Biomechanical aspects of the sit to stand and stand to sit tasks performed by individuals with mild and moderate knee osteoarthritis

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Sit-to-stand (STS) and stand-to-sit (STSit) tasks are daily performed and are among the complaints about physical function of individuals with knee osteoarthritis (KOA). Higher trunk flexion range of motion, lower magnitude of the affected knee joint moment and changes in the pattern of muscle activation have been observed in KOA and are pointed out as possible strategies to spare the affected knee. During the sit-to-stand and stand-to-sit tasks a higher trunk flexion can be used and be related with knee extensor and flexors cocontraction (Co). In addition, include volunteers only with bilateral KOA (OABI) or unilateral KOA (OAUNI) can be a challenge while studying the different degrees of KOA. The influence of these patterns of KOA involvement on the biomechanical and neuromuscular aspects of the tasks are unknown. Thus, the aim of this thesis was to compare biomechanical and neuromuscular parameters between the three groups (mild KOA, the moderate KOA and controls) in the STS and STSit. We also aim to compare the trunk and lower limb kinematics and kinetics in the sagittal plane and the magnitude of muscle activation during the STS transition between OAUNI and OABI. This thesis is divided into three Manuscripts. In the Manuscript-I, the STS was compared regarding trunk flexion, total support moment (TSM) and the hip, knee and ankle joint moments contribution for MTS across the groups. Considering the same group composition, Manuscript II presented the comparison of trunk flexion during STSit task and muscle activation magnitude and Co during both tasks. The relationship of these variables with greater trunk flexion also was investigated. In the third manuscript, the symmetry of the distribution of the vertical ground reaction force and the TSM were compared between individuals with OAUNI and OABI during the STSit. The TSM, muscle activation, Co, lower limb kinetics and kinematics and the knee extensor torque were also evaluated in the affected limb (or more affected for OABI) and were compared across the groups. In Manuscript-I it was observed that those with moderate KOA get up from chair with greater contribution of the hip joint moment to the magnitude of the MTS. This study also showed that in the early stages of the task those with mild and moderate KOA decreased the TSM without modifying the hip or ankle joint moments. Manuscript-II allowed identifying a higher trunk flexion strategy used by those with moderate KOA when compared both to mild KOA and controls. There was also a positive and significant association between trunk flexion and higher magnitude of Co during the stand-to-sit transition. Due to higher activation of gastrocnemius medialis during the STS transition and the lower rectus femoris activation while sitting, neuromuscular adaptations related to the moderate degree of KOA were suggested to be adopted. In study 3, individuals of OAUNI and OABI only differentiate one each other due to a lower MTS and higher trunk flexion in the extension phase of the STS task. The groups were considered similar and symmetrical regarding all the other variables. As tarefas de levantar-se e sentar-se são frequentemente realizadas no dia a dia e estão entre as queixas de dificuldade de indivíduos com osteoartrite do joelho (OAJ). Maior amplitude de flexão do tronco para levantar-se, em conjunto com a menor magnitude do momento articular do joelho acometido e modificações no padrão de ativação muscular têm sido sugeridas como estratégias para diminuir a sobrecarga no joelho. Durante o levantar-se e sentar-se a maior flexão do tronco pode ser utilizada por aqueles com OAJ e relacionar-se à magnitude de cocontração de extensores e flexores do joelho (Co) devido à característica biarticular de alguns músculos extensores e flexores do joelho. Além disso, em estudos envolvendo os diferentes graus da doença há dificuldade em selecionar voluntários apenas com OAJ unilateral (OAJUNI) ou bilateral (OAJBI) e a influência desses padrões de acometimento nos aspectos biomecânicos e neuromusculares do levantar-se é desconhecida. Dessa forma, foram objetivos desta tese comparar parâmetros biomecânicos e neuromusculares entre os graus leve e moderado da OAJ, nas tarefas de levantar-se e sentar-se de uma cadeira. Também foi objetivo da tese comparar a cinemática do tronco e membro inferior, cinética e magnitude de ativação muscular durante o levantar-se da cadeira entre OAUNI e OAJBI. Esta tese é composta por três manuscritos. No Manuscrito-I, o levantar-se foi comparado quanto a flexão do tronco, magnitude do momento total de suporte (MTS) e contribuição do quadril, joelho e tornozelo para o MTS entre OAJ leve, moderada e um grupo controle. Nos mesmos grupos, o Manuscrito-II apresenta a comparação da flexão do tronco durante o sentar-se, da magnitude de ativação muscular e Co, bem como a relação dessas variáveis com a flexão do tronco. No Manuscrito-III a simetria da distribuirão da força vertical de reação do solo e do MTS, bem como a magnitude do MTS, magnitude de ativação e Co, cinética do membro inferior acometido (ou mais acometido na OABI) foram comparados entre os grupos OAUNI e OABI. No Manuscrito-I foi observado que indivíduos com OAJ moderada realizaram a tarefa de levantar-se com maior contribuição da articulação do quadril para o MTS durante a fase de extensão da tarefa. Este estudo também mostrou que nas fases iniciais do levantar-se os participantes com OAJ leve e moderada diminuíram a magnitude do MTS, sem modificar a magnitude dos momentos articulares de quadril ou tornozelo. O Manuscrito-II permitiu identificar o uso da estratégia de maior flexão do tronco nos pacientes com OAJ moderada quando comparados à OA leve e aos participantes saudáveis e uma associação da flexão anterior do tronco à maior magnitude de Co. Adaptações neuromusculares do estágio moderado da OAJ foram sugeridas devido a maior magnitude de ativação do músculo gastrocnêmio lateral durante o levantar-se e a menor magnitude de ativação do músculo reto femoral ao sentar-se. No Manuscrito-III os grupos OAUNI e OAJBI apenas se diferenciaram quanto a diminuição da magnitude do MTS e maior flexão do tronco na fase de extensão do levantar-se. Os grupos foram considerados semelhantes e simétricos com relação às demais variáveis. 140477/2016-0