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 ARAÚJO RC; et.al. Estudo sobre a Variabilidade do sinal Eletromiográfico Intra e Inter Indivíduos Durante a Contração Isométrica. VII Congresso Brasileiro de Biomecânica, 1996. BASMAJIAN, J. V. Electro-fisiologia de la acción muscular. Buenos Aires Argentina: Editorial Médica Panamericana S.A., 1976. BASMAJIAN, J.V. & DE LUCA, C.J. Muscle Alive: Their functions revealed by Electryography. Baltimore, Willians e Wilkins, 1985. 561p. BEVAN, J.A. Flow-dependent vascular tone. In The Resistance Vasculature. Clifton, NJ: Humana, 1991. p.169-191. BIGLAND-RITCHIE B.; et.al. conduction velocity and EMG power spectrum changes in fatigue of sustained maximal efforts. J Appl Physiology. 51: 13001305,1986 BRUNNSTROM S. Cinesiologia Clínica de Brunnstrom. 5ª ed. São Paulo. Ed Manole, 1997. CALLEGARI-JACQUES, S.M. Bioestatística Princípios e Aplicações. 1ª ed. Porto Alegre. Ed. Artmed, 2003. CHRISTENSEN, H; et. al. Intramuscular and surface EMG power spectrum from dynamic and static contractions. J Electr. and Kinesiol.. v. 5, n.1, 27-36, 1995. CIFREK. M. et al. Measurement and analysis of surface myoelectric signals during fatigue cyclic dynamic contractions. J Electr. and Kinesiol.. V. 27, 8592, 2000. DE LUCA, C.J. Surface Electryography: Detection and Recording. DelSys Incorporated, www.delsys.com/library. 2002. DIMITROVA. N.A.; & DIMITROV. G.V. Interpretation of changes with fatigue: facts, pitfalls, and fallacies. J Electr. and Kinesiol.. V. 13, 13-36, 2003. DOUGLAS, C. Tratado de Fisiologia Aplicada as Ciências da Saúde 5. ed. São Paulo: Robe, 2002. ELFVING, B.; et.al. Reliability of EMG spectral parameters in repeated 36 measurements of back muscle fatigue. J Electr. and Kinesiol.. v.9, p.235243,1999. EDWARDS, R.H.T. Hypotheses of peripheral and central mechanisms underlying occupational muscle pain and injury. Eur J Appl Physiol v.57: 275281, 1988. ENOKA R.M.; & STUART D.G. Neurobiology of muscle fatigues. J Appl Physiology. 37:111-121, 1992. FITTS, R.H. Cellular mechanisms of muscle fatigue. Physiological Reviews. v. 74, p. 49-88. Wisconsin, 1994. GERDLE, B. et al. Criterion validation of surface EMG variables as fatigue indicators using peak torque. Astudy of repetitive maximum isokinetic knee extensions. J Electr. and Kinesiol.. V.10, 225-232, 2000. GONÇALVES, M. & da SILVA, S.R.D. O efeito do uso de cinto pélvico em teste para determinação do limiar de fadiga eletromiográfico. In: IX Congresso Brasileiro de Biomecânica, UFRGS, Gramado, 2001. GOULD J.A. Fisioterapia na Ortopedia e na Medicina do Esporte. 2ª ed. São Paulo. Ed Manole, 1993. GUARATINI, M.I. Confiabilidade e Precisão de Medida para Teste-Reteste no Dinamômetro Isocinético BIODEX. 1999. 111p. UFSCAR. São Carlos. GUYTON, A.C.; & HALL, J.E. Fisiologia Humana e Mecanismos das Doenças, 9ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2000. p. 43-64, p. 613-625, 2000. HAGBERG M. Muscular endurance and surface Electryogram in isometric e dynamic exercise. J. Appl Physiology.51:1-7,1981 HARGENS, A .R, et al. Quantitation of skeletal muscle necrosis in a model compartment syndrome. J Boni Joint Surg. v. 63, p. 631-636, 1981. HAWLEY J.A.; & REILLY T. Fatigue revisited. J. Sport and Science. 15:245246,1997. HISLOP, H.J.; PERRINE, J.J. The isokinetic concept of exercise. Physical Therapy, 47: 114-117, 1967. 37 HOBBIE, R.A. Intermediate Physics for Medicine and Biology, AIP Press, New York, 1997. HOLT, G.A; KELSEN, S.G. DYSPNEA. IN: TIERNEY, D.F (ed). Current Pulm.: 14. Mosby – Year Book, 1993. HOWARD, J.D.; et.al. Relative activation of two human elbow flexors under isometric conditions: a cautionary note concerning flexor equivalence. Exp. Brain Res. v. 62, p. 199-202, 1984. JENSEN ,B.R et al.: Soft tissue architecture and intramuscular pressure in the shoulder region. Eur J Morphol v.3, p. 205 JONES D.A.; ROUND J.M. Skeletal Muscle in Health and Disease: A Textbook of Muscle Physiology. Manchester, England, Manchester University Pres, 1990. KAY, D.; et al. Different neuromuscular recruitment patterns during eccentric, concentric and isometric contractions. . J Electr. and Kinesiol..v. 10, 425-431, 2000. KITCHEN, S. & BAZIN, S. Eletroterapia de Clayton. Ed. 10. São Paulo. Manole, 1996. p.4. KOLLER, A.; & KALEY, G. Prostaglandins mediate arteriolar dilatation to increase blood flow velocity in skeletal muscle microcirculation. Circ. Res. v.67, p.529-534. 1990. KUMAR, S. & MITAL, A. Electriography in ergonomics. UK: Marcel & Francis, 1996 LAURINO C.F.S. & ALLOZA J.F.M. Lease Muscular: Supertreinamento. Ars Curandi. 1994. LICHT, S. Electrodiagnóstico y Electriografia. Barcelona, JIMS, 1970. LIEBER, R.L. Skeletal Muscle Structure and Function: Implications for Rehabilitation and Sports Medicine. Baltimore,Ma: Willians & Wilkins, 1992. LINNAMO, V.; et al. Force and EMG power spectrum during and after eccentric and concentric fatigue. J Electr. and Kinesiol.. v. 10, 293-300, 2000. 38 LOVLIN, R. et al. Are indices of free radical damage related to exercise intensity? Eur J Appl Physiol , v. 56, p. 313-316, 1987. MASUDA, K.; et.al. Changes in surface EMG parameters during static and dynamic fatiguing contractions. J Electr. and Kinesiol.. v. 9, 39-46, 1999. MERTON, P.A; et.al. Indirect and direct stimulation of fatigued human muscle. Ciba Found Symp , v.82,p. 120-129, 1981. MILLS, K.R.; & ARENDT, N.L. Muscle fiber conduction velocity, mean power frequency, mean EMG voltage and force during submaximal fatiguing contraction and human quadriceps. Eur J Appl Physiology. 58, 20-25, 1988. MURO, M.; et.al. Analysis of myoeletric signals during dynamic and isometric contractions. Biomecanics. V. III-A, 432-439. Ed Matsui H. Kobayashi K. Human Kinetics Publishers, Ilinois,1983. PINCIVERO, D.M., et.al. Assessment of the reliability of high-intensity quadriceps femoris muscle fatigue. Journal of the American College of Sports Medicine. p. 334-338, maio 2000. POTVIN, J.R.; & BENT, L.R. A validation of techniques using surface EMG signals from dynamic contractions to quantify muscle fatigue during repetitive tasks. J Electr. and Kinesiol.. v. 7, 131-139, 1997. SANTOS, R.S. Avaliação do papel da arginina no processo fisiológico de fadiga muscular em humanos através da dinamometria isocinética. 2001. Dissertação ( Mestrado em Engenharia Biomédica) – Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento, Universidade do Vale do Paraíba. SEJERSTED, O.M; & VOLLESTAD, N.K. Physiology of muscle fatigue and associated pain. Amsterdam, Elsevier Science, 1993. SHINZATO, G.T. & BATTISTELA, L.R. Exercício Isocinético – Sua Utilização para Avaliação e Reabilitação Músculo-Esquelética.Medicina Desportiva. V.1 11- 18, 1996. SODOYAMA, T.; et.al. Relationships between muscle fiber conduction velocity and frequency parameters of surface EMG during sustained contraction. Eur J Appl Physiology. v. 51, p. 247-256,1983. 39 SJODIN, B.; et al.: Biochemical mechanisms for oxygen free radical formation during exercises. Sports Med. v. 10,p. 236-254, 1990. SJOGAARD, G: Exercise-induced muscle fatigue: The significance of potassium. Acta Physiol Scand , v.140,p. 1-64, 1990. (Suppl 593) STAUBER, W.T; et al. Extracellular matrix disruption and pain after eccentric muscle action. J Appl Physiol , v.69,p. 868-874, 1990 TERRERI, A.S.A.P.; et.al. Avaliação Isocinética do Joelho do Atleta. Rev. Brasileira de Medicina do Esporte.V. 7, 62-66, 2001. TESCH, P.A.; et.al. Influence of lactate accumulation of EMG frequency spectrum during repeated concentric contractions. Acta Physiology Scand. 119, 61-67, 1983 THISTLE, H.G.; et.al. Isokinetic contration: A new concept os resistive exercise. Archives of Physical Medicine Rehabilitation, 48:279-282, 1967. THOMAS, C. A. K. et.al. Eletromiógrafo com conversor A/D. IN: Congresso Brasileiro de Biomecânica. Anais [VIII Congresso Brasileiro de Biomecânica] / editores: Maria Helena Kraeski. et al. Florianópolis: UDESC, 1999. p. 363-367 VITASALO J.H.T.; & KOMIP.V. Signal characteristicas of EMG during fatigue. Eur J Appl Physiology. v. 72, p. 1631-1648, 1997. VOLLESTAD, N.K. Measurement of human muscle fatigue. Journal of Neurocimeth. v. 74, p. 219-227,1997. YAAR, I. & NILES, L. Muscle fiber conduction velocity and mean power spectrum frequency in neuromuscular disorders and in fatigue. Muscle Nerve. v. 15, p. 780-787,1992 WEISS, N. & ORON, U. Enhancement of muscle regeneration in the rat gastrocnemius muscle by low energy irradiation. Anat. and Embr.. v. 186, p. 497-503, 1992. 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