Assessment of muscle strength, muscle activity and metabolic changes of patients with transtibial amputation

Authors

  • Bruna da Silva Sousa UnB
  • Thanyze Alice Vicentini Zoccoli UnB
  • Camila Cadena de Almeida UnB
  • Leonardo Petrus da Silva Paz UnB
  • Vera Regina Fernandes da Silva Marães UnB

DOI:

https://doi.org/10.33233/fb.v17i6.701

Keywords:

transtibial amputation, electromyography, muscle strength, energy expenditure

Abstract

Objective: To assemble findings in the literature regarding electromyography, muscle strength and metabolic alterations in patients with transtibial amputations. Methods: Systematic review of the literature from January to March of 2014 of Pubmed, Scielo, Lilacs, BVS, Dedalus and BCE research databases; the following key words were used: transtibial amputee, sEMG, below the knee, amputees, muscle strength, energy expenditure and its Portuguese equivalents. Results: 144 articles were identified. After subsequent analysis and evaluation, 33 were selected. Metabolic demand appears to be increased during amputees gait in comparison to non-amputees subjects. Concerning EMG studies, the main muscles used in this population are both biceps femoris and rectus femoris. Torque was the most described variable for its directly relation with muscle strength. Conclusion: EMG signals are strongly related to the transtibial amputee locomotion. The proper prosthesis selection may reduce metabolic demand.

Author Biographies

Bruna da Silva Sousa, UnB

Graduada em Fisioterapia da Universidade de Brasí­lia, Faculdade de Ceilândia, Brasília, DF, Brasil

Thanyze Alice Vicentini Zoccoli, UnB

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica – Universidade de Brasí­lia, Faculdade do Gama, Brasília, DF, Brasil

Camila Cadena de Almeida, UnB

Mestre em Engenharia Biomédica, Universidade de Brasí­lia, DF, Brasil

Leonardo Petrus da Silva Paz, UnB

Professor Adjunto do Curso de Fisioterapia da Universidade de Brasí­lia Faculdade de Ceilândia, DF, Brasil

Vera Regina Fernandes da Silva Marães, UnB

Professor Adjunto do Curso de Fisioterapia da Universidade de Brasí­lia, Faculdade de Ceilândia, DF, Brasil

References

Pastre CM, Salioni JF, Oliveira BAF, Micheletto M, Júnior JN. Fisioterapia e amputação transtibial. Arq Ciênc Saúde 2005;12(2):120-4.

Schoppen T, Boonstra A, Groothoff JW, Vries J, Goëken LN, Eisma WH. Physical, mental, and social predictors of functional outcome in unilateral lower-limb amputees. Arch Phys Med Rehabil 2003;84:803-11.

Fernandes AC, Ramos AC, Casalis MEP. AACD Medicina e reabilitação: princí­pios e prática. São Paulo: Artes Médicas; 2007. p.231-44.

Soares ASOC, Yamaguti EW, Mochizuki L, Amadio AC, Serrão JC. Biomechanical parameters of gait among transtibial amputees: a review. São Paulo Med J 2009;127(5):302-9.

Voinescu M, Soares DP, Jorge RMN, Davidescu A, Machado LJ. Estimation of the forces generated by the tight muscles for transtibial amputee gait. J Biomech 2012;(45):972-7.

Oliveira DCS, Rezende PAMSL, Silva MR, Lizardo FB, Sousa GC, Santos LA et al. Análise eletromiográfica de músculos do membro inferior em exercí­cios proprioceptivos realizados com olhos abertos e fechados. Rev Bras Med Esporte 2012;18(4):261-6.

Marães VRFS, Cruz BOAM, Moreira JA, Sampaio TF, Almeida CC, Garcia PA. Avaliação do quadril de amputados transfemorais durante a contração isométrica em dinamômetro isocinético. Rev Bras Med Esporte 2014;20(5):336-9.

Vieira L, Bottaro M, Celes R, Viegas CAA, Silva CAM. Avaliação muscular isocinética do quadrí­ceps em indiví­duos com doença pulmonar obstrutiva crônica. Rev Port Pneumol 2010; 16(5):717-36.

World Health Organization WHO. Energy and Protein Requirements. WHO Technical Report Series. Geneva: WHO;1985. p.724.

Carazzato JG. Medicina esportiva: noções básicas para o ortopedista. Rev Bras Ortop 1993;28 (10):697-706.

Marães VRFS. Identification of anaerobic threshold using heart rate response during dynamic exercise. Braz J Med Biol Res 2005;38:731-5.

Bona R, Aldabe D, Ribeiro J. Avaliação do gasto energético em pacientes amputados de membro inferior protetizados. Arquivos Sanny de Pesquisa em Saude 2008;1:98-108.

Novak V. Analise da distribuição da pressão plantar e do equilí­brio em indiví­duos com amputações unilaterais por meio de parâmetros baropodométricos e estabilométricos [Dissertação]. São José dos Campos: Universidade do Vale do Paraí­ba; 2010.

Bona R, Peyré-Tartaruga LA. Mecânica e energética da locomoção de amputados: Uma revisão. Pensar a Prática 2011;14(1).

Cóssio ACR. O tratamento fisioterapêutico do paciente com amputação transtibial traumática [Dissertação]. São José dos Campos: Universidade Veiga de Almeida; 2007.

Nunes PC. Tratamento fisioterapêutico na fase pré-protetização em pacientes com amputação transtibial unilateral. Fisioter Bras 2009;10(4)294-9.

Longato MW, Castro PR, Keller KC, Ribas DIR. Efeito do isostretching no equilíbrio de indiví­duos amputados: um estudo de caso. Fisioter Mov 2011;24(4):689-96.

Netto FC, Gonzales JS. Desporto adaptado a portadores de deficiência: atletismo. Porto Alegre: UFRGS; 1996.

O' Sullivan SB. Fisioterapia: avaliação e tratamento. 5a ed. São Paulo: Manole; 2010.

Veshiri M. Consumo de oxigênio de amputados traumáticos transtibiais no repouso e exercícios. Revista de Medicina: Curitiba; 2013.

Moirenfeld I, Ayalon M, Ben-Sira D, Isakov E. Isokinetic strength and endurance of the knee extensors and flexors in transtibial amputees. Prosthet Orthot Int 2000;24:221.

Isakov E, Burger H, Gregoric M, Marincek C. Isokinetic and isometric strength of the thigh muscles in below-knee amputees. Clin Biomechs 1996;11(4):233-5.

Klingenstierna U, Renstrom P, Grimby G, Morelli B. Isokinetic strength training in below-knee amputees. Scand Rehabil Med 1990;22:39-43.

Augusto C. Avaliação isocinética em amputações transtibiais: análise da força muscular dos flexores e extensores dos joelhos. Rev Movimento & Saúde 2013;6:5(26).

Nolan L. Lower limb strength in sports-active transtibial amputees. Prosthet Orthot Int 2009;33(3):230-41.

Yazicioglu K, Taskaynatan MA, Guzelkucuk U, Tugcu I. Effect of playing football (soccer) on balance, strength, and quality of life in unilateral below-knee amputees. Am J Phys Med Rehabil 2007;86:800-5.

Ismail S. Amputation muscle strength and bone mineral density in mine victims with transtibial. Prosthet Orthot Int 2009;33(4):299-306.

Huang H, Kuiken TA, Lipschutz RD. A Strategy for Identifying Locomotion Modes Using Surface Electromyography. IEEE Trans Biomed Eng 2009;56(1):65-73.

Seyedali M, Czerniecki JM, Morgenroth DC, Hahn ME. Co-contraction patterns of trans-tibial amputee ankle and knee musculature during gait. J Neuroeng Rehabil 2012;9:29.

Huang S, Ferris DP. Muscle activation patterns during walking from transtibial amputees recorded within the residual limb-prosthetic interface. J Neuroeng Rehabil 2012;9:55.

Thorn BS, Current T, Kuhse B. Preliminary investigation of residual limb plantarflexion and dorsiflexion muscle activity during treadmill walking for trans-tibial amputees. Prosthet Orthot Int 2012;36:435.

Isakov E, Keren O, Benjuya N. Trans-tibial amputee gait: Time-distance parameters and EMG activity. Prosthet Orthot Int 2000;24:216.

Winter D, Sienko SE. Biomechanics of bellow-knee amputee gait. J Biomech 1988;21(5):361-7.

Isakov E, Burger H, Krajnik J, Gregoric M, Marincek C. Knee muscle activity during ambulation of trans-tibial amputees. J Rehab Med 2001;33:196-9.

Powers CM, Rao S, Perry J. Knee kinetics in trans-tibial amputee gait. Gait and Posture 1998;8:1-7.

Centomo H, Amarantini D, Martin L, Prince F. Muscle adaptation patterns of children with a trans-tibial amputation during walking. Clin Biomech 2007;22:457-63.

Centomo H, Amarantini D, Martin L, Prince F. Differences in the coordination of agonist and antagonist muscle groups in below-knee amputee and able-bodied children during dynamic exercise. J Electromyogr Kinesiol 2008;18:487-94.

Fey NP, Silverman AK, Neptune RR. The influence of increasing steady-state walking speed on muscle activity in below-knee amputees. J Electromyogr Kinesiol 2010;20:155-61.

Viton JM, Mouchnino L, Mille ML, Cincera M, Delarque A, Pedotti A et al. Equilibrium and movement control strategies in trans-tibial amputees. Prosthet Orthot Int 2000;24:108.

Peeraer T, Aeyels B, Perre V. Development of EMG-based mode and intent recognition algorithms for a computer-controlled above-knee prosthesis. J Biomed Eng 1990;12(3):178-82.

Serpa C. Avaliação da força muscular ventilatória de indiví­duos com amputação transtibial. [TCC]. Paraná: Universidade Francisco Assis Gurgacz; 2004.

Gaspar AP, Ingham SJN, Chamlian TR. Gasto energético em paciente amputado transtibial com prótese e muletas. Acta Fisiátr 2011;10(1):32-4.

Pedrinelli A. Estudo comparativo da força dos músculos flexores e extensores do joelho pela avaliação isocinética entre pacientes com amputação transtibial e indiví­duos normais. Acta Ortop. Bras 1999;7(1):1-13.

Pedrinelli A, Saito M, Coelho RF, Fontes RBV, Guaniero R. Comparative study of the strength of the flexor and extensor muscles of the knee through isokinetic evaluation in normal subjects and patients subjected to transtibial amputation. Prosthet Orthot Int [online] 2002;26:195-205.

Yazicioglu K, Tugcu, I, Safaz I, Yilmaz B, Göktepe AS, Taskaynatan MA. Muscle strength and bone mineral density in mine victims with transtibial amputation. Prosthet Orthot Int [online] 2009;33(4):299-306.

Visser JMA et al. Is hip muscle strength the key to walking as a bilateral amputee, whatever the level of the amputations? Prosthet Orthot Int 2011;35:451.

Aytar A, Pekyavas NO, Ergun N, Karatas, M. Is there a relationship between core stability, balance and strength in amputee soccer players? A pilot study. Prosthet Orthot Int 2012;36(3):332-8.

Chamlian TR, Melo ACO. Avaliação functional em pacientes amputados de membros inferiors. Acta Fisiatr 2008;15(1):49-58

Debastiani, J. Avaliação do equilí­brio e funcionalidade em indiví­duos com amputação de membro inferior protetizados e reabilitados. [TCC]. Cascavel: Centro de Ciências Biológicas e da Saúde da Universidade Estadual do Oeste do Paraná; 2005.

Published

2017-01-04