ANÁLISE COMPARATIVA DA FREQÜÊNCIA DE POTENCIA MEDIANA E DO VALOR RMQ EM CONTRAÇÕES ESTÁTICAS E DINÂMICAS.

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1 ANÁLISE COMPARATIVA DA FREQÜÊNCIA DE POTENCIA MEDIANA E DO VALOR RMQ EM CONTRAÇÕES ESTÁTICAS E DINÂMICAS. Marcelino M. de Andrade, Jake C. do Carmo,2, Adson F. da Rocha e Francisco Assis de O. Nascimento. UnB/ Grupo de Processamento Digital de Sinais/Dep. de Engenharia Elétrica, Brasília DF; 2 UnB/Facultade de Educação Física, Brasília - FEF. Abstract: The objective of this work, which involved 24 volunteers, was to perform a comparative analysis of muscular fatigue due to isometric and dynamic contractions, by using classic techniques for processing EMG signal processing in the time and in the frequency domains. Three protocols were developed, one isometric and two dynamic, and the statistical similarities of these protocols were evaluated. Key-words: Fatigue, muscular, dynamic, isometric. Introdução O sinal eletromiográfico (EMG) reflete a soma algébrica dos potenciais de ação de unidades motoras ativas em um determinado instante [], indicando um estímulo neural para o sistema muscular, que é registrado e geralmente agrupado em três categorias de estudo [2]: relação entre o aspecto temporal do sinal eletromiográfico e o movimento anatômico, relação entre o sinal eletromiográfico e a produção de força e a análise entre o sinal eletromiográfico e o músculo fadigado. Considerando um intervalo de tempo com atividade física de grande volume e/ou intensidade, para um determinado sujeito, a capacidade de trabalho apresenta uma natural queda. Esta diminuição da capacidade de trabalho está diretamente associada com a fadiga do sistema solicitado para realizar a tarefa desejada [3], e inúmeras técnicas de processamento digital de sinais biológicos foram aplicadas ao sinal eletromiográfico visando a análise do fenômeno da fadiga [4]-[9]. Entre as técnicas mais comumente aplicadas no processamento eletromiográfico encontram-se a raiz média quadrática (RMQ), ou RMS (root mean square), e a freqüência de potência mediana (FPMd). Christensen et al [9] afirmaram que em contrações estáticas, em processo de fadiga, o valor da RMQ do EMG aumenta e o da FPMd sofre uma diminuição. Em atividades em que prevalecem as contrações musculares dinâmicas, ou não isométricas, essa tendência não é consensual, conforme é revelado em pesquisas na literatura científica [6]-[8]. A análise isométrica do EMG encontra-se razoavelmente consolidada quanto as tendências das inclinações das curvas da RMQ e da FPMd no processo da fadiga muscular [4], [5], [9]. De forma complementar, no presente trabalho, objetivamos avaliar comparativamente esses dois parâmetros de aferição de fadiga, em atividades físicas de elevada intensidade, tanto em contrações estáticas como dinâmicas. Nesse sentido, foi observado que, em determinadas condições de teste, os resultados apresentados por Christensen et al [9] podem ser revelados em contrações de natureza não isométricas. Materiais e Métodos O estudo envolveu a aquisição de sinais eletromiográficos coletados de 24 voluntários, que foram submetidos a três protocolos de teste distintos. O primeiro protocolo adotado foi o de natureza isométrica, e participaram quatro indivíduos. No segundo e no terceiro protocolo foram adotados testes com contrações dinâmicas, com a participação de 0 indivíduos em cada. O músculo em estudo no teste isométrico foi o bíceps braquial, e o teste consistiu em submeter, individualmente, até a exaustão quatro sujeitos a uma carga igual a 60% da máxima contração voluntária (MCV). Durante esse período foi coletado um sinal de força e o sinal eletromiográfico, sendo o término do teste o limiar de queda de 0% da contração inicial. Na figura é apresentado o posicionamento dos sujeitos no primeiro teste. Figura : FA Força aplicada pelo sujeito. (A) célula de força. (B) elásticos de tração com 60% da MCV. O segundo protocolo de teste consistiu em submeter 0 sujeitos a contração de natureza dinâmica, sobre bicicletas instaladas em um simulador de ciclismo.

2 Uma velocidade inicial de partida, normalizada para os sujeitos foi determinada em testes preliminares, de forma que a atividade, que consistiu em aumentar a velocidade em 2 km/h a cada 30 s, obtivesse um tempo efetivo de 3 a 6 minutos. O músculo em estudo foi o vasto lateral e essa condicionante buscou satisfazer o experimento de Medbo e Tabata [0], que conclui que atividades físicas exaustivas em torno de 3 minutos induzem um maior acúmulo de ácido lático, que é um conhecido indicador de fadiga. No teste, a mudança de marcha na bicicleta foi permitida, sofisticando a relação de carga durante a atividade, já que cada sujeito alterou a marcha conforme a sua tolerância à fadiga. Na figura 2 é apresentada uma bicicleta utilizada no teste, acoplada ao simulador de ciclismo. Foi utilizado como instrumental de coleta das contrações musculares do bíceps braquial e do vasto lateral um eletromiógrafo Delsys, modelo Bagnoli - 2. Este equipamento, figura 3, apresenta eletrodos com pré-amplificação, redutor do ruído de 60 Hz e filtro passa faixa de 20 Hz a 400 Hz. Figura 4: Eletromiografo Delsys, modelo Bagnoli 2. Figura 2: Instrumentação do segundo protocolo. O terceiro protocolo, também de natureza dinâmica, analisou o músculo vasto lateral, e foi realizado sobre uma bicicleta ergométrica, na qual todos os 0 sujeitos pedalaram a uma velocidade fixa de 30 km/h e uma carga inicial de 50 W, programada diretamente na instrumentação da bicicleta. Como se tratava de uma bicicleta isométrica, não foi possível a passagem de marcha, e conforme este teste não foi permitida a variação da velocidade como no segundo protocolo, havendo apenas o aumento significativo da carga aplicada. A velocidade e a carga inicial adotada foi definida de forma que os sujeitos não tivessem dificuldades em mantê-las durantes o início do teste. A cada intervalo de 30 segundos, um aumento em 50 W foi aplicado até a desistência do sujeito pela exaustão ou fadiga. Na figura 3 é apresentada a instrumentação utilizada no terceiro protocolo. As informações obtidas pelo eletromiógrafo e pela célula de força no primeiro protocolo, foram transferidas para um computador utilizando-se um sistema de digitalização de sinais biológicos, incluindo uma placa análoga-digital e um software de aquisição escrito pelo nosso grupo de trabalho em linguagem G, no ambiente LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench). O processamento e a análise estatística dos sinais coletados foi realizado com o aplicativo MATLAB, por meio da identificação da FPMd, do valor RMQ, e da comparação, utilizando teste de hipóteses, das inclinações das curvas desses dois parâmetros, ajustadas com regressão linear, tanto em contrações estáticas como dinâmicas. Na figura 5 são apresentados periodogramas típicos para janelas de 0,5 segundo. Um analisa o EMG no início da contração isométrica do bíceps braquial a 60% da MCV, e o outro analisa o EMG no fim desta tarefa, já em processo de fadiga. Figura 3: Instrumentação do terceiro protocolo. Figura 5: Periodogramas típicos do sinal eletromiográfico isométrico no inicio (FPMdi) e término (FPMdf) de atividade física fadigante (janela de s).

3 Na determinação do valor RMQ e da FPMd, foram adotadas janelas de 0,5 segundo nos três protocolos, e considerando os sinais dinâmicos essas janelas foram coletadas quanto o EMG apresentava sua maior intensidade em cada ciclo de execução. Resultados Considerando os sinais isométricos, dos quatro sujeitos avaliados, os parâmetros FPMd e valor RMQ foram normalizados na amplitude e no tempo e esboçados, simultaneamente, para cada sujeito conforme a figura 6, que apresenta esses parâmetros com a interpolação polinomial do terceiro grau. 0 V 0 VI 0 VII 0 VIII 0 IX 0 I 0 II 0 X 0 XI 0 XII 0 XIII 0 XIV Figura 7: Representação da FPMd (sinal contínuo) e valor RMQ (sinal tracejado) em atividade física não isométrica (segundo protocolo), normalizado no tempo e na amplitude. 0 III 0 Figura 6: Representação da FPMd (sinal contínuo) e RMQ (sinal tracejado), em atividade física isométrica (primeiro protocolo), normalizado no tempo e na amplitude. A análise estatística foi realizada sobre as inclinações dos parâmetros FPMd e RMQ, desta forma foi aplicando a regressão linear nesses parâmetros e construída a tabela. Tabela : Inclinação das curvas, ajustadas com a regressão linear, da FPMd e da RMQ em atividade física isométrica (primeiro protocolo). Inclinação das curva FPMd e RMQ Suj Suj 2 Suj 3 Suj 4 IV Média ± Desvio RMQ *0-3,0,2 5, 5,0 3,±2,3 FPMd *0-3 -4,2-2,2-3,5-2,9-3,2±0,9 No segundo protocolo, os sinais processados de FPMd e RMQ são apresentados na figura 7. Foram normalizados na amplitude, no tempo e interpolados com polinômio do terceiro grau como no primeiro protocolo. Como as curvas apresentadas na figura 7 não apresentam um padrão quanto a inclinação da FPMd e do valor RMQ entre os sujeitos, optou-se nesse caso em não aplicar o estudo da regressão linear Na figura 8 são apresentados os valores da FPMd e da RMQ normalizados na amplitude, no tempo e interpolados com polinômio do terceiro grau como no primeiro protocolo. 0 XV 0 XX 0 XVI 0 XXI 0 XVII 0 XXII 0 XVIII 0 XXIII 0 XIX 0 XXIV Figura 8: Representação da FPMd (sinal contínuo) e valor RMQ (sinal tracejado) em atividade física não isométrica (terceiro protocolo), normalizado no tempo e na amplitude. Aplicando a regressão linear nos sinais de FPMd e RMQ originários do terceiro protocolo, com contração não isométrica, define-se a tabela 2.

4 Tabela 2: Inclinação das curvas, ajustadas com a regressão linear, da FPMd e da RMQ em atividade física isotônica (terceiro protocolo). Sujeitos XV a XXIV Inclinação das curva FPMd e RMQ RMQ 3,6 3,3 3,2 3,6 7,3 *0-3 3,4 2,3 3,3 2,9 2,5 FPMd -0,8 -,4-0,5-0,9-3,0 *0-3 -0,8 -, -0,2-0,2 0, Média ± Desvio 3,5±,4-0,9±0,8 Na análise estatística, foram considerados os resultados das tabelas e 2, referentes ao primeiro e o terceiro protocolo, e definidas as seguintes hipóteses: nula (i) e alternativa (ii). (i) as inclinações da FPMd e da RMQ são iguais a zero, para o. e o 3. protocolo adotado; (ii) as inclinações da FPMd e da RMQ são negativas e positivas, respectivamente, para o. e o 3. protocolo adotado; Considerando os resultados das tabelas e 2, e as hipóteses nula (i) e alternativa (ii), no nível de significância de 5%, a hipótese nula adotada deve ser rejeitada, logo a hipótese alternativas pode ser aceita nesse nível de significância. Discussão Considerando as contrações isométricas, cujos resultados são apresentados na figura 6 e tabela, temse uma correlação com a literatura científica, com o declínio esperado da FPMd para as baixas freqüências e o crescente aumento do valor RMQ [9], no decorrer da atividade isométrica intensa. Abordando as contrações dinâmicas, pesquisas vêem demonstrando que as técnicas tradicionalmente aplicadas ao ambiente isométrico não possui uma eficiência garantida no caso dinâmico [6]-[8]. Na figura 7, conforme esperado, ocorreu a ausência de um padrão entre indivíduos para esses dois parâmetros. Contudo, foi observada uma relação entre o valor RMQ e a FPMd intra indivíduos nos resultados da figura 7, caracterizado como uma tendência em se manter a oposição de inclinações entre o valor RMQ e FPMd. Exceto o sujeito XIII, todos os outros apresentaram uma visual correlação negativa. Uma simetria ideal não foi verificada, o que é relativamente esperado, já que se tratam de parâmetros diferentes, que mesmo avaliando aspectos fisiológicos comum, possuem especificidades próprias. As características envolvidas nas contrações dinâmicas do segundo protocolo não levaram a um padrão entre sujeitos, ou assinatura, para os sinais eletromiográficos processados, mas revelam uma aparente relação entre a FPMd e a RMQ. Desta forma, motivados pelos resultados dos dois primeiros protocolos, foi realizado um terceiro protocolo de teste, no qual visou garantir o valor da RMQ crescente. Esperando, como hipótese, um efetivo decréscimo no valor da FPMd. A garantia do valor crescente da RMQ foi atingida com o gradual aumento da carga aos sujeitos, que força o natural recrutamento de novas unidades motoras e o aumento da energia do sinal. Na figura 8 é apresentado o resultado dos sinais coletados pelo terceiro protocolo, e verifica-se uma relação entre a RMQ e a FPMd, com razoável similaridade ao caso isométrico, já que ocorreu a tendência crescente da RMQ e decrescente da FPMd durante a atividade física. Nas tabelas e 2, que representam as inclinações das curvas originárias dos processamentos dos sinais do primeiro e terceiro protocolo, ajustadas com regressão linear, observa-se, objetivamente essa tendência, apesar das diferenças de intensidade entre as inclinações médias. Por fim, salientamos que a avaliação estatística, com a hipótese alternativa: as inclinações da FPMd e da RMQ são negativas e positivas, respectivamente, para o primeiro e o terceiro protocolo pode ser adotada no nível de significância de 5%. Logo, conforme objetivamos demonstrar, a relação apresentada por Christensen et al [9] pode ocorrer em contrações de natureza dinâmica, em condições particulares de execução. Conclusão Foi observado que a FPMd e o valor RMQ apresentam similaridades, apresentando uma relativa correlação negativa de suas inclinações nos três protocolos de teste apresentados no trabalho, sendo que no terceiro protocolo, de natureza dinâmica, foi possível a identificação de uma tendência crescente para a RMQ e decrescente para FPMd, caracterizando um certo padrão para essas duas técnicas de aferição da fadiga muscular, nas condições particulares do teste adotado. Esses parâmetros foram aferidos estatisticamente, por meio do teste de hipóteses, para certificar a tendência encontrada. O resultados indicaram que a adoção de protocolos específicos e a utilização de ferramentas tradicionais, como a FPMd e o valor RQM que são freqüentemente questionadas quando aplicadas em atividades dinâmicas, podem indicar a fadiga muscular. Agradecimentos: O presente trabalho foi realizado com o apoio do CNPQ, uma entidade do Governo Brasileiro voltada ao desenvolvimento científico e tecnológico (Chamada Conjunta MCT/SEPIN-FINEP- CNPq 0/2002, Programa de Apoio à Pesquisa e Desenvolvimento e Inovação em Tecnologia da Informação PDI TI e bolsas de estudo).

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