COMPORTAMENTO DA MEDIANA DA FREQUENCIA E DO VALOR RMS DURANTE CONTRAÇÃO ISOMÉTRICA SUSTENTADA

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1 COMPORTAMENTO DA MEDIANA DA FREQUENCIA E DO VALOR RMS DURANTE CONTRAÇÃO ISOMÉTRICA SUSTENTADA Mônica de Oliveira Melo 1, Marcelo La Torre 1, Matheus Breyer 1, Jefferson Fagundes Loss 2 e Cláudia Tarragô Candotti 1. 1 UNISINOS/Universidade do Vale dos Sinos, São Leopoldo - RS; 2 UFRGS/Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre - RS. Abstract: The aim of this study was to verify the behavior of signal EMG during isometric contractions sustained, by correlation of each RMS and MF data. Nineteen individuals performed the protocol of muscular fatigue (isometric contraction sustained for 40 seconds at 80% of the maximal voluntary contraction), with electrodes placed of the lumbar extensor muscles. The MF and RMS values had been calculated within consecutive windows of one second. It was done a difference between each valor that represents one window and the value of the immediately previous window. A Correlation of Pearson test was done between these values. The results demonstrated that there is an inverse and significant correlation between the both parameters, suggesting, mathematically a predominance of the inverse relations. However, the fact of this correlation had been weak become impossible to say that the variability of one parameter can to cause some influence in another one. Key-words: fatigue root mean square- median of frequency. Introdução A fadiga muscular tem sido extensivamente estudada durante as últimas décadas. Embora existam diversas definições na literatura, parece consensual entre muitos pesquisadores que a fadiga muscular é um processo dependente do tempo que ocorre com a manutenção substancial da contração muscular, durante o qual observações mecânicas de performance permanecem inalteradas [1,2,3,4,5]. A eletromiografia de superfície (EMG) tem sido utilizada durante protocolos de indução à fadiga para estimar um padrão de atividade muscular baseado nas informações fisiológicas que ela fornece. Nesses testes, um fenômeno bastante observado é a diminuição da velocidade de condução dos potenciais de ação nas fibras musculares durante uma contração muscular, refletido na compressão do espectro de freqüência em direção às baixas freqüências [1, 6, 8]. Assim, a mediana da freqüência (MF) tem sido o parâmetro mais utilizado para identificar essa alteração no sinal eletromiográfico (sinal EMG). Demais, o coeficiente de inclinação da curva da MF tem sido aceito como um índice de fadiga muscular localizada que permite avaliar o comportamento dos músculos ao longo do protocolo de indução à fadiga [9,10, 11]. Durante o processo contínuo de fadiga muscular, além das alterações na modulação da freqüência de disparo também ocorrem alterações na sincronização e recrutamento de unidades motoras [9, 10, 12, 13, 14]. Partindo do pressuposto de que para manter o nível de contração desejado, durante um teste de indução à fadiga, ocorre um aumento de recrutamento de unidades motoras, aumentando a amplitude do sinal eletromiográfico, entende-se que deve existir uma tendência do root mean square value (valor RMS) aumentar à medida que o processo de fadiga se instala. Algumas evidências de que o valor RMS aumenta durante protocolo de fadiga muscular já foram demonstradas [15, 16, 17]. Em adição, alguns estudos já propuseram a utilização da inclinação da reta do RMS para avaliar a fadiga muscular decorrente de contrações sustentadas [18, 19, 20]. Não obstante, a utilização do coeficiente de inclinação, seja da curva da MF ou do RMS, fornece apenas a tendência de comportamento (valor médio) dos músculos submetidos ao protocolo de fadiga, ao invés do comportamento a cada instante. Especula-se que para avaliar o comportamento muscular durante a fadiga todos os valores obtidos do processamento do sinal EMG devem ser considerados. Assim, o objetivo desse estudo foi verificar o comportamento do sinal EMG durante um protocolo de fadiga muscular localizada, a partir da correlação entre todos os valores da MF e do valor RMS. Materiais e Métodos A amostra foi intencional, constituída por 19 indivíduos, com idade média de (24,2±7,4) anos. A massa corporal média foi de (68,5±8,6) kg e a estatura média foi de (172,2±5,6) cm. Todos os indivíduos assinaram um termo de consentimento para a participação no estudo. Este estudo foi aprovado no comitê de ética da Universidade onde foi realizado. O protocolo de avaliação foi um teste de indução à fadiga muscular, que consistiu: (1) na execução de três contrações voluntárias máximas isométricas (CVM) de 5 segundos cada, com intervalo de 2 minutos entre elas. e (2) na realização de uma contração isométrica a 80% da maior CVM, com duração de 40 segundos. Foi

2 proporcionado, aos indivíduos, um feedback visual do nível de força muscular produzido durante o teste de indução à fadiga, utilizando-se um osciloscópio (Minipa MO, modelo 1225, Minipa Eletronics Co.Ltda, Shangai). Todos os indivíduos foram avaliados uma única vez, individualmente. Para a realização desta avaliação, os indivíduos foram posicionados em decúbito ventral sobre um apoio (banco de musculação). Foram utilizadas faixas com velcro para fixar o corpo ao banco. Também, ao redor do tronco, mais especificamente, na região logo abaixo das axilas, passava-se uma faixa onde uma célula de carga estava conectada e essa, por sua vez fixada ao solo. Foram coletados simultaneamente sinais de dinamometria e eletromiografia com uma taxa de amostragem de 2000 Hz para cada canal. A aquisição desses sinais foi realizada com o software AqDados (Lynx Tecnologia Eletrônica Ltda, São Paulo) e com um eletromiógrafo de 16 canais (EMG System do Brasil Ltda, São José dos Campos), utilizando-se um computador do tipo Pentium 200 MHertz com 64 MB RAM, dotado de um conversor A/D (EMG System do Brasil Ltda, São José dos Campos). Para monitorar o nível de força foi utilizada uma célula de carga de 2000 N (S-200, Alfa Instrumentos Eletrônicos Ltda, São Paulo) também conectada ao mesmo conversor A/D. Para captação do sinal EMG foram observados rigorosamente todos os procedimentos recomendados pela Sociedade Internacional de Eletrofisiologia e Cinesiologia [21, 22]. Foram utilizados pares de eletrodos descartáveis de superfície (Ag/AgCl; com diâmetro de 2,2 cm; com adesivo de fixação), na configuração bipolar, para cada músculo. Foi utilizado um voltímetro para controlar a impedância dos eletrodos (aceita quando inferior a 5 kω). Os músculos monitorados foram o longuíssimo do tórax (ao nível de L1) e iliocostal-lombar (ao nível de L2), ambos os lados. O processamento dos sinais foi realizado utilizandose um sistema de aquisição de dados (SAD) [(versão mp, 2002) ( Inicialmente, os sinais de força e eletromiográficos foram submetidos a procedimentos de filtragem digital. Para o sinal de força, utilizou-se um filtro média móvel passa baixa (com freqüência de corte de 10 Hz) e para o sinal EMG um filtro passa alta (com freqüência de corte em 20 Hz). Sobre o sinal filtrado foi calculado o valor RMS em janelas fixas de um segundo (2000 pontos). Após, o mesmo sinal filtrado foi analisado no domínio da freqüência, através da Transformada Rápida de Fourier (FFT) onde foi calculada a mediana da freqüência (MF) em janelas fixas de um segundo (janelamento Hamming). Esses procedimentos permitiram avaliar o comportamento do valor RMS e da MF, ao longo do teste de indução à fadiga. O sinal EMG de cada músculo foi normalizado em relação aos maiores valores obtidos na respectiva CVM. Foram registrados 40 segundos de sinal EMG, sendo desprezados o primeiro e o último segundos, restando desta forma 38 intervalos, que foram representados pelos respectivos valores RMS e MF, atribuídos ao centro de cada intervalo. Como o objetivo era verificar o comportamento do sinal EMG ao longo do tempo de teste, foi realizada a diferença entre cada valor representativo de um intervalo e o valor referente ao intervalo imediatamente anterior, tanto no domínio do tempo (RMS) como no domínio da freqüência (MF). Desta forma procedeu-se a diferença entre o 2º e o 1º intervalo, obtendo-se um novo valor que indicava o comportamento do sinal neste breve período de tempo. O mesmo procedimento foi realizado entre o 3º e o 2º intervalos, entre o 4º e o 3º intervalos e assim, sucessivamente. Desse modo, obteve-se uma nova curva que representava o RMS e outra que representava a MF, com 37 pontos cada uma. Estas curvas expressam o comportamento do valor RMS e da MF ao longo tempo do teste, onde pontos positivos da curva indicam que houve um aumento de valor de um intervalo para o próximo, enquanto pontos negativos indicam uma diminuição, quer no domínio do tempo, quer no domínio da freqüência. Para obter maiores informações a respeito deste comportamento, os 37 pontos obtidos da diferença dos sinais foram divididos em três partes. As duas primeiras continham 13 pontos cada e geraram as curvas parciais 1 e 2. A terceira parte continha 11 pontos e gerou a curva parcial 3. Para a análise estatística foi utilizado o software SPSS Inicialmente foi verificada a equivalência das variâncias (teste de Levene) e normalidade dos dados (Shapiro-Wilk). Os valores de RMS e MF dos quatro músculos estudados foram submetidos a uma análise de variância de um fator para verificar as diferenças entre eles. Sendo verificado que não havia diferença significativa entre eles, os quatro músculos foram agrupados. Para cada uma das três partes e para os 37 pontos foi realizado um teste de Correlação de Pearson para verificar a associação entre a MF e o valor RMS. O nível de significância adotado foi 0,01. Resultados Os sinais EMG obtidos durante o teste de indução à fadiga foram processados nos domínios da freqüência e do tempo. Os 37 valores obtidos da diferença entre cada dois segundos de teste, tanto para a MF quanto para o RMS, dos quatro músculos, de todos os 19 sujeitos foram agrupados e correlacionados. Os resultados do teste de correlação indicam que existe uma correlação baixa, inversa e significativa entre a MF e o RMS, tanto para a curva total como para as três curvas parciais. Na Tabela 1 são apresentadas as correlações obtidas pelo teste de Correlação de Pearson.

3 Tabela 1 Coeficiente de Correlação (r) entre os valores de MF e RMS obtidos da diferença entre cada dois segundos consecutivos, durante o teste de indução à fadiga. Nessa, o (n) indica o número de pontos da respectiva curva. r n curva total -0,213* 2812 curva parcial 1-0,235* 988 curva parcial 2-0,239* 988 curva parcial 3-0,186* 836 * correlação significativa: p<0,01 As Figuras 1, 2 e 3 apresentam o comportamento da MF em função do RMS dos valores obtidos da diferença entre cada dois segundos consecutivos do teste de indução à fadiga. As diferenças positivas significam aumento dos valores de MF e RMS, enquanto que as diferenças negativas significam diminuição dos valores de MF e RMS. A dispersão dos pontos nos quatro quadrantes sugere que ocorrem todas as relações possíveis durante o teste, ou seja, diminuições de MF estão relacionadas a incrementos no valor RMS (4º quadrante), assim como aumentos de MF estão associados a diminuições no valor RMS (2º quadrante). Um grande número de relações diretas também pode ser observado: aumento de MF simultaneamente ao aumento do valor RMS (1º quadrante) e diminuição de MF concomitantemente a diminuição do valor RMS (3º quadrante). Não obstante, o coeficiente de correlação, com significância estatística (p<0,01), ilustrado pela reta de tendência, mostra matematicamente uma predominância das relações inversas, ou seja, aumentos de um parâmetro relacionados com as diminuições do outro e vice-e-versa. diferença MF (% CVM) diferença RMS (% CVM) Figura 1: MF x RMS, curva parcial 1 diferença MF (% CVM) diferença RMS (% CVM) Figura 2: MF x RMS, curva parcial 2 diferença MF (% CVM) diferença RMS (% CVM) Figura 3: MF x RMS, curva parcial 3 Discussão O objetivo desse estudo foi verificar o comportamento do sinal EMG a partir da correlação entre o comportamento da variação da MF e do valor RMS. Estudos de fadiga utilizando metodologia similar, [15, 20] mostraram que a MF tende a diminuir e o valor RMS a aumentar durante protocolos de fadiga. Caso esta tendência fosse perfeita, isto é, durante o teste de fadiga a MF só diminuísse e os valores RMS só aumentassem, no presente estudo os gráficos de correlação (Figuras 1, 2 e 3) teriam apresentado todos os pontos no 4º quadrante. Não obstante, tem sido observado nos mesmos estudos [15, 20], que apesar de existir a tendência dos valores RMS aumentarem e da MF decrescer, quando analisado o teste como um todo, o comportamento instante a instante é variável, mostrando flutuações dos parâmetros, verificando-se também aumentos da freqüência seguidos de novas diminuições. Essa dinâmica é observada também na amplitude do sinal, mas no sentido oposto, ou seja, embora haja uma tendência de comportamento crescente, verificam-se diminuições seguidas de novos aumentos dos valores RMS. Essa variabilidade foi bem documentada no presente estudo, na medida em que todos os quadrantes foram contemplados. O coeficiente de correlação negativo, com significância estatística (p<0,01), indica uma relação inversa, embora fraca, entre a MF e o valor RMS, ou seja, há uma tendência de aumento de um parâmetro com a diminuição do outro. Entretanto, a expectativa de que este comportamento ocorresse ponto a ponto, ou

4 seja, para cada um dos valores obtidos da diferença entre cada dois segundos consecutivos do teste de indução à fadiga, não foi observada. Assim, no exato momento em que a MF diminuiu não necessariamente o valor RMS aumentou, bem como a variabilidade do comportamento das curvas não ocorreu simultaneamente para os dois parâmetros (Figuras 1, 2 e 3). Embora não totalmente compreendidas, as manifestações mioelétricas identificadas por esses dois parâmetros do sinal EMG (MF e valor RMS) são tipicamente associadas a propriedades fisiológicas e metabólicas do músculo. Para explicar esse fenômeno, diversos estudos sobre fadiga têm usado a teoria do acúmulo de lactato [17, 23, 24, 25]. Assim, para manter a contração muscular adequada ao esforço exigido, é necessário compensar a influência negativa que o lactato exerce sobre o ambiente intracelular e sobre a capacidade contrátil dos músculos, através do recrutamento de novas unidades motoras (UMs). Este recrutamento de UMs é refletido na amplitude do sinal EMG e, portanto, pode ser identificado pelo cálculo do valor RMS [15]. Estudos de fadiga, realizados com exercícios dinâmicos, em testes com incremento de cargas, têm encontrado baixas modulações da MF e sugerem que a intensidade utilizada durante os experimentos possa ser responsável por estes achados, pois se os indivíduos não realizam sua força máxima isso pode implicar em algum tipo de tolerância metabólica, ou seja, o acúmulo de metabólicos não é suficiente para influenciar a velocidade de condução dos potenciais de ação [26]. Entretanto, salienta-se que o lactato não pode ser considerado a única causa para o declínio e o aumento da MF e do valor RMS, respectivamente, pois estudos com pacientes portadores de McArdle s (distúrbio metabólico onde os pacientes não são capazes de sintetizar lactato durante exercício) mostraram que alterações nesses parâmetros durante a fadiga podem ocorrer sem o acúmulo de lactato [26, 27]. Assim, é preciso considerar que outros fatores não completamente conhecidos dentro do sistema nervoso central e periférico podem estar envolvidos no processo de fadiga neuromuscular [28] e, portanto necessitam de maiores estudos. A análise do quadrado do coeficiente de correlação (r 2 = coeficiente de determinação) indica justamente quanto a variação de um dos parâmetros pode ser atribuída a variação do outro. Neste aspecto, valores de r 2 da ordem de 0.04 confirmam a contribuição de outros fatores não abordados neste estudo. A opção por realizar análises parciais do teste procurava estabelecer em que momentos a correlação, que já era esperada seria mais forte. A expectativa seria justamente que com o avanço do processo de fadiga a correlação aumentasse progressivamente. Entretanto, os resultados apontam para uma correlação menor no terço final do teste, onde, a princípio, deveria haver um processo de fadiga completamente caracterizado. A MF tem sido tradicionalmente aceita como um parâmetro sensível para avaliar a fadiga muscular e tende a apresentar valores menores no final de um teste de indução a fadiga. Neste estudo, este comportamento tradicional da MF também foi observado. Não obstante, a baixa e inversa correlação entre a MF e o valor RMS ao longo do teste e, principalmente, no terço final (curva parcial 3) indica que o comportamento instante a instante da MF não está diretamente associado ao comportamento do valor RMS. Do mesmo modo, o baixo valor do r 2 indica que a variação da MF não explica a variação do RMS. No entanto, cabe salientar que este resultado é procedente de uma metodologia diferenciada, que avalia o comportamento a cada instante de ambos os parâmetros, diferentemente dos demais estudos que sugerem a existência de correlação da MF e do RMS, a partir da tendência de comportamento dos músculos durante a fadiga. Desse modo, o presente estudo não tem a intenção de determinar se o valor RMS é também um parâmetro sensível para avaliar a fadiga muscular, apenas pretende contribuir nas reflexões acerca desse processo. Também tem sido documentado que a magnitude das alterações do valor RMS pode estar relacionada com o tipo de fibra muscular, pois o acúmulo de lactato durante a fadiga é maior nas fibras de contração rápida (tipo II) [5, 10, 24]. Do mesmo modo, o declínio da MF durante a fadiga é significativamente mais acentuado em sujeitos com alto percentual de fibras de contração rápida, quando comparados com sujeitos com baixo percentual de fibras de contração rápida [24]. Assim, como no presente estudo foram avaliados os músculos extensores da coluna, tipicamente classificados como tendo um maior percentual de fibras de contração lenta [29], poderia se esperar uma menor magnitude na resposta do RMS e da MF. Não obstante, os resultados dos estudos de fadiga já referidos são referentes à tendência de comportamento (valor médio) dos músculos submetidos a protocolo de fadiga (coeficientes de inclinação das curvas da MF e do valor RMS) e no presente estudo são apresentados comportamentos a cada instante de ambos os parâmetros. Inicialmente, foi especulado que para avaliar o comportamento muscular durante a fadiga todos os valores obtidos do processamento do sinal EMG deveriam ser considerados. Os resultados do presente estudo confirmam que esta metodologia de análise fornece informações mais detalhadas do processo de fadiga muscular, além de ser possível também avaliar as tendências gerais. Conclusão Correlações significativas e inversas entre os parâmetros MF e valor RMS foram encontradas ao longo de todos os trechos analisados do protocolo de fadiga. Os baixos valores encontrados apontam para a inexistência da possibilidade de explicar um parâmetro pela variação do outro. Associar variações instantâneas

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