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ESTIMATIVA DA FORÇA MUSCULAR RESULTANTE DOS FLEXORES

DO COTOVELO A PARTIR DO TORQUE RESULTANTE

Fábio Canto da Silva, Artur Bonezi, Jefferson Fagundes Loss Escola de Educação Fìsica – Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS – Porto Alegre.

Resumo: A força muscular é um parâmetro importante na elaboração de modelos biomecânicos. Existem poucos estudos visando estimar a força muscular in vivo, tanto em situações estáticas quanto dinâmicas. Para a estimativa de força muscular dos flexores do cotovelo, foi utilizado um dinamômetro isocinético, responsável pela obtenção de dados de torque muscular. A partir de valores de distância perpendicular obtidos na literatura, foi possível calcular a distância perpendicular média ponderada (DPMP) dos 3 principais flexores do cotovelo (bíceps braquial, braquial e braquiorradial), utilizando a área de secção transversa fisiológica (PCSA) como fator de ponderação. Foi realizado o quociente entre torque e DPMP, obtendo-se a força muscular resultante desse grupo muscular. O pico de força muscular ocorreu em aproximadamente 0% da flexão do cotovelo, ou seja, logo no início do movimento. Esse grupo muscular parece atuar numa amplitude funcional condizente com o trecho ascendente da curva comprimento-tensão. Palavras Chave: torque, isocinético, força muscular, distância perpendicular.

Abstract: Muscle force is an important parameter for setting biomechanical models. There are few studies that aim to estimate muscle force in vivo, in static as well in dynamic situation. To estimate muscle force of elbow flexors muscles, it was used an isokinetic dynamometer, which was on charge to obtain muscle moment data. From moment arms data token from literature, it was possible to calculate an averaged perpendicular distance considering the physiological cross sectional area (PCSA). From the 3 main elbow flexors muscles (biceps brachii, brachialis and brachioradialis), being the PCSA the weighed factor. The quotient between muscle moment and moment arm was calculated, obtaining the elbow flexors muscle force. The muscle force peak occurs near 0% of elbow flexion, which means, in the very start of the movement. This muscle group seems to act in a functional range fitting with the ascending limb of force-length relationship.

Keywords: moment, isokinetic, muscle force, moment arm.

INTRODUÇÃO

A força muscular é um importante

parâmetro utilizado na elaboração de diferentes

modelos biomecânicos. Normalmente, essa

variável é determinada a partir de experimentos

com fibras ou miofibrilas isoladas e em situações

estáticas (isométricas) [1,2]. Existe uma carência

na literatura acerca de métodos para se estimar a

produção de força muscular in vivo [3,4]. A maior

parte desses estudos estimam a força em situações

estáticas [3,4,5,6]. A carência na literatura sobre

esse tema é ainda maior quando se trata de

situações dinâmicas.

A produção de força muscular ao longo da

amplitude articular depende, principalmente, de

dois fatores: comprimento muscular (relação força-

comprimento) e velocidade de encurtamento

(relação força-velocidade). A relação força-

comprimento vem sendo bem descrita desde a

publicação da Teoria das Pontes Cruzadas [7] e da

determinação da influência do comprimento na

produção de força muscular [1]. Essa relação

descreve a produção de força como fruto da

interação entre os filamentos de actina e miosina,

na qual a sobreposição entre os mesmos gera uma

maior ou menor formação de pontes cruzadas e,

conseqüentemente, maior ou menor produção de

força.

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A relação força-velocidade é descrita como

uma diminuição de forma exponencial da força

muscular em função da velocidade de

encurtamento. Tal como a relação força-

comprimento, a relação força-velocidade tem sido

bem descrita na literatura [8,9].

Outros parâmetros também são importantes

para a produção de força muscular, tais como: área

de secção transversa fisiológica, tensão específica

e nível de ativação eletromiográfica, por exemplo.

Porém, essas variáveis alterariam a força muscular

absoluta, logo, pode-se esperar que a falta de

controle das mesmas não altere a produção

máxima relativa de força muscular.

Atualmente, são largamente utilizados

equipamentos de dinamometria isocinética, com

intuito de se verificar a produção de torque

muscular resultante das mais diversas ações

articulares, dentre elas a flexão do cotovelo. É

sabido que o torque muscular é o produto de sua

força e de sua distância perpendicular (vantagem

mecânica). Os valores de distância perpendicular

de inúmeros grupos musculares já estão descritos

na literatura e poderiam ser utilizados para o

cálculo de força muscular a partir desses valores de

torque mensurados. Entretanto, o dinamômetro

isocinético mede a soma vetorial de todos os

torques musculares envolvidos, sendo muito difícil

predizer o percentual de participação de cada um

dos músculos envolvidos na ação.

A partir disso, torna-se necessária a

utilização de um valor de distância perpendicular

média de todo o grupo muscular (distância

perpendicular média ponderada). Essa distância

consiste na média das distâncias perpendiculares

de cada músculo, ponderada pela área de secção

transversa dos mesmos.

Assim, pretende-se estimar a produção

máxima de força muscular resultante dos flexores

do cotovelo, ao longo da amplitude de execução de

flexão do cotovelo, numa situação dinâmica em

baixa velocidade de execução (45º/s).

MATERIAIS E MÉTODOS

Para identificar a produção de torque

muscular dos flexores do cotovelo, foram

analisadas situações de produção voluntária

máxima de torque flexor do cotovelo em baixa

velocidade (45º/s), num dinamômetro

isocinético. A amostra do estudo foi composta

por 5 universitários jovens e saudáveis (3

homens e 2 mulheres), com diferentes graus de

atividade física e idade média 25,0 anos (±2,9).

Nesse estudo, apenas os 3 principais flexores do

cotovelo (bíceps braquial, braquial e

braquiorradial) foram considerados.

Procedimento de Coleta de Dados

A coleta de dados foi realizada num

dinamômetro isocinético da marca Cybex®,

modelo Norm (Dataq Instruments, Inc. Ohio-

USA), o qual foi responsável pelo registro dos

dados de torque exercidos pelo indivíduo em

contrações concêntricas e excêntricas de flexores

do cotovelo nos diferentes ângulos da amplitude

articular, além do controle da velocidade de

execução em 45º/s. Todos os indivíduos realizaram

1 série composta por 5 execuções

concêntrica/excêntricas de flexores do cotovelo.

Em ambas as fases de execução (concêntrica e

excêntrica), os indivíduos foram estimulados a

exercer seu máximo esforço de flexão do cotovelo.

Em todos os casos, os indivíduos foram analisados

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com a articulação radio-ulnar na posição neutra (0º

de supinação).

Cálculo da Distância Perpendicular Média

Ponderada

Para determinação da distância

perpendicular dos principais flexores do cotovelo,

foram utilizados os dados experimentais,

encontrados em um cadáver masculino e outro

feminino [10].

A área de secção transversa fisiológica

(PCSA) foi calculada para cada sujeito da amostra,

a partir de medidas antropométricas dos indivíduos

[11].

Com os dados de distância perpendicular de

cada músculo e a PCSA dos mesmos, foi possível

caracterizar a distância perpendicular média

ponderada (DPMP) dos flexores do cotovelo de

cada indivíduo. O cálculo de DPMP foi realizado a

partir da equação 1, apresentada abaixo:

∑++

=PCSA

PCSAdPCSAdPCSAdDPMP )3*3()2*2()1*1(

Onde: 1d , 2d e 3d são as distâncias

perpendiculares do bíceps braquial, braquial e

braquiorradial, respectivamente; e 1PCSA ,

2PCSA e 3PCSA são as áreas de secção

transversa fisiológicas do bíceps braquial, braquial

e braquiorradial, respectivamente.

As curvas de distância perpendicular foram

plotadas no software SAD32, onde foi utilizada a

equação 1 para a obtenção da DPMP.

Tratamento dos Dados

Os dados de torque em função do ângulo de

flexão do cotovelo foram exportados a partir do

software específico do dinamômetro (Humac® -

Computer Sports Medicine, Inc. Massachusetts-

USA), para sofrerem um processo de filtragem do

sinal, procedimento este realizado no software

SAD32 (Sistema de Aquisição de Dados -

Laboratório de Medições Mecânicas da UFRGS).

Os critérios de filtragem foram determinados a

partir da análise do sinal no domínio da freqüência

e o filtro escolhido foi o Butterworth, de ordem 3,

com freqüência de corte de 5 Hz. Após a filtragem

dos dados, os mesmos foram formatados para

serem processados pelo software Matlab® (versão

5.3 1999 - The MathWorks, Inc. Massachusetts-

USA), no qual foi calculada a média desses dados

de torque das 3 repetições intermediárias dentre as

cinco repetições de cada indivíduo. Esse

procedimento serviu para calcular a curva média

de torque em função do ângulo articular do

cotovelo para cada indivíduo. Além disso, os dados

foram normalizados de forma que todas as curvas

contivessem o mesmo número de pontos, também

coincidente com o número de pontos das curvas de

DPMP. A partir disso, pôde-se calcular a relação

média de torque máximo em função do ângulo

articular para a totalidade da amostra.

Cálculo da Força Muscular

A partir do tratamento dos dados de torque

muscular e do cálculo da DPMP, foi possível

realizar o quociente entre torque e DPMP,

fornecendo um valor de força muscular resultante,

que seria o somatório das forças dos diferentes

flexores do cotovelo, de cada indivíduo. Esse

quociente foi realizado numa planilha do Excel,

contendo os dados médios de torque e DPMP dos 5

indivíduos componentes da amostra. Após, foi

realizada a média de força muscular resultante dos

5 indivíduos e seu respectivo desvio-padrão.

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RESULTADOS

A partir da metodologia apresentada na

seção anterior, foi possível obter alguns dados

referentes à variação da capacidade de produção de

torque desses indivíduos, a DPMP dos mesmos e,

conseqüentemente, a estimativa de força muscular

resultante dos flexores do cotovelo dos integrantes

da amostra.

Na Figura 1 está apresentada a variação

média da capacidade de produção de torque da

amostra. Foi possível perceber que o pico de

produção de torque ocorreu em 58% da flexão do

cotovelo, o que significa ângulos entre 86,7º e

95,9º de flexão do cotovelo. A DPMP encontrada,

está apresentada na Figura 2 (curva média de todos

os indivíduos). O pico de DPMP foi encontrado em

70,8% da amplitude de flexão do cotovelo, o que

corresponde a uma variação entre 107,4º e 114,8º

de flexão do cotovelo.

O quociente dessas duas grandezas (torque e

DPMP) resulta em força muscular resultante, aqui

representada na Figura 3. Pode-se notar a

ocorrência do pico de força muscular em 0,2% da

flexão do cotovelo, o que significa ângulos entre

5,3º e 6,4º de flexão do cotovelo.

Figura 1 – Torque médio dos 5 indivíduos, normalizado pelo torque máximo.

Figura 2 – Distância perpendicular média ponderada (média de todos os 5 individuos).

Figura 3 – Força muscular resultante média de todos os 5 indivíduos.

DISCUSSÃO

O resultado encontrado para a produção de

torque dos flexores do cotovelo parece condizente

com os resultados encontrados na literatura. Seria

esperado o pico de torque em torno de 90º de

flexão do cotovelo, o que, de fato, ocorreu

[11,12,13].

A utilização da PCSA como fator de

ponderação, no cálculo da DPMP parece plausível,

tendo em vista que esse cálculo visa considerar um

único valor de distância perpendicular

representativo dos 3 principais flexores do

cotovelo. Como a PCSA está diretamente

relacionada à capacidade de produção de força de

cada músculo [11,14], seria esperado que os

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músculos com maior PCSA contribuíssem com

maior produção de força.

Assim, o resultado de força muscular, com o

pico de produção de força em 0,2% de flexão do

cotovelo, indicaria que esse grupo muscular

apresenta uma amplitude funcional representativa

do trecho ascendente da relação comprimento-

tensão já estabelecida [1], sofrendo um ciclo

alongamento-encurtamento, onde o músculo

apresenta maior capacidade na situação de maior

alongamento [15].

Porém, outro fator que pode ter influenciado

a ocorrência do pico de força em ângulos iniciais é

o tipo de exigência submetida a esse grupo

muscular no protocolo de coleta dos dados. Foi

analisado apenas o torque concêntrico de flexão do

cotovelo, porém cada repetição concêntrica, com

exceção da primeira que foi descartada, foi

precedida por uma contração excêntrica máxima.

Segundo alguns estudos [16,17,18], existe um

aumento na produção de força tetânica isométrica

após um estiramento da fibra muscular durante a

contração. De fato, esses estudos submeteram a

fibra muscular a uma contração excêntrica máxima

até um comprimento pré-estabelecido, onde se

mensurou a força tetânica isométrica máxima. A

fibra muscular conseguiu produzir mais força nesse

comprimento muscular após essa contração

excêntrica forçada do que nesse mesmo

comprimento muscular sem a ocorrência do

estiramento. Logo, é possível que essa contração

excêntrica tenha influenciado a produção de força

nos primeiros ângulos de flexão do cotovelo.

Os resultados demonstram ser possível fazer

uma estimativa de força muscular a partir de

situações dinâmicas in vivo. Porém, parece

plenamente necessário maiores estudos para

verificar a eficiência do método proposto. Devem

ser avaliadas situações com outro tipo de

exigência, sem a realização de contrações

excêntricas precedendo a contração concêntrica.

É importante salientar que esse estudo visou

estimar a força resultante dos flexores do cotovelo,

considerando apenas os 3 principais flexores do

cotovelo, quais sejam, bíceps braquial, braquial e

braquiorradial. Possivelmente, seriam encontrados

alguns resultados diferentes num modelo que

utilizasse um maior número de músculos com a

função de flexionar o cotovelo. Os músculos

pronador redondo, extensor radial longo do carpo,

extensor radial curto do carpo, flexor radial do

carpo e palmar longo cruzam anteriormente a

articulação do cotovelo em algum trecho da

amplitude articular e poderiam ser ativados durante

uma ação flexora de cotovelo [19]. Porém, nesse

estudo, para efeito de simplificação do modelo, a

atuação desses músculos foi negligenciada.

CONCLUSÃO

A partir dos resultados, foi possível concluir

que o pico de produção máxima de força muscular

resultante dos flexores do cotovelo ocorre logo no

início do movimento de flexão do cotovelo, em

torno de 0,2% da amplitude de flexão do cotovelo.

Para os dados coletados nessa amostra, esse

percentual de flexão do cotovelo corresponde a

ângulos entre 5,6º e 6,8º de flexão do cotovelo.

Esse resultado demonstra que o grupo muscular em

questão apresenta-se sob um ciclo alongamento-

encurtamento, com sua amplitude funcional

correspondente ao trecho ascendente da relação

comprimento-tensão.

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