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Efeito da carga e da variação angular da pedalada na atividade

eletromigráfica dos músculos rectus femoris e biceps femoris

Efecto de la carga y de la variación angular del pedaleo en la actividad electromiográfica del recto anterior del muslo y el bíceps femoral

 

*Laboratório de Avaliação Física e Fisiologia do Exercício (LAFIFE)

Faculdade de Educação Física - Universidade de Cuiabá (UNIC/MT)

** Laboratório de Biomecânica e Cinesiologia, Centro Desportivo

da Universidade Federal de Ouro Preto (CEDUFOP)

Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP/MG)

*** Laboratório de Biomecânica - Departamento de Educação Física

Instituto de Biociências – Universidade Estadual Paulista (UNESP), Rio Claro/SP

Otávio Rodrigo Palácio Favaro*

Runer Augusto Marson**

Mauro Gonçalves***

triota2005@yahoo.com.br

(Brasil)

 

 

 

 

Resumo

          O presente estudo tem por objetivo analisar o efeito do incremento da carga sobre a atividade eletromiográfica dos músculos reto femoral (RF) e bíceps femoral cabeça longa (BFCL) durante teste de ciclismo incremental nos diferentes quadrantes de um ciclo completo da pedalada. Participaram deste estudo 04 voluntários do sexo masculino com idade variando de 18 a 28 anos. Foi utilizada uma bicicleta ergométrica com frenagem elétrica. Após um aquecimento de 5 minutos, o protocolo iniciou com uma carga de 100 watts e a cada 2 minutos foi acrescentada uma carga de 50 watts até exaustão, com cadência de pedalada controlada a 70 rotações por minuto. Para a captação dos sinais eletromiográficos foram utilizados eletrodos de superfície, módulo de aquisição de sinais biológicos de quatro canais e um software específico para análise dos resultados. Os resultados indicaram que nos diferentes quadrantes estes músculos apresentam uma atividade semelhante, independente da carga administrada. O músculo RF apresenta maior atividade no Q1 (0o-90o) e o músculo BFCL no Q3 (180o-270o); quanto ao efeito da carga em cada quadrante, também houve predominantemente uma semelhança de atividade entre os dois músculo porém destaca-se a maior atividade do reto da coxa na C3 no Q1 e para o BFCL na C5 no Q3; quanto à atividade entre os dois músculos o bíceps da coxa (cabeça longa) apresentou maior atividade nos quadrantes 2 (C4) e 4.(C4).

          Unitermos: Biomecânica. Eletromiografia. Cinesiologia. Ciclismo. Bicicleta ergométrica.

 

Abstract

          This study analyzed the effect of the increment of the workload in the electromyography activity of the rectus femoris (RF) and biceps femoris caput longum (BFCL) muscles during cycle ergometry test in the different quadrants of a complete revolution of the pedals. Four adults volunteered to perform an incremental test to exhaustion on a cycle ergometer. The test started at 100 watts (W) and the workload power output was increased by 50 W every 2 minutes until the subject could longer maintain 70 revolutions (rev.min-1). Electromyographic signals were recorded via surface electrodes connected to a 4-channel biological signal module and results analyzed using specific software. The results indicated that in different quadrants these muscles showed a similar activity, independently of the administered workload, providing information about motor strategies biarticular muscles during incremental cycle ergometry.

          Keywords: Biarticular muscle. Electromyography. Kinesiology. Incremental test. Bicycle ergometer.

 

 
EFDeportes.com, Revista Digital. Buenos Aires, Año 16, Nº 162, Noviembre de 2011. http://www.efdeportes.com/

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Introdução

    A biomecânica do esporte, com o objetivo de promover e aperfeiçoar modelos de treinamento e reabilitação mais eficazes se utiliza de várias técnicas para entender e aprimorar o gesto motor específico de cada modalidade. Técnicas eletromiográficas podem ser utilizadas para determinação do esforço muscular produzido em resposta ao estímulo nervoso, quantificando a taxa de disparo das unidades motoras e na identificação de limiares de fadiga (Gonçalves, 2006; Marson, 2010). A eletromiografia de superfície (EMG) pode ser descrita como uma técnica que revela eventos fisiológicos, permitindo estudar em tempo real a função muscular, analisando o sinal elétrico gerado durante a contração muscular, sendo possível fazer interpretações sobre condições normais e patológicas do aparelho locomotor (Basmajian; DeLuca, 1985, Marson; Gonçalves, 2003).

    No ciclismo, a EMG pode ser aplicada para analisar o início e fim da atividade muscular no gesto motor da pedalada, variação da atividade em determinada faixa angular do ciclo da pedalada e, a resposta eletromiográfica sobre diversas condições de ciclismo (Faria; Cavanagh, 1978; Petrofsky, 1979; Ericson et al., 1985; Weeler; Gregor; Broker, 1995; Takaishi et al, 1998; Favaro; Gonçalves, 2001; Lucia et al., 2004; Diefenthaeler et al., 2008), bem como, o limiar de fadiga eletromiográfico (Moritani; Takaishi; Matsumoto, 1993; Pavlat et al, 1993; Favaro, 2003; Favaro; Gonçalves, 2003) e/ou relações entre limiar de fadiga eletromiográfico e índices metabólicos (Matsumoto; Ito; Moritani, 1991; Favaro et al., 2003; Favaro et al., 2004).

    Segundo investigações de Houtz e Fischer (1959), Jorge e Hull (1986) os músculos glúteo máximo (Gmax), glúteo médio (Gmed), reto femoral (RF), vasto lateral (VL), vasto medial (VM), semitendinoso (St), semimembranoso (Sm), biceps femoral (BF), tibial anterior (TA), gastrocnêmico (G) e sóleo (So) representam os músculos superficiais primários envolvidos na produção de energia no ciclismo.

    Dentre os músculos citados, os músculos extensores das articulações do quadril e joelho (Gmax, VL e VM), considerados como monoarticulares, apresentam grande ativação durante a fase propulsiva (0-180º), enquanto que o RF, músculo biarticular, apresenta ativação tanto na fase de propulsão como na fase de recuperação da pedalada (180º - 360º). Já os músculos posteriores da coxa apresentam maior atividade entre o 1º e o 2º quadrante (de 90º a 135º) do ciclo da pedalada (Gregor, Broker, Ryan, 1991; Gregor, Cavanagh, Lafortune,1985) .

    No ciclismo a atividade simultânea dos músculos do quadríceps femoral e bíceps femoral durante algumas fases do ciclo da pedalada, é aparentemente apropriada e não paradoxal, mas esta resposta depende da articulação avaliada. A atividade simultânea desses dois grandes grupos musculares sob qualquer circunstancia ainda é assunto de pesquisa para a eficiência energética, porque apresentam papéis funcionais opostos nas articulações do quadril e joelho (Andrews, 1987; Gregor; Komi; Jarvinen, 1987).

    Sabe-se que a atividade muscular pode ser influenciada por fatores como, cadência da pedalada, fase ou quadrante do ciclo da pedalada: faixa angular (0º- 360º), alterações da carga aplicada, interface sapatilha/pedal, altura do selim, experiência com o ciclismo, técnica empregada e ergômetros utilizados (Gregor; Broker; Ryan, 1991). O incremento de carga durante um teste escalonado influencia a ativação muscular durante o ciclismo (Baum; Li, 2003) mas ainda não está claro a interação entre aumento de carga e variação angular (de 0º a 360º) durante o ciclo da pedalada.

    Uma vez que a atividade elétrica de músculos exercitados está linearmente relacionada ao aumento da intensidade de exercício (Glass; Knowlton; Sullivan, 1998), acredita-se que, com aplicação de diferentes cargas e a variação de diferentes posições do pedal durante os quatro quadrantes que compõem o ciclo completo de uma pedalada, a atividade muscular pode diferir.

    Neste sentido, o presente estudo tem por objetivo comparar a interação entre os efeitos da carga e do quadrante sobre a atividade eletromiográfica dos músculos RF e bíceps femoral cabeça longa (BFCL), durante a realização de um protocolo escalonado em bicicleta ergométrica.

Material e métodos

    Foram voluntários deste estudo 04 homens (idade: 25,25 ± 4,3 anos; altura: 1,79 ± 0,06 metros; massa corporal total: 72,7 ± 10,7 Kg; índice de massa corporal: 22,41 ±2,28 Kg/m2) sem antecedentes de doenças músculo-esqueléticas, considerados ciclistas recreacionais, pois não apresentaram históricos de treinamento específico na modalidade. Antes do início do estudo, todos os voluntários assinaram um termo de consentimento contendo todas as informações sob os procedimentos adotados.Esta pesquisa respeitou os critérios da resolução 196/96 do Conselho Nacional de Saúde, sendo submetido e posteriormente aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa do Instituto de Biociências, sob o protocolo CEP-IB-UNESP nº 001397/02.

    Foi utilizado um cicloergômetro com frenagem magnética e com ajustes biomecânicos. A altura do banco foi ajustada, seguindo uma adaptação de Shennum; deVries (1976), para as condições antropométricas de cada sujeito.

    Após um aquecimento de 5 minutos a 50 watts (W), imediatamente, cada sujeito realizou um teste incremental (com sobrecargas gradualmente crescentes) até a exaustão. O protocolo iniciou com uma carga de 100 W e a cada 2 minutos foi acrescentada uma carga de 50 W. Todos os testes foram realizados em 70 rotações por minuto (rpm).

    Os músculos selecionados para a eletromiografia foram os seguintes: reto femoral (RF) e bíceps femoral cabeça longa (BFCL) do membro inferior direito.

    Para a captação dos sinais eletromiográficos foram utilizados eletrodos de superfície (Medi Traceâ, Ag/AgCl), localizados em adaptação as sugestões de Delagi et al. (1981). Para diminuir possíveis interferências na aquisição do sinal EMG, realizou-se tricotomia e limpeza da pele com lixa fina e álcool no local determinado sobre os músculos a serem analisados e, colocou-se um fio terra no punho do lado correspondente ao lado do membro inferior estudado.

    Para a aquisição dos registros eletromiográficos estabeleceu-se a freqüência de amostragem de 1000 Hz, utilizando-se um módulo de aquisição de sinais biológicos de quatro canais (Lynxâ), ao quail foram conectados os eletrodos, calibrado o ganho a 1.000 vezes, filtro de passa alta de 20 Hz, filtro de passa baixa de 500 Hz e filtro de 60 Hz para impedir interferências da rede elétrica. Utilizou-se uma placa A/D com faixa de entrada de -5 a +5 Volts (CAD 1026 - Lynxâ) e um software específico (Aqdados-Lynxâ) para aquisição e posterior análise dos sinais.

    Quanto aos parâmetros de ensaio, fixou-se a coleta dos registros em 3 segundos, com intervalo de 10 segundos entre cada coleta, tendo início através de um sinal de trigger e sendo contínuo até o final do exercício.

    Com o objetivo de identificar as posições da pedalada no início e fim de cada quadrante foi realizado uma filmagem com uma filmadora JVC- GR-AX910, com 30 Hz, devidamente calibrada. Para existir um sincronismo entre a aquisição do registro eletromiográfico com o registro cinematográfico, foi utilizado um sistema foto eletrônico (Tortoza; Gonçalves, 19940. Posteriormente à aquisição dos sinais, os eletromiogramas foram transformados, utilizando o método matemático de processamento para calcular o valor da raiz quadrada da média (RMS) para cada quadrante da pedalada. Após este tratamento o RMS foi normalizado pela contração isométrica voluntária máxima (CIVM=100%).

    Para as condições de comparações foram adotadas cinco cargas (C1= 100W; C2= 150W; C3= 200W; C4= 250W e C5= 300W).

    Conforme já relatado, o ciclo da pedalada e dividido em fases de propulsão e recuperação. No presente estudo o ciclo da pedalada foi dividido em quatro quadrantes, respectivamente em graus, sendo eles: quadrante 1 (Q1): de 0º-90º ; quadrante dois (Q2): de 90º-180º ; quadrante três (Q3): de 180º-270º e, quadrante quatro (Q4): de 270º-360º.

Tratamento estatístico

    Para analisar a atividade eletromiográfica dos músculos RF e BFCL e verificar o efeito da carga no mesmo quadrante para o mesmo músculo; o efeito do quadrante na mesma carga para o mesmo músculo o teste de Friedman foi aplicado, sendo que depois de identificadas as relações diferentes significativas, realizou-se um teste de contraste, que foi a Diferença Mínima Significativa (DMS) onde se especificou dentro destas relações, efetivamente a diferença significativa. Para verificar as interações entre cada músculo e quadrantes, realizou-se o Teste de Wilcoxon.

Resultado

    Com os resultados obtidos certificou-se que ao analisar a atividade EMG dos músculos reto femoral e bíceps femoral cabeça longa em cada carga nos diferentes quadrantes, houve diferença significativa para o músculo RF na carga 4 entre o quadrante 1 e 3, com maior atividade no quadrante 1; e para o músculo BFCL na carga 5 entre os quadrantes 2 e 3, com maior atividade no quadrante 3 (tabela 1, figura 1).

    Quando foi analisado o efeito da carga no mesmo quadrante para o mesmo músculo houve diferença significativa para o músculo reto femoral no quadrante 1 entre a carga 1 e 3, com maior atividade na carga 3; e para o músculo bíceps femoral cabeça longa no quadrante 3, entre a carga 1 e 5, com maior atividade na carga 5 (tabela 1, figura 1).

    Quando a atividade eletromiográfica entre os músculos RF e BFCL foi comparada na mesma carga no mesmo quadrante, houve diferença significativa no quadrante 2 na carga 4, tendo maior atividade do BFCL; no quadrante 4 na carga 2 o BFCL apresentou maior atividade (tabela 1, figura 1).

Tabela 1. Valores das medianas e quartis de RMS normalizados (n=4) dos músculos reto femoral (RF) e bíceps femoral cabeça longa 

(BFCL) em cada carga (C1-C5) e em cada quadrante (Q1-Q4) durante teste incremental até a exaustão em bicicleta ergométrica

Figura 1. Valores de RMS normalizados (n=4) dos músculos RF e BFCL durante um ciclo de pedalada composto de 4 quadrantes 

(Q1-Q4) em 5 diferentes cargas (C1-C5) durante teste contínuo, incremental até a exaustão em bicicleta ergométrica

Discussão

    Quando foi analisado o efeito do acréscimo da carga, do quadrante e da amplitude de movimento sobre esses dois importantes músculos nesta atividade desportiva, constatou-se que, embora não apresente diferença estatisticamente significativa, existe uma tendência ao aumento na amplitude do sinal mioelétrico em função do protocolo utilizado, o que concorda com Glass; Knowton; Sulivan (1998).

    Particularmente existiu um efeito do acréscimo de carga para o músculo RF no quadrante 1 entre as cargas 1 e 3, com maior atividade na C3 e para o músculo BFCL no quadrante 3 entre as cargas 1 e 5, com maior atividade na C5, caracterizando assim o efeito da resistência sobre a atividade muscular pela necessidade de maior recrutamento das unidades motoras para manter a amplitude de movimento na freqüência de pedalada proposta para realização deste teste, o que também foi verificado por Jorge e Hull (1986) que concluíram ter o BFCL maior atividade somente a partir da carga de 83W.

    Estas diferenças ocorridas entre esses quadrantes são justificáveis em função do RF ser um músculo extensor do joelho (Neptune; Kautz, 2000) e apresentar-se com maior alongamento nesta postura possibilitando promover maior força e, ao continuar aumentando a amplitude esta vantagem mecânica vai diminuindo pelo encurtamento e assim necessitando de uma maior intensidade de contração muscular, refletindo na atividade eletromiográfica, concordando com Jorge e Hull (1986) que encontraram maior atividade, iniciando no 4º quadrante permanecendo até o 2º quadrante (270º-180º). O mesmo ocorre com BFCL que no 3 º quadrante (180º - 270º) apresenta-se como flexor do joelho (Li; Caldewell, 1998), movimento este de extrema importância para a manutenção do ritmo da pedalada bilateralmente e sendo ainda mais exigido por realizá-lo contra a gravidade e contra a resistência imposta pelo firma pé no pedal.

    Quando os músculos BFCL e RF foram analisados entre si, em cada quadrante, para cada uma das cargas estes apresentaram, predominantemente, uma atividade semelhante, como também encontrado por Ryan; Gregor; Hodgson (1998) e Ryan; Gregor; Healy (1989), tendo como hipótese para este comportamento o mecanismo de propulsão, que são movimentos de extensão, iguais aos que ocorrem em outras atividades de locomoção, e que resultam na presença de momentos líquidos e simultâneos de extensão do joelho e quadril, onde esta ação deve, provavelmente envolver atividades simultâneas dos músculos da coxa, embora Gregor; Cavanach; Lafortune (1985) já questionaram esta hipótese.

    No quadrante 2, na carga 4, e no quadrante 4, na carga 2, o músculo BFCL apresenta maior atividade uma vez que a partir deste quadrante ocorre uma trajetória de extensão do quadril e flexão do joelho contra gravidade e contra a resistência do firma pé do pedal, exigindo assim um maior recrutamento de unidades motoras devido ao maior encurtamento muscular (Bressel; Heise; Bachman, 1998; Ting et al, 1999).

    Ao realizar uma análise descritiva do comportamento eletromiográfico dos músculos RF e BFCL em cada quadrante em função do aumento da carga, verificou-se que para o músculo RF no Q1 existe uma atividade crescente e maior em relação aos outros quadrantes uma vez que a partir deste quadrante o músculo inicia o movimento de extensão do joelho que é mais exigida quando há maior concentração da carga. No Q2 a intensidade diminui em relação ao Q1, embora se mantivesse muito próxima entre as quatro primeiras cargas e se destacando na quinta carga uma vez que existe uma combinação máxima entre a extensão total do joelho e a carga ser a máxima. O mesmo processo ocorreu no Q3, com menor intensidade eletromiográfica, o que se caracteriza pela ação excêntrica destes músculos em função de estar ocorrendo o início da flexão do joelho. No Q4 ocorre uma atividade semelhante em todas as cargas porém com uma intensidade discretamente maior que no Q3 uma vez que o músculo RF inicia sua participação na flexão do quadril.

    Quanto ao músculo BFCL, este no Q1 apresenta uma atividade semelhante em todas as cargas uma vez que nesta amplitude de movimento o joelho apresenta-se flexionado e pela presença do firma pé no pedal existe, pelo fechamento da cadeia cinética, uma atividade significativa. Esta atividade começa a se modificar no Q2 uma vez que o movimento principal é o de extensão do joelho, mesmo assim existe uma participação efetiva pela ação biarticular deste músculo na extensão do quadril que será enfatizada com o acréscimo da carga sendo que na última carga ocorre um comportamento menor que pode ser observado em função da ação aumentada do reto femoral. Além da participação do músculo bíceps femoral como extensor do quadril, os isquiotibiais, segundo Neptune; Kautz (2000) atuam primariamente, durante a extensão do joelho, na estabilidade desta articulação para controlar a translação anterior da tíbia em relação ao fêmur. No Q3 existe um comportamento crescente da atividade em função do acréscimo da carga que é coincidente com o aumento da amplitude de movimento de flexão do joelho e extensão do quadril nas quais este músculo apresenta uma participação significativa por ser biarticular. No Q4 a atividade do bíceps femoral cabeça longa apresenta-se variada em função do acréscimo da carga mas tendo um destaque na maior carga uma vez que nesta amplitude de movimento ele encontra-se no máximo de seu encurtamento em função da posição superior do pedal e para isso a necessidade de uma maior recrutamento de unidades motoras como forma de compensação mecânica.

    Raasch; Zajac (1999) explicam que a ação de pedalar é uma atividade suficientemente complexa para a coordenação muscular, pois não é uma atividade de coordenação trivial, e coloca que, devido às interações dinâmicas entre os segmentos e as limitações da cadeia fechada no ciclismo (como ocorre, também, na fase de duplo apoio na marcha) as ações musculares no sistema locomotor não são tão óbvias do ponto de vista cinesiológico, pois os isquiotibiais biarticulares, anatomicamente classificados como extensores do quadril e flexores do joelho (Raasch et al., 1997) contribuem de forma oposta na fase descendente do ciclo da pedalada, fase que ocorre a extensão do joelho, para acelerar e auxiliar o movimento descendente do pé-de-vela.

    A coordenação relacionada aos músculos mono e biarticulares está, em parte, sob a influência das limitações geométricas dos segmentos do corpo (Li; Caldwell, 1998).

Conclusões

    Ao avaliar a atividade eletromiográfica dos músculos reto femoral e bíceps femoral cabeça longa nos diferentes quadrantes e nas diferentes cargas, conclui-se que:

  • Embora nos diferentes quadrantes estes músculos apresentem predominantemente uma atividade semelhante independente da carga administrada, o músculo RF apresenta maior atividade no Q1 (0o-90o) e o músculo BFCL no Q3 (180o-270o);

  • Quanto ao efeito da carga em cada quadrante, também houve predominantemente uma semelhança de atividade entre os dois músculos, porém, destaca-se a maior atividade do reto femoral na C3 no Q1 e para o BFCL na C5 no Q3.

  • Quanto à atividade entre os dois músculos o bíceps femoral cabeça longa somente apresentou maior atividade nos quadrantes 2 (C4) e 4.(C2).

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