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Brazilian Journal of Physical Therapy

Print version ISSN 1413-3555

Rev. bras. fisioter. vol.15 no.1 São Carlos Jan./Feb. 2011

http://dx.doi.org/10.1590/S1413-35552011000100006 

ARTIGO ORIGINAL
FISIOTERAPIA NAS CONDIÇÕES MUSCULOESQUELÉTICAS

 

Análise do torque de resistência e da força muscular resultante durante exercício de extensão de quadril no Pilates e suas implicações na prescrição e progressão

 

 

Mônica O. Melo; Lara E. Gomes; Yumie O. Silva; Artur Bonezi; Jefferson F. Loss

Laboratório de Pesquisa do Exercício, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Porto Alegre, RS, Brasil

Correspondência para

 

 


RESUMO

CONTEXTUALIZAÇÃO: A análise da mecânica externa dos exercícios de Pilates e da biomecânica das articulações pode subsidiar a prescrição de exercícios na reabilitação.
OBJETIVOS: Avaliar o comportamento do torque de resistência (
ΓR) do exercício de extensão de quadril (EQ) realizado no Cadillac; realizar uma análise biomecânica a partir do comportamento do ΓR e das distâncias perpendiculares médias ponderadas (DPMPs) para estimar a força muscular resultante (FMR) dos extensores e flexores e propor critérios mecânicos para progressão do exercício de EQ realizado no Cadillac.
MÉTODOS: Catorze praticantes de Pilates realizaram EQ no aparelho Cadillac em quatro situações em ordem aleatorizada - usando duas molas (vermelha e azul) fixadas em duas posições (alta e baixa). As posições angulares foram coletadas por meio de eletrogoniometria. Para o cálculo do
ΓR, torque muscular (ΓM) e da FMR foram usados diagramas de corpo livre e equações de movimento. Os valores de DPMP dos músculos flexores e extensores do quadril foram quantificados usando dados da literatura.
RESULTADOS: O
ΓR e a FMR apresentaram comportamentos semelhantes em todas as situações, entretanto os valores máximos de ΓR não ocorrem na mesma posição articular que a FMR máxima. A DPMP dos flexores de quadril apresentou um comportamento crescente-decrescente, com máximo próximo aos 55º de flexão, enquanto os extensores de quadril apresentaram comportamento semelhante, com máximo próximo aos 25º de flexão.
CONCLUSÃO: A análise biomecânica do exercício e a avaliação das características mecânicas associadas à articulação do quadril podem ser usadas como critérios objetivos de prescrição e progressão do exercício de EQ no Pilates.

Palavras-chave: extensão do quadril; Pilates; torque; braço de momento.


 

 

Introdução

Desenvolvido por Joseph Pilates (1880-1967), o método Pilates tem como propósito geral desenvolver os músculos do power house (anteriores abdominais, extensores da coluna, extensores do quadril, flexores do quadril e musculatura profunda da pelve)1,2. Mais especificamente, na fisioterapia, o Pilates têm sido utilizado para diversos fins, tais como: restauração da função articular3,4, estabilização lombar-pélvica1,5, controle da fibromialgia6 e tratamento da dor lombar3,7. Para isso, o clínico conta com exercícios realizados no solo e em aparelhos diferenciados, como o Reformer, o Barrel e o Cadillac. No tradicional Cadillac, um dos movimentos comumente usados para promover a estabilização do tronco e a recuperação da integridade funcional e anatômica da articulação do quadril é a extensão de quadril (EQ) com os joelhos estendidos3,8,9. Quando a EQ é realizada com os sujeitos posicionados em decúbito dorsal no aparelho, a sobrecarga externa é obtida principalmente pelo auxílio de molas com diferentes constantes de deformação e pela variação da regulagem vertical da mola no aparelho (altura da fixação)10.

De forma geral, tem-se recomendado que programas de reabilitação utilizem exercícios com intensidades progressivas condizentes com a necessidade de cada paciente11-12. No entanto, quando os exercícios de Pilates são utilizados juntamente com a prática clínica, o que se observa é que a determinação da sobrecarga externa é realizada com base em informações pouco objetivas, como pela troca de uma mola que oferece uma resistência menor por outra que oferece uma resistência maior, sem conhecer "quanto" de resistência é fornecida em ambas as situações10. Entende-se que, quando realizada dessa forma, a definição da intensidade usada no exercício acaba quase que exclusivamente dependendo do feedback do paciente e da experiência do profissional. Com objetivo de complementar a prescrição de exercícios no Pilates, Silva et al.10 mostraram que, no caso do exercício de EQ realizado no Cadillac, é possível usar a combinação entre a constante de deformação da mola e o seu posicionamento no aparelho como um critério objetivo para a seleção de intensidades no exercício de Pilates. A razão disso é que a força da mola (determinada pela constante de deformação e a variação do seu comprimento) juntamente com a sua respectiva distância perpendicular (determinada diretamente pelo local de fixação da mola) compõem de modo importante o torque de resistência (ΓR) oferecido por esse exercício durante a amplitude de movimento (ADM). Assim, na prática, a avaliação do ΓR (que considera as variações na constante de deformação e na altura de fixação da mola) pode fornecer um dado quantitativo útil para o acompanhamento da intensidade durante a progressão do programa e também indicar em qual posição articular a sobrecarga externa é máxima11,13-15, o que, por sua vez, pode auxiliar o clínico que deseja priorizar o ganho de força em amplitudes específicas.

Apesar da importância da determinação do ΓR oferecido pelos exercícios, a sua quantificação sozinha não é suficiente para indicar o nível do esforço muscular resultante durante a execução dos exercícios. Outro fator importante refere-se à característica mecânica da musculatura envolvida (distância perpendicular muscular), a qual compõe o torque muscular (TM) que, por sua vez, contrapõe o ΓR13-16. A distância perpendicular muscular ou braço de momento muscular é a distância entre a linha de ação da força muscular (na inserção do tendão) e o centro de rotação da articulação15,16. A magnitude da distância perpendicular do músculo representa uma "vantagem mecânica" de um músculo em uma articulação, e a sua mensuração pode auxiliar na compreensão da função muscular17. Assim, considerando que nem sempre o TM aumenta na mesma proporção que o ΓR e que o ΓR oferecido por um equipamento pode não acompanhar as características mecânicas da musculatura envolvida, acredita-se que a análise combinada desses fatores possa evitar o risco de sobrecarga excessiva sobre as estruturas humanas e/ou aprimorar a especificidade do esforço desejado.

Apesar da grande popularidade dos exercícios realizados no aparelho Cadillac na fisioterapia, há uma completa carência de estudos científicos com foco na análise biomecânica (análise do ΓR) dos aparelhos e sua relação com as características mecânicas das articulações (distância perpendicular)8,10,18,19. Assim, os objetivos deste estudo foram: a) avaliar o comportamento do ΓR oferecido pelo exercício de EQ realizado no Cadillac, usando molas com diferentes constantes de deformação e alturas de fixação; b) realizar uma análise biomecânica a partir do comportamento do ΓR e da distância perpendicular média ponderada (DPMP) dos músculos a fim de estimar a força muscular resultante (FMR) dos extensores e flexores do quadril durante o exercício e c) propor critérios mecânicos para a progressão de exercícios de EQ realizado no Cadillac.

 

Materiais e métodos

Amostra

A amostra foi composta por 14 indivíduos do sexo feminino (30,9±8,6 anos; 1,60±0,04 m; 55,5±4,3 kg). O critério de inclusão foi que elas praticassem Pilates por pelo menos seis meses e que não tivessem lesões musculoesqueléticas (atuais ou tratadas), o que foi informado verbalmente pelas próprias participantes. Todas as participantes assinaram um termo de consentimento livre e esclarecido. O estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Porto Alegre, RS, Brasil, pelo Protocolo nº 2007903, aprovado na reunião nº 43, ata nº 123 de 22/01/2009.

Aquisição e análise de dados

Protocolo de avaliação

O Cadillac permite a utilização de molas, as quais são caracterizadas por suas cores, que representam o nível de resistência oferecida por elas, ou seja, as cores representam as constantes de deformação das molas. Neste estudo, as molas utilizadas foram previamente calibradas20, e as constantes de deformação encontradas foram de 0,30 kg/cm para a mola azul e de 0,39 kg/cm para a mola vermelha. Como, nesse exercício, a mola pode ser posicionada em diferentes alturas, foram escolhidas duas: alta (86 cm em relação ao nível em que estava o indivíduo) e baixa (20 cm em relação ao nível em que estava o indivíduo) (Figura 1). Cada série do exercício de EQ foi realizada com uma mola e uma altura escolhidas de forma aleatória. A coleta consistiu na realização de quatro séries de cinco repetições do exercício de EQ, partindo de um ângulo de flexão do quadril de 90º até 0º no aparelho Cadillac, posteriormente a um alongamento dos músculos do tronco e do membro inferior no próprio aparelho.

 

 

Eletrogoniometria

As posições angulares do quadril durante o protocolo de avaliação do exercício foram registradas por meio de um goniômetro eletrônico (Miotec Equipamentos Biomédicos Ltda, POA, Brasil), com uma taxa de amostragem de 2000 Hz. Com auxílio do software SAD32, versão 2,61.07mp, utilizado previamente por Loss e Candotti13, os sinais de eletrogoniometria foram filtrados através do filtro digital passa-banda butterworth, terceira ordem, com frequência de corte de 3 Hz.

Torque de resistência e torque muscular

A análise dos ΓR e ΓM foi feita, conforme preconizado por Loss e Candotti13, a partir da construção do diagrama de corpo livre (DCL) dos segmentos corporais em movimento. A Figura 2a ilustra o DCL em uma posição intermediária da ADM, desenhado no plano de execução do exercício. O peso está representado no centro de massa do membro inferior21; a força das molas, representada atuando na extremidade distal do segmento; a força articular resultante, atuando no eixo articular do quadril e o torque muscular resultante, agindo sobre a articulação do quadril. Foram considerados desprezíveis eventuais movimentos da pelve ou mesmo da coluna lombar, limitando a análise apenas ao quadril, tanto em nível articular quanto muscular. Embora essa simplificação possa ser considerada uma limitação no modelo, a baixa carga escolhida para os exercícios associada ao nível de treinamento e à condição saudável dos participantes da amostra são fatores atenuantes que respaldam esta abordagem.

 


 

Com base no DCL, foram escritas as equações de translação (Equação 1) e rotação (Equação 2) que regem o movimento:

em que, na equação 1, representa o somatório de todas as forças ( - força da mola; - peso do segmento; - força articular resultante) que agem sobre a massa (m) levando a uma aceleração do centro de massa. Na equação 2, representa o somatório de todos os torques ( - torque muscular; - torque do peso do segmento; - torque da força da mola) que se igualam ao momento de inércia (I) do segmento, gerando uma aceleração angular .

De acordo com Loss e Candotti13, quando o exercício é executado em baixas velocidades (<30º/s), os efeitos inerciais podem ser desprezados. Convencionando ainda o torque de extensão como positivo, a equação 2 pode ser reescrita em sua forma escalar, conforme equação 3:

em que a diferença entre o ΓMO e o ΓP é o chamado ΓR10. Segundo Winter21, quando o movimento é realizado em baixas velocidades sem atingir os extremos da amplitude articular, os efeitos das estruturas passivas sobre o ΓM, como ligamentos ou mesmo tendões, podem ser desprezados. Entretanto, em situações em que possa vir a ocorrer cocontração de grupos musculares em ação antagônica, o ΓM representa o efeito líquido da atividade muscular. Nessa perspectiva, e de acordo com a convenção adotada, quando o ΓM for positivo, haverá predomínio da atividade dos extensores e, quando negativo, predomínio da musculatura flexora.

As distâncias perpendiculares da força da mola () e do peso do segmento () foram obtidas a partir de relações trigonométricas (Figura 2b) por meio da medição direta do ângulo do quadril ao longo de toda a ADM e da medição do ângulo entre a mola e o segmento humano e das distâncias correspondentes no início e final do movimento. Para avaliação da FMO por todo o arco do movimento, foram usadas relações trigonométricas associadas aos coeficientes de deformação das molas determinados pela calibração. Os parâmetros inerciais utilizados (peso e posição do centro de massa dos segmentos envolvidos coxa-perna-pé) foram estimados a partir de tabelas antropométricas obtidas na literatura21.

Força muscular resultante e distância perpendicular média ponderada

A DPMP é o resultado da soma dos produtos entre a distância perpendicular de cada músculo (d) e a sua respectiva área de secção transversa fisiológica (ASTF) dividida pela soma das áreas de secção transversa dos músculos13,14 (Equação 4). Neste estudo, foram considerados como EQs os músculos bíceps femoral, semitendínio, semimembranáceo e glúteo máximo e, como representante dos flexores, os músculo retofemoral, psoas, ilíaco, sartório e tensor da fáscia lata. As DPMPs e as ASTFs desses músculos foram determinadas a partir da literatura22-25:

em que:

dM= distância perpendicular muscular média ponderada

di = distância perpendicular muscular do iésimo músculo

ASTFi= áreas de secção transversa fisiológica do iésimo músculo

n= número de músculos incluídos

Como o ΓR é igual ao ΓM, a FMR foi determinada dividindo o ΓR pela DPMP do grupo muscular envolvido, isto é, quando o ΓM foi extensor, o ΓR foi dividido pela DPMP dos EQs; quando o ΓM foi flexor, o ΓR foi dividido pela DPMP dos flexores do quadril (Equação 5). Os cálculos necessários para quantificação do ΓR e da FMR foram desenvolvidos no software Excel (versão 2007, Microsoft Windows). Para posterior análise estatística, foi calculada uma média dos valores correspondente a cada 10º da ADM avaliada.

Análise estatística

A equivalência das variâncias (Teste de Levene) e a normalidade dos dados (Shapiro-Wilk) foram verificadas e confirmadas. Uma análise de variância (ANOVA) de três fatores (mola, altura de mola e ângulo) foi realizada para verificar diferenças para os resultados de ΓR e de FMR. Os efeitos principais foram examinados com teste post hoc de Bonferroni. Para todas as análises realizadas, o nível de significância adotado foi de 0,05.

 

Resultados

Como o exercício avaliado inicia-se em um ângulo de flexão de quadril de 90º e vai até 0º, todos os gráficos devem ser observados da direita para esquerda. A Figura 3a apresenta o comportamento médio do ΓR ao longo do ângulo de flexão do quadril para ambas as molas usadas (azul e vermelha), nas alturas alta e baixa. Com base na equação 3, o ΓM é igual ao ΓR, mas com os sinais opostos (negativos). A DPMP foi calculada por meio da equação 4, e os valores apresentados ao longo do ângulo de flexão de quadril são mostrados na Figura 3c. A Figura 3b apresenta o comportamento médio da FMR ao longo do ângulo de flexão do quadril para ambas as molas usadas, nas alturas alta e baixa.

 



 

A Tabela 1 apresenta a média e o desvio-padrão dos valores de ΓR para cada 10 graus da ADM avaliada e o resultado das comparações realizadas. A Tabela 2 apresenta a média e o desvio-padrão dos valores de FMR para cada 10 graus da ADM avaliada e o resultado das comparações realizadas.

 

Discussão

A abordagem metodológica usada no presente estudo teve o intuito de identificar a demanda externa imposta sobre os músculos sob um ponto de vista mecânico e estimar o esforço muscular resultante com base em informações teóricas associadas à DPMP dos principais músculos atuantes no movimento avaliado. Apesar das limitações dessa abordagem, descritas na metodologia do presente estudo, estudos anteriores, fora do ambiente do Pilates, mostraram que a análise mecânica da demanda externa oferecida pelos exercícios e a estimativa do esforço muscular resultante realizada por meio de técnicas de biomecânica, como representação das forças atuantes por meio de DCL e uso de equações de movimento, podem ser usadas com objetividade na prescrição de exercícios durante programas de treinamento e reabilitação11-16.

As análises e as investigações da biomecânica dos exercícios de Pilates tornam-se valorizadas, visto a intensa difusão dessa modalidade na prática clínica. Do ponto de vista fisioterápico, a avaliação do comportamento das cargas externas ao longo da ADM e as condições mecânicas de resposta muscular são de extrema importância para o sucesso de programas de tratamento. Apesar de o método proposto no presente estudo não possibilitar uma análise objetiva referente à contribuição individual de cada músculo e nem mesmo do total de força dos músculos, ela permite avaliar em qual posição articular a carga externa é maior ou menor e se sua combinação é favorável ou não à condição mecânica do músculo, permitindo que a escolha do exercício ocorra de forma mais segura e controlada.

De modo geral, os resultados deste estudo corroboram a literatura, uma vez que nem sempre a FMR máxima foi obtida quando o ΓR atingiu valores máximos durante a EQ no Cadillac11,12,14,15. A explicação para isso é que, por definição, o ΓM depende também do comportamento e da magnitude das DPMPs envolvidas na análise. Segundo Chaffin, Anderson e Martin26, durante as situações dinâmicas, à medida que o ângulo articular muda, a distância perpendicular do músculo também é alterada.

No presente estudo, observou-se que quando o exercício é realizado com as molas (azul e vermelha) na posição alta, o ΓR aumenta de forma acentuada, atingindo um platô próximo dos ângulos de 20º e 30º (Figura 3a) e depois decresce até o final da EQ; enquanto a FMR parece apresentar um platô nos ângulos de 30º e 40º (Figura 3b). Esse comportamento foi confirmado com significância estatística na comparação realizada a cada 10 graus (Tabelas 1 e 2). Essas diferenças observadas entre a posição articular de ocorrência dos picos dos valores de ΓR e FMR provavelmente ocorreram devido ao comportamento da DPMP dos extensores, que é crescente a partir do início da extensão e atinge seu valor máximo na mesma faixa observada para o ΓR, podendo levar a uma menor necessidade de esforço muscular nessa região. Entretanto, cabe ainda comentar que nem sempre o exercício de EQ realizado com a mola alta ficará mais fácil nas amplitudes em que a DPMP é máxima, uma vez que o ΓM dependerá também da capacidade de produção de força muscular. Dentre outros fatores, a produção de força muscular dependerá da relação força-comprimento27,28, a qual dita que a produção de força muscular depende do comprimento das fibras musculares e de seus sarcômeros constituintes. Assim, embora essa relação não tenha sido avaliada experimentalmente no presente estudo, é razoável supor que próximo à extensão completa, devido à sobreposição dos filamentos finos em regiões de encurtamento muscular, exista uma menor capacidade de produção de força29,30, que pode ou não ser compensada por uma vantagem na DPMP.

Quando o exercício é realizado com a mola fixada na altura baixa, observa-se que o ΓR cresce um pouco no início do movimento até um ângulo próximo de 60º e, depois, decresce de forma mais acentuada. Nessa situação, a análise estatística também revelou um platô entre os ângulos de 50º, 60º e 70º (Tabela 1). Como o comportamento crescente da DPMP é determinante na produção de ΓM, os valores máximos de FMR ocorreram em maiores comprimentos musculares do que os de ΓR, em torno de 70-80º para a mola azul e 80-90º para mola vermelha (Tabela 2), local em que teoricamente há maior contribuição dos componentes elásticos do sistema musculoesquelético para a produção de força muscular29. Por outro lado, no final da ADM (próximo à extensão completa), a DPMP aumenta até atingir um significativo platô, ao passo que tanto o ΓR como a FMR diminuem (Figura 3). Nessa situação, em que a demanda externa é baixa no final da ADM (diminuição do ΓR), há uma aparente redução da sobrecarga externa sobre os músculos e articulações. Não obstante, na prática, não se sabe até quanto a DPMP compensará uma possível menor capacidade de produção de força decorrente dos menores comprimentos musculares nessa região.

Tipicamente, um dos objetivos da reabilitação é a recuperação da ADM e o fortalecimento muscular, seja por consequência do enfraquecimento muscular, de processos crônicos degenerativos na articulação ou para recuperação após uma cirurgia31,32. Em qualquer caso, os exercícios devem ter cargas progressivas e respeitar a mecânica da articulação. No caso do quadril, é importante usar o conhecimento da capacidade de produção de FMR e das DPMPs que, em conjunto, realizam o movimento de extensão (ísquiotibiais e glúteos máximos), como um critério de prescrição e progressão de exercícios. A aplicação de uma resistência em amplitudes com maior vantagem mecânica pode promover menor sobrecarga na estrutura musculoesquelética. Por outro lado, se o pico de resistência for aplicado em amplitudes em que a distância perpendicular estiver desfavorecida, haverá maior sobrecarga. Além da avaliação da DPMP, o presente estudo encoraja o clínico a considerar também a capacidade de produção de torque associada às amplitudes articulares envolvidas, tendo em mente os pressupostos teóricos que fundamentam a relação força-comprimento27-30. Entretanto, essas análises devem ser feitas sempre com cautela, visto que a relação força-comprimento é uma propriedade estática discreta dos músculos e deve ser usada apenas para auxiliar na compreensão da função muscular durante as tarefas dinâmicas33.

De modo geral, ao realizar o exercício de EQ no Cadillac, o terapeuta clínico pode variar as alturas de mola com objetivo de focar o trabalho no trecho angular em que ocorre a maior demanda externa e, posteriormente, variar as cores da mola para modular as intensidades numa específica amplitude articular. Assim, por exemplo, se o objetivo for recuperar a ADM, e o paciente tiver pouca amplitude de movimento de flexão (em torno de 60º), aconselha-se iniciar o tratamento com a mola alta, usando primeiro a cor azul e, em seguida, a cor vermelha, variação que proporciona o aumento gradual da FMR (Tabela 2). A opção pela mola alta apresenta a vantagem de gerar uma sobrecarga maior na amplitude disponível do paciente e ainda atuar sobre os músculos numa posição mais alongada, o que poderá ser um estímulo para a adição de sarcômeros em série34. Essa mudança na estrutura do tecido muscular tem sido apontada como fator importante para o aumento da ADM e da maior capacidade de produção de força em maiores comprimentos musculares35. Na fase seguinte do tratamento, quando o paciente alcançasse amplitudes próximas a 80º, poder-se-ia optar pela mola na altura baixa, uma vez que nessa situação foi observada a maior resistência à extensão.

Outra possibilidade de utilização dos resultados pode ser ilustrada em situações de reabilitação envolvendo atletas com demandas específicas de acordo com o esporte praticado. Nessa perspectiva, nos estágios finais do processo de reabilitação de lesões musculares, como estiramentos ou espasmos musculares, pode-se fazer uma prescrição de exercícios que visem a priorizar o ganho de força em amplitudes específicas31,32. Assim, atletas que, por imposição da sua atividade esportiva, demandassem um esforço maior próximo aos maiores ângulos de flexão de quadril, como o ciclismo36, poderiam trabalhar com a mola na altura baixa, iniciando com a mola azul e, posteriormente, passando para a mola vermelha. Caso a exigência durante a prática esportiva seja nos maiores ângulos de EQ, como no caso dos corredores, a proposta seria realizar os exercícios com a mola na posição alta36.

 

Conclusão

Dentro das condições metodológicas, este estudo mostrou que o mesmo movimento de Pilates apresentou diferentes magnitudes e comportamentos de ΓR e de FMR. Além disso, nem sempre os valores máximos de ΓR ocorrem nas amplitudes articulares em que os valores máximos de FMR foram observados. Essas informações associadas a conhecimentos teóricos de DPMP podem ser usadas como critérios mecânicos para prescrição e evolução de programas de reabilitação com objetivo de identificar em qual posição articular a demanda externa é maior ou menor, e qual é a condição mecânica de resposta muscular a essa sobrecarga. Dependendo da altura e do tipo de mola usado, o exercício de EQ no Cadillac pode ser mais indicado para um objetivo clínico do que para o outro.

 

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Correspondência para:
Mônica de Oliveira Melo
Rua Demétrio Ribeiro, 112 apto: 302
CEP 90010-312, Porto Alegre, RS, Brasil
e-mail: melo.monica@terra.com.br

Recebido: 05/09/2009
Revisado: 10/03/2010
Aceito: 03/09/2010

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