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1 INTRODUÇÃO
Antropometria é um termo que tem origem grega, segundo Velho, Loureiro, Peres e Pires Neto (apud Petroski, 1999), sendo que Anthropo identifica “homem” e M etry significa “medida”. Para esses autores, a Antropometria é uma maneira de determinar objetivamente os aspectos referentes ao desenvolvimento do corpo humano, assim como para determinar as relações existentes entre físico e performance. Esse método de medição sistematizada vem sendo empregado para a obtenção de dados quanto à forma, tamanho, proporção e na composição corporal, representando uma vasta fonte de informações a respeito do ser humano (COSTA, 1999). As áreas de aplicação das medidas obtidas através dos métodos antropométricos são muito vastas, desde o acompanhamento do crescimento e desenvolvimento do homem até a construção de mobiliário, roupas, maquinário, ambientes de trabalho, transportes (ROEBUCK, 1975). Na arquitetura e na ergonomia a antropometria é utilizada para adequar dimensões e os movimentos do corpo humano que são os determinantes da forma e tamanho dos equipamentos, mobiliários e espaço, ou pelo menos deveriam ser. Todos os que projetam deveriam conhecer as relações entre os membros de um homem normal e qual é o espaço de que necessita para se deslocar para trabalhar ou para descansar em várias posições. Ainda nos servimos, para dar a noção de dimensão, além da existência do metro, de elementos como: tantas braças de comprimento por outro tanto de largura; a altura de um homem, ou a largura de tantos pés (WALTRICK, 1996). A Biomecânica é uma disciplina que se ocupa de análises físicas de sistemas biológicos, o que inclui os movimentos do corpo humano. Para que ocorra isso é necessário que haja uma equipe multidisciplinar. As pesquisas voltadas para essa área utilizam-se muito das medidas antropométricas como um recurso para descrever e fundamentar seus estudos, além de servir
como auxiliar para outros métodos de medição em Biomecânica, como dinamometria e cinemetria (AMADIO, 1996). Por sua importância e aplicabilidade é necessário que haja uma padronização dos procedimentos aplicados, que sejam realizados preferencialmente com instrumentos específicos e com erros de medidas conhecidas.
destaque, adquirindo padrões de eficiência educacional, fisiológica, terapêutica, estética e moral (Velho et al. apud PETROSKI, 1999). Mesmo na Bíblia são feitas referências quanto às diferenças de tamanho, como a existência de “gigantes”, e a comparação dos tipos corporais, como entre Esaú e Jacó (ROEBUCK, 1975). Foi Vitruvius, arquiteto e teorista romano, que por volta do ano 15 d.C., publicou uma obra composta por dez livros sobre Arquitetura onde, no Livro III, defendeu o corpo humano como modelo de medida, número e simetria para obras da construção civil, mencionando as “proporções recíprocas” do corpo em si, surgindo as primeiras raízes para o estudo da Proporcionalidade (PETROSKI, 1999). Marco Polo, navegador italiano, entre 1273 e 1295 em suas diversas viagens pelo mundo fez várias observações, constatando que havia diversas raças, povos e culturas existentes, bem como diferenças de tamanho e estrutura corporal que eram significativas, podendo ser consideradas precursoras da Antropologia Física. Essa é uma ciência que se relaciona intimamente com a Biometria e, claro, com a Antropometria. Acredita-se que foi através da Antropologia Física que se fez a primeira comparação entre características de grupos humanos (PETROSKI, 1999; ROEBUCK, 1975). Após a primeira década do movimento renascentista ressurgiu o interesse pelas proporções humanas e a harmonia corporal, voltando a idéia grega, que foi abandonada devido ao domínio do Império Romano. Foi nesta época que Leonardo Da Vinci, baseado nos estudos de Vitruvius, elaborou um desenho onde detalhava músculos e articulações, bem como as proporções do corpo humano. Miguelangelo, por desconhecer os nomes, distinguiu os músculos através de sinais convencionais (PETROSKI, 1999). A Antropometria Científica se deu quando Albrecht Durer (1471-1528) publicou “Four Books of Human Proportions”. Em 1628, praticamente um século depois, Gerard Thibault analisou dimensões de um esgrimista detalhadamente, utilizando a cabeça como índice para determinar proporcionalidade (De Rose apud PETROSKI, 1999). Andreas Vesalius, em 1543, escreveu “De Humani Corporis Fábrica”, intensificando a busca da relação entre a estrutura humana e sua função e em 1645 Alphonso Borelli publicou “De Motu Animalium”, onde
explicou o trabalho muscular em termos físicos e demonstrou a mecânica da ação dos músculos e ossos (PETROSKI, 1999). Acredita-se que em 1659 o termo Antropometria foi utilizado pela primeira vez em seu sentido contemporâneo, na tese de graduação do alemão Sigismund Elsholtz, que se inspirou nas leituras de Pitágoras e Platão e na filosofia médica da época para a realização de sua tese (Maia & Janeira apud PETROSKI, 1999). Linné (1707-1778), Buffon (1707-1788) e White (1728-1813) fundaram a ciência que veio a chamar-se de Antropometria Racial Comparativa, mostrando a existência de diferenças proporcionais entre as várias raças. Na Inglaterra, em 1760, com a Revolução Industrial, ocorreram mudanças radicais, onde o corpo passou a ser visto como fonte de produção (PETROSKI, 1999; ROEBUCK, 1975). Quem relatou pela primeira vez a avaliação dos dados antropométricos completos foi Blumenbach (1752-1840), em seu tratado “On the Natural Differences in Mankind”. Em 1838, Humphrey realizou medidas detalhadas do úmero, rádio, fêmur e tíbia em esqueletos de 25 homens brancos e 25 homens negros. Broca (1824-1880) fundou a Escola de Antropologia em Paris (ROEBUCK, 1975). Lambert Adolfhe Jaques Quetelet (1796-1874), que é considerado o pai da antropometria científica por ter aplicado em 1841 métodos estatísticos nos estudos dos seres humanos, adotando a análise científica, mostrou a aplicabilidade da Teoria da Curva Normal de Gauss para estudar fenômenos biológicos, tornando possível então a distribuição das medidas em forma de sino, e assim, estudar-se as medidas antropométricas. Em 1871, a partir de seus achados, ele criou o que conhecemos hoje por IMC (Índice de Massa Corporal) (PETROSKI, 1999; ROEBUCK, 1975). Zeissing, em 1854, realizou a primeira investigação envolvendo mensuração física com estudantes belgas. Em 1860, Cronwell estudou o crescimento de escolares de ambos sexos, com idades entre 8 e 18 anos, em Manchester, que descobriu e citou as diferenças pôndero-estaturais entre estes e em 1861, nos EUA foi realizado o primeiro estudo antropométrico aplicado à Educação Física por Edward Hitchcock na Universidade de Amherst, Massachussets, onde realizou medições de estudantes envolvendo peso, estatura, perímetros, força de braços, e desenvolveu tabelas que mostravam resultados médios destas variáveis. Outro médico, o Doutor
conjunto, e que constituem o morfograma: altura total, altura tronco-cefálica, peso, diâmetro bioacromial e diâmetro bi-leocristal (PETROSKI, 1999). Brugsh, da escola alemã, em 1918, estabeleceu índices referentes à estatura, relacionando o tórax com a estatura, dando origem a três tipos físicos: normal, tórax estreito e tórax largo e pelo valor absoluto da estatura, classificou o tipo corporal em médios, altos e baixos. Kretschmer classificou indivíduos em astênicos (leves), atléticos e pícnicos (pesados), usualmente utilizando o método de observação empírica (PETROSKI, 1999). Pela necessidade de classificar a forma dos indivíduos em escalas que pudessem ser expressa em simples valores numéricos, Sheldon e Stevens, da escola americana, em 1940, classificaram os indivíduos em três componentes: endomorfia: mais vísceras digestivas (gordos abdominais); mesomorfia: mais esqueleto, músculo e tecido conjuntivo para atletas e homens fortes e ligeiros; ectomorfia: fragilidade linear (tórax e abdome plano, extremidades fracas) (PETROSKI, 1999). Estas duas últimas escolas citadas já tinham em 1918 e 1940 estudos e caracterizações para o somatotipo humano, surgindo neste meio tempo, em 1921, os primeiros estudos mencionando aspectos da composição corporal que fracionavam o peso humano, separando-o em peso de gordura corporal, peso ósseo, peso muscular e peso residual (PETROSKI, 1999). Foi pelo ano de 1930 que se desenvolveu um “compasso” especial, similar a uma pinça, que permitiu medir a gordura em locais específicos do corpo com relativa exatidão e em 1939 Benke criou uma nova divisão categórica para o peso corporal: gordura e massa magra (Velho et al. apud PETROSKI, 1999). Um dos métodos hoje utilizados para o estudo da composição corporal originou-se com o matemático Arquimedes, quando este descobriu que cada substância possui densidade específica e que, na água, o valor do empuxo equivale ao peso desta substância. Sendo a densidade a razão da massa por unidade de volume, ao se conhecer a massa e o volume corporal torna-se simples calcular sua densidade. Partindo-se então da observação deste princípio estruturou-se o método da “pesagem hidrostática” para medição da densidade corporal, porém não se tem a data exata de sua criação (PETROSKI, 1999; McARDLE KATCH & KATCH, 1984).
A partir dos estudos de Sheldon, em 1940, com o método Fotoscópico, surgiram o método de Hooton – que não limitou a soma dos componentes propostos por Sheldon e aumentou a faixa de valores para nove e doze; o método de Cureton – utilizava a palpação da massa muscular e dinamometria em jovens e atletas; o método de Parnell – carta de derivação M-4; e o método de Heath-Carter – medidas de estatura, peso, dobras cutâneas, diâmetros e perímetros, que tem sido utilizado até os dias atuais (De Rose et al. apud PETROSKI, 1999). Foi por ocorrência da Guerra Civil Americana e da 1a.^ e 2a.^ Guerras Mundiais grandes estudos antropológicos desenvolveram-se nos Estados Unidos, sendo seus interesses voltados para a relação das dimensões corporais para ocupação (ROEBUCK, 1975). Em 1912 os Gilbreths começaram a desenvolver estudos sobre o movimento aplicados ao ambiente de trabalho, com o intuito de aumentar a eficiência do trabalho na indústria. Legros e Weston em 1926 fizeram estudos sobre as dimensões corporais de trabalhadores para aplicar na adequação do assento e da bancada para alternar a postura sentada e em pé. Em 1940, Lay e Fischer realizaram estudos mais detalhados sobre ângulos e conforto na posição sentada e Hooton, em 1945, sobre o desenho de assentos para veículos (ROEBUCK, 1975). Esses estudos sobre o movimento e as dimensões corporais começaram a ser realizados direcionados para produtos comerciais, área médica, uso militar, entre outros, sendo muitas vezes necessário o auxílio de profissionais de outras disciplinas como psicologia, antropologia, fisiologia e medicina com a engenharia, surgindo assim Engenharia Humana nos Estados Unidos ou Ergonomia, como era chamada na maioria dos países. Porém foi por ocasião da 2 a. Guerra Mundial que os problemas de interação homem-máquina e meio ambiente tomaram maiores proporções, tornando-se realmente necessário à interação das ciências da saúde com a engenharia (ROEBUCK, 1975). No decorrer da história foram várias as tentativas de padronização internacional de medidas antropométricas, sendo a 1a.^ delas no Congresso Internacional de Antropologistas em Mônaco, em abril de 1906, onde 38 dimensões cranianas e 19 medidas da cabeça e face foram padronizadas por antropologistas do mundo todo; e a 2a.^ foi no Congresso Internacional de Genebra, em 1912, priorizando-se as medidas do esqueleto humano. (ROEBUCK, 1975).Em meio a esses fatos surgiu o termo Cineantropometria e a primeira publicação que utilizou este
uma padronização utilizada até hoje. Foram descritas outras descrições de pontos anatômicos cineantropométricos como o índice-Z e a proporcionalidade (Phantom) (PETROSKI, 1999). Na década de 70 e, por 15 anos praticamente, utilizou-se unicamente a equação de Faulkner, de 1968, também conhecida como “equação modificada” de Yuhasz”, de 1962. Guedes em 1986, demonstrou preocupação com o uso de equações não analisadas devidamente: Guedes verificou a validade da equação de Faulkner para a avaliação de brasileiros adultos, concluindo que essa equação é inadequada para estimar o percentual de gordura da população brasileira (PETROSKI, 1999). Outro importante acontecimento na área de estudo da Cineantropometria foi a produção do adipômetro CESCORF, aqui mesmo no Brasil, que foi validado e evidenciado sua fidedignidade (PETROSKI, 1999). Em 1995, Petroski desenvolveu equações generalizadas para estimar a densidade corporal de homens e mulheres brasileiros, partindo da mensuração e análise das medidas antropométricas de 304 homens e 213 mulheres de Santa Catarina e Rio Grande do Sul (PETROSKI, 1999). Pires Neto realizou estudos para estimativa da densidade corporal em soldados e cabos do exército brasileiro. Carvalho e Pires Neto (1998) realizaram estudos com universitários, utilizando a impedância bioelétrica (PETROSKI, 1999). Dentro da biomecânica a antropometria vem auxiliando no desenvolvimento de modernas técnicas de quantificação do movimento humano e na definição dos modelos, principalmente nos estudos biomecânicos da musculatura esquelética. Quanto aos modelos, estes vem evoluindo cada vez mais, tornando-se mais precisos (MELO & SANTOS, 2000).
3 CARACTERIZAÇÃO DO MÉTODO
A antropometria, técnica sistematizada utilizada para medir as dimensões corporais do homem. É uma metodologia originalmente desenvolvida por antropologistas físicos, no entanto, hoje vem sendo utilizada e aprimorada por profissionais ligados a várias outras áreas (GUEDES & GUEDES, 1997). Medidas antropométricas são aplicáveis para grandes amostras e podem proporcionar estimativas nacionais e dados para a análise de mudanças seculares (Roche apud COSTA, 1999), este método incluí medidas de peso, estatura, perímetros corporais, diâmetros ósseos e espessura de dobras cutâneas (COSTA, 1999). Na Biomecânica, a antropometria preocupa-se com a determinação das características e propriedades do aparelho locomotor, bem como as dimensões e formas geométricas do corpo e dos segmentos corporais, distribuição da massa, braços de alavancas, posições articulares, entre outros, permitindo a confecção de um modelo antropométrico contendo os parâmetros necessários para a construção e representação biomecânica da estrutura que se pretende analisar (AMADIO, 1996).
4.3 ABSORTOMETRIA RADIOLÓGICA DE DUPLA ENERGIA (DEXA)
É uma técnica utilizada na análise da composição corporal. Baseia-se no pressuposto de que o grau de absorção de radiações de cada tecido orgânico depende do comprimento da onda utilizada e do número atômico dos elementos interpostos. Portanto, ao se estabelecer o nível de absorção diferencial de fótons emitidos a duas diferentes energias, à medida que esses ultrapassam o corpo, após tratamento matemático das informações, pode-se distinguir o conteúdo de mineral ósseo dos demais tecidos (GUEDES in AMADIO, 2000). 4.4 DENSITOMETRIA Esta técnica baseia-se no pressuposto de que a densidade de todo o corpo é estabelecida pelas densidades de vários componentes corporais e pela proporção que cada um desses componentes contribui para o estabelecimento da massa corporal total (GUEDES in AMADIO, 2000). Os valores de densidade corporal são determinados pela relação entre o peso corporal e o seu volume: O peso corporal é facilmente aferido através de balanças, sendo, portanto, na determinação da densidade corporal as medidas de volume a principal preocupação. Essas medidas de volume corporal podem ser verificadas através da pesagem hidrostática e a pletismografia, que são as duas técnicas mais utilizadas (GUEDES in AMADIO, 2000). 4.4.1 Pesagem hidrostática Nessa técnica o avaliado é submerso em um tanque com água, e o volume corporal é computado com base na diferença entre o peso corporal medido no ambiente e totalmente submerso em água (GUEDES in AMADIO, 2000).
Baseia-se no Princípio de Arquimedes , “todo corpo mergulhado em um fluido (líquido ou gás) sofre, por parte do fluido, uma força vertical para cima, cuja intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo” (RAMALHO et al ., 1993) A intensidade do empuxo é igual à do peso dessa massa deslocada: Para corpos totalmente imersos, o volume de fluido deslocado é igual ao próprio volume do corpo (RAMALHO et al. , 1993) 4.4.2 Pletismografia Essa técnica utiliza-se do deslocamento de ar, em vez da perda de peso na água, para medir o volume corporal. O avaliado é introduzido em uma câmara fechada e isolado do meio exterior em condições isotérmicas, com pressão e volume de ar em seu interior já conhecidos (GUEDES in AMADIO, 2000). Baseia-se na aplicação da lei do deslocamento de ar de Boyle : “sob temperatura constante, a pressão de um gás é inversamente proporcional ao seu volume”. 4.5 HIDROMETRIA Baseia-se na suposição de que a quantidade de água se apresenta de forma razoavelmente constante na massa isenta de gordura, com negligenciável instabilidade associada à gordura estocada no tecido adiposo (GUEDES in AMADIO, 2000). Para a determinação da quantidade total de água corporal tem sido utilizada a administração de água destilada, acompanhada de substâncias marcadora que se difundem e se mf= massa do fluido df = densidade do fluido Vf = volume do fluido E = empuxo mf= massa do fluido g = gravidade df = densidade do fluido Vf = volume do fluido
película, imprimindo nesta as imagens das secções dos segmentos ou órgãos de interesse (www.cnen.gov.br/cnen_99/news/radiacoes.pdf). 4.9 ACELERAÇÃO DE SEGMENTOS Este método determina o momento de inércia do antebraço. Baseia-se na terceira lei de Newton ou lei da Inércia, que diz que “inércia é a propriedade comum a todos os corpos materiais, mediante a qual eles tendem a manter o seu estado de movimento ou de repouso”. A aceleração angular do membro pode ser medida e o momento de inércia determinado pela equação (NIGG & HERZOG, 1995): I = F.d α 4.10 MAPEAMENTO DO PERFIL DO VOLUME Baseia-se no pressuposto de que uma secção horizontal através do corpo tenha formas elípticas, sendo um mapa de contorno feito da plotagem da área de corte de uma dada secção através do corpo, sobre um gráfico ordenado e plotada a distância dos pés até a área sob a curva (NIGG & HERZOG, 1995). 4.11 INVESTIGAÇÕES ANALÍTICAS INDIRETAS (MÉTODOS TEÓRICOS) Tem por base procedimentos analíticos para o cálculo de características e propriedades inerciais da massa corporal. Aplicando-se as leis da mecânica construíram-se modelos matemáticos do corpo humano, que se baseiam em corpos rígidos. Para um melhor entendimento, definiremos o que é centróide, centro de massa, centro de gravidade, momento de inércia e corpos rígidos. I = momento de inércia F = força aplicada d = distância entre o ponto de aplicação da força e o ponto de apoio α = aceleração angular do membro
- Centróide É o centro geométrico de uma área (BEER & JOHNSTON, 1980). É calculado pela expressão (NIGG & HERZOG, 1995): n. r = Σ r i ∆i i = 1_____ n Σ ∆i i = 1
- Centro de massa O centro de massa de um objeto é o centróide de toda massa dos elementos. É calculado por (NIGG & HERZOG, 1995): r CM = ∫ r dm. ∫ dm
- Centro de gravidade O centro de gravidade de um objeto é o centróide de todas as forças gravitacionais. É calculado por (NIGG & HERZOG, 1995): r CG = ∫ r dG. ∫ dG
- Momento de inércia O momento de inércia, I, de uma massa, m, é a soma dos momentos axiais de todos seus elementos. É calculado por (NIGG & HERZOG, 1995): I = ∫ r^2 dm.
- Corpos rígidos São sólidos de densidade uniforme e forma geométrica simples, com seus eixos articulares fixos substituídos por móveis, para que simulassem posições e movimentos humanos (NIGG & HERZOG, 1995). 4.11.1 Hanavan (1964) Este modelo (ANEXO A) é constituído por 15 sólidos geométricos simples. Foram feitas 25 medidas antropométricas em 66 sujeitos e estas usadas sob medida para cada sólido. Muitas suposições foram a base de desenvolvimento deste modelo: − O corpo humano pode ser representado por um conjunto de corpos rígidos de formas geométricas simples e densidade uniforme; − As equações de regressão usadas para o peso dos segmentos são representativas do espectro dos pesos dos corpos de interesse;
O modelo foi testado com 4 sujeitos. A precisão de erro para a massa corporal total implicada foi de 0,26% e o máximo de erro de 0,52%. Isso indica uma acurácia estimada da massa corporal. Os valores para o momento de inércia de um lado ao outro do plano transverso do sujeito no grupo teste foi comparado àqueles de estrutura similar aos cadáveres do estudo de Dempster (1955). Comparações diretas feitas contra várias medidas diretas das propriedades inerciais dos segmentos dos sujeitos indicaram que o total em conformidade do modelo com os dados era de mais ou menos 3% com o máximo erro de ± 5% (NIGG & HERZOG, 1995). 4.11.3 Método Fotogramétrico - Jensen (1981) Neste modelo (ANEXO C) o corpo pode ser modelado usando zonas elípticas (Jensen 1976, 1978, 1986, 1989). O corpo inteiro é seccionado no plano transverso em zonas de 2cm, sendo representado em 16 segmentos: cabeça, pescoço, tronco superior, tronco inferior, braço, antebraço, mão, coxa, perna e pé. As divisões dos segmentos seguem basicamente os procedimentos descritos por Dempster (1995), mas com secções modificadas para entrar em formação no plano transverso. Cada zona é representada por uma elipse, que é construída pelo maior e menor eixo dos dois planos contíguos, portanto, uma média da área de secção da zona. O centróide e o volume de cada zona pode ser calculado diretamente da geometria de uma placa elíptica. O volume dos segmentos e do corpo todo é simplesmente a soma do volume das zonas. A massa dos segmentos e do corpo todo é a soma da massa de cada zona, que é determinada pela média da densidade da zona multiplicada pelo volume da zona. Duas suposições foram feitas: − As zonas centróides estão sobre o elo de conexão distal e proximal do centróide articular; − As orientações de referência dos eixos dos segmentos são paralelas aos eixos do corpo. Desde que as elipses sejam simétricas, os eixos dos segmentos e do corpo tornam-se eixos principais. O momento de inércia da massa pode ser calculado pelo momento de inércia de uma placa elíptica e o momento de inércia da massa do corpo pode ser determinado usando o teorema do eixo paralelo para somar os momentos de inércia de todos os segmentos.
Para aplicar o método, o sujeito deve deitar em prono sobre blocos de maneira que todos os segmentos estejam posicionados paralelamente ao eixo do corpo. As linhas de coordenadas horizontais e verticais são marcadas nas superfícies adjacentes ao sujeito e são fotografadas ao longo deste, e posteriormente são digitalizadas e segmentadas. Todo o corpo bem como os parâmetros inerciais dos segmentos são calculados por esses registros digitalizados. A média da densidade dos segmentos são tomadas de fontes publicadas. A massa do corpo calculada usando este método está geralmente a menos de 2% da medida da massa corporal, que indica um alto grau de acurácia do modelo para esta quantidade. De acordo com Jensen, a aplicação do método é rápida, requer cerca de 10 minutos por sujeito para marcar os pontos de referência sobre o corpo e fotografar o indivíduo. A digitalização requer cerca de 2 horas (NIGG & HERZOG, 1995). 4.11.4 Yeadon (1989) Este modelo foi descrito com 11 segmentos, usando 40 sólidos separados. Foram tomadas 95 medidas antropométricas em um indivíduo e usadas para definir a forma do modelo. No desenvolvimento deste modelo Yeadon assumiu que: − Os segmentos são corpos rígidos; − Não há movimento no pescoço, pulsos, tornozelos; − Os sólidos que formam um segmento coincidem os eixos longitudinais; − Os valores de densidade são uniformes ao longo de cada sólido. As massas dos segmentos, localização dos centróides e os princípios dos momentos de inércia sobre os centróides são calculados baseados na geometria do sólido. O modelo previu a massa total do corpo de 3 sujeitos dentro de 2,3%. Se a correção do ar contido nos pulmões é feita, o erro da massa total do corpo é reduzido para aproximadamente 1% (NIGG & HERZOG, 1995).
