CARACTERIZAO DO TORQUE DE RESISTNCIA A PARTIR DAS

CARACTERSTICAS MUSCULARES DO QUADRCEPS

Fbio Silva, Everton Rocha, Denise Soares, Jefferson Loss.

Universidade Federal do Rio Grande do Sul/Escola de Educao Fsica

Laboratrio de Pesquisa do Exerccio. Abstract: The purpose of this study was to determine what kind of resistance moment the quadriceps muscle should be submited in exercises of knee extension, considering and respecting the physiological and biomechanical paramaters. The tests were performed in a isokinetic dinamometer in a velocity of 30/s, in which the forces between leg and the mechanical arm of the dinamometer were obtained. Further, the joint angles were measured through a goniometer. The sample was composed by 26 students that performed concentric and eccentric contractions of the knee extension. It was possible to calculate the quadriceps muscle force during the range of motion based on data of moment-angle relationship and moment arm, obtained from the literature. The results showed that the muscle force-joint angle relationship is similar to the force-length relationship already known. From this results it was possible to suggest a pulley that changes the resistance moment on the desired way. Keywords: resistance moment, muscle moment, moment arm, quadriceps, muscle force. Introduo Existe hoje nas academias de musculao uma imensa variedade de equipamentos, visando o treinamento de fora dos mais diversos grupamentos musculares, entre eles os extensores de joelho. fato que estes equipamentos apresentam caractersticas de torque de resistncia completamente diferentes entre si. Na maioria dos casos, essa caracterstica de torque de resistncia, aparenta no seguir qualquer critrio pr-estabelecido para sua determinao. A variao do torque de resistncia um fator causador de grande influncia na adaptao do msculo ao treinamento imposto. A relao torque-comprimento muscular e, possivelmente, fora-comprimento muscular de msculos esquelticos deve adaptar-se a demandas funcionais impostas ao msculo.[1] Para determinao da variao de torque externo (resistncia) extremamente importante o conhecimento dos objetivos de treinamento da populao alvo a qual se destina o equipamento. Alm disso, necessrio tambm o conhecimento das caractersticas musculares, no que diz respeito possibilidade de produo de fora desses msculos.

Para obteno destas informaes acerca do comportamento muscular necessrio levar em considerao variveis como: relao fora-comprimento muscular e distncia perpendicular muscular.

A partir da Teoria das Pontes Cruzadas, alguns autores buscaram explicar os possveis mecanismos responsveis pela gerao de fora muscular, ajudando a elucidar a concepo da mecnica muscular.[2]

Baseada na Teoria das Pontes Cruzadas foi determinada uma relao entre comprimento do sarcmero e fora produzida pela fibra. Essa relao foi denominada relao fora-comprimento muscular. [3] Alm da capacidade de produo de fora muscular, o outro aspecto que influencia a produo de torque a distncia perpendicular do msculo at o eixo de rotao articular.[4] Foram verificados grandes ganhos na possibilidade de produo de torque para flexo de cotovelo, em pacientes que sofreram cirurgia com reinsero do tendo do bceps braquial 2 cm mais distal ao ponto de origem.[5] Num importante estudo foi definida a variao da distncia perpendicular da linha de ao da fora muscular at o eixo de rotao das diferentes pores do quadrceps (reto da coxa, vastos medial, lateral e intermdio) em funo do ngulo articular do joelho, fornecendo deste modo, dados essenciais para a definio da fora muscular deste msculo em diferentes ngulos da articulao do joelho.[6] A partir dessa relao torque-ngulo articular, sabendo-se a distncia perpendicular, possvel o clculo da relao fora muscular-ngulo articular.[7]

Assim, os objetivos desse trabalho foram: 1) verificar o comportamento do msculo quadrceps quanto a sua possibilidade de produzir fora e torque a cada ngulo durante a extenso do joelho; 2) determinar, a partir da relao encontrada, a variao do torque de resistncia que respeite a caracterstica muscular; e 3) projetar as medidas de uma roldana ideal para variao da carga pretendida.

Materiais e Mtodos

Para identificar a variao da produo de fora muscular durante a extenso do joelho foi analisado o torque de extenso concntrica e excntrica com

velocidade angular de 30/seg. Cada indivduo realizou o movimento dentro da mxima amplitude, ou seja, a partir da mxima flexo do joelho at o ngulo de maior extenso em que o indivduo conseguisse gerar fora.

A anlise dessa situao serviu para verificar a produo de torque de extensores do joelho em funo do ngulo articular. Juntamente com os dados de distncia perpendicular do quadrceps fornecidos pela literatura, pde-se calcular a fora muscular do quadrceps em funo do ngulo articular.

A amostra foi no-aleatria intencional composta por 26 universitrios jovens e sem histrico de leso no joelho, sendo 17 homens e 9 mulheres. A mdia de idade ficou em 23,5 anos (DP= 4,16).

A coleta de dados foi realizada num dinammetro isocintico da marca Cybex, modelo Norm (figura Ia). O dinammetro isocintico registra dados de torque gerados sobre um brao mecnico sensvel s foras de contato atuantes sobre ele.

Figura Ia. Dinammetro Isocintico;

Os dados do dinammetro so apenas mostrados

visualmente em forma de grfico, com a informao nica de pico de torque e ngulo em que ocorreu o pico. Para uma anlise mais acurada fundamental o conhecimento dos dados de torque e respectivo ngulo de flexo ao longo de toda a amplitude articular. Para isso os dados de torque ao longo do tempo para as diferentes execues do indivduo foram exportados atravs de um cabo ligado unidade de interface auxiliar do dinammetro.

Com a finalidade de obter maior sensibilidade no registro da posio articular do segmento foi utilizado um eletrogonimetro da marca Biometrics modelo XM110, adaptado junto ao dinammetro (figura Ib).

Figura Ib. Eletrogonimetro adaptado junto ao dinammetro isocintico;

Desta forma, o sinal do eletrogonimetro e o sinal de

torque, retirado da interface auxiliar do dinammetro, foram conectados a um computador Pentium III 650 MHz atravs de um conversor analgico-digital (16 bits) de 16 canais. A taxa de aquisio do sinal foi de 500 Hz. Os sinais do dinammetro e do eletrogonimetro foram captados pelo software CODAS e, posteriormente, exportados para o software SAD32. O protocolo de testes foi dividido em duas etapas:

1. Preparao: os indivduos realizaram um aquecimento de 5 minutos em bicicleta ergomtrica, seguindo-se de alongamento para musculatura flexora e extensora do joelho e tambm realizaram algumas contraes concntricas e excntricas em cargas submximas prescritas de forma subjetiva para familiarizao com o equipamento e o teste;

2. Teste: os indivduos realizaram trs contraes concntrica/excntrica mximas de extensores do joelho, com velocidade de 30/seg.

Tendo em vista os objetivos deste estudo, a velocidade de execuo a 30/seg foi definida por se aproximar da realidade de execuo de um trabalho de musculao, alm de prover uma maior possibilidade de gerao de fora e torque quando comparada velocidades maiores.[8]

O indivduo realizou o teste sentado na cadeira prpria do equipamento devidamente fixado a ela atravs de cintas, com o quadril a 85 de flexo.

Os dados, tanto de torque quanto de ngulo, foram filtrados por um filtro passa-baixa butterworth, de ordem 3, com freqncia de corte de 1Hz.

Das trs repeties realizadas foi selecionada aquela que apresentou o maior pico de torque concntrico, pois o objetivo foi verificar a mxima produo de torque e, conseqentemente, de fora. Esses valores foram colocados em funo do ngulo de flexo do joelho, em graus, e analisados dentro da faixa de amplitude que contemplasse todos os indivduos da amostra, ou seja, a

maior amplitude possvel realizada por todos os indivduos. Essa faixa de amplitude ficou entre 18 e 95 de flexo do joelho.

Em rotinas do software Matlab 5.3, especificamente elaboradas, os dados de torque-ngulo de cada indivduo foram divididos pelos valores de distncia perpendicular-ngulo para cada indivduo.[6] Os resultados obtidos foram valores de fora muscular em funo do ngulo de flexo do joelho.

Os dados de fora muscular-ngulo foram normalizados a partir do valor de pico de fora de cada indivduo, obtendo-se assim dados de fora muscular em percentual da fora mxima. A partir dos dados normalizados, foi calculada a curva mdia de fora muscular dessa populao, com seu respectivo desvio-padro.

Resultados

Os resultados para produo de torque dos 26 indivduos esto demonstrados na figura II, em que apresenta, partindo da flexo (95) para a extenso (18), um pico de torque em 72 de flexo do joelho (DP= 8,42), sendo que, a partir do ngulo de mxima flexo analisada at o ngulo de pico a produo de torque foi crescente numa taxa em torno de 1,8% do torque mximo em cada grau (Tmx/grau). A partir do pico a produo de torque demonstra uma queda em torno de 1,29% Tmx/grau at o ngulo de mxima extenso analisada (18).

Os resultados encontrados para produo de fora dos 26 indivduos esto demonstrados na figura III, em que apresenta, partindo da flexo para a extenso, um pico de fora muscular em 76 de flexo do joelho (DP= 10,1), sendo que, a partir do ngulo de mxima flexo analisada at o ngulo de pico a produo de fora muscular foi crescente numa taxa em torno de 1,61% da fora mxima em cada grau (Fmx/grau). A partir do pico a produo de fora muscular demonstra uma queda em torno de 1,29% Fmx/grau at o ngulo de mxima extenso analisada (18).

As taxas de aumento e de queda das produes de fora e torque muscular apresentadas, so uma mdia dos trechos de aumento e queda vistos nos grficos de fora e torque muscular. Sendo assim, no so representativos de toda a variao de torque e fora desses determinados trechos.

Com os resultados de torque muscular em funo do ngulo articular e de fora muscular em funo do ngulo articular foi possvel traar o perfil de variao do torque de resistncia de um equipamento de musculao que vise exercitar o quadrceps respeitando sua caracterstica fisiolgica capacidade de gerao de fora a partir da posio relativa entre as protenas de contrao - e levando em considerao sua caracterstica mecnica vantagem mecnica obtida pela distncia perpendicular entre a linha de ao da fora muscular e o eixo de rotao articular. Visto que o torque muscular

resulta da combinao da capacidade fisiolgica com a caracterstica mecnica do msculo, a variao do torque de resistncia deve seguir as taxas de variao do torque muscular. Para tal objetivo foi proposta a seguinte roldana assimtrica para transferncia de carga ao segmento mvel do equipamento vista na figura IV. As dimenses da roldana esto citadas na tabela I.

Figura II. Torque mdio dos 26 indivduos e desvio padro;

Figura III. Fora muscular mdia dos 26 indivduos com desvio padro;

A figura IVa representa a roldana no incio do movimento (95) com uma distncia perpendicular que podemos denominar de x. A distncia perpendicular est representada pela seta tracejada e a linha de ao da fora de resistncia est representada pela seta cinza. Na figura IVb est apresentada a roldana em 72 de flexo do joelho, ou seja, o pico de exigncia de torque externo de acordo com a capacidade muscular. Para isso a distncia perpendicular da fora de resistncia, representada pela seta tracejada, equivalente a 1,41x,

Figura IVa. Roldana assimtrica

em 95 de flexo de joelho (ilustrativo);

Figura IVb. Roldana assimtrica em 72 de flexo de

joelho (ilustrativo);

Figura IVc. Roldana assimtrica em 18 de flexo de joelho (ilustrativo);

que significa uma variao do torque de resistncia de acordo com a variao da capacidade de produo de torque muscular.

ngulo de flexo do

joelho (graus)

Distncia perpendicular da

fora de resistncia

95 X

90 1,18X

85 1,30X

80 1,38X

75 1,409X

72 1,414X

70 1,412X

65 1,40X

60 1,36X

55 1,30X

50 1,24X

45 1,16X

40 1,09X

35 1,02X

30 0,96X

25 0,88X

18 0,73X

Tabela I: Distncia perpendicular da fora de resistncia em funo da distncia inicial a cada 5 de execuo;

Na figura IVc est apresentada a roldana ao final da amplitude analisada de 18 de flexo do joelho. A distncia perpendicular da fora de resistncia acompanha o decrscimo da produo de torque muscular e equivale, nesse ngulo, a 0,73x. Discusso

Os resultados de pico de produo de torque, a 72 de flexo do joelho, se assemelham aos encontrados anteriormente, onde o pico de torque a 30/seg ficou em torno de 75 de flexo.[9]

Os resultados de produo de fora se mostram coerentes com a Teoria das Pontes Cruzadas, pois tambm demonstram um trecho de fora descendente, um ascendente e um pequeno trecho de pouca variao comparvel a um plat. No foi possvel verificar o comportamento da relao fora-ngulo em maiores ngulos de flexo, devido a limitaes articulares. Isso possibilitaria verificar o ganho de fora passiva devido ao aumento de tenso nos elementos elsticos do msculo.

importante salientar a diferena quanto ao ngulo de pico de torque (72) e o ngulo de pico de fora (76), demonstrando a influncia da distncia perpendicular.[5] Esse resultado tambm concorda com outro estudo que afirma que o ngulo articular de maior produo de torque no necessariamente coincide com o ngulo de maior produo de fora.[4]

A combinao da capacidade fisiolgica do msculo de gerar fora e a caracterstica mecnica de distncia perpendicular produz esse resultado de torque muscular que representativo da capacidade real do msculo de exercer fora em algum objeto.

A variao de torque externo obtido com a utilizao dessa roldana assimtrica proposta, imprime ao msculo um esforo condizente com suas possibilidades fisiolgicas e mecnicas. Este um critrio para definio do tipo de torque externo que se deseja aplicar ao msculo levando em considerao a populao-alvo

desse estudo: usurios de academias de musculao. Em situaes especficas, possivelmente o torque externo deva respeitar a demanda funcional exigida para tal atividade, de acordo com as adaptaes desejadas para o msculo, j que as relaes torque-comprimento muscular e, possivelmente, fora-comprimento muscular de msculos esquelticos deve adaptar-se a demandas funcionais impostas ao msculo.[1] Concluses

A partir dos resultados obtidos, encontrou-se que a capacidade de produo de torque muscular, a partir da flexo (95), aumenta numa taxa em torno de 1,8% do Tmx/grau, atingindo o pico de produo de torque em 72 de flexo e diminuindo, a partir do pico, numa taxa em torno de 1,29% do Tmx/grau at a extenso do joelho (18).

A capacidade de produo de fora apresentou, a partir da flexo, um aumento numa taxa em torno de 1,61% Fmx/grau, atingindo o pico de produo de fora em 76 de flexo do joelho e diminuindo numa taxa em torno de 1,29% da Fmx/grau at a extenso do joelho.

Uma roldana de um equipamento de musculao que se propuser a treinar esta musculatura, deve respeitar estas relaes, caso a inteno seja trabalhar esse grupamento muscular considerando suas caractersticas mecnicas e fisiolgicas. Referncias Bibliogrficas

[1] HERZOG W, GUIMARES AC, ANTON MG

and CARTER-ERDMAN KA. Moment-length relations of rectus femoris muscles of speed skaters/cyclists and runners. Med. Sci. Sports Exerc. Vol. 23, n.11, pp. 1289-1296, 1991.

[2] HUXLEY AF. Muscle structure and theories of contraction. Prog Biophys Biophys Chem. Vol. 7, pp. 225-318, 1957.

[3] GORDON AM, HUXLEY AF and JULIAN FJ. The variation in isometric tension with sarcomere length in vertebrate muscle fibres. J. Physiol. Vol. 184, pp. 170-192, 1966.

[4] HOY MG, ZAJAC FE and GORDON ME. A musculoskeletal model of the human lower extremity: the effect of muscle, tendon and moment arm on the moment-angle relationship of musculotendon actuators at the hip, knee and ankle. J. Biomech. Vol. 23, n.2, pp. 157-169, 1990.

[5] NEMOTO K, ITOH Y, HORIUCHI Y and SASAKI T. Advancement of the insertion of the biceps brachii muscle: A technique for increasing elbow flexion force. J Shoulder Elbow Surg. Vol. 5, n.6, pp. 433-436, 1996.

[6]VISSER JJ, HOOGKAMER JE, BOBBERT MF and HUIJING PA. Length and moment arm of human leg muscles as a function of knee and hip joint angles. Eur. J. Appl. Physiol. Vol. 61, pp. 453-460, 1990.

[7] SPOOR CW, VAN LEEUWEN JL, MESKERS CGM, TITULAER AF and HUSON A. Estimation of instantaneous moment arms of lower-leg muscles. J. Biomechanics. Vol. 23, n.12, pp. 1247-1259, 1990.

[8] BABAULT N, POUSSON M, MICHAUT A and VAN HOECKE J. Effect of quadriceps femoris muscle length on neural activation during isometric and concentric contractions. J. Appl. Physiol. Vol. 94, pp. 983-990, 2002.

[9] BOBBERT MF and HARLAAR J. Evaluation of moment-angle curves in isokinetic knee extension. Med. Sci. Sports Exerc. Vol. 25, n. 2, pp. 251-259, 1992.

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