LOCAL DO PICO DE FORÇA SOBRE O PEDAL EM DIFERENTES CADÊNCIAS PARA NO CÁLCULO DE DEFASAGEM ELETROMECÂNICA

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1 LOCAL DO PICO DE FORÇA SOBRE O PEDAL EM DIFERENTES CADÊNCIAS PARA NO CÁLCULO DE DEFASAGEM ELETROMECÂNICA Everton Rocha 1, Artur Bonezi 1, Dimitri Molenda 1, Denise Soares 1, Cláudia Candotti 2 e Jefferson Loss 1. Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Escola de Educação Física Universidade do Vale do Rio dos Sinos - Centro de Ciência da Saúde Abstract: The propose of this study was to verify if with the increase of the rate, the force peak in the pedal stay in the same place of crank angle, for evaluate the calculate of electromechanical delay as presented in the literature. Were collected and analyzed the pedal forces, EMG of six muscles from lower limb and the crank angle. The results showed that the place of force peak in the pedals changed when the rate is increased, happening more late in the pedaling cycle and there is some limitations in the literature about the calculate of electromechanical delay once has as presuppose the constancy of the place of force peak independent of the rate. Key-words: Electromechanical delay, electromyography and force. Introdução Um assunto que ainda não foi abordado nos estudos referentes à biomecânica do ciclismo, em nosso país e pouco abordado na literatura internacional, refere-se à defasagem eletromecânica (EMD) em análises de padrões de ativação muscular. Esta deve ser considerada quando se interpreta resultados que envolvam aspectos temporais, uma vez que esse fenômeno está presente na maioria dos gestos motores [1,2]. Existem diferentes conceitos e valores para EMD (entre 10ms e 120ms) [1,2,3,5,6]. Neste estudo a EMD será definido como o tempo entre o registro do evento elétrico (eletromiografia) e a resposta mecânica (força) [3]. A Figura 1 ilustra um exemplo hipotético do tempo de atraso entre o registro do pico do sinal elétrico e o pico de força (70ms). Força EMG EMD 70ms EMD. A literatura relata prováveis fatores e o que talvez melhor explique o fenômeno seja o tempo necessário para a distensão dos elementos elásticos em série (EES), como o tendão muscular, a ponto onde a força muscular posa ser detectada [1,2,5] e/ou os tipos de contração [2], tipos de fibra muscular [1], e comprimento inicial do músculo[2]. Sabe-se que a análise do sinal eletromiográfico (EMG) fornece informações sobre como o sistema nervoso central controla o movimento humano. Dessa maneira muitos estudos que utilizam EMG como um referencial da ativação muscular parecem não considerar a EMD e a influência que essa pode gerar. Por exemplo, no ciclismo, a uma cadencia de 90rpm, ao se considerar uma EMD de 86ms no músculo vasto lateral pode-se observar uma variação de 46º na localização do pico de EMG em relação ao ângulo do pé-de-vela [3]. No entanto, para a mesma situação, foi encontrada uma EMD de 106ms que corresponderia a uma variação de 57º [5]. Um atraso de 57º no ângulo do pé-de-vela durante a pedalada significa interpretar padrões de ativação muscular da fase de recuperação como parte da fase de propulsão. Para o cálculo da EMD é necessário ter como input a localização dos picos de força, de EMG e da cadência de giro [7]. Entendendo que há uma dificuldade dos laboratórios de biomecânica terem a disposição pedais instrumentados, por isso cálculo de EMD, que tem como input apenas os dados de EMG e cadência de giro parecem ser interessantes quanto sua aplicabilidade Este tipo de cálculo [3] parte do pressuposto de que à medida que a cadência é incrementada o local em que o ocorre o pico de EMG é antecipado para que o pico de força permaneça acontecendo no mesmo local do ciclo de pedalada independente da cadência. Sendo assim, o objetivo deste estudo foi de verificar se à medida que a cadência aumenta o pico de força sobre o pedal permanece no mesmo local do ciclo de pedalada, visando avaliar o cálculo da EMD proposto por [3]. Materiais e Métodos Figura 1: Representação esquemática da EMD Não está bem elucidado na literatura o motivo que origina e/ou influencia no surgimento e no valor da A amostra do estudo foi de ciclistas (n=8) e triatletas (n=8) do sexo masculino os quais treinam e participam de competições com pelo menos 2h de duração. Considerando-se que o aspecto importante era o

2 domínio da técnica, não houve restrição quanto à faixa etária dos participantes ciclistas (25,1 ± 7,6) anos de idade; e triatletas (27,5 ± 9,2 anos de idade). A Tabela 1 fornece as características metabólicas dos ciclistas e triatletas. da impedância (aceita quando inferior a 5KΩ), sugeridas por [11] foram cumpridas. Tabela 1: Média e desvio padrão das características metabólicas dos ciclistas (1) e triatletas (2), bem como a carga correspondente ao segundo limiar ventilatório. VO 2 máx. (ml/kg min) (1) 59,4 (± 3,6) (2) 51,2 (± 5,8) VO 2 2ºlimiar (ml/kg min) 46,9 (± 5,2) 43,7 (± 4,9) % VO 2 máx 79 (±10) 85 (± 13) Carga 2º limiar (W) 272 (± 67) 258 (± 54) Figura 2: Pedal Dinamométrico Como instrumentos de coleta foram utilizados um cicloergômetro computadorizado CARDIO 2 (Medical Graphics Corp. St. Louis, EUA), o qual fornece a carga de trabalho de cada estágio e a cadência. O selim, o guidão e os pedais originais do cicloergômetro foram substituídos por equipamentos utilizados em bicicletas de competição. A medição das forças de contato externo foi realizada com a utilização de um pedal instrumentado. O pedal-plataforma consiste em uma plataforma de força, do tipo pedal, com quatro vigas em balanço, que permitem a medição de duas componentes da força simultaneamente, nas direções normal e tangencial à superfície do pedal [8] (Figura 2). Enquanto que para a medição dos ângulos do pé-de-vela utilizou-se o Sistema de Vídeo Peak Performance Versão 5.3. Com o intuito de normalizar a carga de trabalho foi feita uma avaliação do consumo máximo de oxigênio (VO 2 max.) para determinação do limiar anaeróbio, a partir do segundo limiar ventilatório individual [9] e [10]. Para tal foi utilizado um ergoespirômetro CPX/D (Medical Graphics Corp., St. Louis, EUA). Os dados de EMG de seis músculos do membro inferior direito foram captados por um eletromiógrafo (Bortec ) e eletrodos de superfície (Ag/AgCl, com diâmetro de 2,2 cm) na configuração bipolar. O sinal de cada músculo foi obtido com uma freqüência de 1818Hz, essa taxa de aquisição se justificou pela necessidade de coletar onze canais (EMG de seis músculos, sinais de força sobre o pedal - tangencial e normal, sincronismo e dois potenciômetros.) Como o conversor A/D não permitia a aquisição dos sinais de modo separado foi utilizada uma taxa de aquisição que dividida pelos onze canais resultou em 1818Hz (valores mais próximos de 2000Hz recomendado pela Sociedade Internacional de Eletrofisiologia e Cinesiologia. Todas as normas pertinentes ao registro adequado de sinais EMG, como depilação, limpeza do local com álcool, colocação dos eletrodos e verificação Os eletrodos foram alinhados longitudinalmente às fibras musculares e fixados sobre o ventre muscular dos músculos glúteo máximo (GM), reto femoral (RF), vasto lateral (VL), bíceps femoral (BF), tibial anterior (TA) e gastrocnêmio medial (GA). O eletrodo de referência foi fixado sobre a face anterior medial da tíbia. Esses seis músculos foram escolhidos por satisfazerem três critérios: (1) eles cruzam as três maiores articulações dos membros inferiores (quadril, joelho e tornozelo); (2) representam os grupos musculares antagonistas mono e biarticular que cruzam cada uma das três articulações; e (3) correspondem àqueles mais comumente citados na literatura [12]. O protocolo de testes foi dividido em duas sessões: na primeira os sujeitos foram submetidos a um protocolo para a determinação do consumo máximo de oxigênio (VO 2 máx.) com aumento contínuo de cargas em rampa a 30 watts/min, que corresponde a microincrementos gradativos e periódicos da carga (0,5 watts) a cada segundo, sendo realizado até a exaustão. Na segunda sessão foi solicitado que os sujeitos pedalassem, na carga correspondente ao segundo limiar ventilatório individual. Utilizou-se esse procedimento visando normalizar a carga fisiologicamente. Foram testadas diferentes cadências nessa carga (60, 75, 90, 105rpm), cada uma por um período de 3 min, após o consumo de oxigênio ter-se estabilizado (aproximadamente 5 min). A ordem de realização dos testes foi definida para cada indivíduo por sorteio, para evitar a possibilidade de que a fadiga muscular interferisse nos resultados. Baseado na sugestão de [7] a seguinte equação pode ser estabelecida para o cálculo da EMD: θf = EMD. ω + θemg (1) Onde: θf representa a posição angular do pé-de-vela onde ocorre o pico de força;

3 EMD é a defasagem eletromecânica; ω representa a velocidade angular do pé-de-vela (cadencia) θemg representa o local no ângulo do pé-de-vela onde é relatado o (pico) sinal eletromiográfico. A equação 1 pode ser reescrita como: EMD = ( θf θemg)/ ω (2) A equação 2 foi adaptada para duas diferentes cadencias ω1 e ω2, assumindo que o θf não é afetado pela cadencia permitindo portanto que o EMD possa ser calculado de acordo com a equação 3, ou seja sem os dados de força aplicados sobre o pedal [3]: EMD = (θemg2 - θemg1)/(ω1 - ω2) (3) Onde: EMD é a defasagem eletromecânica; θemg2 representa o local no ângulo do pé-de-vela onde é relatado o (pico) sinal eletromiográfico na segunda cadência. θemg1 representa o local no ângulo do pé-de-vela onde é relatado o (pico) sinal eletromiográfico na primeira cadência. ω1 representa a velocidade angular do pé-de-vela na primeira cadencia. ω2 representa a velocidade angular do pé-de-vela na segunda cadencia. Os procedimentos de análise dos dados para verificar se a EMD sugerido por [3] se sustenta e para calcular e comparar a EMD através de diferentes procedimentos de cálculo envolveu o sincronismo entre os dados cinéticos, cinemáticos e de EMG. Analisou-se em cada cadência dez ciclos consecutivos de pedalada, os valores médios destes ciclos foram utilizados para interpretação dos resultados. Foram elaboradas rotinas de programação no Software Matlab com intuito de se obter os valores dos picos de força, EMG e os locais no ciclo do pé-de-vela que estes acontecem. O teste estatístico utilizado para comparação entre os diferentes locais de ocorrência do pico de força resultante sobre o pedal foi uma Anova de um caminho com teste post hoc de Bonferroni. Todos os dados apresentaram uma distribuição homogênea e normal. O índice de significância adotado foi de 5% (p<0,05). O pacote estatístico utilizado para tais testes foi SPSS versão 11. Resultados Os resultados da localização no ciclo de pedalada do pico de força resultante sobre o pedal em quatro diferentes cadências (60, 75, 90 e 105rpm) estão apresentados na Figura 3. Os dados da Figura 3 mostram que a medida que a cadência aumenta o local de ocorrência do pico de força acontece mais tarde. Diferenças significativas foram encontradas apenas entre as cadências de 60 e 105rpm. Na Figura 4 são apresentados os locais de pico de força e EMG (glúteo máximo), nas diferentes cadências, de um dos atletas da amostra. Estes mostram que a medida que a cadência é incrementada, o pico de força ocorre mais tardiamente, mostrando a mesma tendência que a média de todos os atletas. A eletromiografia no entanto apresentou um padrão inverso, quanto mais alta a cadência mais cedo ocorre o pico. A Figura 5 ilustra a comparação dos valores de cálculos de EMD sugeridos por [3] e [7] do mesmo atleta exemplificado na Figura 4, mostrando todas as comparações possíveis entre as diferentes cadências. Os valores encontrados para EMD quando calculados de acordo com [7] mostram um padrão de aumento quando a cadência é incrementada, já quando calculados como o proposto por [3] esse padrão não se mantém para todas as combinações de cadência.

4 Local do Pico de Força (graus) Local do pico (graus) * Cadência (rpm) Figura 3: Localização no ciclo de pedalada do pico de força resultante sobre o pedal *Diferença significativa entre 60 e 105 rpm para p<0,05 Força EMG Cadência (rpm) * Figura 4: Local de ocorrência dos picos de força e EMG de glúteo de um dos atletas EMD (s) 0,200 0,150 0,100 0,050 0, [3] [7] Figura 5: comparação dos valores de cálculos de EMD sugeridos por [3] e [7]

5 Discussão O pressuposto utilizado por [3] para o cálculo da EMD considera que o local de ocorrência da força no ciclo de pedalada não é alterado quando a cadência é incrementada. Esse pressuposto se baseia na hipótese de ativação dinâmica [3], onde uma estratégia neuromuscular, intrínseca ao atleta, provavelmente anteciparia a ativação muscular para que o pico de força ocorra no mesmo local do ângulo do pé de-vela, sendo que o aumento nos valores da EMD seriam refletidos apenas pela antecipação do sinal EMG. Além disso este pressuposto baseia-se na idéia de que o atleta ao manter a força máxima no mesmo local do ciclo de pedalada este também está tentando fazer uma manutenção da sua técnica de pedalada. Neste estudos os resultados mostram que este local de ocorrência do pico de força acontece mais tarde no ciclo com o aumento da cadência utilizada (Figura 3). Portanto a hipótese de manutenção do local do pico de força, bem como a sua desconsideração para os cálculos de EMD, propostos por [3] não se sustentaram (Figuras 3 e 4). As diferenças significativas se deram somente entre as cadências de 60 e 105rpm, e acredita-se que isto deva-se a pouca quantidade de ciclos de pedalada por atleta analisados (10 ciclos). Um outro pressuposto da hipótese de [3] é de que a EMD não é alterada com o incremento da cadência. Portanto para manter o pico de força no mesmo local, independente da cadência, o pico de EMG deve ocorre mais cedo no ciclo de pedalada quando a cadência é aumentada. Neste estudo, mesmo com o aumento da cadência, o pico de EMG do glúteo de um dos atletas respeitou o padrão sugerido por [3] (Figura 4), todavia parece não ter sido suficientemente antecipado uma vez que o pico de força não permaneceu no mesmo local do ciclo. (Figura 4). Obviamente a força resultante sobre o pedal não tem como único responsável a atividade do glúteo, entretanto esta musculatura por ser motor primário do movimento [13] foi escolhida para verificar se seu pico ocorria mais cedo no ciclo de pedalada conforme a cadência aumentava. Como o local do pico de força não se mantém constante nas diferentes cadências, esperava-se que os valores de EMD calculados, sem considerar as medições cinéticas [3], diferissem do proposto por [7], que considera o local do pico de força para o cálculo da EMD. Esses resultados estão expressos na Figura 5. A partir desses resultados possivelmente deve haver diferenças quanto a magnitude da EMD proposta por [3]. Os valores de EMD encontrados quando os dados cinéticos são considerados mostram que à medida que a diferença entre duas cadências aumenta a EMD também aumenta. Já quando a cinética é desconsiderada esse padrão não permanece. Conclusões O local de ocorrência do pico de força resultante sobre o pedal é alterado quando a cadência é incrementada, acontecendo mais tarde no ciclo. O cálculo da EMD sugerido por [3] sofre limitações uma vez que tem como pressuposto a manutenção do local de ocorrência do pico de força independente da cadência. Referências [1] CAVANAGH P, KOMI, P. Electromechanical delay in human skeletal muscle under concentric and eccentric contractions, Eur. J. Appl. Physiol. 42: , [2] VOS E, HARLAAR J, SCHENAU, G. Electromechanical delay during knee extensor contractions, Med. Sci. Sports Exerc. 23: , [3] LI L, BAUM B. Electromechanical delay estimated by using electromyography during cycling at diferent pedaling frequencies, Electromyogr. Kinesiol. 14: , [4] VOS E, MULLENDER G, SCHENAU G. Electromechanical delay in the vastus lateralis muscle during dynamic isometric contractions. Eur. J. Appl. Physiol. 60: , [5] VINT P, MC LEAN, S, HARRON G. Electromechanical delay in isometric actions initiated from nonresting levels, Med. Sci. Sports Exerc , [6] ZHOU S, LAWSON D, MORRISON W, FAIRWEATHER I. Electomechanical delay in isometric muscle contractions evoked by voluntary, reflex and electrical stimulation. Eur J Appl Physiol, 70: , [7] NEPTUNE R, KAUTZ S, HULL M. The e.ect of pedaling rate on coordination in cycling, J. Biomech. 30: , [8] NETO C, SCHMIDT G, CANDOTTI C, LOSS J, ZARO M, CERVIERI A, GUIMARÃES A. Desenvolvimento de uma plataforma de força em pedal de ciclismo. Rev Bras Biomec. 3: 39-44, [9] DENADAI, B. Limiar anaeróbico: considerações fisiológicas e metodológicas. Revista Brasileira de Atividade Física e Saúde, 1(2): 74-88, [10] RIBEIRO J. Limiares metabólicos e ventilatórios durante o exercício. Aspectos fisiológicos e metodológicos. Arq Bras Cardiol. 64 (2), [11] MERLETTI R, DI TORINO. Standards for reporting EMG data. J Electromiography and Kinesiol. 9(1): 3-4, 1999.

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