UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO … · AGRADECIMENTOS Agradeço à Deus e à Jesus...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO CIÊNCIAS DA SAÚDE E BIOLÓGICAS Sandra Leite de Oliveira PROTÓTIPO PARA ADAPTAÇÃO DE CÉLULA DE CARGA EM EQUIPAMENTO DE TREINAMENTO DE FORÇA MULTIARTICULAR PARA AVALIAÇÃO DA FORÇA MUSCULAR ISOMÉTRICA E ATIVIDADE ELÉTRICA MUSCULAR Petrolina 2017
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO
CIÊNCIAS DA SAÚDE E BIOLÓGICAS
Sandra Leite de Oliveira
PROTÓTIPO PARA ADAPTAÇÃO DE CÉLULA DE CARGA
EM EQUIPAMENTO DE TREINAMENTO DE FORÇA
MULTIARTICULAR PARA AVALIAÇÃO DA FORÇA
MUSCULAR ISOMÉTRICA E ATIVIDADE ELÉTRICA
MUSCULAR
Petrolina
2017
SANDRA LEITE DE OLIVEIRA
PROTÓTIPO PARA ADAPTAÇÃO DE CÉLULA DE CARGA
EM EQUIPAMENTO DE TREINAMENTO DE FORÇA
MULTIARTICULAR PARA AVALIAÇÃO DA FORÇA
MUSCULAR ISOMÉTRICA E ATIVIDADE ELÉTRICA
MUSCULAR
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação Ciências da Saúde e Biológicas da Universidade Federal do Vale do São Francisco como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Ciências com ênfase na linha de pesquisa Fundamentação Conceitual e Metodologias Inovadoras de Integração em Ciências Ambientais, Tecnologia e Saúde.
Orientador: Prof. Dr. André Luiz Demantova Gurjão Coorientador: Prof. Dr. Rodrigo Pereira Ramos
Petrolina
2017
Oliveira, Sandra Leite de
O48p
Protótipo para adaptação de célula de carga em equipamento de treinamento de força multiarticular para avaliação da força muscular isométrica e atividade elétrica muscular/ Sandra Leite de Oliveira. -- Petrolina-PE, 2017.
xiii, 57 f. : il. ; 29 cm. Dissertação (Mestrado em Ciências da Saúde e Biológicas) -
Universidade Federal do Vale do São Francisco, Campus Petrolina, Petrolina-PE, 2017.
Orientador: Prof. Dr. André Luiz Demantova Gurjão. Coorientador: Prof. Dr. Rodrigo Pereira Ramos.
1. Musculação - Equipamento e acessórios. 2. Exercícios físicos
para idosos. 3. Aptidão física em mulheres. 4. Envelhecimento. I. Título. II. Universidade Federal do Vale do São Francisco.
CDD 796.41 Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Integrado de Bibliotecas da UNIVASF.
Bibliotecária: Luciana Souza Oliveira CRB5/1731
UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO
PÓS-GRADUAÇÃO CIÊNCIAS DA SAÚDE E BIOLÓGICAS
FOLHA DE APROVAÇÃO
SANDRA LEITE DE OLIVEIRA
PROTÓTIPO PARA ADAPTAÇÃO DE CÉLULA DE CARGA EM EQUIPAMENTO DE TREINAMENTO DE FORÇA MULTIARTICULAR
PARA AVALIAÇÃO DA FORÇA MUSCULAR ISOMÉTRICA E ATIVIDADE ELÉTRICA MUSCULAR
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Ciências com ênfase na linha de pesquisa: Fundamentação Conceitual e Metodologias Inovadoras de Integração em Ciências Ambientais, Tecnologia e Saúde, pela Universidade Federal do Vale do São Francisco.
Aprovada em: 16 de Fevereiro de 2017.
Aos meus pais Severino e Áurea (in memoriam), aos meus irmãos Vera, Walter, Vilma, Valmir e Valker e ao meu querido filho André Luís.
...”Deus não escolhe os capacitados, capacita os escolhidos. Fazer ou não fazer algo só depende de nossa vontade e perseverança.”
Albert Einstein
AGRADECIMENTOS
Agradeço à Deus e à Jesus Cristo pela vida, pelas graças recebidas, por
sabedoria e discernimento para as escolhas e por serem presenças constantes em
minha existência.
Aos meus pais, Áurea Leite de Oliveira e Severino Félix de Oliveira (in
memoriam) pelo amor incondicional e educação que me permitiu chegar até aqui.
Aos meus irmãos, Vera, Walter, Vilma, Valmir e Valker, meus sobrinhos
Jean, Júnior, Vitor, Felipe, Henrique, Renata e Rafael, meu cunhado Jurandir
Lima e minha nora Bárbara Cavalcanti pelos incentivos.
Especialmente ao meu filho André Luís que entendeu minha luta, acreditou
no meu sonho, sempre me incentivou a ir em frente e por me fazer feliz. Te amo
muito filhote.
À Paulo Henrique Oliveira pela confecção do adaptador, dedicação e
compromisso, sou muito grata por tudo.
À minha querida avó Olivia Bezerra Leite (in memoriam), à minha tia Helena
(in memoriam) pelas orações e carinhos.
Ao programa de Pós-graduação Ciência da Saúde e Biológicas, aos
professores Dra. Patrícia Avello Nicola, Dr. Ferdinando Oliveira Carvalho, Dra.
Márcia Bento Moreira, Dr. Ricardo Argenton Ramos, Dr. José Fernando Vila
Nova de Moraes e aos demais professores e à assistente administrativa Alinny
Paulina.
Ao professor Dr. André Luiz Demantova Gurjão, por promover meu
crescimento pessoal e profissional, pela amizade, liderança, disponibilidade,
orientações constantes, reuniões, mensagens, emails e paciência. Obrigada pelas
palavras de conforto nos momentos difíceis “calma Sandrovisk tudo vai dar certo”
... sou grata mesmo, pelo sonho realizado e oportunidade de fazer ciência! E por
participar do Grupo de Estudo e Pesquisa em Fisiologia e Envelhecimento –
GEPEFE.
Em especial aos colegas que divulgaram o projeto, participaram da coleta
Antônio, Hiago, Narcélio, Amanda, Camila, Jamile e Sebastião.
Aos companheiros do GEPEFE que tornaram os dias de estudos no
laboratório produtivos, com integração e alegria. Laísla, Matheus, Gelbia, Aline,
Geovanne, Júlia, Jéssica, Pedro, Philipe Alves, Edward, Solon e Phlilipe
Jonatâ.
À todas as senhoras voluntárias que se propuseram a participar dos longos
quatro dias de testes.
À coordenadora da Associação Brasileira de Alzheimer – ABRAz Recife
Cleonice Vasconcelos e membros da unidade da ABRAz Petrolina.
Às Educadoras Físicas Leidjane e Elis Regina do Serviço Social do
Comércio – SESC.
Ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sertão
Pernambucano – IFSertão, à Reitora Dra. Leopoldina Veras, à professora Dra.
Luciana Azevedo Cavalcanti, ao Diretor Geral professor Fabiano Marinho à
Chefe de Departamento professora Alessandra Latorre e todos os colegas
professores.
Ao professor Dr. Rodrigo Pereira Ramos pela coorientação, sugestões e
contribuições para o desenvolvimento deste trabalho.
Aos colegas do Mestrado Ciência da Saúde e Biológicas, turma 2015, ao
nosso querido colega Marcelo Soares (in memoriam), não finalizou esta etapa,
deixou muitas lembranças positivas, alegria e saudade. Meu muito obrigada a
todos e gratidão, pois muito contribuiram e fizeram parte desta fase muito
significativa em minha vida!
RESUMO
O objetivo do estudo foi desenvolver um adaptador para utilização de célula de carga em equipamento de treinamento de força multiarticular para avaliação da força muscular isométrica, atividade elétrica muscular e processamento dos sinais em idosas. Para verificar a reprodutibilidade da avaliação de força muscular isométrica multiarticular foi adotado um delineamento, com medidas repetidas nos mesmos sujeitos. Participaram do estudo 15 idosas com idade superior a 60 anos que não relataram desordens musculoesqueléticas, cardiovasculares e/ou neurológicas recentes. Cada participante compareceu ao local de avaliação em quatro ocasiões diferentes, intervaladas por no mínimo 24 horas no primeiro dia e nas demais avaliações, mínimo de 48 horas. No primeiro encontro foram assinados o termo de consentimento livre e esclarecido, mensurações antropométricas (massa corporal e estatura) e determinação dos locais para fixação dos eletrodos empregados no registro da atividade eletromiográfica (EMG). Nos três encontros subsequentes realizou-se o registro de três curvas força-tempo isométrica máxima e atividade EMG dos vastos medial e lateral no exercício LEG PRESS, com intervalo de 2 minutos entre medidas. Excelentes coeficientes de correlação intraclasse foram observados para a contração voluntária máxima (0,97) e taxa de desenvolvimento de força (0,86) entre a segunda e a terceira sessão de teste. Nenhuma mudança significativa na média foi verificada para todas as variáveis ao longo do tempo. Os resultados do presente estudo mostram que é possível desenvolver o adaptador para utilizar célula de carga em equipamento de treinamento multiarticular para avaliar a função neuromuscular de mulheres idosas de forma reprodutível.
Palavras-chave: Adaptador. Transdutor de Força. Força Muscular. Envelhecimento.
ABSTRACT
The objective of the study was to develop an adapter for use of load cell in multi-articular force training equipment to evaluate isometric muscle strength, muscular electrical activity and signal processing in the elderly. In order to verify the reproducibility of the assessment of multi-articular isometric muscular strength, a design was adopted, with repeated measures in the same subjects. Fifteen women over 60 years of age who did not report recent musculoskeletal, cardiovascular and / or neurological disorders participated in the study. Each participant attended the evaluation site on four different occasions, at intervals of at least 24 hours on the first day and in the other evaluations, at least 48 hours. At the first meeting, the informed consent form, anthropometric measurements (body mass and height) and determination of the electrode fixation sites were recorded. In the three subsequent encounters, three maximum isometric force-time curves and EMG activity of the medial and lateral extensions were recorded in the LEG PRESS exercise, with an interval of 2 minutes between measurements. Excellent intraclass correlation coefficients were observed for maximal voluntary contraction (0.97) and strength development rate (0.86) between the second and third test sessions. No significant change in mean was verified for all variables over time. The results of the present study show that it is possible to develop the adapter to use load cell in multi-joint training equipment to evaluate the neuromuscular function of reproducible elderly women.
Key-words: Adapter. Strength Transducer. Muscular Strength. Aging.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Fluxograma do processo de seleção e participação dos sujeitos ao longo do estudo....................................................................................................................30 Figura 2 – Dimensionamento do protótipo.................................................................31 Figura 3 – Placa adaptadora – 1º modelo.................................................................32 Figura 4 – Placa adaptadora – modelo atual.............................................................33 Figura 5 – Visualização da placa adaptadora em sequência....................................33 Figura 6 – Placa adaptadora posicionada no LEG PRESS.......................................34 Figura 7 – Posicionamento da participante...............................................................34 Figura 8 – Determinação da frequência de corte do filtro por meio da análise residual.......................................................................................................................37 Figura 9 - Análise do sinal da célula de carga após ser filtrada para determinação das variáveis de força.................................................................................................37 Figura 10 – Representação esquemática do processo de atividade eletromiográfica e o retardo eletromecânico.........................................................................................38
Figura 11 – Delineamento do estudo.........................................................................39 Figura 12 – Atividade eletromiográfica de idosas .....................................................41
LISTAS DE TABELAS
Tabela 1 – Valores de força isométrica de idosas.....................................................40 Tabela 2 – Confiabilidade relativa entre sessões.......................................................41
LISTA DE ABREVIATURA E SIGLAS
ANOVA Análise de variância
CEDEP Comitê de Ética e Deontologia em Estudos e Pesquisa
Cf-t Curva força-tempo
CNDI Conselho Nacional dos Direitos do Idoso
CVM Contração Voluntária Máxima
EMG Electromyography
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
MATLAB Matrix Laboratory
OMS Organização Mundial de Saúde
PNAD Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios
RMS Root Mean Square
SENIAM Surface Electromyography for the Non-Invasive Assessment of Muscles
SDH Secretaria de Direitos Humanos
SPSS Statistical Package for Social Sciences
SUS Sistema Único de Saúde
TCLE Termo de Consentimento Livre e Esclarecido
TDF Taxa de Desenvolvimento de Força
TPM Tempo para alcançar pico máximo
TR Tempo de relaxamento
UNIVASF Universidade Federal do Vale do São Francisco
UM Unidades Motoras
VL Vasto Lateral
VM Vasto Medial
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................. 15
2 OBJETIVOS .................................................................................................. 18
2.1 OBJETIVO GERAL .................................................................................... 18
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................... 18
3 REFERENCIAL TEÓRICO ........................................................................... 19
3.1 ALTERAÇÕES MORFOFISIOLÓGICAS DO SISTEMA NEUROMUSCULAR NO
ENVELHECIMENTO ........................................................................................ 19
3.2 FORÇA MUSCULAR ISOMÉTRICA (FMI) E FAMILIARIZAÇÃO .............. 26
4 MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................... 29
4.1 CARACTERIZAÇÃO DO ESTUDO E ASPECTOS ÉTICOS ...................... 29
4.2 PARTICIPANTES ....................................................................................... 29
4.3 INSTRUMENTOS DE COLETA E DADOS ............................................... 30
4.3.1 Reestruturação do protótipo ................................................................ 32
4.3.2 Avaliação e tratamento dos sinais da curva força tempo isométrica e
eletromiografia ............................................................................................... 35
4.4 REPRODUTIBILIDADE DAS VARIÁVEIS .................................................. 38
4.5 ANÁLISE ESTATÍSTICA ............................................................................ 39
5 RESULTADOS ............................................................................................ 40
6 DISCUSSÃO ................................................................................................ 42
7 CONCLUSÃO .............................................................................................. 44
REFERÊNCIAS ................................................................................................ 45
APÊNDICE A - FICHA DE AVALIAÇÃO ......................................................... 50
APÊNDICE B - FICHA DE COLETA FORÇA MUSCULAR ISOMÉTRICA ..... 51
ANEXO A – TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO - TCLE
................................................................................................................... ......52
ANEXO B – Aprovação do Comitê de Ética e Deontologia em Estudos e
Pesquisas – CEDEP da UNIVASF ................................................................. 55
15
1 INTRODUÇÃO
A capacidade do sistema neuromuscular em gerar tensão influencia
diretamente a ação do ser humano em realizar suas atividades da vida diária
(CORTTELETTI, 2004). Tal capacidade pode se manifestar de forma dinâmica, na
qual a tensão exercida por um ou mais músculos supera a resistência externa
produzindo movimento articular, ou isométrica, cuja tensão não promove movimento
expressivo da articulação.
A avaliação da força muscular isométrica e de outras variáveis, como a
atividade elétrica muscular, fornece importantes informações a respeito da função
neuromuscular, permitindo a monitoração de mudanças associadas ao
envelhecimento, programas de treinamento físico e de reabilitação. Testes de força
muscular isométrica são relativamente simples e rápidos de serem realizados,
possibilitam que um grande número de sujeitos sejam avaliados, apresentam alta
reprodutibilidade e possuem maior segurança em comparação aos testes dinâmicos
(JARIC, 2002; PEKÜNLÜ e ÖZSU, 2014; WILSON e MURPHY, 1996).
Em linhas gerais, os testes isométricos envolvem que o avaliado exerça força
muscular máxima contra uma resistência imóvel, a qual está em linha com uma
célula de carga, plataforma de força ou dispositivo similar que mensure a força
aplicada (WILSON e MURPHY, 1996).
Vários equipamentos computadorizados com sensibilidade e validade
dedicados à avaliação da função muscular estão disponíveis comercialmente, tais
como os dinamômetros isocinéticos. No entanto, devido a sua complexa engenharia
e seu grande volume, possuem custo de aquisição elevado e não são práticos de
serem transportados, limitando sua utilização a ambientes específicos (TERRERI,
2001). Em adição, estes equipamentos avaliam a função muscular em articulações
isoladas (TERRERI, 2001) e as atividades funcionais da vida diária envolvem a
produção de força muscular em múltiplas articulações (e.g. levantar da cadeira, subir
escadas, evitar uma queda) (AAGAARD, 2010).
Assim, a avaliação simultânea da força muscular isométrica em múltiplas
articulações pode ser mais apropriada quando se objetiva investigar a relação entre
função neuromuscular e a capacidade funcional de idosos ou a resposta a
treinamentos realizados em exercícios multiarticulares (KRAEMER, 2002).
16
Devido à grande popularização do treinamento de força muscular (i.e.
musculação), são facilmente encontrados em academias, clubes esportivos, clínicas
de reabilitação ou mesmo em universidades, inúmeros equipamentos para o
treinamento multiarticular da força muscular de membros superiores e inferiores.
Os avanços em outras áreas do conhecimento, como as engenharias
mecânica, elétrica e ciências da computação, também tornaram amplamente
disponíveis condicionadores de sinais elétricos com conversores analógico-digitais
para diferentes sensores (e.g. aceleração, força e atividade elétrica muscular), além
de softwares que permitem a criação de algoritmos para o processamento digital
adequado destes sinais e subsequente extração da informação necessária. Assim, é
possível desenvolver adaptações de baixo custo para avaliar o desempenho de
força muscular isométrica multiarticular em idosas sincronizado à aquisição de dados
eletromiográficos. O desenvolvimento de diferentes protótipos com objetivo de
avaliar a força muscular isométrica tem sido relatado na literatura (ALLISON et al.,
2013; CAMARGO et al., 2009; MOURA et al., 2003; RUSCHEL et al., 2015). Ruschel
et al. (2015), por exemplo, desenvolveram um protótipo para avaliação do torque
isométrico dos extensores do joelho utilizando uma cadeira extensora disponível em
academias.
Avaliação da força muscular isométrica, por meio da curva força-tempo,
permite avaliar em uma única medida duas importantes características da força
muscular: a taxa de desenvolvimento de força (TDF) e a contração voluntária
máxima (CVM). A TDF é uma medida de desempenho do sistema neuromuscular
que representa a capacidade de desenvolver força muscular rapidamente. A mesma
influencia a magnitude da aceleração de um determinado movimento e é um fator
determinante para a expressão da potência muscular máxima, possuindo importante
papel funcional especialmente em idosos (BARBOZA et al., 2009). A CVM, também
considerada uma medida de desempenho do sistema neuromuscular, é atingida
quanto maior for o nível de excitação dos motoneurônios pelo sistema nervoso
central e maiores taxas de recrutamento das unidades motoras (KOMI, 1995, apud
SIMÃO, 2003). Esse comportamento neural, juntamente com as propriedades
mecânicas da unidade músculo-tendão, são fatores determinantes para o
desempenho da TDF e CVM. Neste contexto, avaliar o desempenho de força
muscular (TDF e CVM), simultaneamente com a atividade elétrica muscular
17
(eletromiografia), permite conhecer importantes variáveis do sistema neuromuscular
(MELDRUM, 2007).
Vale ressaltar que mulheres possuem reservas funcionais menores do que
homens, apresentam maior declínio da força muscular de membros inferiores e têm
maior expectativa de vida, permitindo maior tempo de ação dos efeitos
degenerativos do envelhecimento (FIEDLER & PERES, 2008). Assim, submetê-las a
avaliação de força muscular situa suas condições funcionais neuromusculares e
permite a proposição de ações de prevenção ou intervenção no retardo de danos
degenerativos para melhora da qualidade de vida e das atividades da vida diária
nesta população.
18
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Analisar a viabilidade do uso de equipamento de treinamento de força
multiarticular, com célula de carga adaptada, para avaliação da força muscular
isométrica concomitante à avaliação de sinais eletromiográficos em idosas.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Desenvolver um adaptador para utilização de célula de carga no equipamento
LEG PRESS horizontal;
b) Desenvolver rotina computacional em ambiente MATLAB para análise dos sinais
da célula de carga e amplitude da atividade elétrica muscular;
c) Testar a reprodutibilidade da avaliação de força muscular isométrica multiarticular
em mulheres idosas.
19
3 REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 ALTERAÇÕES MORFOFISIOLÓGICAS DO SISTEMA NEUROMUSCULAR NO
ENVELHECIMENTO
O envelhecimento é um processo dinâmico e progressivo, envolvendo
alterações morfológicas, funcionais, sociais e psicológicas, tornando o indivíduo
mais suscetível às agressões intrínsecas; doenças degenerativas e uso de fármacos
e agressões extrínsecas; desde seu comportamento, aspectos sociais e ambiente
(ONAGA & D’ELBOUX, 2007). Convém salientar que hábitos de vida interagem
comumente com a genética, fazendo as consequências do envelhecimento se
diferenciar de indivíduo para indivíduo.
As alterações morfofisiológicas associadas ao envelhecimento e estilo de vida
vão desde as mudanças na composição e forma do corpo, como a redução da
estatura, aumento do tecido adiposo, perda de massa magra e óssea, até ao
declínio no desempenho de diferentes manifestações da força muscular, em
especial, a capacidade de produzir força muscular rapidamente. Em conjunto, estas
alterações podem provocar a instabilidade postural ou a incapacidade de
manutenção do equilíbrio, aumentando o risco de quedas e reduzindo a capacidade
de realização das atividades de vida diária (DEL DUCA et al., 2011; MAZO, 2007).
A redução da massa muscular é devido ao processo fisiológico natural de
remodelagem das unidades motoras com o envelhecimento, a desnervação seletiva
das fibras musculares, principalmente a do tipo II, gerando o processo denominado
sarcopenia.
Nos tempos atuais, a definição de sarcopenia conglomera além da redução
de massa muscular, a redução de força e o agravo do desempenho físico, como
descrito no documento publicado no ano de 2010 pelo Grupo Europeu de Trabalho
com Pessoas Idosas (CRUZ-JENTOFT et al., 2010). Este consenso documental
define a sarcopenia em três níveis; pré-sarcopenia que é a redução apenas de
massa muscular, sarcopenia moderada quando existe além de forma associada da
redução de massa muscular, redução de força ou desempenho físico, e a
sarcopenia severa que ocorre quando há alteração nas três variáveis.
As principais causas da sarcopenia pode ter origem primária ou secundária.
No primeiro caso tem relação ao processo de envelhecimento, porém o segundo
caso tem relação a outros fatores desencadeantes, como a inatividade física,
20
repouso prolongado, sedentarismo e situações de gravidade zero (CRUZ-JENTOFT
et al., 2010).
A nutrição é considerada um importante fator, como ingestão inadequada de
energético e proteína, presente em desordens gastrointestinais (má absorção) ou
uso de medicações que causam anorexia podem ocasionam sarcopenia. Além de
inúmeras doenças associadas a falência orgânica avançada, distúrbios inflamatórios
e endócrinos também podem promover um efeito catabólico, com consequente
maior degradação proteica (CRUZ-JENTOFT et al., 2010). Outras doenças como as
crônicas-degenerativas podem estar associadas a sarcopenia, incluindo a doença
pulmonar obstrutiva crônica, câncer, insuficiência renal crônica, infecções e
insuficiência cardíaca congestiva (BAUMGARTNER et al., 1998).
A prevalência de sarcopenia é aproximadamente de 25% em indivíduos
menores de 70 anos e 40% em indivíduos com 80 anos ou mais (BAUMGARTNER,
1998). Estando a força muscular prejudicada, é um preditivo de incapacidade física e
mortalidade para indivíduos com idade avançada (RANTANEN, 1999; ROUBENOFF
2000).
A perda de massa magra afeta a capacidade para geração de potência
muscular, diminuindo mais rapidamente que a força máxima. Sendo as mulheres
mais afetadas com a diminuição da força de membros inferiores em comparação aos
membros superiores. Consequentemente a mobilidade limitada, baixa aptidão
favorece a perda de força e a dificuldade de realizar atividades funcionais da vida
diária no envelhecimento, além de um potencial para maior incidência de acidentes
devido à fraqueza muscular, à fadiga e ao equilíbrio precário (DEL, 2011).
Homens e mulheres acima de cinquenta anos tem redução na força muscular
em torno de 8 a 15% por década, e o mesmo padrão de diminuição da força durante
o envelhecimento (DESCHENES, 2004; KAUFFMAN, 2001). Contudo, pesquisas
longitudinais têm mostrado aumento na diminuição da força em idosos, maior do que
os apresentados por estudos transversais (DESCHENES, 2004).
Além disso, mulheres possuem reservas funcionais menores do que homens,
apresentam maior declínio da força muscular de membros inferiores e tem maior
expectativa de vida permitindo maior tempo de ação dos efeitos degenerativos do
envelhecimento. Como observado no estudo LYNCH (1999), a qualidade muscular
(QM) de braço e perna declinou em uma taxa similar com a idade nos homens,
21
enquanto a QM da perna declinou aproximadamente 20% mais que a QM do braço
com o aumento da idade nas mulheres.
Segundo Candow & Chilibeck (2005), indivíduos com fraqueza dos membros
inferiores, no geral, utilizam mais grupos musculares de membros superiores,
realizando ações compensatórias pelos músculos do braço, induzindo-os, dessa
forma, a estresses regulares, o que favoreceria à manutenção da massa muscular e
a força desses membros. Ocorrem oscilações nos níveis de força, não só pela idade
do indivíduo como também do grupo muscular, tipo e intensidade da contração, e do
estado de atividade física (ENOKA et al., 2003).
Em adição ocorrem reduções da capacidade de recrutamento neural,
mecanismo que poderá também contribuir de forma significativa para alterações
funcionais em idosos (HAKKINEN et al 1996; URBANCHEK et al. 2001). Também
considerado um componente causal das situações de fragilidade e incapacidade do
indivíduo idoso (FRIED & GURALNIK, 1997).
Em relação ao número de fibras musculares, é sabido que ocorre o fenômeno
da hipoplasia muscular (redução do volume de um órgão ou de uma parte do corpo
em consequência da fraca atividade de formação dos tecidos) com o
envelhecimento. Vários artigos têm reportado quanto além da atrofia e da hipoplasia,
têm sugerido existir reduções da capacidade de recrutamento neural, mecanismo
que poderá também contribuir efetivamente para as alterações funcionais.
Idade e gênero afetam a força e a potência muscular, com a magnitude de
cada efeito, sendo influenciada pelo grupo muscular estudado e pelo tipo de
contração muscular (MCARDLE, 2013). O declínio da força na meia-idade,
associado a perda de peso aumenta a predisposição as doenças crônicas
degenerativas.
Variáveis do sistema neuromuscular como por exemplo a taxa de
desenvolvimento da força (TDF), definida como a inclinação da curva força-tempo
(∆força/∆tempo) obtida durante contração muscular isométrica, para a avaliação da
capacidade de desenvolver força rapidamente de jovens e idosos, tanto dos
membros superiores (WATANABE et al., 2011) quanto dos membros inferiores
(ANDERSEN & AAGAARD, 2006; SUETTA et al., 2007), têm sido alvo de atenção
da comunidade científica nos últimos anos.
Maffiuletti e colaboradores (2016), reporta que fatores neurais e musculares
ao desempenho de uma contração rápida tem uma contribuição relativa, pois foi
22
investigada comparando TDF em contrações induzidas por ativação e estimulação
elétrica. Usando tal abordagem, vários estudos têm demonstrado que a ativação
muscular, como avaliado por eletromiografia (EMG) de superfície, é um fator
importante que influencia a expressão de TDF em vivos (BLAZEVICH et al. 2009; DE
RUITER et al. 2004; DEL BALSO e CAFARELLI 2007; FOLLAND et al. 2014; KLASS
et al. 2008).
A capacidade de produzir força depende predominantemente do aumento da
ativação muscular.
Fatores morfológicos e fatores neurais são determinantes na produção de
força muscular (CORMIE, 2011).
O tipo de fibra muscular, características no arranjo arquitetônico do músculo,
a área de secção transversa, ângulo de penação e comprimento das fibras, além
das propriedades dos tendões são fatores morfológicos que influenciam diretamente
na produção de força (WIDRIEK et al. 2002; KUROKAWA et al. 2003).
O recrutamento de unidades motoras, a frequência de estimulação de
unidades motoras, sincronização ou coordenação intramuscular, intermuscular,
ativação dos músculos sinergistas e co-contração dos antagonistas são fatores
neurais (CORMIE, 2011). Além de mecanismos como o tipo de ação muscular e a
capacidade de armazenamento e de utilização da energia elástica também exercem
efeitos na produção da força (KOMI, 1986).
Outros mecanismos, como as propriedades musculares intrínsecas, também
explicam parte da TDF voluntária. A contribuição relativa das funções neurais e
fatores musculares intrínsecos podem variar durante as fases inicial e tardia de força
crescente durante uma contração rápida.
Composição, tipo fibra muscular, embora seja necessária cautela ao deduzir
significância das diferenças nas propriedades de fibra única (ENOKA &
DUCHATEAU, 2015), o tipo de fibra é frequentemente considerado um fator
importante que influencia a TDF muscular, sendo observada que a taxa de
desenvolvimento da tensão é mais rápida no tipo II do que as fibras do tipo I. Este
fenômeno é relacionado com fibras de tipo II com maior libertação total de Ca2 + por
potencial de ação (BAYLOR & HOLLINGWORTH, 1988) e constantes de tempo mais
rápidas de correntes de Ca2 +, bem como miosina rápida, troponina e isoformas de
tropomiosina (SCHIAFFINO & REGGIANI 1996) e, portanto, uma ponte cruzada de
23
mais rápida ciclagem (BOTTINELLI et al., 1996). Existe uma grande variabilidade na
composição entre vários tipos de fibra no sistema musculoesquelético.
A TDF é uma das variáveis do sistema neuromuscular, tem sido utilizada para
identificar a capacidade de um grupo muscular de gerar força explosiva, e esta
depende da TDF que atinge seus valores máximos entre 80-120 ms (AAGAARD et
al., 2002), é fundamental para performance esportiva (AAGAARD et al., 2010) e
atividades da vida diária (AAGAARD et al., 2011).
A força muscular voluntária declina com o envelhecimento e esta relação é
evidenciada por diversas alterações nos sistemas musculoesquelético e nervoso
(KLASS, BAUDRY, & DUCHATEAU, 2007).
A maior debilidade funcional dos idosos tem associação com o declínio da
velocidade de contração muscular (ZHONG, CHEN, & THOMPSON, 2007). Além
disso, estudos têm mostrado que a potência muscular (força × velocidade de
contração) possui maior potencial de influência no desempenho funcional do que a
força muscular, além de exibir declínio mais rápido com o processo de
envelhecimento (CLARK et al., 2010; WATANABE, TSUBOTA, CHIN, & AOKI,
2011).
Com o envelhecimento surgem principais alterações tais como; o avanço do
decréscimo da função muscular, que afeta diretamente a capacidade de realizar
tarefas do dia-a-dia, reduzindo a independência funcional e, desse modo, refletindo
negativamente na qualidade de vida do idoso. Nesse sentido, ao longo deste
referencial veremos os principais fatores envolvidos com o prejuízo da função
muscular associado ao envelhecimento e a sua influência na qualidade de vida dos
indivíduos idosos, pois tanto a força máxima (CLACK et al., 2013; LIBERDI et al.,
2015; SCHIMIDT et al., 2014) quanto a resistência e a potência sofrem significativa
redução com o avançar da idade.
A capacidade de produzir um rápido aumento da força contráctil na fase inicial
de uma contração voluntária (0-300 ms), como refletido por uma alta TDF, é vital não
só para o atleta treinado, mas também para o indivíduo idoso que apresenta
perturbações súbitas no equilíbrio postural (AAGAARD, 2003).
Aagaard et al. (2010) realizaram uma revisão de literatura acerca do papel do
sistema nervoso e suas perdas com o envelhecimento e a mudanças do sistema
neuromuscular com o treinamento de força para indivíduos idosos. Concluem que o
envelhecimento é caracterizado pela perda da motoneuronios (MNs) espinhal,
24
devido à apoptose, aos valores elevados de citocinas circulantes, e ao aumento do
estresse oxidativo celular.
A perda relacionada com a idade de MNs espinhal é acompanhada por uma
redução no músculo, número de fibras e tamanho (sarcopenia), consequentemente
levando a um desempenho prejudicado e a capacidade funcional reduzida durante
as tarefas diárias.
Diminuições simultâneas na força muscular máxima, potência muscular e TDF
são observadas com o envelhecimento, mesmo em atletas maduros altamente
treinados. O comprometimento da função muscular é acompanhada e parcialmente
causada por uma perda relacionada com a idade na função neuromuscular que
compreendem alterações na frequência máxima de disparo MN, ativação muscular
agonista, coativação muscular antagonista, força firmeza e circuito inibitório da
coluna vertebral.
No entanto, os indivíduos idosos demonstram plasticidade adaptativa
substancial em ambos os músculos esqueléticos e o sistema neuromuscular em
resposta ao treinamento de força (musculação), o que para compensar o declínio no
tamanho do músculo e função neuronal respectivamente relacionado a idade, ser
uma grande medida pode compensar e levar a melhora da capacidade funcional
mesmo em idade muito avançada.
Na isometria os músculos têm uma ação de tensão estática muscular e estão
diretamente envolvidos na produção do movimento da articulação. Eles tanto podem
exercitar uma ação de restrição, quanto uma de manutenção, como a necessária
para manter o corpo em uma posição vertical em oposição à força da gravidade
(NORDI & FRANKEL, 2003).
A tensão em um músculo varia com o tipo de contração. Contrações
isométricas produzem maior tensão do que as contrações concêntricas. O tempo de
contração mais longo das contrações isométricas e excêntricas permite maior
formação de ligações cruzadas pelos componentes contráteis, permitindo gerar
assim maior tensão (KROLL, 1987 apud NORDI & FRANKEL, 2003).
A força, ou tensão, gerada por um músculo é proporcional ao tempo de
contração: quanto mais longo o tempo de contração, maior a força desenvolvida, até
o ponto de tensão máxima. Contração mais lenta conduz a maior produção de força,
porque o tempo necessário está disponível para que a tensão produzida pelos
elementos contráteis seja transmitida pelos componentes elásticos paralelos ao
25
tendão. Embora a produção de tensão no componente contrátil possa alcançar um
máximo dentro de 10 ms, até 300 ms podem ser necessários para que a tensão seja
transferida aos componentes elásticos (OTTOSON, 1983 apud NORDI & FRANKEL,
2003).
A potência muscular pode ser ainda mais importante do que a força máxima
em pessoas mais velhas. A capacidade de desenvolver alta força rapidamente
contribui no desempenho com sucesso, as atividades da vida diária do idoso como
levantar de uma cadeira, subir escadas ou evitar uma queda (AAGAARD, 2010;
SKELTON, 2003).
Encontra-se na literatura diversos estudos que utilizam a TDF, que é a curva
força-tempo obtida durante a contração muscular isométrica, para a avaliação da
capacidade do jovem ou idoso, desenvolver força rapidamente em ambos os
membros (WATANABE et al.,2011, ANDERSEN & AAGAARD, 2006; SUETTA et al.
2007).
No estudo de Amaral et. al. (2012) que observaram a TDF muscular de
membros superiores e inferiores (pressão manual e extensão do joelho) em
mulheres idosas, por meio dos resultados, concluiu-se que o processo de
envelhecimento pode afetar negativamente a capacidade de desenvolver força
rápida de mulheres idosas. Para a amostra estudada, foram encontrados valores
semelhantes das variáveis relacionadas ao desenvolvimento da força para ambos os
membros, porém, os dados sugeriram um declínio mais acentuado nos membros
inferiores decorrente do processo de envelhecimento.
Importantes características da força muscular: a TDF e a contração voluntária
máxima (CVM) são variáveis dependentes importantes a serem analisadas de forma
multiarticular (YAMAUCHI, 2009), já que em sua grande maioria os estudos têm
reportado a avaliação da força muscular isométrica de forma monoarticular
(WALLERSTEIN, 2010).
O estudo de Allisson e colaboradores (2013) realizaram avaliação
comparativa de homens mais velhos (66 ± 3 anos) homens jovens (24 ± 2 anos) que
completaram uma série de contrações isométricas (máximas e explosivas) e
dinâmicas em um dinamômetro de prensa de pernas instrumentado para registrar
força e deslocamento e concluíram que embora a força e a velocidade fossem mais
baixas nos homens mais velhos, o decréscimo em vigor era maior e, portanto,
26
resulta a principal explicação para a atenuação da potência durante um movimento
articular múltiplo relevante funcionalmente.
O estudo de Camargo e colaboradores (2009), descreveram uma forma de
avaliação da força de tornozelos. Com objetivo de avaliar a força isométrica
monoarticular, criaram uma ferramenta utilizando a célula de carga do dinamômetro
digital portátil, adaptado a uma pequena mesa de dois andares, onde o avaliado
sentado posicionava a articulação do joelho em 90°. O indivíduo realizava, ora
dorsiflexão, ora plantiflexão de maneira isométrica, sendo assim quantificada a força
de tornozelo a partir do posicionamento de 90°. A adaptação se torna uma
ferramenta útil para avaliação da força muscular dessa articulação.
Estudo de revisão sistemática de Meereis e colaboradores (2013), identificam
que métodos de avaliação de força muscular isométrica de membros inferiores
tiveram um índice elevado de utilização do equipamento isocinético. Concluído que
foi verificado que são utilizados diversos métodos para a avaliação de força de
membros inferiores, dentre os quais o dinamômetro isocinético foi o mais utilizado.
Moura e colaboradores (2003) desenvolveram um aparelho para avaliar o
torque isométrico dos rotadores do ombro. Foi chamado de Plataforma Torsional do
Ombro (PTO), após a definição do modelo e padronização das medidas o PTO foi
construído e utilizado na avaliação bilateral dos ombros de indivíduos normais
permitindo verificar o desempenho dos rotadores do ombro em toda sua amplitude.
3.2 FORÇA MUSCULAR ISOMÉTRICA (FMI) E FAMILIARIZAÇÃO
A medição da força isométrica pode ser realizada em vários ângulos
articulares. O teste isométrico consiste geralmente em duas ou três tentativas de
contração máxima (com duração de cinco segundos). O melhor desempenho é
considerado a medida da força (POWERS & HOWLEY, 2005).
Na avaliação da força muscular isométrica recomenda-se realizar a
familiarização, a execução de um número suficiente de ensaios de teste, é o método
mais simples e mais conveniente de minimizar os efeitos da aprendizagem, assim
evitando erros sistemáticos nos resultados do estudo (HOPKINS, 2000 apud
PEKÜNLÜ & ÖZSU, 2014). Este processo denominado familiarização é um grande
componente na avaliação dos valores de patamar máximos “reais” nos testes
realizados em participantes (WALLERSTEIN et al., 2010).
27
Uma sessão de pré-familiarização é um importante fator a ser considerado na
avaliação das medidas de força isométrica. Em procedimentos de testes em
humanos, a variabilidade interindividual dos participantes deve ser levada em conta.
A técnica utilizada durante o teste, os efeitos de aprendizagem, fadiga, motivação,
incentivo verbal, feedback visual e instruções recebidas pelos participantes são
alguns fatores relacionados à variabilidade (VERDERA et al., 1999; HOPKINS, 2000
apud PEKÜNLÜ & ÖZSU, 2014).
Testes de familiarização são importantes, pois indivíduos que realizam teste
de força e potência musculares podem ter pouca ou nenhuma experiência em
executar as manobras do teste. Mostrando-se confiáveis a maioria dos testes de
força muscular, indivíduos novatos provavelmente melhorarão seus escores em
testes subsequentes, simplesmente devido à familiarização e conforto durante o
teste. Isso é especialmente verdadeiro para testes de força muscular que requerem
níveis relativamente altos de habilidade motora, como o teste isotônico com pesos
livres ou alguns outros testes, conforme seu objetivo. Se possível, aos indivíduos
novatos devem ser oferecidas uma sessão de familiarização antes de cada teste em
si. Essa deve envolver o procedimento do indivíduo por meio de todo o protocolo de
teste, procurando se esforçar ao máximo, resultando em facilitar as sessões de
testes subsequentes.
Wilson e Murphy (1996), após estudos de revisão de testes de força muscular
isométrica, concluíram que para manter a confiabilidade e a validade de
instrumentos desenvolvidos, faz-se necessário que os sujeitos sejam previamente
familiarizados com o método; mais de uma repetição deve ser realizada para
melhorar a acurácia dos dados; as instruções dadas devem ser claras e apropriadas;
tentativas devem ser permitidas antes do início do teste, o qual deve ser realizado
na posição específica para desempenho de seu interesse. Os mesmos sugeriram
que estudos futuros com mais descrições de métodos, em diferentes articulações,
devem ser incentivados no sentido de se buscar uma padronização dos tipos de
aparelhos, técnicas, posicionamentos, visando aprimorar a metodologia geral da
dinamometria e a sensibilidade e a especificidade de uma técnica padrão para todos
os perfis de indivíduos.
Devido à necessidade de maximizar a confiabilidade das medidas TDF,
recomenda-se que os participantes completem um mínimo de uma sessão de
familiarização antes de qualquer medição. Embora não existam dados quantitativos
28
que influenciam o número de contrações na confiabilidade, devem ser feitos pelo
menos cinco ensaios aceitáveis (linha de base estável, contrações explosivas) e a
média entre os três melhores esforços para fornecer medidas máximas de TDF. Se
houver clara tendência para um aumento ou diminuição de TDF, ou seja, variáveis
em diferentes ensaios, então isso pode significar potencialização ou efeitos de
fadiga. Procedimentos prolongados de aquecimento/prática e/ou períodos de
descanso inter-ensaio podem potencialmente aliviar o problema (MAFFIULETTI,
2016).
Atualmente o processo de familiarização tem sido bem utilizado em testes de força
muscular estática e/ou dinâmica para o bom desenvolvimento do protocolo que cada
estudo exige.
29
4 MATERIAIS E MÉTODOS
4.1 CARACTERIZAÇÃO DO ESTUDO E ASPECTOS ÉTICOS
Estudo experimental, delineamento com medidas repetidas nos mesmos
sujeitos. Foi aprovado pelo Comitê de Ética e Deontologia em Estudos e Pesquisas
(CEDEP) da Universidade Federal do Vale do São Francisco (UNIVASF), sobre o
Parecer Nº 1.400.781 (ANEXO B), todo o protocolo utilizado na pesquisa foi
realizado em conformidade a Resolução 466/2012 do Conselho Nacional de Saúde,
sobre pesquisas envolvendo seres humanos. E todas as participantes assinaram um
Termo de Consentimento Livre e Esclarecido (TCLE), anexo A.
4.2 PARTICIPANTES
Quinze idosas ativas praticantes de Hidroginástica e Pilates participaram e
concluíram voluntariamente este estudo. Como critérios iniciais de inclusão, as
participantes deveriam fazer atividade física regular superior a duas vezes por
semana e sistematizada por mais de 6 meses, não apresentar desordens
musculoesqueléticas, neurológicas e/ou cardiovasculares que impossibilitassem a
prática de exercícios físicos. O recrutamento das voluntárias foi realizado por meio
de convite em universidades, grupos de terceira idade e clubes da cidade de
Petrolina/PE.
O tamanho da amostra foi definido a partir de um cálculo amostral, realizado
no pacote computacional G*Power, versão 3.1.9.2, adotando um alfa de 95%, poder
estatístico de 80%, efeito do tamanho para F de 0,25 e correlação entre medidas
repetidas de 0,5.
Uma vez atingidos os critérios de elegibilidade, foram dados os
esclarecimentos referentes à finalidade do estudo e aos procedimentos propostos.
Após receberem informações verbais referentes às finalidades do estudo e os
procedimentos aos quais foram submetidas, as 16 participantes assinaram o TCLE
aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da UNIVASF. Foram excluídas sete
voluntárias que não completaram todas as etapas de avaliação ou por vontade
própria se recusaram a participar.
Ao total, foram recrutadas 23 participantes. Sete participantes atendiam os
critérios de elegibilidade, porém, se recusaram a participar do estudo. Uma
participante não realizou todas as avaliações propostas (faltou um dos testes),
completando o estudo 15 voluntárias idosas (idade: 66,8 ± 5,5 anos; massa corporal:
30
59,1 kg ± 8,2 kg; estatura: 1,52 m ± 0,8 m; índice de massa corporal: 25,26 ± 2,95
kg/m2). A Figura 1 apresenta o fluxograma das participantes ao longo do estudo.
Figura 1 - Fluxograma de seleção e participação dos sujeitos ao longo do estudo.
Fonte: Autoria própria
4.3 INSTRUMENTOS DE COLETA E DADOS
Para a avaliação da força muscular isométrica, a princípio, foi construída uma
adaptação de um dinamômetro de compressão no equipamento LEG PRESS
horizontal (marca Evidence). A confecção da placa adaptadora foi dimensionada e
composta por três peças metálicas (FIGURA 2). A peça metálica C servia de
acoplagem ao LEG PRESS e tanto poderia ser ajustada ao membro dominante do
avaliado, como do não dominante. A peça metálica B fixava a célula de carga e
permitia a regulação da amplitude da articulação do joelho e quadril (flexão 90º) e a
peça metálica A servia de plataforma para apoio do pé do participante, com um
31
ajuste em “L” para que a região dos metatarsos do avaliado tomasse posição
centralizada à célula de carga.
Além disso foi realizada a calibragem do instrumento. Utilizou-se anilhas de 5,
10 e 15 quilogramas, previamente pesadas em uma balança calibrada. As medidas
foram correlacionadas por uma equação de primeiro grau e o coeficiente de
determinação (R2 = 0,97) foi calculado para os parâmetros a e b encontrados (31,09
e -14,58, respectivamente). Para avaliar a reprodutibilidade da medida, este mesmo
procedimento foi realizado em duas ocasiões distintas. Em adição, previamente ao
início de cada coleta, era feita a configuração da célula de carga no EMG Lab (EMG
System®) com os coeficientes encontrados e em seguida, verificados os valores de
linha de base do sinal.
Figura 2 - Dimensionamento do Protótipo
Fonte: Autoria própria
32
Figura 3 - Placa adaptadora – primeiro modelo.
Legenda: (1) – Área em L que delimitava a pressão do pé centralizada a célula de carga; (2) – ponto de apoio de fixação das lâminas A e B; (3) – célula de carga de formato em S; (4) - acoplamento da lâmina C para engate no LEG PRESS. Fonte: Autoria própria
Após as análises iniciais, observou-se uma série de limitações deste primeiro
protótipo, em especial, as variações da força externa mensurada em virtude da
célula de carga do tipo “S” sofrer influência do efeito de torção quando forças fora do
eixo longitudinal são aplicadas. Por essa razão, foi necessário reestruturar todo o
protótipo, desde às peças metálicas ao modelo de célula de carga. O novo protótipo
está descrito a seguir
4.3.1 Reestruturação do protótipo
O novo protótipo foi desenvolvido com ferragens mais espessas para
minimizar ao máximo as deformações e se utilizou de célula de carga de ponto único
(single point) que não sofre influências de forças de torção, conforme exemplificado
nas figuras 4 a 7.
33
Figura 4 - Placa adaptadora - atual
Legenda: Vista lateral da placa adaptadora: (1) - local de pressão do pé; (2) - célula de carga; (3) - alça de engate para posicionamento da placa no LEG PRESS horizontal. Fonte: Autoria própria
Figura 5 - Visualização da placa adaptadora em sequência (vista lateral e acoplada ao LEG PRESS).
Fonte: Autoria própria
34
Figura 6 – Placa adaptadora vista de frente posicionada no LEG PRESS.
Fonte: Autoria própria
Figura 7 - Posicionamento da participante.
Legenda: Posicionamento da participante durante a avaliação no LEG PRESS horizontal. Fonte: Autoria própria
35
4.3.2 Avaliação e tratamento dos sinais da curva força tempo isométrica e
eletromiografia
As participantes foram posicionadas sobre o assento do equipamento, com
suporte para as costas (FIGURA 7). Com auxílio de um goniômetro digital, o joelho
do membro dominante das participantes era posicionado no ângulo de 90° (extensão
total = 0°).
Os ajustes individuais realizados no equipamento foram cuidadosamente
registrados e utilizado em todas as avaliações. Nos momentos precedentes ao início
de cada avaliação, as participantes eram instruídas a pressionar a placa realizando
um esforço isométrico máximo “tão rápido quanto possível” e sustentá-lo por três
segundos observados no feedback visual e orientado pelo avaliador.
Na avaliação foram realizados três exercícios, com intervalo de recuperação
entre eles de 2 minutos.
As participantes foram encorajadas verbalmente a realizarem seus esforços
máximos e feedback visual do desempenho da força muscular era ofertado. Para a
análise estatística foi considerada a média da força das três avaliações.
A atividade EMG de superfície do quadríceps femoral (vastos medial e lateral)
foi captada por meio de eletrodos circulares (prata/cloreto de prata), com área de
captação de 10 mm e distância centro a centro inter-eletrodos de 20 mm,
sincronicamente com o registro da força muscular. Para diminuir a impedância da
pele, os locais de fixação dos eletrodos foram cuidadosamente preparados, sendo
realizada a abrasão e limpeza com álcool. O posicionamento de cada eletrodo,
sobre os pontos anatômicos seguiu as recomendações do Surface
Electromyography for the Non-Invasive Assessment of Muscles (HERMENS et al.,
2000). O eletrodo de referência foi colocado sobre a tuberosidade da tíbia. Foi
utilizada uma caneta tipo pincel atômico para marcação do ponto anatômico do
ventre dos músculos vastos (medial e lateral) e era solicitado a participante que não
apagasse a marca do pincel, para nos dias da avaliação, para que pudéssemos
colocar os eletrodos no mesmo local, durante as medidas da força muscular
isométrica.
Todos os sinais foram registrados por meio de um amplificador de sinais
analógicos (modelo CS 800 AFTM, EMG system TM, SP, Brasil), consistindo de um
condicionador de sinal com placa conversora A/D com 12 bits de resolução.
36
Os sinais EMG foram adquiridos com filtro passa banda (frequências de corte
em 20 e 500 Hz), ganho de amplificação de 1000x e modo de rejeição comum >
120dB. Para todos os canais a frequência de amostragem foi de 2000 Hz e
amplitude de entrada de 5 mV.
O desenvolvimento da rotina em ambiente MATLAB para o processamento
dos sinais foi realizada da seguinte forma:
a) O sinal da célula de carga teve filtragem digital butterworth (zero lag) de
segunda ordem;
b) A frequência de corte do filtro foi obtida por meio da análise residual
proposta por Winter (1990). Neste procedimento, o sinal da célula de
carga com ruído foi filtrado com frequências de corte 1 a 20 Hz. Após, a
raiz do erro médio quadrático (resíduo médio) de cada sinal filtrado, em
função do sinal com ruído, foi calculada. O resíduo de cada sinal filtrado,
em função da respectiva frequência de corte utilizada, foi analisado
graficamente.
Segundo Winter (1990), a projeção entre os resíduos e as frequências de
corte do filtro fornece um perfil de curva com um aumento abrupto num
determinado instante. Este aumento abrupto no perfil da projeção entre
resíduos e as frequências de corte determina a frequência de corte teórica
ótima do filtro (figura 8);
c) Determinou-se o início da produção de força no sinal filtrado definido como
o instante de tempo no qual o valor de tensão mensurada exceder 7,5 N
acima da linha de base (figura 9);
d) A TDF máxima foi determinada pelo teste da primeira derivada do sinal do
transdutor de força (KLASS et al., 2008) (figura 10);
e) A contração voluntária máxima (CVM) foi considerada como o maior valor
registrado dentro da janela de um segundo a partir da estabilização da
força muscular (quando a derivada cruzar o zero após o início da força)
(figura 10);
f) O início da atividade EMG foi determinado quando os valores EMG
ultrapassassem 15 uV acima da média do ruído de base (RISTANIS et al.,
2011);
37
g) A amplitude da atividade EMG foi obtida por meio da raiz quadrada da
média dos quadrados (RMS) no sinal previamente filtrado dentro da janela
de um segundo utilizada para determinar a CVM (figura 11).
Figura 8 - Determinação da frequência de corte do filtro por meio da análise residual.
Figura 9 - Análise do sinal da célula de carga após ser filtrada para determinação das variáveis de força.
38
Figura 10 - Representação esquemática do processamento da atividade eletromiográfica e retardo eletromecânico.
4.4 REPRODUTIBILIDADE DAS VARIÁVEIS
Para avaliar a reprodutibilidade das mensurações de força muscular e
atividade eletromiográfica, as participantes compareceram ao laboratório em quatro
ocasiões diferentes, intervaladas por no mínimo 24 horas para registro da curva
força-tempo isométrica máxima e atividade eletromiográfica (EMG) no exercício LEG
PRESS horizontal (APÊNDICE B).
Durante todos os dias das avaliações a sala se encontrava com a temperatura
ambiente de 23ºC e com iluminação natural. Na primeira visita ocorreu o
preenchimento da ficha de avaliação (APÊNDICE A) com dados pessoais,
assinatura do Termo de Consentimento Livre Esclarecido (TCLE), mensurações
antropométricas (massa corporal e estatura) e conforme orientação do SENIAM,
foram determinados os locais para fixação dos eletrodos empregados no registro da
atividade EMG (vastos medial e lateral) (HERMENS et al., 2000).
As três visitas subsequentes foram realizadas na mesma hora do dia com
objetivo de minimizar as possíveis variações circadianas no comportamento do
sistema neuromuscular, com intervalo de 48 horas. As participantes foram
orientadas a não realizarem atividades físicas intensas nas 24 horas precedentes as
avaliações. O delineamento do estudo é apresentado na figura 11.
39
Figura 11 - Delineamento do estudo.
Legenda: TCLE- Termo de Consentimento Livre e Esclarecido, TDF- Taxa de Desenvolvimento de Força, CVM- Contração Voluntária Máxima.
4.5 ANÁLISE ESTATÍSTICA
A distribuição normal dos dados foi verificada pelo teste de Shapiro-Wilk. A
confiabilidade relativa para a CVM e TDF máxima foi analisada pelo coeficiente de
correlação intraclasse (CCI) entre as sessões de testes 1 e 2 (visitas 2 e 3) e entre
as sessões 2 e 3 (visitas 3 e 4). A confiabilidade absoluta foi analisada pelo erro
padrão de medida. Análise de variância (ANOVA) para medidas repetidas foi
utilizada para verificar a presença de erros sistemáticos na CVM, TDF máxima e
atividade EMG obtidas nas três sessões. O teste post-hoc de Bonferroni foi
empregado para identificação das diferenças específicas nas variáveis em que os
valores de F encontrados foram superiores ao critério de significância estatística
estabelecido (P < 0,05).
40
5 RESULTADOS
A Tabela 1 apresenta os valores de força isométrica obtidos pelo protótipo de
adaptação da célula de carga em cada um dos três dias de avaliações. A ANOVA
não identificou diferenças significativas para a média das tentativas entre as três
sessões de testes (p > 0,05) tanto para a CVM quanto para a TDF máxima. O erro
padrão de medida para a CVM foi maior entre as sessões 1 e 2 (32,6 N) em
comparação a sessões 2 e 3 (17,3 N). Para a TDF máxima o erro padrão de medida
entre as sessões 1 e 2 foi de 389,8 N.s-1 e de 240,6 N.s-1 entre as sessões 2 e 3.
Tanto para a CVM quanto para a TDF máxima, a variação percentual entre os
valores mínimos e máximos foi menor para as sessões 2 e 3 em relação a sessão 1.
Tabela 1 - Valores de força isométrica de idosas obtidos pelo protótipo de adaptação da célula de carga no exercício LEG PRESS horizontal. Valores em média ± desvio-padrão. CONTRAÇÃO VOLUNTÁRIA MÁXIMA (n = 15)
SESSÃO 1 SESSÃO 2 SESSÃO 3
TENTATIVA 1 (N) 427,7 ± 81,6 444,5 ± 93,1 449,6 ± 91,5
TENTATIVA 2 (N) 439,8 ± 78,8 454,6 ± 100,4 463,0 ± 92,0
TENTATIVA 3 (N) 444,3 ± 93,9 450,4 ± 94,3 457,2 ± 95,8
MÍNIMO (N) 419,2 ± 80,6 434,1 ± 93,6 441,7 ± 92,9
MÁXIMO (N) 457,1 ± 86,5 463,0 ± 97,6 469,0 ± 91,9
VARIAÇÃO MIN-MAX (%) 9,4 ± 6,9 6,8 ± 3,8 6,5 ± 4,5
MÉDIA DAS TENTATIVAS (N) 437,3 ± 82,9 449,8 ± 95,0 456,6 ± 92,1
TAXA DE DESENVOLVIMENTO DE FORÇA (n = 15)
SESSÃO 1 SESSÃO 2 SESSÃO 3
TENTATIVA 1 (N.s-1) 1973,4 ± 1171,3 1789,9 ± 734,7 1804,1 ± 735,2
TENTATIVA 2 (N.s-1) 1767,2 ± 823,0 1786,2 ± 742,1 1815,3 ± 620,9
TENTATIVA 3 (N.s-1) 1928,6 ± 734,0 1857,6 ± 657,5 1826,4 ± 678,3
MÍNIMO (N.s-1) 1590,3 ± 723,6 1528,9 ± 578,1 1596,0 ± 667,3
MÁXIMO (N.s-1) 2247,5 ± 1101,6 2057,6 ± 757,7 2019,1 ± 677,3
VARIAÇÃO MIN-MAX (%) 42,8 ± 35,5 35,2 ± 22,2 33,8 ± 32,4
MÉDIA DAS TENTATIVAS (N.s-1) 1889,7 ± 854,4 1811,2 ± 652,8 1815,3 ± 642,5
Os resultados de confiabilidade relativa para a CVM e TDF máxima entre as
sessões de testes são apresentadas na Tabela 2. Tanto para a CVM quanto para a
TDF máxima, maiores valores de CCI foram observados entre as sessões 2 e 3 em
comparação a sessão 1.
41
Tabela 2 - Confiabilidade relativa entre sessões obtidos pelo protótipo de adaptação da célula de carga no exercício LEG PRESS horizontal.
CONTRAÇÃO VOLUNTÁRIA MÁXIMA (n = 15)
CCI IC 95% P
SESSÃO 1 X SESSÃO 2 0,866 0,648 a 0,953 < 0,001
SESSÃO 2 X SESSÃO 3 0,966 0,902 a 0,988 < 0,001
TAXA DE DESENVOLVIMENTO DE FORÇA (n = 15)
SESSÃO 1 X SESSÃO 2 0,737 0,379 a 0,903 0,001
SESSÃO 2 X SESSÃO 3 0,862 0,638 a 0,951 < 0,001
A ANOVA não identificou erros sistemáticos nos valores de atividade EMG
para ambos os vastos, conforme verificado pela não diferença significativa entre os
valores médios de cada uma das sessões de testes (FIGURA 12).
Figura 12 - Atividade eletromiográfica de idosas (n = 15) obtida durante avaliação de força muscular isométrica no exercício LEG PRESS horizontal. Valores em média ± desvio-padrão.
42
6 DISCUSSÃO
O presente trabalho buscava atender três objetivos específicos: a)
desenvolver adaptador para utilização de célula de carga no equipamento LEG
PRESS horizontal; b) desenvolver rotina computacional em ambiente MATLAB para
análise dos sinais da célula de carga e amplitude da atividade elétrica muscular; c)
testar a reprodutibilidade da avaliação de força muscular isométrica multiarticular em
mulheres idosas.
Os avanços nas áreas de engenharia elétrica e da computação permitem o
fácil acesso a condicionadores analógicos/digitais de sinais elétricos com diferentes
sensores, dentre eles as células de carga e atividade EMG, e softwares para
posterior processamento destes sinais. Com objetivo de reduzir ao máximo a
complacência do protótipo, placas de aço foram soldadas de forma a permitir que
uma célula carga fosse fixada a plataforma rígida do LEG PRESS horizontal.
A célula de carga do tipo single point, insensíveis às forças laterais (torção),
permitiu a montagem da adaptação diretamente sobre ela, aumentando a precisão
da medida por atenuar possíveis efeitos do posicionamento dos pés sobre a
adaptação. Da forma como foi desenvolvida, a adaptação se mostrou de fácil
confecção e possui grande liberdade de utilização, permitindo a avaliação tanto do
membro direito como esquerdo. Outro importante avanço advindo deste protótipo foi
a possibilidade de avaliar a força muscular de idosas em um exercício multiarticular.
Atualmente encontram-se disponíveis no mercado muitos equipamentos para
avaliação da função muscular monoarticulares, como a extensão de joelhos.
Contudo, a maior parte das atividades desempenhadas pelos membros inferiores
envolvem ações musculares em múltiplas articulações. Assim, a possibilidade de
avaliação da função neuromuscular de forma multiarticular pode ser melhor
relacionada as atividades da vida diária em comparação a avaliação monoarticular.
O desenvolvimento do algoritmo computacional em ambiente MATLAB para
análise dos sinais da célula de carga e amplitude da atividade elétrica muscular
mostrou-se de difícil execução. Grande parte da dificuldade está em aprender a
linguagem de programação utilizada em ambiente MATLAB e adquirir os
conhecimentos técnicos de análise e processamento de sinais elétricos. Porém, uma
43
vez o algoritmo finalizado, o processamento das informações oriundas do
condicionador de sinais foi de rápida realização e baixa dificuldade.
Embora a avaliação da força muscular isométrica seja amplamente
empregada em estudos laboratoriais, por ser sensível ao detectar mudanças agudas
e crônicas na função neuromuscular, não existem diretrizes padronizadas a respeito
da duração do esforço, número de tentativas, intervalo de recuperação entre
tentativas, ângulo articular etc. O presente estudo adotou as sugestões de Brown e
Weir (2001) para avaliação de força muscular isométrica.
Tanto para a TDF máxima quanto para a CVM, as variáveis de confiabilidade
foram melhores para as sessões 2 e 3 de testes quando comparadas a sessão 1,
conforme Tabela 2.
Wallerstein et al. (2010) têm indicado que a estabilização do desempenho de
força isométrica de idosos ocorre entre a terceira e quarta sessão de familiarização.
No presente estudo, as variáveis de confiabilidade apresentaram excelente
reprodutibilidade a partir da segunda sessão de testes. A falta de diferenças
significativas na média das tentativas entre as três sessões de testes para a
atividade EMG de ambos os vastos corroboram com o estudo de Wallerstein et al.
(2010).
O menor erro padrão de medida observado entre as sessões 2 e 3 sugere
que ao menos uma sessão de familiarização seja realizada para adequada avaliação
da força muscular isométrica ao utilizar o protótipo desenvolvido.
Os CCI observados no presente estudo estão próximos aos reportados por
outros trabalhos. Webber e Porter (2010), por exemplo, têm reportado CCI de 0,97
para a CVM e 0,86 para TDF.
Ao atingir os objetivos propostos fica evidente a viabilidade de adaptar células
de cargas a equipamentos de treinamento de força muscular disponíveis em clubes
e academias e, dessa forma, avaliar adequadamente a função neuromuscular de
idosas.
O bom desempenho das variáveis de confiabilidade, associado ao
desenvolvimento do algoritmo para processamento dos sinais elétricos, permite que
outros estudos possam ser desenvolvidos buscando investigar o efeito agudo e
crônico de diferentes variáveis independentes na função neuromuscular de
humanos.
44
7 CONCLUSÃO
O desenvolvimento do protótipo foi possível em virtude da disponibilidade de
equipamentos nas áreas de engenharia elétrica e da computação.
A placa adaptadora desenvolvida demonstrou eficácia na avaliação isométrica
muscular de membros inferiores de idosas e permite uso bilateral. Em adição, os
resultados do presente estudo mostram que a função neuromuscular de mulheres
idosas pode ser avaliada de forma reprodutível em equipamento multiarticular por
meio de adaptação de célula de carga disponível comercialmente.
45
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50
APÊNDICE A - FICHA DE AVALIAÇÃO
Data de Avaliação___/___/20___
Avaliador:______________________________
Nome: ________________________________________________________
Telefone: ( )_________________
Data de Nascimento:___/___/___ Idade:_____ anos
Peso: ___________ Estatura: ___________ IMC:___________
Dominância ( ) Direita ( ) Esquerda
1. Você apresentou alguma lesão óssea ou articular nos últimos seis meses?
( ) Sim ( ) Não
2. Participa de algum programa de exercício físico há pelo menos três meses?
( ) Sim ( ) Não
Frequencia semanal: ________ Duração: ______
3. Possui algum limitação cardiovascular ou neurológica que o impeça de realizar
exercícios físicos?
( ) Sim ( ) Não
4. Faz uso de algum medicamento?: ( ) Sim ( ) Não
( ) Diuréticos ( ) Anti-depressivo ( ) Pressão arterial ( ) Anti-inflamatórios ( ) Analgésicos ( ) Cardiovasculares ( ) Outro (s)_____________________________________________________
5. Já participou de algum teste de aptidão física (TAF)?
( ) Sim ( ) Não
6. Se respondeu SIM no item anterior, responda: você obteve no TAF o índice
mínimo exigido?
( ) Sim ( ) Não
51
APÊNDICE B - FICHA DE COLETA FORÇA MUSCULAR ISOMÉTRICA
Avaliador:______________________________
Nome: ________________________________________________________ 1. Condições de bem-estar Bom ( ) Regular ( ), por quê? ____________ Ruim ( ), por quê?_____________ Realizou atividade física? Sim ( ), qual? _________________________ Não ( ) Alimentação do dia normal? Sim ( ) Não ( ), por quê? ____________________
Sessão 1ª Tent Rec 2ª Tent Rec 3ª Tent Data
1ª
Obs:
2. Condições de bem-estar Bom ( ) Regular ( ), por quê? ____________ Ruim ( ), por quê?_____________ Realizou atividade física? Sim ( ), qual? _________________________ Não ( ) Alimentação do dia normal? Sim ( ) Não ( ), por quê? ____________________
Sessão 1ª Tent Rec 2ª Tent Rec 3ª Tent Data
2ª
Obs:
3. Condições de bem-estar Bom ( ) Regular ( ), por quê? ____________ Ruim ( ), por quê?_____________ Realizou atividade física? Sim ( ), qual? _________________________ Não ( ) Alimentação do dia normal? Sim ( ) Não ( ), por quê? ____________________
Sessão 1ª Tent Rec 2ª Tent Rec 3ª Tent Data
3ª
Obs:
52
ANEXO A – TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO - TCLE
Título da Pesquisa: “Protótipo para adaptação de célula de carga em
equipamento de treinamento de força multiarticular para avaliação da força
muscular e atividade elétrica”.
Nome do pesquisador: SANDRA LEITE DE OLIVEIRA
Nome do orientador: PROF. DR. ANDRÉ LUIZ DEMANTOVA GURJÃO
1. Natureza da pesquisa: a Sra. está sendo convidada a participar desta pesquisa
que tem como finalidade verificar a reprodutibilidade da avaliação de força
muscular isométrica multiarticular, ou seja, o quanto cinco sessões de medidas
pode influenciar a familiarização da força muscular isométrica dos músculos dos
membros inferiores. Para isso, a Sra. terá que comparecer aqui na universidade
em seis dias diferentes. Cada visita terá duração de 40 minutos
aproximadamente. A Sra. irá realizar as seguintes avaliações e procedimentos:
a) medida do peso e altura;
b) avaliação da força muscular da perna dominante no aparelho LEG PRESS
(teste de contração muscular máxima);
c) avaliação do sinal elétrico dos músculos da perna.
2. Participantes da pesquisa: 23 idosas com idade mínima de 60 anos.
3. Envolvimento na pesquisa: ao participar deste estudo a Sra. permitirá que o
pesquisador aumente o conhecimento sobre os efeitos da familiarização na
reprodutibilidade da força muscular isométrica em indivíduos de diferentes faixas
etárias. Esse conhecimento pode ajudar os professores de Educação Física a
prescrever programas de exercícios físicos voltados para estes grupos
específicos. A Sra. tem liberdade de se recusar a participar e ainda se recusar a
continuar participando em qualquer fase da pesquisa, sem qualquer prejuízo.
Sempre que quiser poderá pedir mais informações sobre a pesquisa através do
telefone do pesquisador do projeto e, se necessário, através do telefone do
Comitê de Ética e Deontologia em Estudos e Pesquisa da UNIVASF.
4. Riscos, Desconforto e Medidas de proteção: os riscos relativos ao teste força
muscular isométrica não diferem daqueles normalmente associados a prática de
exercícios físicos. Todos os protocolos de testes que que serão propostos no
estudo são amplamente utilizados para estudos científicos e recomendados para
a prescrição de exercícios físicos por diferentes organizações profissionais e
agências governamentais voltadas à saúde, como o Colégio Americano de
Medicina do Esporte. Em geral, o risco de lesões é pequeno e está associada a
53
realização inadequada das técnicas. Pode ocorrer dor muscular tardia
característica a prática de exercícios físicos por indivíduos sedentários. Dessa
forma, visando reduzir ainda mais qualquer risco, todos os procedimentos serão
orientados e supervisionados por profissionais treinados, o exercício será
realizado na máquina e todos os participantes serão familiarizados aos exercícios
propostos, especialmente em relação a técnica.
5. Formas de Assistência: como forma de assistência imediata, caso ocorra
alguma intercorrência, os participantes poderão obter assistência médico
hospitalar do SUS (ex.: Emergência do Hospital de Urgências e Traumas).
6. Garantia de sigilo e privacidade: todas as informações coletadas neste estudo
são estritamente confidenciais. Somente o pesquisador (e/ou equipe de
pesquisa) terá conhecimento de sua identidade e nos comprometemos a mantê-
la em sigilo ao publicar os resultados dessa pesquisa.
7. Benefícios: será informado as participantes que a realização deste estudo trará
informações importantes sobre como avaliar a força muscular isométrica de
mulheres com diferentes faixas etárias, contribuindo na formação profissional de
educadores físicos e fornecendo subsídios à prescrição de programas de
exercício físicos voltados a melhora da qualidade de vida da comunidade.
8. Formas de ressarcimento e indenização: você não terá nenhum tipo de
despesa para participar desta pesquisa, bem como nada será pago por sua
participação. Em caso de danos comprovadamente relacionados a sua
participação nessa pesquisa fica garantida a indenização por parte dos
pesquisadores.
Após esses esclarecimentos, solicitamos o seu consentimento de forma livre para participar desta pesquisa. Portanto preencha, por favor, os itens que se seguem: Confiro que recebi cópia deste termo de consentimento e autorizo a execução do trabalho de pesquisa e a divulgação dos dados obtidos neste estudo.
Obs.: Não assine esse termo se ainda tiver dúvida a respeito.
Tendo em vista os itens acima apresentados, eu, de forma livre e esclarecida, confirmo minha participação na pesquisa.
Petrolina, PE ____/____/20__
_________________________________
Nome da participante da Pesquisa
_________________________________ Assinatura do Pesquisador
___________________________________
Assinatura do Orientador
54
Orientador: Prof. Dr. André Luiz Demantova Gurjão (87) 2101-6856 Nome do pesquisador: Sandra Leite de Oliveira (87) 98809-9914.
E- mail [email protected] Coordenação do Comitê de Ética e Deontologia em Estudos e Pesquisas: Alvaro Rego Millen Neto (Coordenador) Deuzilane Muniz Nunes (Vice-Coordenadora) Telefone do Comitê: 87 21016797 E-mail: [email protected]
55
ANEXO B – Aprovação do Comitê de Ética e Deontologia em Estudos e Pesquisas – CEDEP da UNIVASF
56
57
