ESTIMATIVA DA FORÇA MUSCULAR RESULTANTE DOS FLEXORES DO COTOVELO A PARTIR DO TORQUE RESULTANTE

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1 ESTIMATIVA DA FORÇA MUSCULAR RESULTANTE DOS FLEXORES DO COTOVELO A PARTIR DO TORQUE RESULTANTE Fábio Canto da Silva, Artur Bonezi, Jefferson Fagundes Loss Escola de Educação Fìsica Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRGS Porto Alegre. Resumo: A força muscular é um parâmetro importante na elaboração de modelos biomecânicos. Existem poucos estudos visando estimar a força muscular in vivo, tanto em situações estáticas quanto dinâmicas. Para a estimativa de força muscular dos flexores do cotovelo, foi utilizado um dinamômetro isocinético, responsável pela obtenção de dados de torque muscular. A partir de valores de distância perpendicular obtidos na literatura, foi possível calcular a distância perpendicular média ponderada (DPMP) dos 3 principais flexores do cotovelo (bíceps braquial, braquial e braquiorradial), utilizando a área de secção transversa fisiológica (PCSA) como fator de ponderação. Foi realizado o quociente entre torque e DPMP, obtendo-se a força muscular resultante desse grupo muscular. O pico de força muscular ocorreu em aproximadamente 0% da flexão do cotovelo, ou seja, logo no início do movimento. Esse grupo muscular parece atuar numa amplitude funcional condizente com o trecho ascendente da curva comprimento-tensão. Palavras Chave: torque, isocinético, força muscular, distância perpendicular. Abstract: Muscle force is an important parameter for setting biomechanical models. There are few studies that aim to estimate muscle force in vivo, in static as well in dynamic situation. To estimate muscle force of elbow flexors muscles, it was used an isokinetic dynamometer, which was on charge to obtain muscle moment data. From moment arms data token from literature, it was possible to calculate an averaged perpendicular distance considering the physiological cross sectional area (PCSA). From the 3 main elbow flexors muscles (biceps brachii, brachialis and brachioradialis), being the PCSA the weighed factor. The quotient between muscle moment and moment arm was calculated, obtaining the elbow flexors muscle force. The muscle force peak occurs near 0% of elbow flexion, which means, in the very start of the movement. This muscle group seems to act in a functional range fitting with the ascending limb of force-length relationship. Keywords: moment, isokinetic, muscle force, moment arm. INTRODUÇÃO A força muscular é um importante parâmetro utilizado na elaboração de diferentes modelos biomecânicos. Normalmente, essa variável é determinada a partir de experimentos com fibras ou miofibrilas isoladas e em situações estáticas (isométricas) [1,2]. Existe uma carência na literatura acerca de métodos para se estimar a produção de força muscular in vivo [3,4]. A maior parte desses estudos estimam a força em situações estáticas [3,4,5,6]. A carência na literatura sobre esse tema é ainda maior quando se trata de situações dinâmicas. A produção de força muscular ao longo da amplitude articular depende, principalmente, de dois fatores: comprimento muscular (relação forçacomprimento) e velocidade de encurtamento (relação força-velocidade). A relação forçacomprimento vem sendo bem descrita desde a publicação da Teoria das Pontes Cruzadas [7] e da determinação da influência do comprimento na produção de força muscular [1]. Essa relação descreve a produção de força como fruto da interação entre os filamentos de actina e miosina, na qual a sobreposição entre os mesmos gera uma maior ou menor formação de pontes cruzadas e, conseqüentemente, maior ou menor produção de força. 300

2 A relação força-velocidade é descrita como uma diminuição de forma exponencial da força muscular em função da velocidade de encurtamento. Tal como a relação forçacomprimento, a relação força-velocidade tem sido bem descrita na literatura [8,9]. Outros parâmetros também são importantes para a produção de força muscular, tais como: área de secção transversa fisiológica, tensão específica e nível de ativação eletromiográfica, por exemplo. Porém, essas variáveis alterariam a força muscular absoluta, logo, pode-se esperar que a falta de controle das mesmas não altere a produção máxima relativa de força muscular. Atualmente, são largamente utilizados equipamentos de dinamometria isocinética, com intuito de se verificar a produção de torque muscular resultante das mais diversas ações articulares, dentre elas a flexão do cotovelo. É sabido que o torque muscular é o produto de sua força e de sua distância perpendicular (vantagem mecânica). Os valores de distância perpendicular de inúmeros grupos musculares já estão descritos na literatura e poderiam ser utilizados para o cálculo de força muscular a partir desses valores de torque mensurados. Entretanto, o dinamômetro isocinético mede a soma vetorial de todos os torques musculares envolvidos, sendo muito difícil predizer o percentual de participação de cada um dos músculos envolvidos na ação. A partir disso, torna-se necessária a utilização de um valor de distância perpendicular média de todo o grupo muscular (distância perpendicular média ponderada). Essa distância consiste na média das distâncias perpendiculares de cada músculo, ponderada pela área de secção transversa dos mesmos. Assim, pretende-se estimar a produção máxima de força muscular resultante dos flexores do cotovelo, ao longo da amplitude de execução de flexão do cotovelo, numa situação dinâmica em baixa velocidade de execução (45º/s). MATERIAIS E MÉTODOS Para identificar a produção de torque muscular dos flexores do cotovelo, foram analisadas situações de produção voluntária máxima de torque flexor do cotovelo em baixa velocidade (45º/s), num dinamômetro isocinético. A amostra do estudo foi composta por 5 universitários jovens e saudáveis (3 homens e 2 mulheres), com diferentes graus de atividade física e idade média 25,0 anos (±2,9). Nesse estudo, apenas os 3 principais flexores do cotovelo (bíceps braquial, braquial e braquiorradial) foram considerados. Procedimento de Coleta de Dados A coleta de dados foi realizada num dinamômetro isocinético da marca Cybex, modelo Norm (Dataq Instruments, Inc. Ohio- USA), o qual foi responsável pelo registro dos dados de torque exercidos pelo indivíduo em contrações concêntricas e excêntricas de flexores do cotovelo nos diferentes ângulos da amplitude articular, além do controle da velocidade de execução em 45º/s. Todos os indivíduos realizaram 1 série composta por 5 execuções concêntrica/excêntricas de flexores do cotovelo. Em ambas as fases de execução (concêntrica e excêntrica), os indivíduos foram estimulados a exercer seu máximo esforço de flexão do cotovelo. Em todos os casos, os indivíduos foram analisados 301

3 com a articulação radio-ulnar na posição neutra (0º de supinação). Cálculo da Distância Perpendicular Média Ponderada Para determinação da distância perpendicular dos principais flexores do cotovelo, foram utilizados os dados experimentais, encontrados em um cadáver masculino e outro feminino [10]. A área de secção transversa fisiológica (PCSA) foi calculada para cada sujeito da amostra, a partir de medidas antropométricas dos indivíduos [11]. Com os dados de distância perpendicular de cada músculo e a PCSA dos mesmos, foi possível caracterizar a distância perpendicular média ponderada (DPMP) dos flexores do cotovelo de cada indivíduo. O cálculo de DPMP foi realizado a partir da equação 1, apresentada abaixo: ( d1* PCSA1) + ( d2* PCSA2) + ( d3* PCSA3) DPMP = PCSA Onde: d 1, d 2 e d 3 são as distâncias perpendiculares do bíceps braquial, braquial e braquiorradial, respectivamente; e PCSA 1, PCSA2 e PCSA 3 são as áreas de secção transversa fisiológicas do bíceps braquial, braquial e braquiorradial, respectivamente. As curvas de distância perpendicular foram plotadas no software SAD32, onde foi utilizada a equação 1 para a obtenção da DPMP. Tratamento dos Dados Os dados de torque em função do ângulo de flexão do cotovelo foram exportados a partir do software específico do dinamômetro (Humac - Computer Sports Medicine, Inc. Massachusetts- USA), para sofrerem um processo de filtragem do sinal, procedimento este realizado no software SAD32 (Sistema de Aquisição de Dados - Laboratório de Medições Mecânicas da UFRGS). Os critérios de filtragem foram determinados a partir da análise do sinal no domínio da freqüência e o filtro escolhido foi o Butterworth, de ordem 3, com freqüência de corte de 5 Hz. Após a filtragem dos dados, os mesmos foram formatados para serem processados pelo software Matlab (versão The MathWorks, Inc. Massachusetts- USA), no qual foi calculada a média desses dados de torque das 3 repetições intermediárias dentre as cinco repetições de cada indivíduo. Esse procedimento serviu para calcular a curva média de torque em função do ângulo articular do cotovelo para cada indivíduo. Além disso, os dados foram normalizados de forma que todas as curvas contivessem o mesmo número de pontos, também coincidente com o número de pontos das curvas de DPMP. A partir disso, pôde-se calcular a relação média de torque máximo em função do ângulo articular para a totalidade da amostra. Cálculo da Força Muscular A partir do tratamento dos dados de torque muscular e do cálculo da DPMP, foi possível realizar o quociente entre torque e DPMP, fornecendo um valor de força muscular resultante, que seria o somatório das forças dos diferentes flexores do cotovelo, de cada indivíduo. Esse quociente foi realizado numa planilha do Excel, contendo os dados médios de torque e DPMP dos 5 indivíduos componentes da amostra. Após, foi realizada a média de força muscular resultante dos 5 indivíduos e seu respectivo desvio-padrão. 302

4 RESULTADOS A partir da metodologia apresentada na seção anterior, foi possível obter alguns dados referentes à variação da capacidade de produção de torque desses indivíduos, a DPMP dos mesmos e, conseqüentemente, a estimativa de força muscular resultante dos flexores do cotovelo dos integrantes da amostra. Na Figura 1 está apresentada a variação média da capacidade de produção de torque da amostra. Foi possível perceber que o pico de produção de torque ocorreu em 58% da flexão do cotovelo, o que significa ângulos entre 86,7º e 95,9º de flexão do cotovelo. A DPMP encontrada, está apresentada na Figura 2 (curva média de todos os indivíduos). O pico de DPMP foi encontrado em 70,8% da amplitude de flexão do cotovelo, o que corresponde a uma variação entre 107,4º e 114,8º de flexão do cotovelo. O quociente dessas duas grandezas (torque e DPMP) resulta em força muscular resultante, aqui representada na Figura 3. Pode-se notar a ocorrência do pico de força muscular em 0,2% da flexão do cotovelo, o que significa ângulos entre 5,3º e 6,4º de flexão do cotovelo. Figura 1 Torque médio dos 5 indivíduos, normalizado pelo torque máximo. Figura 2 Distância perpendicular média ponderada (média de todos os 5 individuos). Figura 3 Força muscular resultante média de todos os 5 indivíduos. DISCUSSÃO O resultado encontrado para a produção de torque dos flexores do cotovelo parece condizente com os resultados encontrados na literatura. Seria esperado o pico de torque em torno de 90º de flexão do cotovelo, o que, de fato, ocorreu [11,12,13]. A utilização da PCSA como fator de ponderação, no cálculo da DPMP parece plausível, tendo em vista que esse cálculo visa considerar um único valor de distância perpendicular representativo dos 3 principais flexores do cotovelo. Como a PCSA está diretamente relacionada à capacidade de produção de força de cada músculo [11,14], seria esperado que os 303

5 músculos com maior PCSA contribuíssem com maior produção de força. Assim, o resultado de força muscular, com o pico de produção de força em 0,2% de flexão do cotovelo, indicaria que esse grupo muscular apresenta uma amplitude funcional representativa do trecho ascendente da relação comprimentotensão já estabelecida [1], sofrendo um ciclo alongamento-encurtamento, onde o músculo apresenta maior capacidade na situação de maior alongamento [15]. Porém, outro fator que pode ter influenciado a ocorrência do pico de força em ângulos iniciais é o tipo de exigência submetida a esse grupo muscular no protocolo de coleta dos dados. Foi analisado apenas o torque concêntrico de flexão do cotovelo, porém cada repetição concêntrica, com exceção da primeira que foi descartada, foi precedida por uma contração excêntrica máxima. Segundo alguns estudos [16,17,18], existe um aumento na produção de força tetânica isométrica após um estiramento da fibra muscular durante a contração. De fato, esses estudos submeteram a fibra muscular a uma contração excêntrica máxima até um comprimento pré-estabelecido, onde se mensurou a força tetânica isométrica máxima. A fibra muscular conseguiu produzir mais força nesse comprimento muscular após essa contração excêntrica forçada do que nesse mesmo comprimento muscular sem a ocorrência do estiramento. Logo, é possível que essa contração excêntrica tenha influenciado a produção de força nos primeiros ângulos de flexão do cotovelo. Os resultados demonstram ser possível fazer uma estimativa de força muscular a partir de situações dinâmicas in vivo. Porém, parece plenamente necessário maiores estudos para verificar a eficiência do método proposto. Devem ser avaliadas situações com outro tipo de exigência, sem a realização de contrações excêntricas precedendo a contração concêntrica. É importante salientar que esse estudo visou estimar a força resultante dos flexores do cotovelo, considerando apenas os 3 principais flexores do cotovelo, quais sejam, bíceps braquial, braquial e braquiorradial. Possivelmente, seriam encontrados alguns resultados diferentes num modelo que utilizasse um maior número de músculos com a função de flexionar o cotovelo. Os músculos pronador redondo, extensor radial longo do carpo, extensor radial curto do carpo, flexor radial do carpo e palmar longo cruzam anteriormente a articulação do cotovelo em algum trecho da amplitude articular e poderiam ser ativados durante uma ação flexora de cotovelo [19]. Porém, nesse estudo, para efeito de simplificação do modelo, a atuação desses músculos foi negligenciada. CONCLUSÃO A partir dos resultados, foi possível concluir que o pico de produção máxima de força muscular resultante dos flexores do cotovelo ocorre logo no início do movimento de flexão do cotovelo, em torno de 0,2% da amplitude de flexão do cotovelo. Para os dados coletados nessa amostra, esse percentual de flexão do cotovelo corresponde a ângulos entre 5,6º e 6,8º de flexão do cotovelo. Esse resultado demonstra que o grupo muscular em questão apresenta-se sob um ciclo alongamentoencurtamento, com sua amplitude funcional correspondente ao trecho ascendente da relação comprimento-tensão. 304

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