Postural Tone: From Assessment Limitations to Neurobiomechanical Solutions in Neurological Conditions

• Tipo: Tese
• Data: 2025-10-15

Autores

Liliana Raquel Pereira da Silva Oliveira e Pinho (Autor) FADEUP

Tese

Postural Tone: From Assessment Limitations to Neurobiomechanical Solutions in Neurological Conditions

Doutoramento

Tese

Classificação Científica

FOS: Ciências médicas e da saúde > Ciências da saúde

Outras Informações

Resumo (PT): Introdução: O tónus muscular é uma característica funcional complexa e dinâmica, resultante da inter-relação hierárquica e recíproca entre os sistemas anatómico e neurológico. Na reabilitação do AVC, onde as disfunções na modulação do tónus comprometem criticamente a recuperação motora e os resultados funcionais, torna-se crescente a necessidade da sua caracterização neurobiomecânica. Objetivos Principais: Aprofundar a compreensão do tónus muscular e postural, complementando avaliações tradicionais com métodos alinhados com a abordagem neurobiomecânica para caraterizar a sua complexidade, variabilidade e adaptações específicas à tarefa, particularmente em indivíduos após AVC. Métodos: Foi realizada uma revisão scoping para investigar as ambiguidades conceptuais e metodológicas na definição e avaliação do tónus muscular (Estudo I), resumindo as ferramentas de avaliação para medir o tónus muscular em adultos com doenças do sistema nervoso central no contexto da reabilitação, de acordo com as diretrizes PRISMA-ScR; e dois estudos transversais em participantes saudáveis (n=30) e com AVC (n=30), para: 1) caraterizar as implicações funcionais do tónus muscular e postural durante tarefas dinâmicas como o “sentado para de pé”, analisando a coativação antagonista através da eletromiografia de superfície bilateral dos músculos da coxa e do tornozelo (Estudo II); e 2) explorar metodologias que permitam avaliar e caraterizar a complexidade e a variabilidade do tónus muscular, utilizando a eletromiografia de superfície, um dinamómetro isocinético e uma plataforma de forças para analisar, respetivamente, a coativação antagonista, a rigidez intrínseca e funcional e o deslocamento do centro de pressão, com medidas lineares e não lineares, em diferentes tarefas diárias - de pé, de pé para sentado e o início da marcha - (Estudo III). Resultados: O Estudo I demonstrou que os instrumentos clínicos atuais são predominantemente subjetivos, não são sensíveis aos componentes neurais e não neurais do tónus e, frequentemente, não refletem a complexidade fisiológica da disfunção motora. A Escala de Ashworth Modificada foi destacada, em 8 estudos incluídos. As consequências funcionais, especialmente em tarefas que requerem controlo postural antecipatório ou transitório, revelaram valores aumentados de coativação antagonista em sujeitos após AVC. A subfase de transferência anterior no membro inferior contralesional apresentou maior coativação antagonista, enquanto na subfase antigravítica, a coativação antagonista ipsilesional foi superior (Estudo II). Estes resultados reforçam a importância de analisar o tónus postural não como uma propriedade estática, mas como uma caraterística emergente do comportamento neuromecânico em tarefas motoras específicas do contexto. O Estudo III, ao incorporar domínios de resultados adicionais, utilizando uma análise multinível, permitiu estabelecer ligações entre a rigidez, a coativação muscular e a estabilidade postural. Os participantes após AVC apresentaram uma rigidez intrínseca e funcional contralesional mais elevada, uma coativação reduzida em tarefas estáticas e aumentada em dinâmicas. A análise do centro de pressão e da coativação revelaram uma diminuição da estabilidade. Conclusões: A integração de métodos neurobiomecânicos com avaliações tradicionais permite uma compreensão mais abrangente do tónus muscular e postural. A inclusão de medidas lineares e não lineares ofereceu uma visão mais profunda das disfunções do tónus, sublinhando a importância de abordagens multidimensionais para captar a sua reduzida complexidade, variabilidade e adaptações específicas de tarefas mal-adaptativas, particularmente na reabilitação após AVC. PALAVRAS-CHAVE: TÓNUS MUSCULAR; ACIDENTE VASCULAR CEREBRAL; RIGIDEZ; COATIVAÇÃO; AVALIAÇÃO

Abstract (EN): Introduction: Muscle tone is a complex and dynamic condition arising from the hierarchical and reciprocal connectivity of anatomical and neurological systems. In stroke rehabilitation, in which dysfunctions in tone modulation critically impact motor recovery and functional outcomes, there is a growing need for its comprehensive neurobiomechanical characterisation. Main Objectives: To deepen the understanding of muscle and postural tone by complementing traditional assessments, with methods aligned with the neurobiomechanical approach to characterise its complexity, variability and task-specific adaptations, particularly in post-stroke individuals. Methods: One scoping review was conducted according to PRISMA-ScR guidelines to investigate the conceptual and methodological ambiguities in defining and assessing muscle tone (Study I), summarising the assessment tools to measure muscle tone in adults with central nervous system disorders within the context of rehabilitation. Two cross-sectional studies were conducted in both healthy (n=30) and stroke (n=30) participants, to: 1) characterise the functional implications of muscle and postural tone during dynamic tasks such as sit-to-stand, analysing antagonist coactivation using bilateral surface electromyography of thigh and ankle muscles (Study II); and 2) explore methodologies to assess and characterise the complexity and variability of muscle tone, using surface electromyography, an isokinetic dynamometer, and a force plate to analyse respectively antagonist coactivation, intrinsic and functional stiffness, and centre of pressure displacement, with both linear and non-linear metrics, in different daily tasks —standing, stand-to-sit and gait initiation— (Study III). Results: Study I demonstrated that current clinical tools are predominantly subjective, lack sensitivity to the neural and non-neural components of tone, and often fail to reflect the physiological complexity of motor impairment. The Modified Ashworth Scale was highlighted, in 8 studies included. Functional consequences, especially in tasks requiring anticipatory or transitional postural control revealed increased values of antagonist coactivation in post-stroke subjects. The forward sub-phase in contralesional lower limb showed higher antagonist coactivation compared to the ipsilesional, while in the antigravity sub-phase, ipsilesional antagonist coactivation was higher than in the contralesional (Study II). These findings reinforce the importance of analysing postural tone not as a static property, but as an emergent feature of neuromechanical behaviour in context-specific motor tasks. Study III, by incorporating additional outcome domains, using a multi-level analysis enabled to establish connections between stiffness, muscle coactivation, and postural stability. Post-stroke participants showed higher contralesional intrinsic and functional stiffness, reduced coactivation in static tasks, and increased coactivation in dynamic tasks. Centre of pressure and coactivation analyses revealed impaired stability and random control. Conclusions: Integrating neurobiomechanical methods with traditional assessments provides a more comprehensive understanding of muscle and postural tone. The inclusion of both linear and non-linear metrics offered deeper insight into tone dysfunctions, underscoring the importance multidimensional approaches in capturing its reduced complexity, variability, and maladaptive task-specific adaptations, particularly in post-stroke rehabilitation.

Idioma: Inglês