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adaptações da ativação elétrica muscular, da morfologia do tríceps sural, das propriedades do tendão de Aquiles e da força dos flexores plantares durante um ...
Tipologia: Notas de aula
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Jeam Marcel Geremia
Jeam Marcel Geremia
Tese de doutorado apresentada à Escola de Educação Física, Fisioterapia e Dança da Universidade Federal do Rio Grande do Sul como requisito para a obtenção do título de Doutor em Ciências do Movimento Humano
Orientador: Prof. Dr. Marco Aurélio Vaz
Jeam Marcel Geremia
Banca Examinadora:
Prof. Dra. Anna Raquel Silveira Gomes - UFPR Prof. Dra. Clarice Sperotto dos Santos Rocha - UFRGS Prof. Dr. Ronei Silveira Pinto - UFRGS
Aos meus pais, Aristides e Dinacir, que sempre buscaram o melhor para seus filhos. Todas as vitórias de minha vida são dedicas a vocês. Tenham a certeza que sempre fizeram tudo certo na educação dos seus filhos. Ao meu irmão, Alessandro, minha cunhada, Andressa, e meu sobrinho, Eduardo, por serem parte de uma base tão sólida de minha vida. Muito obrigado por todo apoio e incentivo. A minha namorada Ana, que sempre foi um dos pilares durante esta trajetória, estando presente nos melhores e piores momentos. Muito obrigado por toda a paciência e parceria, sempre. Ao meu orientador, Prof. Dr. Marco Aurélio Vaz, por todos os ensinamentos e oportunidades durante estes 10 anos de GPBiC. Teus conselhos e advertências foram essenciais para minha formação. Foi (e continua sendo) um prazer poder trabalhar com uma pessoa como você. Aos professores, e grandes amigos, Dr. Fábio Juner Lanferdini e Dr. Bruno Manfredini Baroni. A parceria de vocês foi fundamental para o sucesso deste estudo. Tenham a certeza que vocês são grandes exemplos que buscarei seguir todos os dias. Ao professor, Dr. Rodrigo Rico Bini, por toda ajuda no processo de elaboração do estudo e no processamento dos dados. Tua participação foi essencial pra o desenvolvimento do estudo. A prof. Me. Mayra Casa Nova, pela parceria e amizade de tantos anos. Muito obrigado pelo teu incansável auxílio, em todos os momentos, ao longo destes anos. Aos professores, Me. Matias Fröhlich, Francesca Sonda e a bolsista Amanda de Lima por toda a dedicação e empenho nas coletas e análise dos dados, bem como no treinamento dos indivíduos. Ao prof. Dr. Maarten F. Bobbert, por todos os seus ensinamentos. Muito obrigado por toda ajuda durante este processo e pela preocupação em me tornar um cientista melhor. A todos os indivíduos que realizaram o período de treinamento. Muito obrigado pela paciência, responsabilidade e comprometimento. Aos professores, Dr. Fernando Diefenthaeler e Dr. Felipe Pivetta Carpes, pelos primeiros e constantes ensinamentos. Vocês são grandes mestres para mim e exemplos de seres humanos, professores e pesquisadores.
Dedicada aos meus pais, os quais sempre fizeram de tudo pelos seus filhos.
O exercício excêntrico tem sido utilizado na prevenção/reabilitação de lesões e em programas de treinamento de força para melhorar o condicionamento físico de indivíduos saudáveis. O entendimento das adaptações causadas pelo treinamento excêntrico nos músculos flexores plantares se justifica: 1) pela importância desta musculatura na manutenção de posturas e no ciclo da marcha; 2) pela alta incidência de lesões do tendão de Aquiles; e 3) pelo uso sistemático deste tipo de treinamento em programas de prevenção e reabilitação do tríceps sural. Assim, a presente tese de doutorado busca verificar os efeitos do treinamento excêntrico nas propriedades neuromecânicas e morfológicas dos músculos flexores plantares. No capítulo I foram compiladas informações acerca das adaptações neuromusculares dos flexores plantares e do tendão de Aquiles de indivíduos saudáveis submetidos à programas de treinamento excêntrico. Os estudos encontrados indicam que o treinamento excêntrico pode aumentar a produção de força e ativação muscular, especialmente em testes excêntricos. No entanto, resultados conflitantes e lacunas identificadas na literatura motivaram a realização de dois estudos originais. Os objetivos dos estudos originais foram: 1) determinar a temporalidade das adaptações na ativação e massa muscular de flexores plantares, bem como sua contribuição para os ganhos de força em contrações excêntricas, isométricas e concêntricas ao longo do programa de treinamento (Capítulo II); e 2) avaliar os efeitos de 12 semanas de treinamento excêntrico nas propriedades morfológicas, mecânicas e materiais do tendão de Aquiles de indivíduos saudáveis (Capítulo III). Vinte participantes do sexo masculino realizaram um programa de treinamento excêntrico isocinético (duas vezes por semana, 3-5 séries de 10 repetições máximas). As avaliações das propriedades neuromecânicas e morfológicas dos flexores plantares foram realizadas a cada quatro semanas. Ao final de 12 semanas, o programa de treinamento excêntrico aumentou a produção de torque máximo excêntrico, isométrico e concêntrico; aumentou a atividade eletromiográfica máxima excêntrica e isométrica; e aumentou a espessura muscular. Além disso, os ângulos do pico de torque excêntrico e concêntrico foram deslocados para posições em que os músculos estavam mais alongados. O torque máximo e a espessura muscular aumentaram progressivamente até a oitava semana de treinamento. A ativação neural durante contrações excêntricas e isométricas aumentou após quatro semanas de treino e permaneceu constante até o final do treinamento, enquanto que a ativação neural durante contrações concêntricas permaneceu inalterada durante todo o período de treinamento. Além disso, houve aumento da área de secção transversa, da rigidez e do módulo de Young do tendão de Aquiles. Os incrementos na rigidez e no módulo de Young foram observados após quatro semanas de treinamento, enquanto que o aumento significativo da área de secção transversa tendínea ocorreu após oito semanas de treinamento. Quando tomados em conjunto, estes resultados nos possibilitam entender de que forma as adaptações neuromecânicas e morfológicas dos flexores plantares ocorrem. O aumento da força isométrica e excêntrica nas primeiras quatro semanas de treinamento parece ocorrer devido a adaptações neurais, musculares e tendíneas. No entanto, após maiores períodos de treinamento (i.e. acima de quatro semanas), o aumento da força ocorre devido a incrementos na massa muscular e na rigidez tendínea. Além disso, a ausência de adaptações neurais evidencia que os ganhos de força concêntrica podem estar relacionados apenas com adaptações musculares e tendíneas.
Palavras-chave: exercício excêntrico, flexores plantares, torque, EMG, espessura muscular, rigidez tendínea.
Figura 1. Típica curva da relação stress-strain de um tendão submetido a teste de força tensional ................................................................................................................................... 32
Figura 2. Desenho experimental do estudo: cinco avaliações neuromusculares dos músculos flexores plantares; um período controle de quatro semanas; e um período de 12 semanas de treinamento excêntrico ............................................................................................................. 47
Figura 3. Medida da espessura muscular (EM) ....................................................................... 51
Figura 4. Torque de flexão plantar nos testes isométrico e isocinéticos.. ............................... 54
Figura 5. Ativação elétrica dos flexores plantares nos testes isométrico e isocinéticos ......... 55
Figura 6. Espessura muscular dos flexores plantares .............................................................. 56
Figura 7. Junção miotendínea do músculo gastrocnêmio medial em repouso e durante uma contração voluntária máxima isométrica. Um marcador foi posicionado na pele para verificar possíveis movimentos do transdutor de ultrassonografia ......................................................... 66
Figura 8. Marcadores reflexivos posicionados no membro inferior do indivíduo e na plataforma do dinamômetro isocinético os quais permitiram que os movimentos articulares fossem avaliados. Um marcador foi posicionado na pele, o qual permitiu detectar possíveis movimentos do transdutor de ultrassonografia durante as contrações isométricas em rampa. 67
Figura 9. Modelo bidimensional dos segmentos pé e perna, o qual permitiu calcular o ângulo de flexão plantar durante as contrações isométricas em rampa ............................................... 68
Figura 10. Avaliação do braço de momento do tendão de Aquiles.. ...................................... 69
Figura 11. Relações força-deformação e stress-strain nos períodos Controle, Pré, Pós-4, Pós- 8 e Pós-12 ................................................................................................................................. 73
Tabela 1. Programas de treinamento excêntrico, apresentados pela literatura, dos músculos flexores plantares ...................................................................................................................... 21
Tabela 2. Adaptações neurais, morfológicas e tendíneas geradas pelo treinamento excêntrico nos músculos flexores plantares ............................................................................................... 37
Tabela 3. Adaptações na força muscular geradas pelo treinamento excêntrico de flexores plantares ................................................................................................................................... 41
Tabela 4. Periodização do programa de treinamento excêntrico ............................................. 52
Tabela 5. Média (±dp) da flexão dorsal máxima (FDmáx) e ângulo do pico do torque durante testes máximos excêntricos (APTexc) e concêntricos (APTcon) ................................................ 56
Tabela 6. Propriedades morfológicas, mecânicas e materiais do tendão de Aquiles (média ± dp) ............................................................................................................................................. 74
EXCcoa – Coativação muscular durante testes excêntricos FDmáx – Flexão dorsal máxima GL – Gastrocnêmio lateral GM – Gastrocnêmio medial ICC – Índice de correlação intraclasse ISO – Testes isométricos ISOcoa – Coativação muscular durante testes isométricos JMT – Junção miotendínea mm – milímetros mm^2 – milímetros quadrados Módulo de YoungABS – inclinação da curva stress-strain calculada a partir de uma amplitude absoluta de força comum para todos os participantes (entre 50% e 100% do pico de força máxima isométrica do participante mais fraco) Módulo de YoungREL – inclinação da curva stress - strain obtida entre 50% e 100% do pico de força máxima isométrica MPa – Mega Pascal N – Newton N/mm – Newton por milímetro Nm – Newton metro Pós-12 – Avaliação após 12 semanas de treinamento Pós-4 – Avaliação após quatro semanas de treinamento Pós-8 – Avaliação após oito semanas de treinamento Pré – Avaliação após o período controle e antes do treinamento PTcon – Pico de torque concêntrico PTexc – Pico de torque excêntrico PTiso – Pico de torque isométrico RF – Reto femoral RigidezABS – inclinação da curva força-deformação calculada a partir de uma amplitude absoluta de força comum para todos os participantes (entre 50% e 100% do pico de força máxima isométrica do participante mais fraco) Rigidezativa – Rigidez tendínea obtida durante contrações musculares Rigidezpassiva – Rigidez tendínea obtida durante alongamentos passivos RigidezREL – inclinação da curva força-deformação obtida entre 50% e 100% do pico de força máxima isométrica
RMS – Root mean square SENIAM – Surface electromyography for the non-invasive assessment of muscles SO – Sóleo Tcon_0° – Pico de torque concêntrico avaliado no ângulo de 0° do tornozelo Tcon_APT – Pico de torque concêntrico avaliado no ângulo de pico de torque concêntrico do momento pré-treino Texc_0° – Pico de torque excêntrico avaliado no ângulo de 0° do tornozelo Texc_APT – Pico de torque excêntrico avaliado no ângulo de pico de torque excêntrico do momento pré-treino US – Ultrassonografia VL – Vasto lateral VM – Vasto medial W – Watts
- Análise estatística O treinamento excêntrico tem sido muito utilizado nas últimas décadas tanto em programas de prevenção/reabilitação quanto no treinamento de indivíduos saudáveis. Entretanto, os mecanismos adaptativos dos flexores plantares a esse tipo de treinamento ainda não foram totalmente elucidados. A presente tese de doutorado pretende responder uma série de perguntas em relação a esse tipo de treinamento e seus efeitos na unidade músculo-tendão dos músculos flexores plantares, a saber: (1) A capacidade de ativação muscular durante contrações dinâmicas e isométricas é alterada pelo treinamento excêntrico? (2) Quais as adaptações que ocorrem na morfologia muscular ao longo de 12 semanas de treinamento excêntrico dos músculos flexores plantares? (3) As propriedades morfológicas, mecânicas e materiais do tendão de Aquiles são afetadas pelo treinamento excêntrico? (4) O treinamento excêntrico promove diferentes ganhos de força durante contrações dinâmicas (concêntricas e excêntricas) e isométricas máximas nos flexores plantares? (5) Qual o curso das possíveis adaptações da ativação elétrica muscular, da morfologia do tríceps sural, das propriedades do tendão de Aquiles e da força dos flexores plantares durante um período de treinamento excêntrico? Com o intuito de responder as perguntas acima, um estudo de revisão e dois estudos originais foram conduzidos durante o período de doutorado do prof. Jeam Marcel Geremia. Os estudos foram desenvolvidos junto ao setor de Plasticidade Neuromuscular do Laboratório de Pesquisa do Exercício (LAPEX) da Escola de Educação Física, Fisioterapia e Dança (ESEFID) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Assim, o conteúdo desta tese é apresentado por meio de três capítulos. O Capítulo I apresenta uma revisão de literatura a respeito das principais alterações causadas pelo treinamento excêntrico na capacidade de ativação elétrica muscular, na morfologia do tríceps sural, nas propriedades do tendão de Aquiles e na produção de força dos flexores plantares. O Capítulo II descreve o experimento que teve como objetivo verificar as adaptações na atividade elétrica, na morfologia e na força dos músculos flexores plantares após um programa de treinamento excêntrico. Além disso, a temporalidade destas adaptações foi avaliada durante 12 semanas treinamento excêntrico. O Capítulo III descreve o experimento que teve como objetivo avaliar as propriedades morfológicas, mecânicas e materiais do tendão de Aquiles após um programa de treinamento
O exercício excêntrico tem sido utilizado na prevenção de lesões musculoesqueléticas (Goode et al., 2015), em programas de reabilitação (Alfredson et al., 1998; Mafi et al., 2001; Langberg et al., 2007) e durante programas de treinamento de força para melhorar o condicionamento físico de indivíduos saudáveis (Baroni et al., 2015). Quando utilizados de forma sistemática (i.e., treinamento), os exercícios excêntricos têm mostrado ganhos de força mais proeminentes em comparação aos exercícios resistidos convencionais (Walker et al.,
et al., 2010, 2012), há uma lacuna na literatura acerca da temporalidade de adaptação desse grupo muscular ao treinamento excêntrico. O treinamento excêntrico também tem sido muito utilizado no processo de reabilitação de lesões tendíneas (Alfredson et al., 1998; Kingma et al., 2007). As tendinopatias (tendinites/tendinoses) são bastante comuns, especialmente entre atletas e independente do nível competitivo (Maffulli et al., 2004; Couppé et al., 2015). Além disso, as rupturas totais do tendão de Aquiles têm aumentado nos últimos anos (Huttunen et al. 2014; Lantto et al. 2015). Estudos têm encontrado redução da rigidez tendínea em pacientes com tendinopatia (Arya e Kulig, 2010) e após rupturas do tendão de Aquiles (Geremia et al., 2015). A redução da rigidez tendínea pode gerar redução do comprimento ativo do músculo, causando redução da produção de força de acordo com a relação força-comprimento muscular (Kubo et al., 2001; Maganaris, 2003; Kay e Blazevich, 2009). Em outras palavras, um tendão mais complacente pode levar a uma redução no comprimento dos fascículos musculares, reduzindo a excursão desses fascículos, que terão menor capacidade de produzir força ao longo da amplitude total de movimento. Além disso, uma menor rigidez tendínea acarreta em redução da taxa de produção de força muscular (Bojsen-MØller et al., 2005). Este atraso na transferência de força pode afetar o equilíbrio e a estabilidade corporal, reduzindo o tempo de reação e aumentando o risco de quedas (Waugh et al., 2014). Embora alguns estudos evidenciem que o exercício excêntrico pode aumentar a rigidez tendínea (Duclay et al., 2009; Kay et al., 2016), outros têm encontrado manutenção (Mahieu et al., 2008) ou redução (Morrissey et al., 2011) desta variável após um período de treinamento excêntrico. A heterogeneidade dos treinamentos quanto à sua duração, frequência semanal, volume (séries x repetições) e intensidade (sobrecarga), pode causar diferentes estímulos mecânicos no tendão, o que explicaria estes resultados conflitantes. As alterações nas propriedades mecânicas tendíneas parecem estar relacionadas com a intensidade do exercício (Bohm et al., 2015), uma vez que a rigidez tendínea aumenta após treinamentos de alta intensidade (Arampatzis et al., 2007; Bohm et al., 2015). Considerando que as contrações excêntricas promovem maior sobrecarga no complexo músculo-tendão que contrações isométricas e concêntricas (Herzog et al., 2015), parece razoável esperar que o treinamento excêntrico possa causar maiores e/ou mais rápidas adaptações tendíneas que outras modalidades de exercício. Estas informações permitem determinar as adaptações nas propriedades morfológicas, mecânicas e materiais tendíneas causadas pelo treinamento excêntrico, além do tempo em que estas ocorrem, gerando informações importantes para o desenvolvimento de programas de prevenção/reabilitação e treinamento físico. A literatura