dessa fase foi normalizada pela contração isométrica voluntária máxima. Utilizando uma ANOVA, os níveis vertebrais adjacentes foram agrupados em busca de ativação elétrica similar, foi adotado o nível de significância de p<0,05. Os resultados demonstraram que a ativação eletromiográfica não ocorre de maneira simétrica e que é possível identificar zonas com comportamento elétrico distinto entre elas, sendo que as maiores médias estavam localizadas nas regiões mais inferiores do tronco. / The present study analysed the electromyographical behaviour at various levels of posterior medial muscles on trunk, bilaterally, during load lifting to verify the occurrence of symmetry on electrical activation and to search patterns which could provide or supply biomechanical models. Sixteen healthy subjects were videotaped the 2D movement and the EMG signal was registered from 14 pairs of surface electrodes arranged symmetrically and bilaterally throughout trunk, specifically at seventh cervical vertebra (C7), third, sixth and ninth thoracic vertebra (T3, T6 and T9) and first, third and fifth lumbar vertebra (L1, L3 and L5). Only the symmetrical movements, from kinematical point-of-view, were analysed. The EMG analysis was divided in four phases and it was used in the present study the load lifting part. The electrical activation values of this phase were normalized by maximal voluntary isometric contraction. ANOVA was used to provide the adjacent groups in which electrical activation were similar. Differences were considered significant at a p<0.05. The results demonstrated the electromyographical activation does not occur in symmetrical way and, besides it was possible identify zones based on different electrical behaviours, taking into account the largest means were located on lower trunk region.

A elevação de uma carga leva ao surgimento de uma força de contato a região lombar (L5-S1) que pode atingir algumas vezes o valor do próprio peso do indivíduo, valor este que depende da carga elevada. A análise das forças (musculares, peso, carga), considerando a coluna como uma haste rígida, cuja extensão é feita unicamente pelo eretor espinhal, representa uma aproximação muito pobre para o sistema, uma vez que as diversas forças musculares envolvidas não são adequadamente analisadas e o movimento de retificação da coluna vertebral é desprezado. O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de um modelo biomecânico simplificado em 2 dimesões, para a avaliação das forças atuantes durante atividades de levantamento impróprio de carga e o movimento de flexão/extensão a coluna lombar. A coluna vertebral foi modelada como um conjunto de três segmentos retilíneos rígidos articulados e entre si. Utiliza do o método da dinâmica inversa, aplicado a um modelo de segmentos articulados simplificado, foram estimadas as forças musculares médias e a força de contato articular na articulação vertebral L5-S1 como função dos â ângulos de inserção da musculatura extensora da coluna. Para a construção do modelo foram identificados: musculatura principal, dados antropométricos, ângulos de inserção musculares, modelo antropométrico e registro da imagem do levantamento de peso. O modelo matemático forneceu um sistema de equações que avaliam as forças que atuam na coluna vertebral durante o movimento de extensão, em função de dados a atômicos. / Load lifting yields a contact force in the lumbar region (L5-S1) that can sometimes reach the value of the body weight, depending upon the elevated load. Force analyses (muscular, weight, load), the spine being consided as a rigid shank, with extension beimg done only by the erector spine musculature, represent a poor approximation, since the several muscular forces involved are not adequately analysed and the rectification movement of the spine is not taken into account. The purpose of this study was to develop a simplified two dimensional biomechanical model in order to evaluate the forces during activities of improper load bearing and the movement of flexion/extension in the lumbar spine. The spine was assumed as a linear rigid array of articulate segments. Using inverse dynamics applied to a simplified link segment model,the average muscular forces and bone-to-bone contact force in the L5-S1 vertebral joint were evaluated as a function of the back extension muscles insertion angles. For the model construction the main musculature, the anthropometric data, and model the muscle insertion angles, and the image acquisition register of the weight loading movement were identified. The mathematical model yielded a system of equations that evaluates the acting forces on the spine during the extension movement, as a function of the a atomical data.

O presente estudo analisou o comportamento eletromiográfico de vários níveis dos músculos póstero-mediais do tronco, bilateralmente, para verificar a ocorrência de ativação elétrica simétrica e em busca de padrões de comportamento para embasar modelos biomecânicos. A amostra foi composta por 16 indivíduos saudáveis de ambos gêneros. Todas as execuções foram filmadas para análise cinemática, enquanto a atividade elétrica foi coletada com 14 pares de eletrodos de superfície dispostos lateral e simetricamente ao longo da coluna vertebral nos níveis da sétima vértebra cervical (C7), terceira, sexta e nona vértebras torácicas (T3, T6 e T9) e primeira, terceira e quinta vértebras lombares (L1, L3 e L5). Somente os gestos considerados simétricos através da cinemetria foram analisados. Para a análise do sinal eletromiográfico o gesto de levantar a carga foi dividido em quatro fases, considerando-se apenas a fase de subida com carga. A atividade elétrica dessa fase foi normalizada pela contração isométrica voluntária máxima. Utilizando uma ANOVA, os níveis vertebrais adjacentes foram agrupados em busca de ativação elétrica similar, foi adotado o nível de significância de p<0,05. Os resultados demonstraram que a ativação eletromiográfica não ocorre de maneira simétrica e que é possível identificar zonas com comportamento elétrico distinto entre elas, sendo que as maiores médias estavam localizadas nas regiões mais inferiores do tronco. / The present study analysed the electromyographical behaviour at various levels of posterior medial muscles on trunk, bilaterally, during load lifting to verify the occurrence of symmetry on electrical activation and to search patterns which could provide or supply biomechanical models. Sixteen healthy subjects were videotaped the 2D movement and the EMG signal was registered from 14 pairs of surface electrodes arranged symmetrically and bilaterally throughout trunk, specifically at seventh cervical vertebra (C7), third, sixth and ninth thoracic vertebra (T3, T6 and T9) and first, third and fifth lumbar vertebra (L1, L3 and L5). Only the symmetrical movements, from kinematical point-of-view, were analysed. The EMG analysis was divided in four phases and it was used in the present study the load lifting part. The electrical activation values of this phase were normalized by maximal voluntary isometric contraction. ANOVA was used to provide the adjacent groups in which electrical activation were similar. Differences were considered significant at a p<0.05. The results demonstrated the electromyographical activation does not occur in symmetrical way and, besides it was possible identify zones based on different electrical behaviours, taking into account the largest means were located on lower trunk region.

O objetivo deste estudo foi analisar o controle postural diante da previsibilidade da carga elevada através de ação manual e da demanda atencional promovida pelo acréscimo de um alvo espacial na tarefa. Quinze sujeitos do sexo masculino (idade média 22,8+3,5 anos) realizaram a tarefa de elevação de uma caixa por meio da preensão manual, com massa variável (1, 3 e 5kg) nas condições previsível ou imprevisível. A tarefa também era executada em uma condição de maior demanda atencional promovida pela colocação de um alvo frontal, que deveria ser atingido por um facho de luz laser, cuja fonte estava fixada na caixa elevada pelo sujeito. Foram analisados o comportamento do centro de pressão (CP) e a cinemática das principais articulações e do movimento da caixa. Os resultados indicaram que a imprevisibilidade sobre a massa da caixa aumentou a oscilação do CP. Aumento da oscilação do CP também foi observado na situação de redução de massa, mesmo quando os sujeitos tinham conhecimento da mudança. A situação de pontaria em alvo induziu redução (a) do deslocamento do CP, (b) velocidade de elevação da caixa, e (c) amplitude de movimento do tornozelo e quadril. Estes resultados indicam que a previsibilidade sobre a ação de forças externas no corpo, demanda espacial da tarefa manual, e organização/feedback do movimento da tentativa anterior interagem para afetar o controle postural / The aim of this study was to analyze postural control as a function of predictability of a load lifted with the hands, and demand of spatial accuracy in the task. Fifteen males (mean age: 22.8 3.5 years) lifted boxes with variable masses (1, 3 and 5 kg), in conditions of predictable or unpredictable load. The task was performed either under lower spatial accuracy demand or aiming at a spatial target. Displacement of center of pressure (CP) and kinematics of the main joints/box motion were analyzed to access postural perturbation induced by the lifting task. Results showed that unpredictability about mass of the box enhanced CP displacement. Enhanced CP displacement was also observed in situations of decreased mass regarding the previous trial, even when participants were aware about the change. The pointing task induced decreased (a) CP displacement, (b) box lifting velocity, and (c) ankle and hip motion amplitude. These results indicate that predictability about external forces acting on the body, spatial demand of manual tasks, and movement organization/feedback of the previous trial interact to affect postural control

While producing the highest power output of any vertebrate, hovering hummingbirds must also precisely modulate the activity of their primary flight muscles to vary wingbeat kinematics and modulate lift production. By examining how electromyograms (EMGs) and wingbeat kinematics of hummingbirds change in response to varying aerodynamic power requirements during load lifting trials and air density reduction trials, we can better understand how aerodynamic power output is modulated via neuromuscular control. During both treatments increased lift was achieved through increased stroke amplitude, but wingbeat frequency only increased during air density reduction trials. These changes in wingbeat kinematics were matched by increased EMG intensities as aerodynamic power output requirements increased. Despite the relative symmetry of the hovering downstroke and upstroke, the timing of activation and number of spikes per EMG burst were consistently different in the supracoracoideus compared to the pectoralis, likely reflecting differences in muscle morphology.

While producing the highest power output of any vertebrate, hovering hummingbirds must also precisely modulate the activity of their primary flight muscles to vary wingbeat kinematics and modulate lift production. By examining how electromyograms (EMGs) and wingbeat kinematics of hummingbirds change in response to varying aerodynamic power requirements during load lifting trials and air density reduction trials, we can better understand how aerodynamic power output is modulated via neuromuscular control. During both treatments increased lift was achieved through increased stroke amplitude, but wingbeat frequency only increased during air density reduction trials. These changes in wingbeat kinematics were matched by increased EMG intensities as aerodynamic power output requirements increased. Despite the relative symmetry of the hovering downstroke and upstroke, the timing of activation and number of spikes per EMG burst were consistently different in the supracoracoideus compared to the pectoralis, likely reflecting differences in muscle morphology.

As atividades desenvolvidas pelo ser humano traduzem-se em grandes esforços internos, sobre as mais variadas estruturas corporais. O conhecimento da magnitude destes esforços pode auxiliar profissionais da área da saúde em atividades como prescrição de exercícios, reabilitação e prevenção de lesões. A magnitude dos esforços internos pode ser obtida por meio de um método direto ou indireto. O método direto esbarra em questões éticas e limitações tecnológicas, enquanto que o método analítico indireto por meio do conhecimento de parâmetros biomecânicos externos pode inferir sobre os esforços internos. Assim o objetivo deste estudo foi implementar um Macromodelo biomecânico tridimensional da coluna vertebral (MM3D), para cálculo das forças internas, articular e muscular resultantes, durante diferentes tarefas de levantamento de carga. O MM3D implementado consiste de um modelo de segmentos articulados (MSA-3D) o qual é composto por dezesseis segmentos rígidos conectados associados a um Modelo de distribuição (MDFMA) o qual fornece as forças musculares (FM) e articulares (FA) resultantes em três níveis da coluna vertebral (superior, médio e inferior). No MSA-3D as forças e momentos proximais líquidos são obtidos a partir da resolução das equações de movimento de Newton-Euler por meio da solução inversa. Com base nas forças e momentos proximais líquidos obtidos do MSA-3D o MDFMA baseado em técnicas de otimização e dados da literatura fornece as FM e FA resultantes na coluna vertebral. A tarefa avaliada consistiu do levantamento de um objeto com 20% da massa corporal do indivíduo em três diferentes técnicas de levantamento. Para registro cinemático foram utilizadas cinco câmeras digitais, com freqüência de amostragem de 25 Hz. O registro cinético foi realizado por meio da utilização de uma plataforma de força, a base de strain-gauges. Os resultados do MM3D implementado foram avaliados por meio da estimativa da acurácia da medida tridimensional obtida pela cinemetria, pela comparação dos resultados do MSA-3D com os valores mensurados pela plataforma de força, pela comparação da FRP e MP calculados pela via superior e inferior do MSA-3D nos segmentos da coluna vertebral e literatura. Os resultados obtidos sugerem uma coerência do MM3D com informações de mensurações diretas e estimativas indiretas obtidas da literatura. Assim o MM3D se mostrou capaz de avaliar e comparar as FM e FA nos três segmentos da coluna vertebral durante diferentes tarefas de levantamento. / Activities performed by the human being can be translated in large internal loads in the most varied body structures. Knowledge of these loads' magnitude may help health area professionals in activities such as prescription of exercises, rehabilitation and prevention of injuries. Internal load's magnitude may be obtained through direct or indirect methods. Direct method stumbles in ethical questions and technology limitations, while indirect analytic method through knowledge of external biomechanics parameters may deduce internal loads. Thus the objective of this study was to implement a tridimensional biomechanical macromodel of the spine (MM3D) to calculate internal forces, joint and muscular resultants, during different tasks of weight lifting. The implemented MM3D consists of an articulated segments model (MSA-3D) composed by sixteen rigid segments connected associated to a distribution Model (MDFMA) that provides resultant muscle (FM) and joint (FA) forces in three levels of the spine (superior, medium and inferior). At the MSA-3D liquid forces and proximal moments are obtained from the resolution of Newton-Euler movement equations through inverse solution. Based in the MSA-3D liquid forces and proximal moments obtained, the MDFMA, based in optimization techniques and data from literature, provides spine resultants FM and FA. The evaluated task consisted of lifting an object with 20% of the subjects' body weight using three different lifting techniques. For kinematics records five digital video cameras were used, with sampling frequency of 25 Hz. Kinetic record was performed using a force platform (strain-gauges based). MM3D implemented results were evaluated through accuracy estimation of the tridimensional measures obtained from kinematics, through comparison of the MSA-3D results and values measured by the force platform, through comparison of spine's segments calculated proximal resultant force and proximal moment calculated through upper and lower ways of MSA-3D and literature. Results suggest a coherence of direct measured information of MM3D and indirect estimative obtained from literature. Thus MM3D showed capable of evaluating and comparing FM and FA at the spine's three segments during different lifting tasks.

As atividades desenvolvidas pelo ser humano traduzem-se em grandes esforços internos, sobre as mais variadas estruturas corporais. O conhecimento da magnitude destes esforços pode auxiliar profissionais da área da saúde em atividades como prescrição de exercícios, reabilitação e prevenção de lesões. A magnitude dos esforços internos pode ser obtida por meio de um método direto ou indireto. O método direto esbarra em questões éticas e limitações tecnológicas, enquanto que o método analítico indireto por meio do conhecimento de parâmetros biomecânicos externos pode inferir sobre os esforços internos. Assim o objetivo deste estudo foi implementar um Macromodelo biomecânico tridimensional da coluna vertebral (MM3D), para cálculo das forças internas, articular e muscular resultantes, durante diferentes tarefas de levantamento de carga. O MM3D implementado consiste de um modelo de segmentos articulados (MSA-3D) o qual é composto por dezesseis segmentos rígidos conectados associados a um Modelo de distribuição (MDFMA) o qual fornece as forças musculares (FM) e articulares (FA) resultantes em três níveis da coluna vertebral (superior, médio e inferior). No MSA-3D as forças e momentos proximais líquidos são obtidos a partir da resolução das equações de movimento de Newton-Euler por meio da solução inversa. Com base nas forças e momentos proximais líquidos obtidos do MSA-3D o MDFMA baseado em técnicas de otimização e dados da literatura fornece as FM e FA resultantes na coluna vertebral. A tarefa avaliada consistiu do levantamento de um objeto com 20% da massa corporal do indivíduo em três diferentes técnicas de levantamento. Para registro cinemático foram utilizadas cinco câmeras digitais, com freqüência de amostragem de 25 Hz. O registro cinético foi realizado por meio da utilização de uma plataforma de força, a base de strain-gauges. Os resultados do MM3D implementado foram avaliados por meio da estimativa da acurácia da medida tridimensional obtida pela cinemetria, pela comparação dos resultados do MSA-3D com os valores mensurados pela plataforma de força, pela comparação da FRP e MP calculados pela via superior e inferior do MSA-3D nos segmentos da coluna vertebral e literatura. Os resultados obtidos sugerem uma coerência do MM3D com informações de mensurações diretas e estimativas indiretas obtidas da literatura. Assim o MM3D se mostrou capaz de avaliar e comparar as FM e FA nos três segmentos da coluna vertebral durante diferentes tarefas de levantamento. / Activities performed by the human being can be translated in large internal loads in the most varied body structures. Knowledge of these loads' magnitude may help health area professionals in activities such as prescription of exercises, rehabilitation and prevention of injuries. Internal load's magnitude may be obtained through direct or indirect methods. Direct method stumbles in ethical questions and technology limitations, while indirect analytic method through knowledge of external biomechanics parameters may deduce internal loads. Thus the objective of this study was to implement a tridimensional biomechanical macromodel of the spine (MM3D) to calculate internal forces, joint and muscular resultants, during different tasks of weight lifting. The implemented MM3D consists of an articulated segments model (MSA-3D) composed by sixteen rigid segments connected associated to a distribution Model (MDFMA) that provides resultant muscle (FM) and joint (FA) forces in three levels of the spine (superior, medium and inferior). At the MSA-3D liquid forces and proximal moments are obtained from the resolution of Newton-Euler movement equations through inverse solution. Based in the MSA-3D liquid forces and proximal moments obtained, the MDFMA, based in optimization techniques and data from literature, provides spine resultants FM and FA. The evaluated task consisted of lifting an object with 20% of the subjects' body weight using three different lifting techniques. For kinematics records five digital video cameras were used, with sampling frequency of 25 Hz. Kinetic record was performed using a force platform (strain-gauges based). MM3D implemented results were evaluated through accuracy estimation of the tridimensional measures obtained from kinematics, through comparison of the MSA-3D results and values measured by the force platform, through comparison of spine's segments calculated proximal resultant force and proximal moment calculated through upper and lower ways of MSA-3D and literature. Results suggest a coherence of direct measured information of MM3D and indirect estimative obtained from literature. Thus MM3D showed capable of evaluating and comparing FM and FA at the spine's three segments during different lifting tasks.