ANÁLISE DE PARÂMETROS EMG E CINEMÁTICO EM DIFERENTES VELOCIDADES DE CORRIDA.

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1 ANÁLISE DE PARÂMETROS EMG E CINEMÁTICO EM DIFERENTES VELOCIDADES DE CORRIDA. P. B. Silva 1, C. H. W. Fraga 1, S. R. D. Silva 1, A.. C. Cardozo 1,2, M. Gonçalves 1 1 Laboratório de Biomecânica Universidade Estadual Paulista UNESP Rio Claro SP. 2 Departamento de Ciências da Saúde Universidade Federal de São Paulo UNIFESP Santos SP. Resumo: A corrida é frequentemente utilizada em testes incrementais que permitem a avaliação da capacidade aeróbia do indivíduo praticante de diversas modalidades esportivas. Esse tipo de teste proporciona alterações do padrão de movimento e, conseqüentemente, do desempenho realizado, que é influenciado tanto pelo desenvolvimento do processo de fadiga quanto pela intensidade de corrida. Nesse sentido, o entendimento da função neuromuscular, por meio da eletromiografia, na efetividade do gesto da corrida durante teste incremental se faz importante. Assim, o presente estudo objetivou comparar o comportamento da pré-ativação do sinal eletromiográfico dos músculos vasto lateral (VL), vasto medial (VM), bíceps femoral (cabeça longa) (BF) e gastrocnêmio (porção lateral) (GL) do membro inferior direito, e do tempo de contato (ms e % tempo da passada) durante teste incremental de corrida na esteira em três velocidades: equivalente ao limiar anaeróbio (Lan), 15% acima e 15% abaixo. Nove voluntários fisicamente ativos, do sexo masculino, realizaram o teste para análise das variáveis eletromiográficas, cinemáticas e metabólicas. houve diminuição significante do tempo de contato e aumento significativo da pré-ativação do músculo BF entre a velocidade de 15% abaixo do Lan e 15% acima do Lan. Devido a não observância de aumento na préativação dos outros músculos, concluiu-se que pelo fato do músculo BF ser mais solicitado durante a corrida, o aumento na sua pré-ativação pode estar relacionado ao desenvolvimento do processo de fadiga. Palavras-chave: corrida, eletromiografia, pré-ativação, tempo de contato. Abstract: Running is often used during incremental tests, which allow the evaluation of aerobic capacity of athletes from different sports. This kind of test leads to changes on movement patterns and, consequently, on performance levels, which are influenced by the development of fatigue and running intensity. Understanding the neuromuscular function, verified by electromyography, on incremental running test performance is important. Thus, the present study aimed to compare the EMG pre-activation of vastus lateralis (VL), vastus medialis (VM), biceps femuris caput longum (BF) e gastrocnemius lateralis (GL) muscles, and contact phase duration behaviors during a incremental treadmill running test, considering three different velocities intensities: equivalent to anaerobic threshold (AT), 15% above and 15% below. Nine male subjects, physically active performed an incremental test, where eletromyographic, kinematics and metabolics variables were analyzed. The results showed significant decreases in contact time duration and significant increase in BF pre-activity between the velocity below and above the velocity of AT. The lack of increase in eletromyographic pre-activity of the other muscles lead us to conclude that, since the biceps femoris demand during running is greater, this increase appears to be more related to the development of fatigue process. Keywords: running, electromyography, pré-activation, contact phase. INTRODUÇÃO O número de praticantes de corrida, buscando manutenção da saúde ou treinamento, vem aumentando significativamente nos últimos anos [23]. Destaca-se que tal modalidade é, freqüentemente, utilizada em testes de capacidade física, entre eles o teste incremental, que, associado à mensuração da concentração de lactato sangüíneo em cada velocidade, permite a avaliação da capacidade aeróbia do indivíduo [20,5]. Durante essa avaliação, o indivíduo corre em diferentes velocidades até a exaustão, de maneira que seu padrão de movimento e, conseqüentemente, seu desempenho são influenciados tanto pelo desenvolvimento da fadiga quantos por alterações de intensidade. Essas alterações, comumente, levam a ajustes cinemáticos, metabólicos e neuromusculares

2 P. B. Silva, C. H. W. Fraga, S. R. D. Silva, A.. C. Cardozo, M. Gonçalves sendo esses últimos verificados pela eletromiografia. O limiar anaeróbio (LAn) é um índice fisiológico utilizado para a avaliação funcional do desempenho, que pode ser utilizado como referência para determinação da intensidade de treinamento [20,5]. Foi demonstrado que a determinação no LAn, na concentração fixa de 3,5 mm, em um teste incremental de corrida na esteira, com estágios de três minutos, tem ótima correlação (r=0,94) com a intensidade de corrida da máxima fase estável [6]. Essa intensidade corresponde ao limite superior de intensidade de exercício que permite equilíbrio na concentração de lactato arterial, e é considera padrão ouro para determinação da capacidade aeróbia [2]. Da mesma maneira, a biomecânica utiliza a eletromiografia como ferramenta para colaborar com avaliações de desempenho de corrida, por apresentar relação com intensidade do esforço realizado [9,14,17]. A efetividade do gesto da corrida necessita de controle motor altamente desenvolvido [14]. Entre os fatores que influem no desempenho dessa modalidade, o aumento da intensidade e duração da ativação muscular prévia ao contato com o solo, denominada pré-ativação, pode estar envolvido diretamente com o aumento da produção de força. Tal comportamento parece ser importante para o aumento da atividade muscular na fase excêntrica do contato e preparatória para sincronismo das ações musculares no contato com o solo. Esses parâmetros alteram a sensibilidade dos fusos musculares e potencializam a contração subseqüente, geradora do impulso da passada, contribuindo para a eficiência motora [14,15]. Entre os fatores que podem influenciar esses mecanismos neuromusculares no desempenho da corrida encontra-se a fadiga que, devido a sua elevada complexidade, ainda necessita de uma melhor compreensão [9,1,18]. Estudos analisaram a atividade eletromiográfica durante a corrida [4,17,19], enquanto outros verificaram mais especificamente a préativação [14,19], variáveis cinemáticas [3,8,9] e metabólicas [7,10]. Entretanto, na literatura pesquisada verificaram-se poucos trabalhos analisando tais variáveis durante um teste incremental e correlacionando-as com índices metabólicos, foco esse do presente estudo. Diante do acima exposto, o presente estudo teve como objetivo analisar o comportamento do tempo de contato com o solo e da pré-ativação muscular em três velocidades obtidas no protocolo incremental de corrida na esteira correspondentes a velocidade do limiar anaeróbio (LAn), 15% acima e 15% abaixo do LAn. MATERIAIS E MÉTODOS Voluntários O presente estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa local, e para sua realização participaram nove voluntários homens (idade: 22,6 ± 3,9 anos, altura: 175,9 ± 4,6cm, massa corporal: 72,5 ± 9,5kg), praticantes de atividade física, com experiência em diferentes modalidades esportivas. As medidas antropométricas realizadas nas coxas direita (42,6 ± 2,4cm) e esquerda (42,4 ± 1,9cm), e pernas direita (39,2 ± 1,0cm) e esquerda (38,5 ± 1,2cm) foram realizadas segundo Lohman, Roche e Martorell (1988) [16]. Todos assinaram termo de consentimento, e foram orientados sobre os procedimentos experimentais. Procedimentos experimentais Os voluntários realizaram adaptação na esteira durante oito minutos previamente ao início das coletas. O protocolo incremental de corrida foi realizado em uma esteira rolante (IMBRAMED SUPER ATL, Porto Alegre, Brasil), mantendo inclinação fixa em 1% [12], iniciando com velocidade de 6 km.h -1 e incremento de 1 km.h -1 a cada 3 minutos até a exaustão voluntária, definida como o momento quando o voluntário não fosse capaz de manter a velocidade determinada. O sinal eletromiográfico (EMG) foi coletado durante todo o teste. Para captação dos sinais EMG utilizou-se eletrodos de superfície passivos de Ag/AgCl (MediTrace ), com área de captação de 1 cm de diâmetro, posicionados sobre os músculos vasto lateral (VL), vasto medial (VM), bíceps femoral (cabeça longa) (BF) e gastrocnêmio (porção lateral) (GL) do membro inferior direito, segundo SENIAM [11], com distância entre os eletrodos (centro a centro) de 3cm. Realizou-se tricotomia e limpeza da pele com lixa fina e álcool nos locais determinados em cada músculo anteriormente à colocação dos eletrodos. O eletrodo de referência foi posicionado sobre o processo estilóide da ulna do lado direito. Utilizou-se um módulo de aquisição de sinais biológicos (EMG System do Brasil ) de quatro canais, com faixa de entrada de -10 a +10 Volts, calibrado com freqüência de amostragem de 1000 Hz, ganho total de 2000 vezes (20x no sensor e 100x no amplificador), filtro de passa alta de 20 Hz e filtro de passa baixa de 500 Hz. Para aquisição e análise dos sinais foi utilizado o software WINDAQ (EMG System do Brasil ). A freqüência cardíaca (FC) foi mensurada no repouso e nos dez segundos finais de cada Revista Brasileira de Biomecânica, Ano 8, n.14, Maio

3 Corrida: parâmetros EMG e cinemático. velocidade, por meio de um freqüencímetro (Polar X-Trainer Plus, Kempele, Finland). Para análise do lactato sangüíneo, foram coletados 25 µl de sangue arterializado do lóbulo da orelha no repouso, e durante cada pausa de, aproximadamente, 30 segundos no final de cada velocidade, utilizando-se capilares de vidro heparinizados e calibrados. Durante a coleta de sangue foi realizada assepsia local e punção do lóbulo da orelha por meio de uma lanceta descartável. Descartou-se a primeira gota de sangue para evitar a contaminação pelo suor. Após cada coleta, o sangue foi imediatamente depositado em tubos tipo eppendorf de 1,5 ml contendo 50 µl de fluoreto de sódio a 1%, para mensuração do lactato sanguíneo (YSL 2300 STAT PLUS, Ohio, EUA). Os dados cinemáticos e eletromiográficos foram processados por meio de uma rotina desenvolvida em ambiente Matlab 6.0. Dois dispositivos sensíveis à pressão (footswitch EMG System do Brasil ) foram posicionados sob o solado do calçado direito do voluntário, correspondendo à região do calcâneo e à região anterior do pé. Dessa maneira, foi possível identificar as variações do tempo de contato (toque do calcâneo até a retirada da parte anterior do pé) e da duração da passada (toque do calcâneo até seu contato subseqüente). A pré-ativação foi determinada como o período de 100 milissegundos (ms) antes do contato do calcâneo [14,19]. Os valores de RMS da pré-ativação foram normalizados pelo maior valor de pico, obtido a partir da análise das dez últimas passadas de todas as velocidades [7], que ocorreu predominantemente nas maiores velocidades. Para efeito de comparação das variáveis cinemáticas e eletromiográfica, foram utilizadas as 10 últimas passadas [7,14], por ocorrerem próximas ao momento de coleta da amostra de sangue na velocidade equivalente ao LAn e nas velocidades 15% acima e 15% abaixo do mesmo. Análise Estatística Foram calculados, em cada velocidade, os valores de média e desvio padrão para as variáveis analisadas e verificou-se a normalidade de distribuição dos dados (Shapiro-Wilk) para posterior análise de variância (ANOVA one-way). Para verificar as possíveis diferenças significativas entre as velocidades, foi aplicado o teste post-hoc de Tukey. Adotou-se, em todos os testes estatísticos, nível de significância de p<0,05. RESULTADOS A Tabela 1 apresenta valores absolutos e relativos da velocidade correspondente ao LAn e o comportamento da freqüência cardíaca (FC) nesta 12 intensidade para melhor descrever o desempenho de cada um dos nove sujeitos que participaram do estudo durante os teste incremental. Tabela 1 Valores da velocidade (V) e freqüência cardíaca (FC) no LAn e dos valores relativos à velocidade máxima (%Vmáx) e à freqüência cardíaca máxima (%FCmáx) obtidas no teste incremental. A Figura 1 apresenta os valores de duração de contato e de passada (ms) nas três diferentes velocidades analisadas. Os valores percentuais (%) citados referem-se à duração do contato em relação à duração da passada. * diferença significante em relação a 3. Figura 1 Tempos (ms) da duração da passada e de contato, e valores percentuais do tempo de contato em relação ao da passada (%) nas velocidades de 15% abaixo do LAn (1), equivalente ao LAn (2) e 15% acima do LAn(3). Foi verificada diminuição significativa (p<0,05) na duração do contato entre as velocidades 15 % abaixo (1) e 15% acima (3) da equivalente ao LAn (Figura 1). De forma análoga, a porcentagem da duração da passada apresentou redução significativa entre as velocidades 15% abaixo (1) e 15% acima (3) da equivalente ao LAn, bem como entre a velocidade equivalente ao LAn (2) e a velocidade 15% maior (3). A Tabela 2 apresenta os valores de préativação muscular, em porcentagem de ativação nas diferentes velocidades analisadas. Brazilian Journal of Biomechanics, Year 8, n.14, May 2007

4 P. B. Silva, C. H. W. Fraga, S. R. D. Silva, A.. C. Cardozo, M. Gonçalves Tabela 2 Valores de RMS dos músculos VL, VM, BF e GL na préativação nas três velocidades analisadas. * diferença significante em relação a 15% acima da V LAn. Pode-se verificar que os músculos VL, VM e GL não apresentaram mudanças significativas na intensidade de pré-ativação entre as velocidades de corrida e que apenas o BF apresentou aumento na intensidade de pré-ativação, com valores significativamente maiores na velocidade 15% acima quando comparada à velocidade 15% abaixo da equivalente ao LAn. DISCUSSÃO As velocidades analisadas no presente estudo foram apresentadas com valores relativos à velocidade do LAn. Dessa forma, puderam-se estabelecer intensidades de corrida equivalentes entre os voluntários. Além disso, foram determinadas as intensidades 15% abaixo do LAn, equivalente ao LAn e 15% acima do LAn. Sabe-se que, até a intensidade do LAn, ocorre predomínio evidente da utilização do metabolismo aeróbio e, a partir dessa intensidade, inicia-se aumento da demanda do metabolismo anaeróbio lático, o que leva a perda do equilíbrio entre produção e remoção de metabólitos [5,20]. Assim, nas intensidades acima do LAn, poderá haver acúmulo de metabólitos na fibra muscular, o que levaria a alteração da sua função [21] e conseqüente modificação dos parâmetros de corrida analisados. Considerando esses fatores, a comparação entre as velocidades determinadas no presente estudo proporcionou a análise dos efeitos de incremento de velocidade bem como de desenvolvimento do processo de fadiga. Os resultados apresentam redução na duração do contato com o aumento da velocidade, fato também reportado na literatura [7,9]. Essa redução é freqüentemente relacionada à melhora no desempenho da corrida [13,14,15], pois a menor duração do contato propicia melhor aproveitamento da energia elástica armazenada pelos músculos propulsores, favorecendo o movimento com menor gasto energético [15]. Alguns autores descrevem uma relação entre os menores tempos de duração do contato e a amplitude de pré-ativação relativamente maior dos músculos propulsores, com concomitante aumento na força de reação do solo [14,19], demonstrando maior efetividade da função propulsora da corrida. Os resultados do presente estudo concordam em parte com a literatura, demonstrando uma relação inversa entre a duração do contato e a intensidade de préativação do BF. Embora o aumento significativo da pré-ativação do músculo BF tenha ocorrido associado à diminuição significante na duração do tempo de contato entre as velocidades, os músculos VL, VM e GL não apresentaram alteração na intensidade de préativação com incremento de velocidade. Muitos estudos demonstraram aumento da atividade muscular com incremento de carga, tanto na pré-ativação [14,19] quanto na fase de contato [9,17]. O incremento de velocidade aumenta a intensidade de pré-ativação, o que potencializa a sensibilidade dos órgãos tendinosos de Golgi (OTG) à contração e das fibras intrafusais ao estiramento, favorecendo uma resposta mais rápida dos músculos propulsores na fase excêntrica do contato. Essa facilitação permite um melhor aproveitamento da energia elástica armazenada, reduzindo a duração do contato e melhorando o desempenho [13,14,15], mais especificamente, o aumento da intensidade de préativação esteve correlacionado com o aumento da duração do tempo de vôo em saltos [15], demonstrando a relação desse mecanismo com a melhora do desempenho nessa modalidade de exercício. Contudo, foi demonstrado que atletas com treinamento de potência apresentam maior intensidade pré-ativação durante saltos quando comparados a atletas com treino predominantemente de resistência [15], assim, tal mecanismo parece ser mais efetivo em indivíduos com experiência prévia de treinamento específico de potência. No presente estudo, os voluntários eram fisicamente ativos, entretanto, a maior parte deles não realizava treinamento específico de corrida que pudesse promover melhora desse mecanismo neuromuscular altamente complexo. Esses resultados parecem ser dependentes, entre outros fatores, da experiência de treinameno de cada voluntário e das habilidades provenientes do estágio de adaptação atingido. Assim, embora as diferentes intensidades de corrida pudessem promover aumento da pré-ativação, isso não foi verificado para a maioria os músculos propulsores entre os sujeitos ativos sem histórico de treinamento específico de corrida. No presente estudo foi verificado o aumento da atividade do músculo BF durante a pré-ativação da maior velocidade analisada quando comparada com a velocidade 15% abaixo do LAn. Da mesma forma, Kyröläinen, Avela e Komi [14] verificaram aumento da pré-atividade do músculo BF com o incremento de velocidade. Revista Brasileira de Biomecânica, Ano 8, n.14, Maio

5 Corrida: parâmetros EMG e cinemático. Hanon, Thepaut-Mathieu e Vandewalle [9] verificaram aumento significativo da atividade eletromiográfica dos músculos bi-articulares mobilizadores do quadril (bíceps femoral e reto femoral) nas menores velocidades quando comparados a músculos monoarticulares (vasto lateral e tibial anterior), demonstrando início de fadiga precocemente nos músculos biarticulares. O músculo BF é solicitado nas fases de contato inicial e no apoio, além disso, é considerado propulsor primário do corpo [9]. Durante a fase aérea age excentricamente, armazenando energia elástica que irá favorecer a fase propulsora subseqüente [14]. Esses fatores em conjunto sugerem uma maior influência da velocidade nesse músculo em relação aos outros analisados [9]. CONCLUSÃO Diante desses resultados, conclui-se que ocorre diminuição do tempo de contato com o aumento da velocidade do LAn durante o teste incremental e somente o músculo BF demonstrou modificações de amplitude do sinal EMG na pré-ativação, possivelmente devido ao desenvolvimento do processo de fadiga. REFERÊNCIAS 1. Avogrado P, Dolenec A, Belli A. Changes in mechanical work during severe exhausting running. Eur. J. Appl. Physiol. 2003; 90: Beneke R. Maximal lactate steady state concentrations (MLSS): Experimental and modeling approaches. Eur. J. Appl. 2003; 88: Bobbert MF, Yeadon MR, Nigg BM. Mechanical analysis of the landing phase in heel-toe running. J. Biomech. 1992; 25 (3): Cappelinni G, Ivanenko YP, Poppele RE, Lacquantini F. Motor patterns in human walking and running. J.Neurophysiol. 2006; 95: Denadai BS. Limiar anaeróbio: considerações fisiológicas e metodológicas. Rev. Bras. Ativ. Fís. Saúde. 1995; 1(2): Figueira TR, Caputo F, Pelarigo, JG, Denadai, BS. Influence of exercise mode and maximal lactatesteady-state concentration on the validity of OBLA to predict maximal lactate-steady-state in active individuals. J. Sci. Med. Sport. [IN PRESS] Fraga CHW. Comparação das variáveis cinemáticas, eletromiográficas e do consumo de oxigênio da corrida no triatlhon com uma corrida prolongada e uma corrida isolada. Dissertação de Mestrado 2006 UFRGS Porto Alegre. 8. Gazendam MGJ, Hof AtL. Averaged EMG profiles in jogging and running at different speeds. Gait Posture. 2007; 25(4): Hanon C, Thepaut-Mathieu C, Vandewalle H. Determination of muscular fatigue in elite runners. Eur. J. Appl. Physiol. 2005; 94: Hausswirth C, Brisswalter J, Vallier, JM, Smith D, Lepers, R. Evolution of Electromyographic signal, running economy and perceived exertion during different prolonged exercises. Int J. Sports Med. 2000; 21: Hermens HJ, Freriks B, Merletti R, Hägg G, Stegeman D, Blok J. et al. editors. SENIAM 8: European recommendations for surface electromyography. ISBN: : Roessingh Research and Development bv, Jones AM, Doust JH. A 1% treadmill grade most accurately reflects the energetic cost of outdoor running. J. Sport Sci. 1996; 14: Komi PA. Stretch-shortening cycle: a powerful model to study normal and fatigued muscle. J. Biomech. 2000; 33: Kyröläinen H, Avela J, Komi PV. Changes in muscle activity with increasing running speed. J. Sports Sci. 2005; 23 (10): Kyröläinen H, Komi PV. The function of neuromuscular system in maximal stretchshortening cycle exercises: comparisons between power- and endurance-trained athletes. J. Electromyogr. Kinesiol. 1995; 5 (1): Lohman TG, Roche AF, Martorell R. Anthropometric standardization reference manual. Illinois: Human Kinetics Books Mann RA, Moran GT, Dougherty SE. Comparative EMG of the lower extremity in jogging, running and sprinting. Am. J. Sports Med. 1986; 4 (6): Nummela A, Rusko H, Mero A. EMG activities and ground reaction forces during fatigued and nonfatigued sprinting. Med. Sci. Sports Ex.1994; 26(5): Paavolainen L, Nummela A, Rusko H, Hakkinen K. Neuromuscular characteristics and fatigue during 10 km running. Int. J. Sports Med. 1999; 20: Brazilian Journal of Biomechanics, Year 8, n.14, May 2007

6 P. B. Silva, C. H. W. Fraga, S. R. D. Silva, A.. C. Cardozo, M. Gonçalves 20. Ribeiro JP. Limiares metabólicos e ventilatórios durante o exercício. Aspectos fisiológicos e metodológicos. Arq. Bras. Cardiol. 1995; 64 (2): Seboüé B, Guincestre JY. Muscular fatigue. Annal. Réadapt. Méd. Physiq. 2006; 49: Wen DY, Puffer JC, Schmalzried TP. Injuries in runners: a prospective study of alignment. Clinical J. Sports Med. 1998; 8: Endereço para correspondência: Prof. Dr. Mauro Gonçalves Laboratório de Biomecânica IB UNESP Avenida 24A, n 1515 Bela Vista Rio Claro - SP maurog@rc.unesp.br Revista Brasileira de Biomecânica, Ano 8, n.14, Maio