ANÁLISE DO EQUILÍBRIO NO JUDÔ ATRAVÉS DO GOLPE OSOTOGARI: COMPARAÇÃO DAS TÉCNICAS DE CINEMETRIA E PLATAFORMA DE FORÇAS 1 1 1 1 1 E. Nagata , G. Yokoyama , R. Custódio , T. Hirata Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho – UNESP, Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, Guaratinguetá/SP. Resumo Este trabalho teve como objetivo verificar se existe relação entre os dados obtidos na cinemetria e os da plataforma de força em um experimento de equilíbrio com judocas. Ao valiar e comparar as forças de reação vertical do solo (FRS) provenientes de ovimentos de queda do corpo durante o golpe osotogari em função das variações do centro de massa (CM), buscou-se verificar se existia compatibilidade entre estes dois métodos, tornando assim a cinemetria mais uma opção confiável para análise do equilíbrio, tanto quanto a plataforma de forças que já é utilizada em diversas pesquisas com atletas para este fim. O experimento foi realizado com 11 atletas de judô, sendo 9 homens e 2 mulheres com massa de 68,90 ± 7,94 kg, altura de 1,71 ± 0,08 m e idade de 22,00 ± 4,1 anos. A análise dos dados mostrou que houve um decréscimo da intensidade das FRS ao longo da execução do golpe enquanto houve um aumento da distância do CM ao ponto de apoio unipodal. A análise estatística mostrou uma forte correlação entre os dois métodos de medição com um nível de significância de p<0,01. Portanto, neste experimento as duas técnicas de instrumentação foram válidas para a verificação do equilíbrio no golpe de judô. Isto torna a cinemetria um método válido para a análise do equilíbrio em grandes movimentos. Neste estudo não foi contemplada a velocidade do deslocamento do CM na direção do golpe nem a variação da velocidade do centro de pressão o que pode ser realizado em estudos futuros. Palavras chaves: centro de massa, cinemetria, equilíbrio postural, judô, plataforma de forças Abstract The present work investigates relationship between force plates and cinemetry on balance of judo’s athletes. It was analyzed and compared the ground reaction forces (GRF) and displacement of center of mass (COM) from motion of falling body during the throwing technique osotogari, and check their compatibilities. Cinemetry thus making a more reliable option for analysis of equilibrium, as the force plates which is used in several studies with athletes for this purpose. The experiment was conducted with 11 athletes from judo, 9 men and 2 women with a weight of 68.90 ± 7.94 kg, height of 1.71 ± 0.08 m and age 22.00 ± 4.1 years old. Data analysis showed that decreasing in the intensity of the GRF and increasing distance of COM to the supporting foot point during the execution of the technique. Statistical analysis showed a strong correlation between the two methods of measurement with level of significance p<0.01. Therefore, two instrumentation techniques were valid for checking balance in the technique of judo. This makes cinemetry a valid method for the analysis of balance in large movements. This study was not considered the speed of displacement of COM in the direction of falling body or the speed of center of pressure variation that can be done in future studies. Key words: center of mass, cinemetry, postural balance, judo, force plates. Análise do equilíbrio no judô através do golpe osotogari INTRODUÇÃO sistemas de videografia, com uma ou mais câmeras, de alta freqüência, para reconstrução bi e tridimensional do gesto esportivo. Segundo Amadio et al. (2002) as pesquisas em biomecânica ainda são carentes de padronizações metodológicas, bem como são incompletos os modelos e protocolos de avaliação utilizados para a formação de teorias com explicação experimental do movimento. Segundo Baumann (1992) apud Amadio et al., (2002), o movimento esportivo é complexo e apresenta um alto grau de variabilidade o que limita a análise do movimento e dificulta a padronização das medidas biomecânicas. Para que se tenham medições dos movimentos esportivos, com auxílio de instrumentação adequada, pode-se descrever os gestos esportivos quantitativamente, o que permitirá criar indicadores de performance para o atleta, que o auxiliará no treinamento. Para a reconstrução das imagens em coordenadas espaciais um dos métodos mais utilizados é o Direct Linear Transformation (DLT). Neste método duas câmeras ou mais devem focalizar um sistema de referência espacial (calibrador) com no mínimo seis pontos cujas coordenadas são previamente conhecidas e necessárias, as quais são utilizadas nas devidas calibrações das câmeras. Assim, são utilizados onze coeficientes, determinantes de orientações internas e externas para o sistema câmera-objeto, outras referências são obtidas a partir dos pontos de referência (calibrador) cujas coordenadas cartesianas (x,y,z) são conhecidas. Pode-se então formar as equações para cada ponto pertencente ao calibrador referentes à orientação das câmeras. Essas coordenadas da câmera podem ser transformadas para coordenadas reais espaciais utilizando um software específico (SANTA MARIA, 2001). A precisão das medidas reais dos pontos de referência é de extrema importância, pois é através delas que se chega ao cálculo dos coeficientes e conseqüentemente a determinação das coordenadas reais. Com o intuito de registrar o desempenho do atleta, lança-se mão de vários testes e protocolos de medição que são descritos a partir dos seguintes métodos nas áreas fundamentais da biomecânica aplicada: antropometria, cinemetria, dinamometria e eletromiografia (BAUMANN, 1992 apud Amadio et al., 2002). Neste estudo serão utilizados os seguintes métodos de medição: a cinemetria associada aos dados antropométricos e a dinamometria com plataforma de forças. De acordo com Amadio (1996) apud Guimarães & Santos (2002), a cinemetria é um método de medição cinemática que busca, a partir da aquisição de imagens da execução do movimento, observar o comportamento de variáveis dependentes, tais como: velocidade, deslocamento, posição e orientação do corpo e de suas partes. Para Allard et al. (1995), na cinemetria os sistemas são orientados para as medições dos movimentos e posturas dos gestos desportivos realizados pelos atletas, através de imagens, registro de trajetórias, decurso de tempo, determinação de curvas de velocidade e de aceleração, entre outras variáveis derivadas. Segundo Amadio & Baumann (1990) apud Amadio et al. (2002), a cinemetria pode ser utilizada principalmente para avaliação da técnica para competição, desenvolvimento de técnicas de treinamento, monitoramento de atletas e detecção de talentos esportivos. No trabalho de Blais et al. (2007) a cinemetria tridimensional foi utilizada para analisar uma técnica de judô para identificar as ações mais importantes que podem ser priorizadas em um treinamento. De acordo com Bittencourt et al. (2006), pode-se utilizar a cinemetria para quantificar os movimentos ou mesmo o equilíbrio estático ou dinâmico de um corpo ou objeto. São usados normalmente Referente à dinamometria, esta engloba todos os tipos de medidas de força – momentos articulares – de forma a poder interpretar as respostas de comportamentos dinâmicos do movimento humano (GUIMARÃES & SANTOS, 2002). Na dinamometria os sistemas de medição são orientados para a obtenção das forças de reação do solo (FRS) – forças externas – e das pressões dinâmicas exercidas por partes do corpo na sua interação com o meio ambiente. Temos ainda sistemas para avaliação da força de grupos musculares e seus momentos resultantes. Os principais sistemas usados são: avaliação das FRS – plataformas de forças, células de cargas ou ainda, através de atenuadores e transdutores de carga, a determinação das relações força/deformação de componentes dos materiais esportivos; avaliação da distribuição da pressão plantar; e, dinamometria computadorizada – sistemas isocinéticos, (NICOL & HENNIG 1978, BAUMANN 1994 apud Amadio et al. (2002). Bittencourt et al. (2006) também indicam a utilização para o estudo do equilíbrio postural, que é quase sempre caracterizado pelas oscilações corporais, onde este pode ser medido pelo deslocamento do centro de pressão (COP) sobre uma plataforma de força. Estes instrumentos da biomecânica são largamente utilizados para o estudo do movimento esportivo. Na análise do equilíbrio Brazilian Journal of Biomechanics, Year 2010, vol 11, n.21 2 E. Nagata, G. Yokoyama, R. Custódio, T. Hirata existem várias pesquisas com a combinação dos mesmos, porém a cinemetria não é utilizada diretamente na análise do equilíbrio, pois ela sempre tem um papel coadjuvante. No trabalho de Barcellos & Imbiriba (2002) com bailarinas, a cinemetria foi utilizada apenas para a avaliação cinemática da postura, enquanto o equilíbrio foi investigado através da plataforma de força. Já Yoshitomi et al. (2006) realizaram um estudo de equilíbrio com judocas, analisando parâmetros como as médias das velocidades e das posições do COP utilizando apenas a plataforma de força. Para Hayes, (1982) apud Freitas, as condições de equilíbrio dependem das forças e momentos que sobre ele são aplicados. Um corpo está em equilíbrio mecânico quando a somatória de todas as forças (F) e momentos de força (M) agindo sobre ele é igual a zero (∑F=0 e ∑M=0). Ele classifica as forças que estão agindo sobre o corpo como: força externa (devido a gravidade) e força interna (perturbações fisiológicas, como batimento cardíaco e a respiração). Segundo Freitas e Duarte do ponto de vista mecânico, o corpo nunca está numa condição de perfeito equilíbrio, pois as forças sobre ele são nulas momentaneamente. O Centro de Pressão (COP) é uma das medidas utilizadas para avaliar o controle postural. É definida como ponto de aplicação da resultante das forças verticais atuando na superfície de suporte. O centro de gravidade (CG) é definido como o ponto de aplicação da força gravitacional resultante sobre o corpo e é um conceito análogo ao centro de massa (CM) (Winter, 1990). Segundo Smith et al. (1997) apud Bankoff et al. (2007), as tentativas de correção do corpo na postura sem oscilações está relacionada em manter a linha do centro de gravidade dentro da base de sustentação. E o desequilíbrio pode ser explicado pela altura do CM e uma base de suporte relativamente pequena. Sabendo que através da cinemetria pode-se observar o comportamento do CM e, portanto o equilíbrio, e que a manutenção do equilíbrio e da orientação corporal em humanos é garantida pelo adequado funcionamento do sistema de controle postural, a investigação desse controle tem despertado interesse em profissionais de diversas áreas, tais como: educação física, engenharia, fisioterapia, física, medicina, psicologia, entre outras. Dentro da educação física, na área esportiva, segundo Sá e Pereira (2003) o judô é uma das modalidades de luta mais praticada no Brasil. O judô é uma arte marcial onde é necessário o controle eficiente do equilíbrio pelo atleta, por estar constantemente sujeito a movimentos inesperados impostos pelos oponentes (PERRIN 3 et al,. 2002). Neste esporte existem várias técnicas de projeção dentre elas, uma técnica de perna (ashiwaza), chamada osotogari, que geralmente é o primeiro golpe a ser ensinado, pois os passos iniciais são de fácil execução. O osotogari se torna mais complexo quando implementado com a execução do desequilíbrio (kuzushi), devido à necessidade de sincronização do movimento das pernas e braços. Existem algumas posições básicas no judô, uma delas é shizen hontai, onde a pessoa fica na posição anatômica, com os pés afastados em 60 centímetros. Diante da importância do equilíbrio para o judoca e da necessidade de ampliar as opções de métodos de medição, este trabalho se propõe a verificar se os dados obtidos na cinemetria – CM – em um experimento de equilíbrio com judocas são compatíveis com os da plataforma de força – FRS – tornando então a cinemetria mais uma opção confiável para análise do equilíbrio, assim como a plataforma de força que já é utilizada em diversas pesquisas com atletas para este fim. No presente trabalho se avaliou e comparou as forças de reação vertical do solo provenientes de movimentos do corpo durante o golpe osotogari em função das variações dos CM. MATERIAL E MÉTODOS Este estudo caracteriza-se por ser uma pesquisa do tipo exploratória descritiva quantitativa. Amostra A amostra do estudo foi constituída por 11 atletas praticantes de judô, sendo 9 homens e 2 mulheres com massa de 68,90 ± 7,94 kg, altura de 1,71 ± 0,08 m e idade de 22,00 ± 4,1 anos. Procedimento Foi utilizada uma técnica de ashiwaza chamada de osotogari. Os atletas, após o consentimento por escrito, receberam orientação para padronizar o procedimento. Todos uke (atleta que recebe o golpe) partiram da mesma posição inicial (shizen hontai), ou seja, em posição ortostática com os dois pés apoiados, um em cada plataforma de força. O tori (atleta que aplica o golpe) foi colocado a frente do uke de pé, sempre partindo da mesma posição inicial (Figura 1). Os participantes ficaram um de frente para o outro, ambos segurando com a mão direita na região do trapézio superior esquerdo do outro, e, além disso, o tori segurou com a mão esquerda Brazilian Journal of Biomechanics, Year 2010, vol 11, n.20 Análise do equilíbrio no judô através do golpe osotogari no terço médio do braço direito do uke. Após a preparação inicial, anteriormente mencionada, foi acionado um sinal sonoro para gravação dos dados a serem coletados através da imagem e da plataforma de forças e início da execução do osotogari. Para a aplicação do golpe, primeiramente o tori avança com o pé esquerdo e simultaneamente é aplicada uma força com os braços de forma que o uke seja deslocado para sua direita e o tori possa encaixar sua perna direita na parte posterior da perna direita do uke (DAIGO, 1970). Deste modo ocorre o desequilíbrio do uke e a projeção pode ser finalizada. O kimono não foi utilizado para facilitar o tratamento das imagens. Uma vestimenta padrão foi usada para todos os atletas. Figura 1: Posição inicial do golpe osotogari Instrumentos Como instrumentos de coleta de dados foram utilizadas duas plataformas de força instrumentadas e posicionadas em paralelo para monitorar as FRS por meio de 4 anéis octogonais onde se encontrava instalados 8 extensômetros, sendo que 4 extensômetros são designados para medidas de forças verticais e outros 4 para forças horizontais (Força vertical = Fv1 +Fv2 + Fv3 + Fv4; Força horizontal = Fh1 + Fh2 + Fh3 + Fh4). Portanto, a soma dos sinais dos 16 extensômetros é ligada à ponte de Wheatstone do aparelho Spider 8 (marca HBM) para codificação e amplificação de sinais no software Catman que foram utilizadas para gerenciamento de captação de sinais. Para este ensaio somente foram utilizadas as forças verticais. A calibração em diversos pontos da plataforma apresentou a Brazilian Journal of Biomechanics, Year 2010, vol 11, n.21 linearidade durante o carregamento e descarregamento de peso na faixa de 0 a 1300 N, apresentando desvio-padrão de ± 5 N. Ao redor das plataformas de forças foram dispostos os tatames para a queda segura dos atletas, conforme a figura 1. Para o registro de imagens foram utilizadas duas câmeras da marca Sony, modelo Cyber-shot – 7.2 mega pixels. Antes mesmo de se iniciar a filmagem dos golpes, foi realizada a calibração das câmeras posicionadas de forma a capturar imagens que permitam estudos tridimensionais. É a partir da calibração que se torna possível fazer a conversão das coordenadas de calibração obtidas, em coordenadas reais. Neste estudo foram utilizados 46 pontos de referência distribuídos em 6 prumos que forma um volume de 1,5m x 1,0m x 2,0m (largura x profundidade x altura). A calibração dos pontos de referência apresentou o erro máximo de reconstrução tridimensionais das coordenadas de 1,3 cm. Finalmente, as imagens foram fragmentadas usando um programa de domínio público, Quintic Player, e a cada imagem foi trabalhada no programa desenvolvido no MATLAB para se conhecer o CM, parâmetro cinemático de interesse desta pesquisa, em cada instante do quadro fragmentado. Entre as imagens de cada atleta foram selecionados 5 quadros (Figura 2) seguindo o mesmo critério, ou seja, o primeiro quando o uke passa para o apoio unipodal (direito), no segundo o uke e o tori estão em apoio unipodal, no terceiro o tori avança com a perna direita na direção da parte posterior da perna direita do uke, no quarto o tori apóia a perna direita na parte posterior da perna direita do uke, e finalmente no quinto quadro o tori finaliza o golpe aplicando uma força com sua perna direita na parte posterior da perna direita do uke. Em cada momento destes foram registradas a FRS pela plataforma de forças e pontos articulares estabelecidos pela antropometria. A determinação do CM foi feita identificando 16 pontos articulares do corpo dos atletas, uke, em cada quadro selecionado das imagens das 2 câmeras. O programa de análise determinou inicialmente os centros de massas de cada membro utilizando dados antropométricos de Winter (WINTER, 1990) e, posteriormente o CM do corpo inteiro. 4 E. Nagata, G. Yokoyama, R. Custódio, T. Hirata Entretanto, é importante admitir que a aplicação do golpe teve suas limitações devido às reações dos atletas, que permitiram a aplicação do golpe sem resistirem ao mesmo. RESULTADOS Nos resultados obtidos na plataforma de forças observou-se um decréscimo da intensidade das FRS ao longo da execução do golpe para todos os atletas. A média dos valores e respectivos desvios-padrão estão representados no gráfico 1. Gráfico 1: Variação da FRS ao longo do golpe Na figura 3 pode-se observar os pontos antropométricos selecionados a partir do qual foi determinado pelo programa desenvolvido no MATLAB a posição do CM. A figura 3 apresenta todas as posições desde o início do movimento do golpe, porém para a análise do equilíbrio foram selecionados os cinco últimos quadros correspondentes à figura 2. Trajetoria de CM com posicao articular 250 200 Z (cm) 150 100 Figura 2: Sequência de quadros do golpe osotogari 50 0 100 A posição do CM e do ponto de apoio no primeiro metatarso do pé direito do uke de cada quadro foi determinada através das coordenadas cartesianas planas. Através destes dados a distância entre eles foi calculada. Após a coleta, organização e descrição dos dados foram realizadas as análises dos gráficos gerados no software Excel 2007. Embora o laboratório de biomecânica da Unesp – Guaratinguetá tenha sido preparado com tatames, sabe-se que as condições são próximas das reais de uma academia, mas não idênticas. 5 200 0 250 200 150 100 50 0 Y (cm) X (cm) Figura 3: Imagem de reconstrução 3D gerada no MATLAB Através do cálculo da distância do CM ao ponto de apoio, verificou-se um aumento progressivo ao longo da execução do golpe para cada atleta. Os valores médios e respectivos desvios-padrão da distância nas 5 etapas do golpe podem ser observados no gráfico 2. Brazilian Journal of Biomechanics, Year 2010, vol 11, n.20 Análise do equilíbrio no judô através do golpe osotogari identificação dos pontos antropométricos, pois as oscilações destes valores são pequenas. Com o erro de reconstrução de 1,3 cm as oscilações registradas em análise de equilíbrio postural na faixa de 1,0 a 1,5 cm, comumente encontrados na literatura, torna-se inviável a sua análise. Gráfico 2: Variação da distância do CM ao ponto de apoio DISCUSSÃO Os dados da plataforma de força – FRS – ao longo dos 5 momentos do golpe para cada atleta apresentaram valores que decresceram na direção da queda. Este comportamento é esperado, pois o atleta ao deslocar seu peso para a direita, a partir da posição de partida, aumenta a FRS até o apoio unipodal, onde o estado de desequilíbrio é mais marcante. A partir deste instante inicia o decréscimo até a queda quando o registro da FRS é zero. A distância entre o CM e o ponto de apoio apresentou um comportamento inverso ao comportamento da FRS, ou seja, apresentou um aumento progressivo dos valores ao longo do desenvolvimento do golpe. Isto comprova o que foi comentado por Smith et al. (1997) apud Bankoff et al. (2007) que o desequilíbrio pode ser explicado pela altura do CM e uma base de suporte relativamente pequena. Pode-se concluir que quanto maior a distância entre o CM e o ponto de apoio, maior será o desequilíbrio do corpo. Na análise da correlação entre os dados da plataforma de forças e a distância houve uma alta correlação (R) em 10 dos 11 atletas (tabela 2), ou seja, ǀRǀ>0,7 com um nível de significância p<0,01. Apenas o atleta 2 apresentou ǀRǀ<0,7, o que indica uma baixa correlação, sendo o único com comportamento diferente da distância do CM ao ponto de apoio. Enquanto os demais atletas apresentaram um aumento gradativo desta medida, este atleta teve uma oscilação nos valores registrados, o que dá indícios de uma provável resistência à aplicação do golpe. Neste experimento a análise da distância do CM ao ponto de apoio apresentou uma variação notável deste valor, aproximadamente 10 cm, isto se deve ao fato dos movimentos serem amplos, o que torna a cinemetria um instrumento adequado para a observação desta variável. Já em pequenos movimentos a cinemetria com apenas duas câmeras fica limitada o seu uso para a análise da postura, não somente a imprecisão da Brazilian Journal of Biomechanics, Year 2010, vol 11, n.21 Tabela 2: Índice de correlação FRS e distância Atletas R 1 -0,96848 2 -0,16407 3 -0,90247 4 -0,97344 5 -0,90813 6 -0,98307 7 -0,93267 8 -0,80837 9 -0,91732 10 -0,96537 11 -0,98921 CONCLUSÃO Na análise dos resultados verificou-se o aumento da distância do CM ao ponto de apoio e diminuição da FRS, que mostraram uma forte correlação linear. Portanto, neste experimento com o judô as duas técnicas de instrumentação foram válidas para a verificação do equilíbrio, ou seja, apresentaram resultados coerentes entre si. Isto torna a cinemetria um método válido para o estudo de equilíbrio no judô e também em outras modalidades esportivas que envolvem grandes movimentos. A plataforma de forças apresentou uma limitação para a execução do golpe, uma vez que ela restringe a área a ser estudada e o golpe de judô normalmente é executado em área maior que as da plataforma. Ela também apresenta um custo financeiro maior, o que dificulta sua utilização em academias. No trabalho de Caron, Faure e Bernière (1997) foi utilizada a plataforma de forças para estimar a localização do CM a partir de dados do COP. Neste trabalho o cálculo do CM foi realizado a partir de um programa desenvolvido no MATLAB dispensando assim o uso de um equipamento de alto custo. Outro estudo interessante a ser analisado para o estudo do equilíbrio é a velocidade do deslocamento do CM na direção do golpe. Este parâmetro não foi contemplado neste estudo, porém pode ser importante associá-lo a variação da velocidade do COP em pesquisas futuras. 6 E. Nagata, G. Yokoyama, R. Custódio, T. Hirata REFERÊNCIAS 1. Allard P, Stokes AF e Blanchi JP. Threedimensional analysis of human movement. 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Ariberto Pereira da Cunha, 333 Pedregulho - CEP 12560-410 Guaratinguetá, S.P. - Brasil Telefone: (12) 31232849 Brazilian Journal of Biomechanics, Year 2010, vol 11, n.20 Análise do equilíbrio no judô através do golpe osotogari Eduardo Yoshinori Nagata E-mail: [email protected] http://lattes.cnpq.br/9547433923120934 Grasiela Hideko Yokoyama E-mail: [email protected] http://lattes.cnpq.br/9767000205341541 Renata Custódio E-mail: [email protected] Tamotsu Hirata E-mail: [email protected] http://lattes.cnpq.br/0412964778155090 Agradecimentos Agradecemos aos atletas que participaram desta pesquisa, ao técnico Walter Luiz Medeiros Tupinambá (Unesp – Guaratinguetá), bem como ao Prof. Dr. João Alberto de Oliveira (Unesp – Guaratinguetá), Prof. Dr. Luiz Fernando Costa Nascimento (Unesp – Guaratinguetá), Prof. Dr. Ronaldo Eugénio Calçada Dias Gabriel (Universidade Trás-os-Montes e Alto Douro) e a Profa. MSc. Rosana Giovanni Pires Clemente (UNITAU) e ao órgão de fomento Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES. Brazilian Journal of Biomechanics, Year 2010, vol 11, n.21 8