Analise Comparativa Da Freq de Pot Medoa Prof Marcelino

7/24/2019 Analise Comparativa Da Freq de Pot Medoa Prof Marcelino

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XICBB'2005

ANLISE COMPARATIVA DA FREQNCIA DE POTENCIA MEDIANA EDO VALOR RMQ EM CONTRAES ESTTICAS E DINMICAS.

Marcelino M. de Andrade1, Jake C. do Carmo 1,2, Adson F. da Rocha1

e Francisco Assis de O. Nascimento1.

1UnB/ Grupo de Processamento Digital de Sinais/Dep. de Engenharia Eltrica, Braslia DF;2UnB/Facultade de Educao Fsica, Braslia - FEF.

Abstract: The objective of this work, which involved 24

volunteers, was to perform a comparative analysis ofmuscular fatigue due to isometric and dynamiccontractions, by using classic techniques for processingEMG signal processing in the time and in the frequencydomains. Three protocols were developed, one isometricand two dynamic, and the statistical similarities of these

protocols were evaluated.Key-words: Fatigue, muscular, dynamic, isometric.

Introduo

O sinal eletromiogrfico (EMG) reflete a soma

algbrica dos potenciais de ao de unidades motorasativas em um determinado instante [1], indicando umestmulo neural para o sistema muscular, que registrado e geralmente agrupado em trs categorias deestudo [2]: relao entre o aspecto temporal do sinaleletromiogrfico e o movimento anatmico, relaoentre o sinal eletromiogrfico e a produo de fora e a

anlise entre o sinal eletromiogrfico e o msculofadigado.

Considerando um intervalo de tempo com atividadefsica de grande volume e/ou intensidade, para umdeterminado sujeito, a capacidade de trabalho apresentauma natural queda. Esta diminuio da capacidade de

trabalho est diretamente associada com a fadiga dosistema solicitado para realizar a tarefa desejada [3], einmeras tcnicas de processamento digital de sinaisbiolgicos foram aplicadas ao sinal eletromiogrficovisando a anlise do fenmeno da fadiga [4]-[9].

Entre as tcnicas mais comumente aplicadas no

processamento eletromiogrfico encontram-se a raizmdia quadrtica (RMQ), ou RMS (root mean square),e a freqncia de potncia mediana (FPMd).Christensen et al [9] afirmaram que em contraesestticas, em processo de fadiga, o valor da RMQ doEMG aumenta e o da FPMd sofre uma diminuio. Em

atividades em que prevalecem as contraes muscularesdinmicas, ou no isomtricas, essa tendncia no consensual, conforme revelado em pesquisas naliteratura cientfica [6]-[8].

A anlise isomtrica do EMG encontra-serazoavelmente consolidada quanto as tendncias das

inclinaes das curvas da RMQ e da FPMd no processoda fadiga muscular [4], [5], [9]. De formacomplementar, no presente trabalho, objetivamosavaliar comparativamente esses dois parmetros de

aferio de fadiga, em atividades fsicas de elevada

intensidade, tanto em contraes estticas comodinmicas. Nesse sentido, foi observado que, emdeterminadas condies de teste, os resultadosapresentados por Christensen et al [9] podem serrevelados em contraes de natureza no isomtricas.

Materiais e Mtodos

O estudo envolveu a aquisio de sinaiseletromiogrficos coletados de 24 voluntrios, queforam submetidos a trs protocolos de teste distintos. Oprimeiro protocolo adotado foi o de natureza isomtrica,

e participaram quatro indivduos. No segundo e noterceiro protocolo foram adotados testes com contraesdinmicas, com a participao de 10 indivduos emcada.

O msculo em estudo no teste isomtrico foi obceps braquial, e o teste consistiu em submeter,individualmente, at a exausto quatro sujeitos a uma

carga igual a 60% da mxima contrao voluntria(MCV). Durante esse perodo foi coletado um sinal defora e o sinal eletromiogrfico, sendo o trmino doteste o limiar de queda de 10% da contrao inicial. Nafigura 1 apresentado o posicionamento dos sujeitos noprimeiro teste.

Figura 1:FA Fora aplicada pelo sujeito. (A) clulade fora. (B) elsticos de trao com 60% da MCV.

O segundo protocolo de teste consistiu em submeter10 sujeitos a contrao de natureza dinmica, sobrebicicletas instaladas em um simulador de ciclismo.


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Uma velocidade inicial de partida, normalizada paraos sujeitos foi determinada em testes preliminares, deforma que a atividade, que consistiu em aumentar avelocidade em 2 km/h a cada 30 s, obtivesse um tempoefetivo de 3 a 6 minutos. O msculo em estudo foi o

vasto lateral e essa condicionante buscou satisfazer o

experimento de Medbo e Tabata [10], que conclui queatividades fsicas exaustivas em torno de 3 minutosinduzem um maior acmulo de cido ltico, que umconhecido indicador de fadiga.

No teste, a mudana de marcha na bicicleta foi

permitida, sofisticando a relao de carga durante aatividade, j que cada sujeito alterou a marcha conforme

a sua tolerncia fadiga. Na figura 2 apresentada umabicicleta utilizada no teste, acoplada ao simulador deciclismo.

Figura 2:Instrumentao do segundo protocolo.

O terceiro protocolo, tambm de natureza dinmica,analisou o msculo vasto lateral, e foi realizado sobreuma bicicleta ergomtrica, na qual todos os 10 sujeitos

pedalaram a uma velocidade fixa de 30 km/h e umacarga inicial de 150 W, programada diretamente nainstrumentao da bicicleta. Como se tratava de umabicicleta isomtrica, no foi possvel a passagem demarcha, e conforme este teste no foi permitida avariao da velocidade como no segundo protocolo,havendo apenas o aumento significativo da carga

aplicada. A velocidade e a carga inicial adotada foidefinida de forma que os sujeitos no tivessem

dificuldades em mant-las durantes o incio do teste. Acada intervalo de 30 segundos, um aumento em 50 Wfoi aplicado at a desistncia do sujeito pela exausto oufadiga. Na figura 3 apresentada a instrumentao

utilizada no terceiro protocolo.

Figura 3:Instrumentao do terceiro protocolo.

Foi utilizado como instrumental de coleta dascontraes musculares do bceps braquial e do vastolateral um eletromigrafo Delsys, modelo Bagnoli - 2.Este equipamento, figura 3, apresenta eletrodos compr-amplificao, redutor do rudo de 60 Hz e filtro

passa faixa de 20 Hz a 400 Hz.

Figura 4: Eletromiografo Delsys, modelo Bagnoli 2.

As informaes obtidas pelo eletromigrafo e pelaclula de fora no primeiro protocolo, foramtransferidas para um computador utilizando-se umsistema de digitalizao de sinais biolgicos, incluindouma placa anloga-digital e um software de aquisio

escrito pelo nosso grupo de trabalho em linguagem G,no ambiente LabVIEW (Laboratory Virtual InstrumentEngineering Workbench).

O processamento e a anlise estatstica dos sinaiscoletados foi realizado com o aplicativo MATLAB, pormeio da identificao da FPMd, do valor RMQ, e da

comparao, utilizando teste de hipteses, dasinclinaes das curvas desses dois parmetros, ajustadascom regresso linear, tanto em contraes estticascomo dinmicas. Na figura 5 so apresentadosperiodogramas tpicos para janelas de 0,5 segundo. Umanalisa o EMG no incio da contrao isomtrica dobceps braquial a 60% da MCV, e o outro analisa o

EMG no fim desta tarefa, j em processo de fadiga.

Figura 5: Periodogramas tpicos do sinaleletromiogrfico isomtrico no inicio (FPMdi) e trmino(FPMdf) de atividade fsica fadigante (janela de 0.5 s).


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Na determinao do valor RMQ e da FPMd, foramadotadas janelas de 0,5 segundo nos trs protocolos, econsiderando os sinais dinmicos essas janelas foramcoletadas quanto o EMG apresentava sua maiorintensidade em cada ciclo de execuo.

Resultados

Considerando os sinais isomtricos, dos quatrosujeitos avaliados, os parmetros FPMd e valor RMQforam normalizados na amplitude e no tempo e

esboados, simultaneamente, para cada sujeitoconforme a figura 6, que apresenta esses parmetros

com a interpolao polinomial do terceiro grau.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

I

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

II

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

III0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

IV

Figura 6: Representao da FPMd (sinal contnuo) eRMQ (sinal tracejado), em atividade fsica isomtrica

(primeiro protocolo), normalizado no tempo e naamplitude.

A anlise estatstica foi realizada sobre asinclinaes dos parmetros FPMd e RMQ, desta formafoi aplicando a regresso linear nesses parmetros e

construda a tabela 1.

Tabela 1: Inclinao das curvas, ajustadas com aregresso linear, da FPMd e da RMQ em atividade

fsica isomtrica (primeiro protocolo).

Inclinao das curva FPMd e RMQSuj 1 Suj 2 Suj 3 Suj 4

Mdia Desvio

RMQ*10-3

1,0 1,2 5,1 5,0 3,12,3

FPMd*10-3

-4,2 -2,2 -3,5 -2,9 -3,20,9

No segundo protocolo, os sinais processados deFPMd e RMQ so apresentados na figura 7. Foramnormalizados na amplitude, no tempo e interpolados

com polinmio do terceiro grau como no primeiroprotocolo.

0 0.5 1

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

V0 0.5 1

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

VI0 0.5 1

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

VII0 0.5 1

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

VIII0 0.5 1

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

IX

0 0.5 1

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

X

0 0.5 1

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

XI

0 0.5 1

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

XII

0 0.5 1

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

XIII

0 0.5 1

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

XIV

Figura 7:Representao da FPMd (sinal contnuo) evalor RMQ (sinal tracejado) em atividade fsica no

isomtrica (segundo protocolo), normalizado no tempo

e na amplitude.

Como as curvas apresentadas na figura 7 noapresentam um padro quanto a inclinao da FPMd edo valor RMQ entre os sujeitos, optou-se nesse caso emno aplicar o estudo da regresso linear

Na figura 8 so apresentados os valores da FPMd eda RMQ normalizados na amplitude, no tempo e

interpolados com polinmio do terceiro grau como no

primeiro protocolo.

0 0.5 10.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

XV0 0.5 1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

XVI0 0.5 1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

XVII0 0.5 1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

XVIII0 0.5 1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

XIX

0 0.5 10.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

XX0 0.5 1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

XXI0 0.5 1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

XXII0 0.5 1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

XXIII0 0.5 1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

XXIV

Figura 8:Representao da FPMd (sinal contnuo) evalor RMQ (sinal tracejado) em atividade fsica no

isomtrica (terceiro protocolo), normalizado no tempo e

na amplitude.

Aplicando a regresso linear nos sinais de FPMd e

RMQ originrios do terceiro protocolo, com contraono isomtrica, define-se a tabela 2.


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Tabela 2: Inclinao das curvas, ajustadas com aregresso linear, da FPMd e da RMQ em atividade

fsica isotnica (terceiro protocolo).

Sujeitos Inclinao das curva FPMd e RMQMdia

Desvio

3,6 3,3 3,2 3,6 7,3RMQ

*10-3

3,4 2,3 3,3 2,9 2,5

3,51,4

-0,8 -1,4 -0,5 -0,9-

3,0

XVa

XXIV FPMd

*10-3 -0,8 -1,1 -0,2 -0,2 0,1

-0,90,8

Na anlise estatstica, foram considerados osresultados das tabelas 1 e 2, referentes ao primeiro e o

terceiro protocolo, e definidas as seguintes hipteses:nula (i) e alternativa (ii).

(i) as inclinaes da FPMd e da RMQ so iguais a zero,

para o 1. e o 3. protocolo adotado;

(ii)as inclinaes da FPMd e da RMQ so negativas epositivas, respectivamente, para o 1. e o 3.protocolo adotado;

Considerando os resultados das tabelas 1 e 2, e ashipteses nula (i) e alternativa (ii), no nvel de

significncia de 5%, a hiptese nula adotada deve serrejeitada, logo a hiptese alternativas pode ser aceita

nesse nvel de significncia.

Discusso

Considerando as contraes isomtricas, cujosresultados so apresentados na figura 6 e tabela 1, tem-se uma correlao com a literatura cientfica, com odeclnio esperado da FPMd para as baixas freqncias eo crescente aumento do valor RMQ [9], no decorrer daatividade isomtrica intensa.

Abordando as contraes dinmicas, pesquisas vemdemonstrando que as tcnicas tradicionalmenteaplicadas ao ambiente isomtrico no possui uma

eficincia garantida no caso dinmico [6]-[8]. Na figura7, conforme esperado, ocorreu a ausncia de um padroentre indivduos para esses dois parmetros.

Contudo, foi observada uma relao entre o valorRMQ e a FPMd intra indivduos nos resultados dafigura 7, caracterizado como uma tendncia em semanter a oposio de inclinaes entre o valor RMQ eFPMd. Exceto o sujeito XIII, todos os outrosapresentaram uma visual correlao negativa. Umasimetria ideal no foi verificada, o que relativamente

esperado, j que se tratam de parmetros diferentes, quemesmo avaliando aspectos fisiolgicos comum,possuem especificidades prprias.

As caractersticas envolvidas nas contraesdinmicas do segundo protocolo no levaram a umpadro entre sujeitos, ou assinatura, para os sinais

eletromiogrficos processados, mas revelam umaaparente relao entre a FPMd e a RMQ. Desta forma,motivados pelos resultados dos dois primeirosprotocolos, foi realizado um terceiro protocolo de teste,no qual visou garantir o valor da RMQ crescente.

Esperando, como hiptese, um efetivo decrscimo no

valor da FPMd. A garantia do valor crescente da RMQfoi atingida com o gradual aumento da carga aossujeitos, que fora o natural recrutamento de novasunidades motoras e o aumento da energia do sinal.

Na figura 8 apresentado o resultado dos sinais

coletados pelo terceiro protocolo, e verifica-se umarelao entre a RMQ e a FPMd, com razovel

similaridade ao caso isomtrico, j que ocorreu atendncia crescente da RMQ e decrescente da FPMddurante a atividade fsica. Nas tabelas 1 e 2, querepresentam as inclinaes das curvas originrias dos

processamentos dos sinais do primeiro e terceiroprotocolo, ajustadas com regresso linear, observa-se,

objetivamente essa tendncia, apesar das diferenas deintensidade entre as inclinaes mdias.

Por fim, salientamos que a avaliao estatstica, coma hiptese alternativa: as inclinaes da FPMd e da

RMQ so negativas e positivas, respectivamente, para oprimeiro e o terceiro protocolo pode ser adotada no

nvel de significncia de 5%. Logo, conformeobjetivamos demonstrar, a relao apresentada porChristensen et al [9] pode ocorrer em contraes denatureza dinmica, em condies particulares de

execuo.

Concluso

Foi observado que a FPMd e o valor RMQapresentam similaridades, apresentando uma relativacorrelao negativa de suas inclinaes nos trsprotocolos de teste apresentados no trabalho, sendo que

no terceiro protocolo, de natureza dinmica, foi possvela identificao de uma tendncia crescente para a RMQe decrescente para FPMd, caracterizando um certopadro para essas duas tcnicas de aferio da fadigamuscular, nas condies particulares do teste adotado.Esses parmetros foram aferidos estatisticamente, por

meio do teste de hipteses, para certificar a tendnciaencontrada.

O resultados indicaram que a adoo de protocolosespecficos e a utilizao de ferramentas tradicionais,como a FPMd e o valor RQM que so freqentementequestionadas quando aplicadas em atividades dinmicas,

podem indicar a fadiga muscular.

Agradecimentos: O presente trabalho foi realizadocom o apoio do CNPQ, uma entidade do GovernoBrasileiro voltada ao desenvolvimento cientfico etecnolgico (Chamada Conjunta MCT/SEPIN-FINEP-CNPq 01/2002, Programa de Apoio Pesquisa eDesenvolvimento e Inovao em Tecnologia da

Informao PDI TI e bolsas de estudo).


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Referncias

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e-mail dos autores: [email protected]@unb.br

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