Universidade do Vale do Paraíba
Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento
CORRELAÇÃO ENTRE PICO DE TORQUE E PARÂMETROS
ELETROMIGRÁFICOS NA FADIGA MUSCULAR EM
DINAMOMETRIA ISOCINÉTICA.”
Ana Amélia Intrieri Arantes
Dissertação
de
Mestrado
apresentada ao Programa de PósGraduação
em
Engenharia
Biomédica, como complementação
dos créditos necessários para
obtenção do título de Mestre em
Engenharia Biomédica.
São José dos Campos, SP
2003
Universidade do Vale do Paraíba
Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento
CORRELAÇÃO ENTRE PICO DE TORQUE E PARÂMETROS
ELETROMIGRÁFICOS NA FADIGA MUSCULAR EM
DINAMOMETRIA ISOCINÉTICA.”
Ana Amélia Intrieri Arantes
Dissertação
de
Mestrado
apresentada ao Programa de PósGraduação
em
Engenharia
Biomédica, como complementação
dos créditos necessários para
obtenção do título de Mestre em
Engenharia Biomédica.
Orientador: Prof. Dr. Eder Rezende Moraes
Co-orientador: Prof. Dr. Rodrigo A. B. L. Martins
São José dos Campos, SP
2003
A683a
Arantes, Ana Amélia Intrieri.
Correlação entre Pico de Torque e Parâmetros Eletromigráficos
na Fadiga Muscular em Dinamometria Isocinética / Ana Amélia
Intrieri Arantes. São José dos Campos: UniVap, 2003.
p. 43: il.; 31cm.
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de
Engenharia Biomédica do Instituto de Pesquisa e
Desenvolvimento da Universidade do Vale do Paraíba,
2003.
1. Eletromiografia,
2.Dinamometro Isocinético 3. Fadiga
muscular I. Moraes, Eder Rezende, Orient. II. Martins, Rodrigo A
B.L, Co-orient. III. Título
CDU:612.744
Autorizo , exclusivamente para fins acadêmicos e
científicos, a reprodução total ou parcial desta dissertação, por processo
fotocopiador ou transmissão eletrônica.
Assinatura:
Data: 18 de dezembro de 2003
Dedico este trabalho a meu
esposo e meu filho que foram
incentivadores de meu estudo. E
a meus pais que sempre me
deram força em meus caminhos.
Agradeço ao Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento da Univap o apoio durante a
elaboração deste trabalho;
À Secretaria do IP&D e Biblioteca Setorial;
À Faculdade de Ciências da Saúde pela disponibilização do Laboratório de
Biodinâmica;
Ao Prof. Dr. Eder Rezende Moraes, orientador do trabalho.
“Bom mesmo é ir à luta com determinação,
abraçar a vida e viver com paixão,
perder com classe e vencer com ousadia,
pois o triunfo pertence a quem se atreve...
E a vida é muita para ser insignificante”.
(Charles Chaplin)
SUMÁRIO
1. Introdução ............................................................................................. 1
1.1. A Fibra Muscular Esquelética .................................................. 3
1.2. Processo Contrátil ..................................................................... 4
1.3. Unidade Motora ........................................................................ 8
1.4. Fadiga Muscular ........................................................................ 9
1.5. Ação Muscular Isocinética ........................................................ 13
1.6. O Dinamômetro Isocinético ...................................................... 13
1.7. O Eletromiógrafo ...................................................................... 14
2. Objetivos ............................................................................................... 17
3. Material e Métodos .............................................................................. 18
3.1. Grupo de Estudo ...................................................................... 18
3.2. Materiais e Equipamentos ........................................................ 18
3.3 Teste .......................................................................................... 19
3.4. Protocolo .................................................................................. 20
3.5. Processamento dos Sinais ......................................................... 20
4. Resultados ............................................................................................. 25
5. Discussão .............................................................................................. 30
6. Conclusões ............................................................................................ 34
7. Referências Bibliográficas .................................................................... 35
8. Anexos .................................................................................................. 40
Lista de Figuras, Gráficos e Tabelas.
Figura 1.1 - Esquema das estruturas contrateis da fibra muscular....................
4
Figura 1.2 -
...........................................
7
Figura 3.3.1 - Esquema do posicionamento durante teste ...................................
19
Figura 3.3.2 - Esquema de colocação dos eletrodos ............................................
20
Figura 3.5.1 - Registros EMG e Dinamômetro isocinético sincronizados ..........
21
Figura 3.5.2 - Seleção do torque positivo ............................................................
22
Figura 3.5.3 - Espectro do sinal EMG ................................................................
22
Equação 1 – Índice de fadiga torque pelas metades .............................................
23
Equação 2 - Índice de fadiga torque pelos terços .................................................
23
Equação 3 - Índice de fadiga freqüência pelas metades .......................................
23
Equação 4 - Índice de fadiga freqüência pelos terços ...........................................
23
Tabela 3.5.1- Tabela da avaliação do grau de correlação entre duas variáveis ...
24
Gráfico 4.1 - Gráfico da correlação pico de torque freqüência média ..............
25
Gráfico 4.2 - Gráfico da correlação pico de torque freqüência mediana ..........
25
Gráfico 4.3 - Gráfico da correlação pico de torque e valor RMS ...................
26
Gráfico 4.4 - Gráfico da correlação freqüência média e mediana ...................
26
Gráfico 4.5 - Gráfico da correlação índices de fadiga .....................................
27
Gráfico 4.6 – Gráfico dos índices de fadiga da freqüência média .......................
28
Gráfico 4.7 - Gráfico dos índices de fadiga para freqüência mediana. ................
28
Formação de ATP na via aeróbica
Lista de Abreviaturas e Símbolos
USJT
-
Universidade São Judas Tadeu
ATP
-
Adenosina Trifosfato
UM
-
Unidade Motora
ADP
-
Adenosina Difosfato
Pi
-
Fosfato inorgânico
ATPase
-
Enzima que degrada ATP
Ach
-
Acetil colina
CP
-
Fosfocreatina
CPK
-
Creatina fosfoquinase
EMG
-
Eletromiografia
iEMG
-
Eletromiografia integrada
FM
-
Freqüência média
Fmed
-
Freqüência mediana
RMS
-
Raiz quadrada da média quadrática (root mean square)
Fig.
-
Figura
Ca+
-
íon Cálcio
Na+
-
íon Sódio
K+
-
íon Potássio
H+
-
íon Hidrogênio
Resumo
Poucos estudos avaliam o grau de correlação das variáveis eletromiográficas (EMG)
durante contrações dinâmicas isocinéticas com respeito à queda do pico de torque na
condição de fadiga. Por esse motivo nesse estudo investigou-se se as variáveis de
freqüência media (Hz), freqüência mediana (Hz) e valor RMS (µV), do sinal EMG
estão correlacionados com as alterações do torque na fadiga muscular.
Onze voluntárias saudáveis realizaram 30 flexões e extensões isocinéticas a 90º s-¹. O
sinal EMG foi coletado através de eletrodos de superfície posicionados sobre o ventre
muscular do músculo reto femural. Os dados do sinal EMG foram coletados
simultaneamente à curva de torque para cada contração. As freqüências média e
mediana mostraram forte correlação com o pico de torque, ao contrário do valor RMS.
Nos testes realizados com os índices de fadiga propostos por duas marcas de
dinamômetros isocinéticos observou-se correlação muito forte entre eles. Porém, ao
avaliarmos estes índices para as freqüências da eletromiografia não houve correlação
significante estatisticamente. A correlacionar entre o coeficiente de inclinação do torque
com o coeficiente de inclinação da freqüência mediana foi fraca, já entre o coeficiente
de inclinação do torque e os índices de fadiga a correlação foi forte.
Concluímos, então, que tanto a freqüência média como a freqüência mediana são
parâmetros válidos para avaliarmos a fadiga muscular em exercícios dinâmicos
isocinéticos. Com relação aos índices de fadiga podemos sugerir que tanto o calculado
pelo terço como o calculado pela metade é valido para avaliar a queda do torque.
Portanto, para obter informação da evolução da fagida através da EMG pode-se utilizar
a inclinação da curva da frequência média ou mediana com relação às
extensões/flexões.
Palavras-chave: Eletromiografia, Dinamômetro isocinético, fadiga muscular.
Abstract
A shortage of studies that have associated electromyography (EMG) surface variables
during repetitive dynamic contractions with peak torque decrease in muscle fatigue. The
aim of this study was to investigate if the surface EMG variables mean frequency (Hz),
median frequency (Hz) and the signal amplitude, RMS (µV) are correlated with changes
EMG of peak torque in the muscle fatigue.
Eleven healthy, female volunteers performed 30 isoknetic knee flexion/extension at 90°
s-1. Surface electrodes collected EMG signals, which was placed on middle of vastus
femoris. EMG signals were simultaneous collected to the torque curve for each
contraction. Mean and median frequency showed strong correlation coefficients with
peak torque in opposite of RMS. For the fatigue index we observed that the proportion
of initial and final half as much as the proportion of initial and final third part of peak
torque presented high correlation between they, but if we look this index for
electromyography frequencies we didn’t see correlation significant statistics. For the
slope of peak torque and median frequency slope, we did not observed significant
correlation and correlation between the slope of peak torque with fatigue index was
strong.
Therefore, we conclude that mean frequency as much as median frequency showed
good criterion to measure muscle fatigue during repetitive dynamic isokinetic
contractions.
For fatigue index we suggest that both the proportion of initial and final half and the
proportion of initial and final third part both are good to evaluate torque decrease. But
when you looking for the form of fatigue evolution is better use slope. Therefore, to
obtain the fatigue evolution from EMG could used to use the slope of curve of mean or
median frequency by the flexion/extensions.
Key words: Electromyography, isokinetic dinamometry, muscle fatigue.
1
1. Introdução
Os músculos estriados constituem cerca de quarenta por cento da massa
corpórea, sendo estes estruturas individualizadas que cruzam uma ou mais articulações,
e cuja principal função é transformar energia química em energia mecânica
(LAURINO; ALLOZA, 1994). Esta energia mecânica vai desencadear o movimento das
estruturas ósseas através do mecanismo da contração muscular.
O início da contração muscular é dado pelo processo de ativação muscular que
ocorre quando são gerados potenciais de ação na fibra muscular produzindo correntes
elétricas para o interior da fibra onde vai ocorrer a liberação de íons de cálcio pelo
retículo sarcoplasmático. Estes íons cálcio, por sua vez, desencadeiam os eventos
químicos do processo contrátil. Este processo global para o controle da contração
muscular é chamado acoplamento excitação-contração (GUYTON, 2000).
As células musculares necessitam de energia para desempenharem sua função.
Quando o músculo se contrai a energia derivada da decomposição de ATP é convertida
em energia mecânica, aumentando deste modo à necessidade de energia. Sendo assim, a
fonte final de energia para os processos metabólicos é o ATP (BRUNNSTROM, 1997).
Como as células musculares não são capazes de armazenar um grande
suprimento de oxigênio, que é a molécula chave na produção de ATP, elas dependem de
um suprimento constante de oxigênio pelos sistemas respiratório e cardiovascular.
Com isso, podemos dizer então que a contração muscular é o resultado de um
longo encadeamento de processos interdependentes e a fadiga muscular pode ser
teoricamente atribuída à diminuição da função em um dos elos (JONES; ROUND,
1990).
Uma das várias definições para fadiga muscular é a incapacidade de manter a
força requerida ou esperada da contração muscular (HAGBERG, 1981; VOLLESTAD,
1997; HAWLEY; REILLY, 1997). O fator fisiológico significante para o
desenvolvimento da fadiga pode ser de caráter mecânico, metabólico ou
eletrofisiológico.
A fadiga pode ser um mecanismo periférico ou central, podendo classificá-la de
origem periférica (VIITASALO, 1997) quando ocorre em virtude de algum
comprometimento do acoplamento da excitação-contração, da insuficiência de geração
2
de potenciais de ação ou quando ocorre uma transmissão prejudicada de impulsos
nervosos através da junção neuromuscular. Bigland-Ritchie; et.al., (1986); Merton;
et.al., (1981), utilizando estímulo elétrico externo nos músculos mostraram que a fadiga
muscular resultante de cargas submáximas prolongadas é principalmente de origem
periférica.
O desenvolvimento rápido ou lento da fadiga depende da carga, e o ponto de
exaustão depende da intensidade do trabalho. Lieber (1992), quantificou essa relação
para alguns músculos humanos.
A percepção da fadiga é um mecanismo necessário à proteção contra sobrecarga
muscular (SJOFAARD, 1990).
Duas das maneiras não invasivas de se estimar a fadiga muscular são a
dinamometria isocinética e a eletromiografia de superfície, que mensuram através de
diferentes fontes a fadiga. Sendo a dinamometria através do torque muscular e a
eletromiografia pela alteração na freqüência de ativação da UM, unidade motora,
demonstrada através da atividade elétrica do músculo.
Os dinamômetros isocinéticos consistem em um dispositivo efetivo para a
análise da resistência muscular, pois permitem uma quantificação objetiva dos dados
obtidos. Através da realização dos testes, pode-se determinar a redução do trabalho
muscular, calculando-se o índice de resistência (capacidade da manutenção de um
trabalho muscular ao longo do tempo) ou o índice de fadiga, que corresponde à queda
do índice de resistência. (SANTOS, 2001).
Os eletromiógrafos por sua vez são capazes de captar a atividade elétrica da
contração muscular. O sinal por eles apresentado reflete a soma dos potenciais de ação
da UM que se apresentam próximas ao eletrodo quando a contração muscular é gerada.
Segundo Araújo; et.al. (1996), quando o nível de força muscular aumenta, mais
unidades motoras passam a ser recrutadas e também a taxa de disparos aumenta, o que
pode gerar uma somação dos potenciais de ação gerando um sinal de amplitude maior.
Grande número de estudos da fadiga trabalha sob condições isométricas
(ELFVING; et. al. 1999; YAAR; NILES, 1992). Entretanto, a maior parte dos
movimentos realizados diariamente envolve contrações musculares dinâmicas.
Por este motivo neste trabalho iremos avaliar a fadiga em contrações dinâmicas
concêntricas por meio de duas metodologias distintas para observarmos se há alguma
3
correlação entre elas, já que a dinamometria isocinética e a eletromiografia de superfície
são duas metodologias bastante empregadas na avaliação de fadiga muscular tanto em
conjunto como isoladas.
1.1 A Fibra Muscular Esquelética.
O diâmetro das fibras músculo esqueléticas varia entre 10 a 80 micrômetros. Na
maior parte desses músculos as fibras se estendem por todo o comprimento do músculo
e, exceto 2% delas, cada uma é inervada por uma fibra nervosa única cuja terminação
fica situada perto da parte média da fibra muscular (GUYTON, 2000).
Na extremidade de cada fibra muscular, a camada superficial do sarcolema se
funde a uma fibra tendinosa e juntas, formam os tendões musculares que se prendem
aos ossos (GUYTON, 2000). Os tendões são os responsáveis pela transmissão da tensão
gerada pelo músculo ao osso, para produzir o movimento.(DOUGLAS, 2002).
Essas fibras são organizadas em feixes. Cada feixe de fibras muscular é o
fascículo. Os miofilamentos compreendem as miofibrilas que consiste em milhares de
fibrilas (WEISS, 1992).
Cada fibra muscular possui subunidades denominadas miofibrilas, que lhe dão o
aspecto estriado e ocupam maior parte do volume celular. As miofibrilas são formações
cilíndricas de comprimento igual ao da fibra muscular, dispostas paralelamente. As
estrias apresentam um padrão no qual regiões mais densas e escuras, as bandas A
(anisotrópicas), que contêm os filamentos grossos, se alternam com regiões menos
densas e, portanto mais claras, as bandas I (isotrópicas), contendo filamentos finos
(DOUGLAS, 2002).
Cada banda I contém centralmente uma fina região escura, a linha Z. O segmento
compreendido entre duas linhas Z sucessivas representa a unidade funcional
fundamental da fibra muscular, o sarcômero, que em série formam as miofibrilas
(DOUGLAS, 2002).
O filamento grosso é constituído por um tipo de proteínas, a miosina; cada
filamento grosso contém cerca de 300 moléculas de miosina. Ela compreende cerca de
58% do total de proteínas existentes no músculo. Possui uma morfologia alongada, com
cerca de 15 nm de comprimento (DOUGLAS, 2002; HOWARD, 1984).
4
O filamento fino é constituído por três proteínas principais: a actina (que
juntamente com a miosina promove diretamente a contração muscular), a tropomiosina
e a tropomina, que atuam como moléculas controladoras, ou reguladoras,
desencadeando ou inibindo o processo da contração muscular (DOUGLAS, 2002). No
repouso a troponina e tropomiosina bloqueiam os sítios ativos sobre o filamento de
actina e assim inibem a interação de actina e miosina (GOULD, 1993) (Figura 1.1).
Figura 1.1: Esquema das estruturas contrateis da fibra muscular estriada esquelética.
1.2 Processo Contrátil
Segundo Gould (1993), conceitualmente o processo contrátil ocorre em cinco
fases ou passos:
- Inicialmente, a miosina se liga ao ATP (fase I),
- Visto que a afinidade é tão alta, provavelmente todas as ligações cruzadas são
delimitadas com ATP ou produtos hidrolíticos finais – ADP + Pi. Próximo, a ATPase,
que está localizada em uma subunidade específica da meromiosina pesada, hidrolisa o
ATP (fase II),
- Os produtos finais, entretanto, não se dissociam da cabeça de miosina. Então é
formado um complexo ativo pela interação de actina e miosina. Esse complexo ativo é
5
assim denominado em virtude da energia no ATP dividido não ter sido utilizada e
também nenhum encurtamento ter ocorrido (fase III),
- A liberação da energia nesse complexo instável causa uma troca na relação da
ligação cruzada com o resto da molécula de miosina. Essa troca resulta em um novo
complexo – um complexo rígido de baixa energia (fase IV),
- Essa troca altera a relação da parte inicial de miosina para que atraia o
filamento de actina em direção ao centro do sarcômero. Esse último processo ordena a
liberação de ADP e Pi da parte inicial da miosina (fase V).
Todavia, a interação de actina-miosina é altamente estável e é ainda um
complexo rígido.
O processo de contração muscular, só pode ocorrer quando as ligações para as
cabeças de miosina estão liberadas por uma determinada concentração de cálcio, e
quando existe ATP como fonte de energia.
-
Acoplamento Excitação – Contração.
Os filamentos de actina que são inserido nas linhas Z deslizam através dos
filamentos
de
miosina
e
encurtam
o
sarcômero.
Com
vários
sarcômeros
simultaneamente encurtados e produzindo tensão, o músculo por sua vez é encurtado e a
área de secção transversal aumenta, ainda que o volume muscular permaneça constante
(GOULD, 1993).
Para um músculo desenvolver tensão, um impulso nervoso é iniciado e
transmitido através da sinapse da unidade motora via vesículas de acetil colina (Ach)
migrando transversalmente à sinapse para iniciar uma ação potencial sarcolêmica. O
processo é desativado pela quantidade de colinesterase na extremidade da placa. O
potencial de ação cursa ao longo da fibra da membrana e abaixo do sistema túbulo T
dentro da fibra. Esse potencial de ação faz com que a cisterna terminal do retículo
sarcoplasmático se torne permeável para armazenar íons de cálcio, que então podem se
infiltrar nos sarcômeros. Os cátions de cálcio se combinam, particularmente com alta
afinidade, com uma subunidade de troponina. Essa união induz ao complexo troponinatropomiosina a movimentar-se para fora e abrir o sítio ativo de actina, permitindo
interação de actina e miosina e ao processo contrátil sua continuidade.
6
Conseqüentemente, os íons cálcio apresentam a capacidade de ligar a excitação da
membrana com a contração muscular (GOULD, 1993).
-
Origem da energia para contração muscular.
Segundo Douglas (2002), a contração muscular se dá pelo consumo de energia
proveniente da hidrólise do ATP. Graças a isto é que há o desenvolvimento de trabalho,
apesar de cerca de 80% da energia gasta ser transformada em calor. A deficiência
energética deve ser saldada, mesmo durante o processo contrátil, já que é necessário um
novo suprimento de ATP para a desconexão da actina com a miosina. Este ATP é
fornecido, de modo mais imediato, pela disponibilidade de fosfocreatina, de modo que
após a liberação para a contração proveniente da quebra do ATP (ATP → ADP + Pi), o
ADP é refosforilado a ATP através do fornecimento de fosfato pela fosfocreatina (ADP
+ fosfocreatina → ATP + creatina). Normalmente há cerca de 25 vezes mais
fosfocreatina do que ATP, havendo um reservatório adequado.
A fosfocreatina é formada através do armazenamento de energia do ATP em sua
molécula (creatina + ATP → ADP + fosfocreatina). O ATP é fornecido através de duas
vias metabólicas:
a)
Via anaeróbica
a.1- Sistema ATP – CP ou anaeróbico alático
É o primeiro sistema a agir, o organismo lança mão de suas reservas que
poderiam ser chamadas de emergência, usando a energia proveniente do sistema ATP –
CP ou adenosina trifosfato – fosfato de creatina. Como este mecanismo é independente
da presença de oxigênio e não há formação de ácido láctico, esta via é denominada
anaeróbica alática.
A concentração de ATP celular é, em média, de 2,43mmoles/100g de tecido
seco, sendo esta reserva totalmente consumida em dois segundos, correspondendo à
energia responsável talvez para um velocista apenas sair de sua marca. Passa então o
organismo a utilizar a reserva de creatina – fosfato (CP), calculada em termos de 6,78
mmoles/100g de tecido seco, que é consumida até a altura de 0,10 s de exercício.
7
Neste mecanismo, a primeira enzima que se ativa é a creatina fosfoquinase
(CPK) que quebra a molécula de CP e, assim a energia liberada é usada na re-síntese de
ATP.
As principais características deste sistema são alta potência, liberando grande
energia em um espaço pequeno de tempo; e baixa capacidade.
a 2 – Metabolismo glicolítico ou anaeróbico lático
Quando há necessidade de disponibilidade energética, o glicogênio volta à forma
de glicose e por uma série de reações, onde a enzima chave é a fosfofrutoquinase, chega
até ácido piruvico. A esse nível duas situações poderiam ocorrer, se houver altas ou
baixas taxas de oxigênio a nível celular.
Em condições onde a taxa de oxigênio é baixa o ácido pirúvico será
metabolizado formando duas unidade de ATP e ácido láctico, sendo esta via a
anaeróbica láctica.
Este sistema opera predominantemente até 30-40s do exercício intenso, sendo
sua contribuição fundamental para eventos como corridas de 400m ou provas de 100m
nos diferentes tipos de estilos de natação.
Comparado ao sistema ATP-CP, o processo glicolítico, é de menor potência e de
maior capacidade.
b)
Via aeróbica
Já na presença de oxigênio, o ácido pirúvico formado pela glicose, vai até acetilcoenzima A, que através das etapas do ciclo de Krebs, ou do ácido cítrico, dará origem a
38 moléculas de ATP, água e gás carbônico. Por utilizar oxigênio, esta via é
denominada de aeróbica (Figura 1.2).
O2
Glicogênio ↔ Ac. Pirúvico → Ciclo de Krebs
38ATP ←
↓
6H2O
Figura 1.2: Formação de ATP na via aeróbica.
→6CO2
8
1.3 Unidade Motora
Para que haja a contração de uma fibra esquelética é necessário que ela seja
estimulada pelo motoneurônio, através da junção neuro-muscular. Quando o axônio de
um motoneurônio chega ao músculo ele se divide em vários terminais, cada qual ligado
a uma fibra muscular, formando uma região especializada denominada placa motora.
Cada fibra muscular pode ter uma ou várias placas motoras. Ao conjunto do corpo
celular do motoneurônio, seu axônio e as fibras musculares inervadas por ele, dá-se o
nome de unidade motora. As unidades motoras são a unidade básica da atividade
motora (DOUGLAS, 2002).
O número de fibras musculares que compõe uma unidade motora depende da
especificidade do músculo. De modo geral pequenas unidades motoras são mais
especializadas em movimentos finos, enquanto que grandes unidades motoras produzem
contrações de grande força e deslocamento (DOUGLAS, 2002).
-
Geração e propagação do potencial de ação.
A distribuição desigual dos íons através da membrana celular das células
nervosas e musculares forma a base para a geração e propagação dos potenciais de ação
(KITCHEN; BAZIN, 1996).
Quando um motoneurônio é estimulado, o impulso nervoso, ao chegar ao
terminal axonal, produz a liberação de acetilcolina das vesículas sinápticas. A
acetilcolina se difunde através da fenda sináptica, em direção à placa motora, onde se
une aos receptores. Como resultado desta interação, a permeabilidade iônica desta zona
é aumentada, resultando na diminuição da eletronegatividade da placa, em relação ao
meio exterior, o que é chamado potencial de ação (DOUGLAS, 2002).
Um potencial de ação é uma inversão temporária do potencial de membrana,
uma despolarização, que se prolonga por cerca de 1ms nas células nervosas, e por até
2ms nas fibras musculares. Para que ocorra o potencial de ação é necessário que o
estímulo aplicado seja capaz de atingir o limiar das fibras (KITCHEN; BAZIN, 1996).
Se o estímulo estiver abaixo do limiar exigido para que seja gerado um potencial
de ação ele reduzirá, mas não inverterá o potencial de membrana. Quando se tem um
9
estímulo grande o suficiente capaz de atingir o limiar de despolarização, neste nível o
estímulo irá conduzir à geração automática de um potencial de ação. O limiar varia de
acordo com uma série de fatores dentre eles, com o número de potenciais que a fibra
nervosa conduziu recentemente (KITCHEN; BAZIN, 1996).
Em seguida a um potencial de ação ocorrem duas alterações que tornam
impossível que a fibra nervosa transmita um segundo potencial de ação imediatamente.
A primeira delas é a inativação ou também chamado período refratário absoluto que
ocorre durante a fase de queda do potencial de ação, nessa fase nenhuma quantidade de
despolarização aplicada externamente pode iniciar uma segunda resposta regenerativa.
Depois do período refratário absoluto, ocorre um período refratário relativo, durante o
qual a inativação residual da condutância do sódio e a condutância relativamente
elevada do potássio se combinam, produzindo uma elevação do limiar para iniciação do
potencial de ação (KITCHEN; BAZIN, 1996).
1.4 Fadiga Muscular
Segundo Gould (1993), a fadiga muscular se caracteriza por uma incapacidade
de manter uma força de rendimento exigida para realização de uma tarefa determinada.
Basmajian; De Luca (1985), definem a fadiga como medida de deteriorização do
desempenho do indivíduo ou período em que o indivíduo não apresenta mais condições
de permanecer realizando uma tarefa por um tempo mais longo. Também deve ser vista
como um mecanismo de proteção que impede que o músculo seja lesado. Qualquer um
dentre vários mecanismos fisiológicos pode ser responsável por um estado de fadiga
neuromuscular em um tempo particular (EDWARDS, 1988).
A maior parte da fadiga resulta, provavelmente, da incapacidade dos processos
contráteis e metabólicos das fibras musculares de continuar a produzir a mesma
quantidade de trabalho (GUYTON, 2000).
A fadiga pode ser atribuída à diminuição da função em algum elo da cadeia
responsável pelo processo de contração muscular (JONES; ROUND, 1990). Sendo
assim o desenvolvimento da fadiga pode ser de caráter mecânico, metabólico ou
eletrofisiológico.
10
Baseado na distinção que caracteriza a fadiga muscular como um mecanismo
periférico ou então central, pode-se classificá-la de origem periférica quando ela ocorre
em virtude de algum comprometimento do acoplamento da excitação-contração, da
insuficiência de geração de potenciais de ação musculares ou quando ocorre uma
transmissão prejudicada de impulsos nervosos através da junção neuromuscular.
Similarmente, a fadiga pode ser de origem central, na qual a insuficiência de
estimulação neural resulta em uma redução no número de unidades motoras
funcionantes ou em uma diminuição na freqüência de ativação de cada unidade motora
funcionante (KAY; et. al. 2000).
A atividade muscular prolongada também pode ocasionar a fadiga, em virtude de
conseqüências metabólicas, incluindo a depleção do suprimento de ATP para funções de
membrana e acumulação dos produtos de reações bioquímicas (HOLT; KELSEN,
1993). Estudos em atletas têm mostrado que a fadiga muscular aumenta quase em
proporção direta com a velocidade da depressão de glicogênio (GUYTON, 2000).
Numa contração muscular, as forças de pequena magnitude podem ser mantidas
por períodos de tempos mais prolongados que esforços de alta intensidade (LIEBER,
1992). Portanto, a fadiga pode ser provocada por uma carga relativamente alta e em
curto período e também por baixos níveis de carga durante períodos prolongados.
A percepção da fadiga é um mecanismo muito útil para a proteção dos músculos
contra a sobrecarga, e o aumento na concentração de potássio no espaço intersticial,
induzido pelo trabalho, possivelmente contribui para a medição da percepção da fadiga
no sistema nervoso central (SJOGAARD, 1990).
-
Possíveis Mecanismos Fisiológicos Envolvidos no Desenvolvimento
da Fadiga.
Controle Motor: Baseado no princípio de recrutamento das fibras musculares, as
atividades realizadas constantemente produzem um recrutamento estereotipado que leva
à fadiga e possível sobrecarga destas fibras continuamente ativadas (SEJERSTED;
VOLESTAD, 1993).
Forças Mecânicas: Os diferentes tipos de forças mecânicas geradas nos músculos
durante as contrações incluem as forças tênseis, de cisalhamento e friccionais. Estas
11
podem levar à ruptura miofibrilar e ocasionar a liberação de certas substâncias químicas
que induzem resposta inflamatória, podendo levar a um dano tecidual (STAUBER; et.
al., 1990).
Pressão Intramuscular: A atividade muscular leva ao aumento do conteúdo
hídrico muscular. Nas grandes intensidades dinâmicas de trabalho, o volume muscular
pode aumentar de 10 a 20 % no decorrer de alguns minutos (SJOGGARD, 1990).
Quando a pressão intramuscular se eleva durante uma contração muscular, o
suprimento sangüíneo local é afetado, até em pequenas contrações voluntárias. A função
muscular está na dependência de um suprimento sangüíneo adequado através do qual é
liberado um substrato para os músculos e os metabólitos removidos dos mesmos.
O suprimento sangüíneo insuficiente e as alterações no equilíbrio químico
muscular são causas significantes da incapacidade do músculo em suportar aumentos
prolongados da pressão intramuscular (HARGENS; et. al., 1981).
Fatores Metabólicos: Quando os músculos se contraem e desenvolvem força,
convertem quimicamente a energia de ligação em energia mecânica. Entretanto, o
armazenamento
de
energia
quimicamente
ligada
nos
músculos
é
limitado
(SEJERSTED; VOLLESTAD, 1993). Isto se aplica, por exemplo, ao armazenamento de
carboidratos em forma de glicogênio. Por esta razão, é importante que o músculo,
durante a atividade possa ser continuamente provido de suprimentos adequados de
novos substratos, incluindo o oxigênio.
As contrações musculares voluntárias não parecem capazes de reduzir a
concentração de ATP acima de 20 a 30 % e, portanto, é compreensível que o
desenvolvimento da fadiga seja um mecanismo protetor que assegure o esgotamento de
ATP (SJOGAARD, 1990).
Estudos anteriores, SEJERSTED; VOLLESTAD, 1993, SJOGAARD, 1990,
têm mostrado a estreita relação entre fadiga e depressão de glicogênio nas fibras
musculares, porém há discordância no fato de ser, ou não, a diminuição de concentração
de glicogênio nos resíduos uma causa direta de fadiga.
O acúmulo de metabólitos, como o ácido láctico, ocorre durante atividade
intensa, sendo acompanhado por uma queda de pH tecidual. Deste modo, uma enzima
chave pode ser inibida no processo de glicólise que pode participar no desenvolvimento
da fadiga. Entretanto, existem evidências que o próprio aumento da concentração de
12
íons hidrogênio possa ter um efeito inibidor nos filamentos contráteis, incluindo a
redução na sensibilidade da troponina ao íon cálcio.
Além destes fatores, alterações no equilíbrio eletrolítico também afetam a função
muscular. Como o esforço muscular é seguido de perda contínua de íon potássio do
espaço intracelular das fibras musculares, este fato pode desempenhar um papel
importante no desenvolvimento da fadiga, pois o gradiente de potássio, através da
membrana celular, é critico para a ativação da fibra muscular pelo nervo motor
(SJOGAARD, 1990).
Fluxo Sangüíneo: A função tecidual depende do adequado suprimento
sangüíneo. Entretanto, nem sempre está claro o que constitui um suprimento sangüíneo
adequado para uma atividade específica. Um grande número de mecanismos
reguladores fisiológicos procura constantemente otimizar o fluxo sangüíneo, mas a
capacidade pode ser insuficiente, podendo induzir uma crise energética muscular.
Durante as próprias contrações musculares, a circulação local pode ser ocluída, mas
logo que os músculos relaxam, ocorre a reperfusão. Desta forma, o oxigênio é
novamente suprido ao músculo, mas ao mesmo tempo podem se formar concentrações
relativamente altas de radicais livres de oxigênio (SJODIN; et. al., 1990). Os radicais
livres são tóxicos e danificam as membranas celulares biológicas rompendo as
membranas fosfolipídicas (LOVLIN; et. al., 1987).
O grau de vascularização (densidade capilar) nos tecidos individuais e a
localização dos vasos periféricos relativos aos ossos, por exemplo, também são de
grande importância para o suprimento sangüíneo local durante as contrações musculares
estáticas. Nestas, o fluxo de sangue nos menores vasos sangüíneos, os capilares, é
especialmente diminuído pelo aumento da pressão intramuscular.
Quando a musculatura lisa dos vasos sangüíneos está relaxada (vasodilatação),
os granulócitos podem fluir para dentro dos capilares, onde não estão normalmente
presentes, ocasionando um processo conhecido como tamponamento granulocítico,
reduzindo a microcirculação de forma puramente mecânica (JENSEN; et. al., 1995). O
fenômeno do tamponamento granulocítico é conhecido em decorrência das doenças
cardíacas isquêmicas e situações em que os indivíduos sofreram grave perda sangüínea.
13
1.5 Ação Muscular Isocinética
Uma ação muscular isocinética é aquela que se caracteriza por uma velocidade
constante do movimento e por uma resistência variável que se acomoda à força gerada
pelos músculos em toda a amplitude de movimento (HISLOP; PERRINE, 1967). Dessa
forma, uma ativação muscular máxima é possível em todos os pontos da amplitude de
movimento, constituindo um avanço em relação as medidas de performance muscular
feitas por meio de ações musculares isotônicas e isométricas. Que por sua vez
apresentam uma resistência fixa durante toda amplitude de movimento como as
isotônicas, e no caso das isométricas, por serem estáticas, atuam num único ponto da
amplitude (THISTLE; et al. 1967).
1.6 O Dinamômetro Isocinético
De acordo com, Guaratini (1999), o dinamômetro isocinético moderno é um
equipa mento eletromecânico computadorizado que se destina a medir a performance de
uma ação muscular na maioria das grandes articulações do corpo humano.
O dispositivo isocinético é constituído basicamente por sete módulos
independentes, mas intercomunicáveis, sendo:
A – uma unidade de recepção de força, a interface entre o sujeito e o sistema;
B – uma célula de carga, que converte a força em um sinal elétrico;
C – um braço de alavanca, base para unidade de recepção de força, que se move
radialmente a partir de um eixo fixo;
D – a cabeça do dinamômetro, onde fica o motor do braço de alavanca;
E – uma estação (assento) para o posicionamento do sujeito;
F – acessórios necessários para aplicação dos testes às diferentes articulações;
G – um módulo de controle, composto por um computador associado aos seus
softwares, periféricos e conversor analógico-digital, responsável pelo controle do tipo
14
de ação muscular desejada, da velocidade angular de teste e da amplitude de
movimento, e pelo processamento dos dados em tempo real.
A velocidade angular de um isocinético varia normalmente de zero a 500º/s. Esta
velocidade angular, depois de ser pré-ajustada no módulo de controle, permanece
constante durante toda amplitude de movimento do segmento testado.
A dinamometria isocinética pode ser utilizada para testar a força, a resistência e
a fadiga muscular. O presente trabalho irá dar ênfase à força e à fadiga muscular, que de
acordo com a definição de fadiga já mencionada anteriormente estão intimamente
relacionadas.
Num dinamômetro isocinético, o registro básico das medidas consiste numa
seqüência de valores representativos da quantidade de força exercida pelo músculo ao
movimentar o segmento articular contra um sensor de força. Esse registro é mostrado
em tempo real na forma de um gráfico gerado por computador. Esse gráfico representa
o valor do torque muscular produzido em cada posição angular da articulação e, a partir
dele, vários outros parâmetros do desempenho são derivados.
Alem do torque, um conjunto de parâmetros são fornecidos pelo módulo de
controle de um dinamômetro na forma de um laudo do desempenho, incluindo os
valores de trabalho e potência da contração muscular.
1.7 O Eletromiógrafo
A contração muscular e a produção de força são provocadas pela mudança
relativa de posição de várias moléculas ou filamentos no interior do arranjo muscular. O
deslizamento dos filamentos é provocado por um fenômeno elétrico conhecido como
potencial de ação. O registro dos padrões de potenciais de ação é denominado
eletromiografia. O registro por si só denomina-se eletromiograma, (RODRIGUEZAÑEZ, 2002). A EMG registra um fenômeno elétrico que está relacionado com a
contração muscular (KUMAR; MITAL, 1996).
A técnica da EMG está baseada no fenômeno do acoplamento eletromecânico
do músculo. Sinais elétricos gerados no músculo que eventualmente conduzem ao
15
fenômeno da contração muscular. As características do potencial de uma unidade
motora normal, segundo Licth (1970), é 2 a 10 ms de duração e freqüência de 1 a 60 Hz.
A EMG é um dos métodos clássicos utilizados para registrar a atividade de um
determinado músculo. A EMG pode ser dividida em dois tipos, seguindo a classificação
de “DeLuca”:
• Eletromiografia de profundidade: os eletrodos são colocados no interior do
músculo, em contato direto com as fibras musculares. Este tipo de registro não é
representativo quando o objetivo é estudar a atividade global de um músculo, é pouco
utilizado por ser um método invasivo.
• Eletromiografia de superfície: os eletrodos são colocados sob a pele, captando a
soma da atividade elétrica de todas as fibras musculares ativas. Caracteriza-se por ser
um método não invasivo e de fácil execução, este método é largamente utilizado em
áreas como o estudo cinesiológico e neurofisiológico dos músculos superficiais.
- Os Eletrodos podem ser configurados de duas formas:
• Monopolar: onde um eletrodo é colocado sobre o feixe muscular de interesse e
o outro eletrodo (chamado de referência) é colocado num ponto não afetado pela
atividade do feixe muscular de interesse, mede-se então a diferença de potencial entre
estes dois pontos.
• Bipolar: consiste em colocar dois eletrodos sobre a região que se deseja estudar
e o terceiro eletrodo chamando terra é colocado num local não afetado pela atividade da
região de interesse. Mede-se agora a diferença de potencial elétrico entre os dois
eletrodos que estão sobre a região de interesse, tomando-se como referência o eletrodo
terra. Dessa forma é possível a utilização de amplificadores diferenciais de alto ganho e
alta taxa de rejeição em modo comum, o que em última análise melhoram
significativamente a relação sinal-ruído, uma vez que outros potenciais biológicos,
como o da atividade elétrica cardíaca, e ruídos de fontes distantes presentes em ambos
os eletrodos serão reduzidos pelo amplificador diferencial.
O sinal EMG registrado pelos equipamentos convencionais é obtido pela
diferença de potencial entre dois eletrodos. A crítica que se faz quanto à colocação dos
eletrodos no ponto motor, é que se esse está entre os eletrodos, o sinal que viaja nos dois
sentidos poderia causar uma interferência diminuindo a intensidade do sinal EMG, ou
mesmo anulando-o.
16
Os estudos clássicos sobre a função muscular são incompletos, em conjunto ou
separado, pois, não conseguem revelar a função dos músculos profundos que não são
palpáveis nem as conseqüências cronológicas da atividade. A EMG é singular, pois,
revela o que o músculo realmente faz em qualquer instante durante diversos
movimentos e posturas além de revelar a inter-relação e coordenação dos músculos; isto
é impossível por qualquer outro método (BASMAJIAN, 1976).
A EMG é uma técnica usada para examinar a resposta neural durante a fadiga. A
análise do EMG integrado (iEMG) permite a determinação da ativação da UM, embora
a analise da freqüência do espectro do sinal eletromiográfico seja geralmente um
indicador seguro da velocidade de condução do sinal (SODOYAMA, 1983).
As variáveis eletromiográficas utilizadas para análise da fadiga são freqüência
média e freqüência mediana que segundo, Christensen et al. (1995) e Potvin e Bent
(1997), diminuem durante contrações sustentadas e são indicadores do desenvolvimento
da fadiga.
17
2. OBJETIVOS
O presente trabalho tem como objetivo:
Estabelecer possíveis correlações apresentadas entre o Pico de Torque, na
dinamometria isocinética, e as variáveis de Freqüência Média (FM), Freqüência
Mediana (Fmed) e valor RMS apresentados pela eletromiografia, na condição de fadiga
muscular.
18
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Grupo de Estudo.
Foram avaliados 11 indivíduos saudáveis, do sexo feminino, com idade entre 18
e 28 anos, média de 24 anos, voluntários e de acordo com o termo de consentimento
(Anexo I). Caracterizados como ativos, mas não sendo, participante de nenhum
treinamento físico específico e orientado.
3.2 – Materiais e Equipamentos:
Para realização dos testes e aquisição dos dados foram utilizados:
- Um dinamômetro isocinético Biodex System 3 software. Este permite o
registro e o estudo de algumas variáveis do desempenho muscular, como o
trabalho e a potência, assim como a fadiga muscular.
- Um eletromiógrafo da empresa EMG System, conectado a um eletrodo
ativo de superfície, bipolar, conectado ao eletrodo de prata de 5mm de diâmetro;
utilizado para captar a atividade elétrica do músculo.
- Um software AQDADOS, versão 4, da empresa Lynx Tecnologia
Eletrônica Ltda. será utilizado como integrador.
- Matlab 6.1 - Mathworks.
3.3 – Teste:
O músculo avaliado foi o músculo reto femural do membro inferior dominante.
Previamente ao teste foi realizado um aquecimento cardiovascular e músculoesquelético, que consistiu em cinco minutos de caminhada em terreno plano e
alongamentos para os grupos musculares flexores e extensores de joelho do membro
avaliado.
O voluntário foi posicionado com a estabilização dos segmentos corpóreos e
alinhamento do eixo do dinamômetro à articulação do joelho avaliado (Figura 3.3.1).
19
Unidades de Análise
de EMG
Dinamômetro
Isocinético
Eletrodos
Figura 3.3.1: Esquema do posicionamento do voluntário durante teste.
Neste membro foram fixados os eletrodos sobre o ponto médio do músculo
reto femural, mantendo-se uma distância de 10mm de centro a centro, previamente a
área foi limpa com álcool e um gel foi aplicado na base do eletrodo, para diminuir a
impedância da interface pele/eletrodo. Para a fixação dos eletrodos seguimos o
descrito por De Luca (2002), (Figura 3.3.2) que relata ser o ponto, entre o ponto
motor e o tendão o local adequado para uma boa captação do sinal, já que sobre o
ponto motor, que corresponde a zona de inervação e possui a maior densidade neural
do músculo, há instabilidade do sinal, devido ao deslocamento dos potenciais de ação
ao longo da fibra muscular, resultando em um sinal EMG com maior componentes de
freqüência. O eletrodo de referência foi fixado junto ao processo estilóide do rádio no
membro superior esquerdo.
20
Figura 3.3.2: Esquema de colocação dos eletrodos entre ponto motor e
inserção.
Foi fornecida uma descrição verbal aos indivíduos, das etapas do teste e da
forma correta de execução do movimento. O indivíduo experimentou a resistência do
mecanismo antes do teste efetivo. Durante a realização do teste foi realizada uma
estimulação verbal contínua por parte do examinador. Além do estimulo verbal o
voluntário estava submetido a um feedback visual, ou seja, os valores eram
visualizados pelos indivíduos de forma gráfica durante a execução do teste, tanto no
dinamômetro isocinético como no eletromiógrafo.
3.4 Protocolo
O protocolo utilizado consistiu em 30 repetições máximas de flexão e extensão
do joelho a uma velocidade angular constante pré-determinada (90°/s).
Caso houvesse necessidade, por incapacidade ou desconforto excessivo das
voluntárias o teste poderia ter sido interrompido, mas todas as voluntárias foram
capazes de finalizar o teste.
3.5 Processamento dos Sinais.
Os sinais analógicos eletromiográficos, após uma filtragem passa-baixa de 500
Hz e passa-alta de 20 Hz foram digitalizados a uma taxa de amostragem de 2000
pontos por segundo, para evitar o problema de subamostragem (HOBBIE, 1997).
Os sinais do dinamômetro isocinético foram digitalizados a uma taxa de
amostragem de 100 pontos por segundo.
21
O dados foram transportados para um microcomputador e através do programa
MATLAB 6.1 -Mathworks desenvolvemos rotinas para obtermos o espectro do sinal
da eletromiografia de superfície, desta forma obtivemos as freqüências média e
mediana do sinal, assim como a raiz quadrada da média quadrática, (RMS - Root
Mean Square), do sinal de EMG. Os trechos dos registros de EMG que apresentavam
artefatos de captação foram retirados da análise e os registros com mais de 5 artefatos
foram descartados da análise.
O programa desenvolvido em ambiente Matlab:
-sincroniza os registros obtidos do dinamômetro isocinético e do
eletromiografo, através do registro de uma chave que informa o início do movimento
e a coleta do sinal pelo dinamômetro (Figura 3.5.1);
Figura 3.5.1: Registros EMG e Dinamômetro isocinético sincronizados.
22
- seleciona automaticamente os trechos de torque positivo, movimento de
extensão do joelho, assim como os picos de torque em cada extensão e determina os
intervalos associados a esses trechos no registro de eletromiografia (Figura 3.5.2);
Figura 3.5.2: Seleção do torque positivo.
- calcula o espectro de freqüência obtido pelo periodograma do registro
eletromiográfico na atividade de extensão através de janelas, deslizantes sobre o
registro, de hanning de 512 pontos, com sobreposição de 50%( MASUDA, K.;
et.al.,1999) (Figura 3.5.3).
Figura 3.5.3: Espectro do sinal EMG.
23
- determina freqüência média e mediana dos espectros obtidos.
Calculamos também o índice de fadiga pela média de acordo com, Shinzato e
Battistela (1996) e Terreri (2001) (equação 1) e pelos terços como proposto no
manual do dinamômetro isocinético, BIODEX, (equação 2), também calculou-se o
coeficiente de inclinação com relação aos ciclos, para o pico de torque e para as
freqüências. Utilizamos para avaliação estatística o teste de PEARSON, para
observarmos a correlação entre os valores e o teste de WILCOXON para observarmos
o grau de significância das diferenças entre valores.
Montamos através dos parâmetros fornecidos pelo Dinamômetro isocinético as
equações para o cálculo do índice de fadiga pela proporção entre as metades equação
(1) e pela proporção entre os terços equação (2).
(trabalho na metade inicial − trabalho na metade final )x100%
trabalho na metade inicial
(trabalho no terço inicial − trabalho no terço
final )x100%
trabalho no terço inicial
(1)
(2)
Visto que trabalhos anteriores Potvin e Bent (1997); Masuda; et al. (1999);
Linnamo; et al. (2000); Gerdle; et al. (2000), afirmam que há correlação entre o pico
de troque e as freqüências média e mediana, aplicamos o mesmo método de cálculo
da fadiga para as variáveis de freqüência equações (3 e 4).
( freqüência na metade inicial − freqüência na metade final )x100%
freqüência na metade inicial
( freqüência no treço inicial − freqüência
no treço final )x100%
freqüência no treço inicial
(3)
(4)
24
De acordo com Callegari-Jaques (2003) o coeficiente de correlação produtomomento, PEARSON, é uma medida da intensidade de associação entre duas
variáveis quantitativas. Para avaliar qualitativamente a intensidade de correlação na
população deve-se usar os critérios da tabela abaixo (Tabela 3.5.1).
|r|
A correlação é dita
0
Nula
0 –– 0,3
Fraca
0,3 |–– 0,6
Regular
0,6 |–– 0,9
Forte
0,9 |–– 1
Muito forte
1
Plena ou perfeita
Tabela 3.5.1: Tabela da avaliação do grau de correlação entre duas variáveis.
Só foram consideradas por nós como significantes os coeficientes de
correlação acima de 0,6.
25
4. RESULTADOS
-
Correlação entre pico de torque e freqüência média.
O índice de correlação de PEARSON mostrou valores acima de 0,61 com média
de 0,81 para P < 0,0001. O que estatisticamente corresponde a um índice de correlação
Pico de torque
(Nm)
forte (Gráfico 4.1)*.
Correlação Pico de torque e Freqüência
média
95
90
85
80
75
70
65
60
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
Freqüência Média (Hz)
Gráfico 4.1: Correlação entre o pico de torque e a freqüência média.
-
Correlação entre pico de torque e freqüência mediana.
O índice de correlação de PEARSON mostrou valores acima de 0,62 com média
de 0,69 para P< 0,0001. O que estatisticamente corresponde a um índice de correlação
forte (Gráfico 4.2)∗
Correlação Pico de torque e Freqüência
mediana
Pico de torque
(Nm)
90
85
80
75
70
65
60
55
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
Freqüência Mediana (Hz)
Gráfico 4.2: Representativo da correlação entre o pico de torque e a freqüência
mediana.
∗
O gráfico apresentado é correspondente à voluntária cujo parâmetro avaliado corresponde à média do
grupo
26
- Correlação entre pico de torque e valor RMS.
O índice de PEARSON mostrou valores entre 0,12 e 0,75 com média de 0,39 para
P de 0,01. O que estatisticamente corresponde a índices de correlações fracos a
regulares. Além de que alguns índices ao invés de negativos mostraram correlações
positivas com o torque (Gráfico 4.3)*.
VRMS (mV)
Correlação Pico de torque e valor RMS
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
50
60
70
80
90
100
110
Pico de Torque (Nm)
Gráfico 4.3: Representativo da correlação entre o pico de torque e o valor RMS.
-
Correlação entre os valores de freqüência média e mediana.
O índice de correlação de PEARSON mostrou valores acima de 0,94 com média
de 0,91 para P< 0,0001. O que estatisticamente corresponde a um índice de correlação
forte (Gráfico 4.4)*.
Freqüência
média (Hz)
Correlação Freqüência mediana e
Freqüência média
110
100
90
80
70
60
50
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Freqüência mediana (Hz)
Gráfico 4.4: Representativo da correlação entre a Freqüência mediana e
Freqüência média.
27
-
Correlação entre os índices de fadiga calculados pelos terços e pela
metade para torque.
De acordo com o índice de correlação de PEARSON os índices de fadiga se
mostraram fortemente correlacionados, com R de 0,98 para P < 0,0001. Descrevendo
uma correlação muito forte entre os dois métodos de cálculo para índice de fadiga
utilizado pelos dinamômetros isocinéticos das empresas BIODEX e CYBEX (Gráfico
4.5).
Apesar da forte correlação de acordo com o teste WILCOXON os índices se
mostraram estatisticamente diferentes com P< 0,01, sendo o índice pelos terços maior
que o calculado pela proporção entre as metades.
Dispersão valores índice de fadiga
Terço/Metade
Metade
35
30
25
20
15
20
25
30
35
40
45
50
Terço
Gráfico 4.5: Dados correspondentes ao teste da correlação entre os índices de
fadiga para o torque.
-
Correlação entre os índices de fadiga pela proporção entre as metades do
torque freqüência média e freqüência mediana.
De acordo com o índice de correlação de PEARSON os índices de fadiga
mostraram nível de correlação fraco e regular respectivamente, com R = 0,251, P < 0,01
para freqüência média e R = 0,426, P < 0,01 para freqüência mediana.
28
-
Correlação entre os índices de fadiga pela proporção entre os terços do
torque e das freqüências média e mediana.
De acordo com o índice de correlação de PEARSON os índices de fadiga se
mostraram nível de correlação regular e fraco respectivamente, com R = 0,426 e P de
0,01 para freqüência média (Gráfico 4.6) e R = 0,273, P de 0,01 para freqüência
mediana (Gráfico 4.7).
Metade
Dispersão valores índice de fadiga
Terço/Metade FM
40
35
30
25
20
15
10
5
10
15
20
25
30
35
40
Terço
Gráfico 4.6: Dados correspondentes ao teste da correlação entre os índices de
fadiga para freqüência média.
Dispersão valores índice de fadiga
Terço/Metade Fmed
35
Metade
30
25
20
15
10
5
10
15
20
25
30
35
40
Terço
Gráfico 4.7: Dados correspondentes ao teste da correlação entre os índices de
fadiga para freqüência mediana.
29
-
Correlação entre os coeficientes de inclinação do torque pelos ciclos e índice
de fadiga pelos terços e pelas metades.
De acordo com o índice de correlação de PEARSON os coeficientes de inclinação
mostraram nível de correlação forte, com R = - 0,6, P < 0,001, para os terços e R = 0,58,
P < 0,001 para as metades.
-
Correlação entre os coeficientes de inclinação do torque e da freqüência
mediana pelos ciclos.
De acordo com o índice de correlação de PEARSON os coeficientes de
inclinação mostraram nível de correlação fraco, com R = - 0,39, P > 0,001.
30
5. DISCUSSÃO
De acordo com os resultados apresentados neste estudo podemos observar que
as variáveis de Pico de Torque, apresentada pelo dinamômetro isocinético, FM e
Fmed reportados pelo sinal de EMG, apresentam uma queda com o desenvolvimento
do teste. Estes resultados estão de acordo com os trabalhos realizados por Potvin e
Bent (1997); Masuda; et al. (1999), Linnamo; et al. (2000). Assim como Gerdle; et al.
(2000), que relatam em um trabalho, com 20 indivíduos que realizaram 100
movimentos de flexão e extensão do joelho a uma velocidade de 90° s-1, para validar
as variáveis de FM e amplitude do sinal no estudo da fadiga usando como referência
às alterações no pico de torque, onde encontraram que apenas a FM pode ser
correlacionada com o Torque no estudo da fadiga.
Eles também relatam que apenas nas primeiras 30-40 repetições é que ocorre
realmente a diminuição na força (fase de fadiga), após este período há uma tentativa
de manter a intensidade do movimento (fase de resistência).
Fitts (1994), também relata em seu estudo, utilizando fibra muscular de rato,
que o declínio da força ocorreu em três fases a primeira de tetânia inicial com
pequena diminuição da tensão, seguida por uma geração de tensão contínua quase
constante e finalmente por um declínio rápido da tensão. Por esse motivo é que em
nosso experimento utilizamos apenas 30 repetições, já que nosso intuito foi estudar a
fase de fadiga, excluindo ao máximo este período de resistência ou tensão constante.
De acordo com Muro et al. (1983), as alterações na FM e Fmed ocorrem, pelo
recrutamento de muitas UMs com velocidade de condução rápida, necessárias para
manter a força de contração. Edwards (1988) também relata ter observado um
aumento no número de unidades motoras ativadas pelo músculo na tentativa de
manter a força.
Segundo alguns autores, Linnamo et al. (2000), Mills e Arendt (1988); Tesch
et al. (1983), esta alteração na FM e Fmed em direção a valores mais baixos, ocorre
por conta do acumulo de lactato sangüíneo, diminuição do pH celular e
conseqüentemente por uma diminuição na velocidade de condução da fibra muscular.
Mas, de acordo com Masuda (1999), a alteração na Fmed não está diretamente
ligada a alteração metabólica, já que segundo ele na contração dinâmica ao contrário
31
da isométrica ocorre um aumento do fluxo sangüíneo e uma conseqüente remoção dos
catabólitos gerados durante a contração. Este autor sugere então, que a diminuição na
velocidade de condução da fibra muscular não pode ser colocada como causa única
para a diminuição na Fmed. Ao contrário Dimitrova e Dimitrov (2003), relatam em
seu estudo sobre as armadilhas no estudo da interpretação das alterações causadas
pela fadiga muscular nas variáveis do EMG, que as alterações na freqüência não estão
relacionadas com a velocidade de condução da fibra muscular e sim com alterações
do metabolismo que levam a mudanças no potencial de ação intracelular. Entre essas
alterações eles citam a incapacidade na recaptação do Ca+ para o retículo
sarcoplasmático, elevando a concentração de Ca+ extracelular, isso segundo os autores
ocorre por uma limitação na capacidade de captação do Ca+ pela bomba ATPdependente. Essa alteração na concentração de Ca+ afeta também o gradiente de
concentração transmenbrana dos íons Na+ e K+ já que o K+ é transportando, não só
pela bomba de sódio-potássio como também por canais de K+ cálcio dependentes.
Ainda de acordo com esses autores a diminuição na concentração de Ca+ intracelular
aumenta a negatividade celular dificultando a despolarização com o decorrer da
fadiga, o que por sua vez leva a alterações na forma e na amplitude do potencial de
ação.
Fitts (1994) relata que as alterações no potencial de repouso de membrana são
causadas pela incapacidade da bomba Na+ / K+ de manter os gradientes de
concentração inônicos em seus níveis iniciais. Segundo ele o Ca+2 transitório diminui
com o desenvolvimento da fadiga, esta diminuição ocorre devido ao período de
bloqueio do potencial no túbulo T, reduzindo o movimento de cargas elétricas do
túbulo T, levando a inibição do canal de liberação de Ca+2 do retículo
sarcoplasmático. Uma redução na razão de recaptação do Ca+2 pelo retículo
sarcoplasmático, causada pelo aumento do Pi leva a redução no tempo de
relaxamento. Fatores esses que contribuem para alterações na freqüência dos
potenciais de ação.
De acordo com Cifrek; et al. (1999), a Fmed é mais afetada por alterações nos
valores de pH celular, que segundo Fitts (1994), é mais influenciado por aumento do
H+ livre que pelo acumulo de lactato.
32
Todas essa alterações metabólicas alteram o limiar de excitabilidade da fibra
alterando o intervalo entre uma despolarização e outra, isso gera uma alteração direta
na freqüência (KITCHEN; BAZIN, 1996).
Em uma condição onde não seja possível calcular a FM e a Fmed, podemos
observar que qualquer das duas que seja escolhida irá representar a fadiga muscular,
pois ambas mostraram-se fortemente correlacionadas com o pico de torque.
Com relação aos valores RMS não observamos alterações significantes
estatisticamente, já que os valores variaram de forma aleatória para cada indivíduo,
aumentando, diminuindo ou mantendo-se estável durante o exercício. Gerdle; et al
(2000), que observaram a validade das variáveis do EMG como indicadores de fadiga
usando o pico de torque em extensões isocinéticas máximas, assim como em nosso
trabalho, descrevem que a alteração no valor RMS ocorreu de forma heterogênea para
cada indivíduo, não demonstrando sinais de correlação com o pico de torque. Essas
alterações segundo estes autores ocorrem devido ao movimento dos eletrodos em
relação às junções neuromusculares e a dificuldade na normalização do RMS.
Neste trabalho realizamos também uma comparação entre dois métodos de
cálculo do índice de fadiga, pela proporção da metade final sobre a metade inicial e
pela proporção entre o terço final sobre o terço inicial, dados em porcentagem. Depois
de fazermos o teste de correlação observamos que estes dois métodos estão altamente
correlacionados. Mas de acordo com Terreri; et. al. (2001), o cálculo pela proporção
das metades só é válido no caso de um teste onde o número de ciclos for superior a
seis. Já de acordo com Shinzato; Battistela (1996), este índice só é valido nos testes
contendo entre 6 e 60 repetições.
Apesar de termos observado um índice de fadiga maior para os terços em
relação às metades, o que ocorre pelo fato do índice pelas metades incluir um maior
número de ciclos o que leva a uma diminuição do torque médio na primeira metade,
os resultados da correlação entre eles mostrou um nível de correlação muito alto o que
sugere que ambos podem ser usados para o cálculo da fadiga na avaliação isocinética.
Utilizamos os mesmos métodos para o cálculo da fadiga pelo torque para as
variáveis de FM e Fmed e aplicando o teste de correlação linear observamos que o
índice obtido pelo torque não apresenta correlação com os valores dos índices da FM
e Fmed, supomos então que estes métodos não podem ser aplicados às variáveis de
33
freqüência do EMG apesar de as quedas no torque e nas componentes de freqüência
terem demonstrado correlações fortes. Quando falamos em exercício isométrico esse
índice é obtido pelo intercepto no eixo y das retas correlacionadas com a porcentagem
de carga utilizada (GONÇALVES; SILVA, 2001), porém este método não foi
possível de ser reproduzido em nosso método de avaliação.
Ao avaliarmos os coeficientes de inclinação vemos que não há uma correlação
entre os coeficientes do torque e da Fmed. O que pode ter ocorrido devido a baixa
variação dos coeficientes de inclinação, ou seja, a homogeneidade do grupo avaliado.
Entretanto a escolha do método a ser utilizado deve levar em consideração o objetivo
da análise realizada, se for apenas quantificar a porcentagem de redução do torque no
início do protocolo pode-se utilizar os índices de fadiga pelos terços ou pelas metades,
mas quando se quer avaliar a forma como está ocorrendo o decaimento do torque o
melhor método é utilizar o coeficiente de inclinação. Desta forma estamos de acordo
com Pincivero (2000), que relata que em exercícios de alta-intensidade e curtaduração o parâmetro que melhor demonstra a relação entre a força máxima e a fadiga,
documentando o declínio do torque gerado, é o coeficiente de inclinação.
34
6. CONCLUSÕES
Podemos sugerir que a freqüência média e a freqüência mediana são bons
parâmetros para avaliação da fadiga através da eletromiografia, para exercícios
dinâmicos realizados em dinamômetros isocinéticos. Ao contrário o valor RMS não
deve ser utilizado como indicador de fadiga para exercícios dinâmicos isocinéticos, já
que não apresenta correlação com o pico de torque.
Visto que tanto os índices de fadiga pelos terços e pelas metades, quanto o
coeficiente de inclinação estão fortemente correlacionados, podemos dizer que ambos
são representativos do processo de fadiga, porém deve-se levar em consideração o que
se espera desses índices. Se o objetivo for apenas quantificar a queda na capacidade
de gerar força de um indivíduo, podemos utilizar tanto o índice obtido pela proporção
entre os terços como pelas metades, mas se quisermos observar a maneira como
ocorre essa queda do torque devemos utilizar o coeficiente de inclinação.
Em relação às freqüências os índices calculados pela proporção tanto dos
terços como das metades apresentaram uma correlação fraca com os índices
calculados pelo torque, o que leva a crer que não são parâmetros válidos para
quantificar a fadiga. Já entre os coeficientes de inclinação do torque e das freqüências
observamos uma correlação forte, sendo assim podemos sugerir que para avaliarmos a
progressão da fadiga muscular em um determinado protocolo através do EMG podese utilizar o coeficiente de inclinação da freqüência.
35
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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40
ANEXOS
41
ANÁLISE DE DUAS METODOLOGIAS, DINAMOMETRIA ISOCINÉTICA E
ELETROMIOGRAFIA, PARA AVALIAÇÃO DA FADIGA MUSCULAR.
O abaixo assinado
RG
Declara que é de livre e espontânea vontade que está participando como voluntário do
projeto de pesquisa supra-citado, de responsabilidade da mestranda Ana Amélia Intrieri
Arantes sob orientação do Prof. Dr. Eder Rezende Moraes, do Instituto de Pesquisa e
Desenvolvimento (IP&D) – UNIVAP.
O abaixo assinado está ciente que:
1. O Objetivo da pesquisa é avaliar os dados apresentados por duas metodologias
distintas utilizadas na avaliação da fadiga muscular, para observar se há
coerência entre elas.
2. Durante o estudo deverá comparecer 05 vezes ao laboratório de Biodinâmica da
Faculdade de Fisioterapia da UNIVAP, para realização dos testes.
3. O teste consiste da realização de EMG do músculo reto femural, que será
captado por eletrodos bipolares acoplados no terço médio deste músculo,
simultaneamente será realizado a dinamometria isocinética do mesmo membro,
ela será realizada a uma velocidade 90ºs-¹ durante 30 repetições do movimento
de flexão e extensão do joelho. Previamente o indivíduo será orientado sob as
condições do teste e irá realizar um aquecimento, que consiste de caminhada de
5 minutos.
4. A participação neste estudo não lhe acarretará nenhum benefício terapêutico.
5. Obteve todas as informações necessárias para poder decidir conscientemente
sobre a participação do referido ensaio.
6. Está livre para interromper a participação no ensaio a qualquer momento.
7. Os resultados obtidos durante o ensaio serão mantido em sigilo, e os voluntários
não serão identificados por ocasião da exposição ou publicação dos resultados
experimentais.
8. A coordenação do ensaio lhe manterá informado em relação ao progresso da
pesquisa, caso julgue a informação relevante para o voluntário.
9. Poderá contactar a secretaria de Comissão de Ética para apresentar recursos ou
reclamações em relação ao ensaio clínico.
42
10. É condição indispensável para participação no ensaio clínico que esteja em boa
saúde, e, portanto, não esteja no momento sob tratamento médico ou fazendo
uso de quaisquer drogas ou medicações, e não estar praticando esportes
regularmente.
São José dos Campos, Novembro de 2002.
____________________________________
Assinatura do Voluntário
____________________________________
Assinatura do Responsável
43
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