CLASSIFICAÇÃO FUNCIONAL DOS MÚSCULOS DO OMBRO A PARTIR DE SEU GRAU DE ATIVAÇÃO: UM ESTUDO ELETROMIOGRÁFICO

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1 CLASSIFICAÇÃO FUNCIONAL DOS MÚSCULOS DO OMBRO A PARTIR DE SEU GRAU DE ATIVAÇÃO: UM ESTUDO ELETROMIOGRÁFICO Ana Melissa Rodrigues 1, Antônio C.S. Guimarães 1, Ana Paula B. Karolczak 1,2, Fernando Diefenthaeler 1, Cíntia H. Ritzel 1 & Marco A. Vaz 1 1 Laboratório de Pesquisa do Exercício ESEF/UFRGS 2 Curso de Fisioterapia - UNISC Abstract: Although several kinesiology studies report and classify muscles as primary or secondary for a specific joint motion, no clear criterion has been proposed to define muscle function. Therefore, the purpose of this study was to suggest a mathematical criterion to classify muscle function based on the electromyographic (EMG) activity of that muscle. EMG signals were obtained from the pectoralis major (clavicular head), deltoid (anterior and posterior portions) and latissimus dorsi muscles of 10 healthy male subjects. Joint function was evaluated for flexion, extension, internal rotation and external rotation of the shoulder. Joint motions were performed on an isokinetic dynamometer at 30%, 60% and 100% of the maximal voluntary concentric contractions (angular velocity = 30 /s) and at 100% of the maximal isometric voluntary contraction. The results suggest that the mathematical methodology used for classification of muscle function may help in the determination of muscle function on a quantitative, rather than in a qualitative way. Key-words: shoulder, electromyography, level of activation, muscle function Introdução A biomecânica pode ser definida como a interdisciplinaridade que descreve, analisa e avalia o movimento humano [1]. A biomecânica é uma disciplina que se ocupa de análises físicas do sistema biológico, e, conseqüentemente, da análise física do movimento do corpo humano [2]. Dessa forma, cada vez mais investigadores da área da biomecânica tem centrado seus esforços na tentativa de buscar uma melhor compreensão acerca do movimento. Os primeiros estudos do sistema muscular foram puramente anatômicos, cujo objetivo principal era o de identificar os principais músculos de nosso organismo por meio de nomes [3]. Somente com avanço da tecnologia foi possível, por meio da eletromiografia (EMG), verificar a representação gráfica da atividade muscular, e, a partir daí, utilizar uma técnica objetiva que possibilitasse o estudo da função muscular no movimento humano. Com o surgimento da EMG também foi possível determinar uma relação clara entre os fenômenos neurais implicados no controle do movimento e suas conseqüências mecânicas [4]. Assim sendo, sua contribuição tem sido significativa para o avanço no conhecimento em áreas como a cinesiologia, biomecânica, fisiologia muscular e controle motor. O sinal EMG pode fornecer informações que contribuem para o entendimento da ação muscular, sendo este freqüentemente utilizado na cinesiologia para quantificar a atividade muscular e estudar o momento da ativação muscular [5]. A análise do sinal EMG propicia informações da atividade muscular expressa durante ações musculares específicas, identificando a atividade, tempo e magnitude da contração muscular [6]. A partir do surgimento da EMG, vários estudos vêm sendo conduzidos no sentido de investigar a ativação elétrica de um determinado grupo muscular em função de um movimento articular [7, 8, 9]. Para melhor compreender o funcionamento dos músculos da articulação glenoumeral, pode ser útil agrupá-los de acordo com a sua localização e ação [10]. Até presente momento, poucos artigos ressaltam a classificação específica dos músculos em ação principal ou acessória. Alguns autores somente descreveram a função articular do músculo [10, 11, 12]. Outros fazem uma análise descritiva do grau de ativação elétrica do músculo, na qual o mesmo pode ser classificado em atividade leve, moderada, forte e marcante [3]; mais ativo, menos ativo ou inativo [7]; se o início ou término do sinal foi ou não simultaneo entre músculos [9]; ou qual a angulação em uma determinada ação teve mais ou menos ativação [13]. Nos principais livros da área de cinesiologia, os músculos são classificados em principal ou acessório; entretanto, não são apresentadas evidências científicas e nem critérios precisos na determinação desse papel de cada músculo na função articular [14, 15, 16]. Cabe ressaltar ainda que a classificação quanto ao grau de ativação muscular nos diferentes estudos demonstram uma grande variabilidade. Um músculo que é classificado como responsável pela ação principal em uma citação bibliográfica, se mostra contraditório por estudos subseqüentes. Tendo em vista a variabilidade dos estudos na descrição da função muscular, o presente estudo teve como objetivo classificar alguns músculos da articulação do ombro quanto ao seu grau de ativação a partir de um novo critério metodológico.

2 Materiais e Métodos Amostra A amostra foi composta por 10 sujeitos do sexo masculino (25,6 ± 5,9 anos) escolhidos de forma intencional. Os critérios de exclusão de sujeitos para participar do estudo foram: histórico de dor ou disfunção na articulação do ombro, cirurgia prévia e intervenção artroscópica. Todos os sujeitos assinaram um Termo de consentimento informado concordando em participar deste estudo. Aquisição dos dados A atividade EMG dos músculos peitoral clavicular (PC), deltóide anterior (DA), deltóide posterior (DP) e grande dorsal (GD) foi obtida por meio de eletrodos passivos de superfície (Kendal Meditrace, Ag/AgCl, com diâmetro de 2,2 cm) em configuração bipolar [17]. As técnicas de preparação e fixação dos eletrodos na pele estão de acordo com as recomendações da Internacional Society of Electrophysiology and Kinesiology [18]. Os eletrodos foram posicionados paralelamente as fibras dos músculos, na direção aproximada das fibras musculares, o mais próximo possível da extremidade distal do ventre muscular [7]. Um eletrodo de aterramento foi posicionado no acrômio da clavícula. Antes da colocação dos eletrodos, foram realizadas as provas de funções musculares, com intuito de assegurar um bom posicionamento dos mesmos. Para a aquisição dos dados, foi utilizado um computador Celeron com um processador de 1 GHz e um eletromiógrafo de oito canais (Bortec Eletronics Inc., Calgary, Canadá). Após os sinais EMG terem sido amplificados, os mesmos passaram por um conversor analógico-digital de 16 canais do sistema WINDAQ (Dataq Instruments Inc., Akron, Ohio, USA - freqüência de amostragem = 2500 Hz por canal) e foram armazenados no mesmo computador para posterior análise. Para mensuração de torque foi utilizado um dinamômetro isocinético Cybex, modelo NORM (Lumex & Co., Ronkonkoma, Nova Iorque, EUA) durante os movimentos de rotação interna (RI), rotação externa (RE), flexão (FLX) e extensão (EXT) concêntricas a uma velocidade de 30 /s. Para realização dos movimentos de RI e de RE o indivíduo ficou em bipedestação com o ombro em posição neutra, cotovelo mantido a 90 de flexão e radio-ulnar semipronada, sendo estabilizado com a utilização de um cinto em torno do antebraço (figura 1). A amplitude de movimento rotacional do teste foi executada em 90. Após o término do teste de rotação do ombro, o indivíduo passou para a posição de decúbito dorsal para realização dos movimentos de FLX e de EXT com o cotovelo estendido e rádio-ulnar semipronada (figura 2). O teste foi realizado em uma amplitude total de movimento de 100. O procedimento de correção da gravidade foi executado para computar o peso do membro. O membro avaliado de todos os sujeitos foi o dominante. Figura 1: Posicionamento do indivíduo no teste dos movimentos de RI e RE. Figura 2: Posicionamento do indivíduo no teste dos movimentos de FLX e EXT Protocolo Inicialmente foi necessário proceder à amplificação do sinal detectado, sendo este realizado individualmente para cada músculo analisado [6], de forma a possibilitar uma clara visualização do sinal EMG. Após, o indivíduo ficou em sedestação (posição neutra) para o registro do sinal EMG em repouso. O teste consistiu na execução de 3 contrações voluntárias máximas isométricas (CVMI), por um período de 5 segundos cada (RI/RE em posição neutra 0 e EXT/FLX em 45 ), com intervalo de 2 minutos entre as repetições. No momento seguinte, foram realizadas as contrações isocinéticas, em diferentes níveis de esforço voluntário: 30% e 60% da CVMI e 100% de força máxima dinâmica concêntrica. Retroalimentação visual foi fornecida por meio do gráfico torque/ângulo visualizado no monitor do dinamômetro. Desta forma, os sujeitos puderam ser

3 orientados em relação ao nível de esforço voluntário que deveria ser alcançado em cada uma das contrações. Todos os movimentos realizados foram precedidos de 3 repetições com objetivo de familarização com o movimento e com o dinamômetro. Um intervalo de 2 minutos foi observado entre as contrações para evitar a presença do processo de fadiga. Análise de Dados Para análise e processamento dos sinais EMG, foi utilizado o software SAD32 (Laboratório de medições mecânicas, Escola de engenharia, UFRGS Os passos usados para a análise dos sinais de EMG foram os seguintes: (a) foram recortados os intervalos dos sinais a serem utilizados para a análise, sendo retirado 1s inicial e 1s final do sinal EMG; (b) a linha de base de cada sinal foi posicionada na escala zero; (c) foram removidos os ganhos utilizados durante a aquisição dos sinais (d) foi realizada uma análise via Transformada Rápida de Fourier (FFT); (e) os sinais EMG foram filtrados utilizando um filtro digital do tipo butterworth com freqüência de corte entre 10 e 500 Hz e ordem 5; (f) foram calculados os valores Root Mean Square (RMS), ou seja, um índice referente à amplitude e densidade dos sinais. Os valores RMS do sinal EMG de cada músculo foram normalizados pelo valor RMS mais elevado de todas as CVMI dentre todos os quatro movimentos analisados. Por fim, após a análise dos resultados, foi proposto um novo critério metodológico para classificação dos músculos. Este foi estimado a partir da variação percentual do valor RMS normalizado pela maior CVMI do músculo dentre os quatro movimentos analisados, entre 30% (CVMI) e 100% de força máxima concêntrica. Os músculos que apresentaram uma variação percentual dos valores RMS numa faixa de 0-20% foram considerados músculos que não atuam no movimento. Quando essa variação percentual ficou na faixa de 20-40%, foram classificados como motor acessório, e quando essa variação foi acima de 40%, foi classificado como motor principal. foram maiores nos músculos PC (56%) e DA (52%). O músculo DP estava ativo em 40%, enquanto o GD apresentou um incremento menor de 12%. Entretanto, no movimento de EXT, como já era esperado, houve uma reversão dos resultados, sendo o GD o músculo com maior nível de incremento percentual (70%) e o DP em valor secundário (48%). Já os músculos que na FLX se encontravam com maior índice percentual, observou-se uma redução marcante na EXT, como pode ser observado no PC (11%) e no DA (13%). No movimento de RI, pode-se observar que a variação do percentual entre os músculos não foi tão marcante. O PC (38%), GD (34%), DP (31%) e DA (26%) apresentaram todos uma ativação de nível intermediário. No movimento de RE, observa-se visivelmente que a maior variação percentual se deu no músculo DP (106%). Já o DA apresentou 46%, enquanto que o GD e PC diminuíram significativamente suas variações para 16% e 3%, respectivamente. Figura 3: Variações no valor RMS (normalizado) em movimento de Rotação Externa. Resultados Tabela 1: Média ± DP das variações percentuais entre 30% (CVMI) e 100% de força máxima concêntrica, dos músculos peitoral clavicular (PC), deltóide anterior (DA), deltóide posterior (DP) e grande dorsal (GD), nos movimentos de flexão (FLX), extensão (EXT), rotação interna (RI) e rotação externa (RE) do membro dominante. FLX EXT RI RE % DP % DP % DP % DP PC 56 ± ± ± ± 03 DA 52 ± ± ± ± 25 DP 40 ± ± ± ± 40 GD 12 ± ± ± ± 15 Figura 4: Variações no valor RMS (normalizado) em movimento de Rotação Interna. De acordo com a Tabela 1, pode-se verificar que, no movimento de FLX, os níveis de incremento percentual

4 Discussão Figura 5: Variações no valor RMS (normalizado) em movimento de Extensão. Figura 6: Variações no valor RMS (normalizado) em movimento de Flexão. As figuras 3 a 6 apresentam a média dos valores RMS normalizados dos quatro músculos do estudo para cada um dos níveis de esforço do protocolo (30% da CVMI concêntrica, 60% da CVMI concêntrica, 100% de força máxima concêntrica e 100% isométrica). A figura 3 apresenta os resultados para o movimento de RE, a figura 4 para o movimento de RI, a figura 5 para o movimento de EXT e a figura 6 para o movimento de FLX. É interessante observar que o comportamento dos valores RMS normalizados dos diferentes músculos não é o mesmo nos diferentes movimentos da articulação do ombro. Enquanto alguns músculos apresentam um aumento linear da atividade EMG com o aumento do nível de esforço voluntário, outros músculos têm sua atividade EMG aumentada de 30% a 60% da CVMI, com mínimos aumentos dessa atividade de 60% a 100%. Também se pode observar o comportamento do sinal EMG de músculos que apresentam uma variação intermediária desse sinal com o aumento do nível de esforço voluntário, e, por fim, músculos que praticamente não são ativados em determinados movimentos. De acordo com o novo critério proposto por este estudo, os músculos PC (56%) e DA (52%) foram classificados como motores primários no movimento de FLX. Comparando os incrementos na atividade EMG desses músculos em relação aos movimentos, que podem ser verificados nos gráficos acima, tais músculos obtiveram o maior nível de ativação no movimento de FLX (figura 6). Esta classificação está de acordo com a maioria dos estudos, uma vez que a porção clavicular juntamente com as fibras do músculo deltóide anterior, é considerada como principal flexor da articulação glenoumeral [7, 11, 14, 15, 16]. Já no movimento de EXT (figura 5), esses músculos atuam como seria de se esperar, por tratar-se do movimento antagonista ao movimento para o qual esses músculos foram desenhados. Nesse movimento o PC apresentou 11% de variação e o DA 13%. Quanto ao movimento de RI (figura 4), o PC foi classificado como motor acessório, já que apresentou (38%) de variação percentual. Essa classificação foi encontrada com divergências na literatura, pois há quem confirme esta classificação [7, 15, 19] e há quem ressalte opiniões contraditórias [14, 16]. Já com 3% de variação percentual no movimento de RE (figura 3), o PC notadamente não atua neste movimento. O músculo DA, com 26% de variação percentual na RI, pode ser classificado como motor acessório. Esta classificação é bastante divergente nas revisões bibliográficas. Alguns autores descrevem que o DA não participa na RI do ombro [10, 19], outros citam esse músculo como motor primário nessa ação [13, 16], e há quem confirma a atuação acessória do DA nesse movimento [15]. No movimento de RE, foi observado que o DA teve uma variação de 46%, mas devido à disposição de suas fibras com origem no terço lateral e inserção na tuberosidade deltóidea, tal músculo estaria atuando neste movimento antagonicamente, não podendo ser classificado como motor primário. Outra possibilidade é a de que esse músculo participa como um importante estabilizador dessa articulação, tendo em vista as características da articulação escápulo-umeral que apresenta uma superfície articular rasa na escápula (cavidade glenóide) para encaixe da cabeça esférica do úmero. Isso faz com que o esqueleto apendicular superior esteja literalmente dependurado na escápula, de modo que os músculos que cruzam essa articulação deverão ser requisitados em diversos movimentos para manter a estabilidade articular minimizando a ocorrência de lesões durante níveis de esforço elevados. O mesmo raciocínio usado para o músculo DA pode ser utilizado no DP em relação aos movimentos de RI (31%) e de FLX (40%). Estudos já relatavam que as três partes do deltóide estão ativas em todos os movimentos do ombro [9, 20]. Acreditava-se que, embora uma parte do deltóide pudesse atuar como motor primário, as outras partes deveriam se contrair para estabilizar a articulação escápulo-umeral. Além disso, esses estudos justificam que as fibras posteriores do deltóide seriam ativadas no movimento de RI, talvez para resistir a RI

5 que os principais adutores produziriam. Já as fibras anteriores do deltóide seriam ativas no movimento de RE, talvez atuando em movimento de compensação como abdutor no movimento de RE [9]. Assim sendo, o músculo DA no movimento de RE, e o músculo DP nos movimentos de RI e de FLX não entrariam na classificação proposta no estudo, sendo classificados como músculos estabilizadores da articulação escápuloumeral. O músculo DP com 48% de variação percentual no movimento de EXT foi classificado como motor principal. Alguns autores relatam que o DP atua como motor primário somente na hiperextensão, sendo acessório no movimento de extensão [11, 15], enquanto outros autores descrevem o DP como motor principal [10, 14, 16], concordando com a classificação do presente estudo. No movimento de RE o músculo DP apresentou 106% de variação, sendo classificado como motor primário. Esta marcante variância talvez possa ser justificada pelas fibras do DP cruzarem a articulação do ombro lateralmente e obliquamente. Como o movimento de RE iniciava a partir de uma posição de RI máxima, e como esse movimento ocorre num plano totalmente transversal, esse componente horizontal do movimento talvez tenha favorecido a atuação do músculo DP que tem seu componente de força horizontal aumentado pela RI no início do movimento. A partir da variação percentual do GD, pode-se verificar que ele é um músculo bem definido quanto a sua classificação, como está ilustrado nas figuras acima. Os valores de variação percentual nos movimentos de FLX (12%) e de RE (16%) demonstram que o GD não atua em tais movimentos. Portanto, no movimento de EXT pode-se classificar o GD (70%) como motor primário, o que é corroborado pelos estudos encontrados na literatura [2, 10, 11, 14, 15, 16]. No movimento de RI (34%) o GD foi classificado como motor acessório, tal como foi encontrado na literatura [10, 16, 18]. Conclusão A partir da nova proposta metodológica para classificação dos músculos quanto ao seu grau de ativação, foi possível classificar os músculos avaliados em motores acessório e principal. Músculos com elevada ativação, mas sem uma justificativa anatômica para essa ativação foram classificados como tendo uma função estabilizadora em alguns movimentos. Esse parece ser o primeiro estudo a apresentar uma metodologia com o objetivo de quantificar a avaliação qualitativa da grande maioria dos estudos reportados na literatura. Referências [1] WINTER DA. Biomechanics and Motor Control of Human Movement, 2 ed., [2] AMADIO AC. Metodologia biomecânica para o estudo das forças internas do aparelho locomotor: importâncias e aplicações no movimento humano.in.: A biodinâmica do movimento humano e suas relações interdisciplinares. Org.: Amadio, AC & Barbanti, VJ. São Paulo: Estação Liberdade, pp , [3] BASMAJIAN JV. Primary Anatomy, Williams & Wilkins ed 3. Baltimore, 1955a. [4] FURLANI J. Electromyographic study of the m. Biceps brachii in movements of the glenohumeral joint. Acta Anat. 96: , [5] VAN INGEN SCHENAU GJ, BOOTS PJ, DE GROOT G, SNACKERS RJ & VAN WOENSEL WW. The constrained control of force and position in multijoint movements. Neurosc. pp , 1992 [6] CORREIA PP, SANTOS PM, VELOSO A. Electromiografia. Fundamentação Fisiológica. Métodos de Recolha e Processamento. Aplicações Cinesiológicas. Faculdade de Motricidade Humana, dezembro, [7] BASMAJIAN JV, DE LUCA C. Muscles alive. Their functions revealed by electromyography. Williams & Wilkins, Baltimore, [8] ARAÚJO RC. Utilização da Eletromiografia na Análise Biomecânica do Movimento Humano. São Paulo, Tese de Doutorado, [9] DAVID G, MAGAREY ME, JONES MA, DVIR Z, TÜRKER KS, SHARPE M. EMG and stregth correlates of selected shoulder muscles during rotations of the glenohumeral joint. Clin Biomech. 8: , [10] THOMPSON F. Manual de Cinesiologia Estrutural. Editora Manole Ltda, 12 ed, [11] KENDALL FP. Músculos Provas e Funções. Editora Manole, 3 ed, [12] SOBOTTA R. Atlas de Anatomia Humana. Editora Guanabara Koogan, 21 ed, vol 1,1999. [13] COURY HG, KUMAR S, NARAYAN Y. An Electromyographic Study of Upper Adduction Force with Varying Shoulder and Elbow Postures. J Electromyogr Kinesiol. pp , [14] BLANDINE CG. Introdução à Análise das Técnicas Corporais. Editora Manole, 11 ed, [15] RASCH PJ, BURKE RK. Cinesiologia e Anatomia Aplicada. Editora Guanabara Koogan, 5 ed, [16] MOORE KL. Anatomia Orientada para Clínica. Editora Guanabara, 2 ed, [17] DE LUCA C, KNAFLITZ, M. Surface Electromyography: whats new? Monograph of the Neuromuscular Research Center. Boston: Boston University, 1990.

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