A estimulação transcraniana por corrente contínua como recurso ergogênico: uma nova perspectiva no meio esportivo

Transcranial direct current stimulation as an ergogenic aid: a new perspective in sport

ARTIGO DE OPINIÃO

A estimulação transcraniana por corrente contínua como recurso ergogênico: uma nova perspectiva no meio esportivo

Transcranial direct current stimulation as an ergogenic aid: a new perspective in sport

Marcelo Vitor-Costa^I; Lucas Adriano Pereira^I; Rafael Ayres Montenegro^II; Alexandre Hideki Okano^II; Leandro Ricardo Altimari^I

^IProfessor do Departamento de Educação Física da Universidade Estadual de Londrina, Londrina-PR, Brasil

^IIProfessor do Departamento de Educação Física da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal-RN, Brasil

^{Endereço para correspondência}

RESUMO

Nas duas últimas décadas tem-se verificado um considerável aumento no interesse de um grande número de pesquisadores em investigar o potencial de diferentes recursos ergogênicos que possam contribuir na melhoria do desempenho físico de atletas de diferentes modalidades. Grande parte dos estudos tem focado os mecanismos subjacentes ao desenvolvimento da fadiga, pelo fato de que este fenômeno complexo é considerado um fator limitante do desempenho esportivo. Sendo assim, recursos ergogênicos que são eficientes em protelar o desenvolvimento da fadiga podem melhorar o desempenho esportivo. Apesar de haver muitas discussões sobre a fadiga, sua causa exata ainda é um assunto controverso. Apesar disso, tem sido sugerido que mecanismos corticais podem estar envolvidos e que estudos sobre a modulação de regiões cerebrais específicas podem trazer respostas valiosas para entender melhor este fenômeno. Atualmente, a estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) vem sendo utilizada como uma ferramenta não invasiva capaz de modular a excitabilidade de regiões específicas do córtex cerebral. Dados preliminares têm demonstrado que a ETCC anódica é capaz de aumentar a excitabilidade do córtex motor por até uma hora após sua aplicação, e também aumentar o tempo até em exercício isométrico até à exaustão. Estes dados sugerem ser provável que a ETCC possa ser utilizada como uma ferramenta em pesquisas sobre mecanismos envolvidos no desenvolvimento da fadiga e, talvez, como um possível recurso ergogênico para atletas.

Palavras-chave: Estimulação transcraniana. Recurso ergogênico. Fadiga.

ABSTRACT

The last two decades has followed an increase in interest from a large number of researchers interested in investigating the ergogenic potential of different resources that might assist in improving the physical performance of athletes in different sports. Most studies have focused on the mechanisms underlying the development of fatigue as this complex phenomenon is a limiting factor in sports performance. Thus, ergogenic resources that are effective in delaying the development of fatigue may improve athletic performance. Despite many discussions about fatigue, its exact cause is still a controversial subject. However, it has been suggested that cortical mechanisms may be involved and studies that have tried to modulate specific brain regions can provide valuable answers to better understand this phenomenon. Currently, (tDCS) has been used as a noninvasive tool that can modulate the excitability of specific regions of the cerebral cortex. Preliminary data have shown that tDCS anode is able to increase the excitability of motor cortex for up to one hour after its application and also increase the time until exhaustion in isometric exercise. These data suggest that tDCS can probably be used as a tool in research on mechanisms involved in the development of fatigue and perhaps as a potential ergogenic aid for athletes..

Keywords: Transcranial stimulation. Ergogenic Aid. Fatigue.

INTRODUÇÃO

O desenvolvimento científico e tecnológico que se tem verificado no esporte, sobretudo ao longo das duas últimas décadas, atrai inúmeros pesquisadores para investigar o potencial de diferentes recursos ergogênicos capazes de contribuir para a melhoria do desempenho físico de atletas em diferentes modalidades (TOKISH et al., 2004; LIPPI et al., 2008).

O termo "ergogênico" deriva das palavras gregas "Ergon" e "genes", que significam "trabalho" e "produção/criação de", respectivamente (BERNSTEIN et al., 2003). Qualquer forma de otimização da produção ou utilização de energia pode ser considerado como um recurso ergogênico (WILLIAMS, 1992). Os recursos ergogênicos são classicamente classificados em cinco categorias: recursos mecânicos, psicológicos, fisiológicos, farmacológicos e nutricionais.

THEIN et al., (1995) e SILVER (2001) incluem entre esses recursos desde procedimentos legais e comprovadamente seguros, como a suplementação de carboidratos, até meios ilegais e aparentemente inseguros, como o uso de esteroides anabólicos e infusão sanguínea (THEIN et al., 1995; MAUGHAN, 2009).

A possível eficiência ergogênica de inúmeros recursos com propósito de otimizar o desempenho físico, atenuar os mecanismos geradores de fadiga e facilitar a recuperação pós-esforço físico tem sido amplamente estudada (SILVER, 2001; BERNSTEIN, et al. 2003; MAUGHAN, 2009). Estes estudos geralmente têm utilizado o processo de instalação da fadiga e a tolerância ao exercício como parâmetros de avaliação da eficiência dos recursos ergogênicos.

A fadiga é apontada como fator limitante do desempenho atlético e constitui fenômeno complexo, ou mesmo, um conjunto de fenômenos de interação simultânea, com diferentes graus de influência, a depender da natureza do exercício físico (DAVIS, 1997; ABBISS; LAURSEN, 2005). Além disso, tem sido proposto que a tolerância ao exercício seja também um fenômeno determinante do desempenho esportivo, podendo ser definida como a capacidade de sustentação em exercício aeróbico (MARCORA; STAIANO, 2010). Por sua vez, a fadiga muscular pode ser definida como o decréscimo na força e potência muscular induzida pelo exercício acompanhado por aumento da percepção subjetiva de esforço (PSE) (ENOKA; STUART, 1992). Apesar de serem bem documentados na literatura, os mecanismos envolvidos tanto na instalação da fadiga muscular quanto na tolerância ao exercício ainda são bastante discutidos. Além disso, Gandevia (2001) sugeriu que a fadiga também pode ocorrer em níveis espinhais e supraespinhais no sistema nervoso central, e que é mais claramente pronunciada em situações de exercícios máximos. A fadiga central pode ser demonstrada quando há incremento de força evocada, mesmo quando o sujeito está fatigado, aplicando-se estimulação elétrica no nervo durante uma contração voluntária máxima (BELANGER; MCCOMAS, 1981). Esta produção extra de força evocada por meio da estimulação do motoneurônio durante uma contração voluntária máxima pode ser explicada pelo fato de algumas unidades motoras não terem sido recrutadas ou não terem sido rapidamente ativadas em velocidade suficiente para produzir contração muscular.

Existe uma grande discussão acerca das regiões cerebrais que modulam a sensação da fadiga induzida pelo exercício (ST CLAIR GIBSON et al., 2003). Não se sabe a área exata do cérebro responsável pela sensação de fadiga, porém suspeita-se que esta esteja relacionada com estruturas como o córtex insular, o córtex cingulado anterior e o tálamo, que estão ativos em resposta ao aumento da PSE e da sensação de fadiga durante exercício (ST CLAIR GIBSON et al., 2003). Estas áreas cerebrais parecem estar relacionadas com a motivação.

Recentemente foi demonstrado que o exercício de ciclismo é capaz de causar reduções na capacidade do córtex motor em dirigir os músculos extensores de joelho, o que sugere que a diminuição da excitabilidade do córtex motor pode ser um dos fatores responsáveis pela diminuição da tolerância ao exercício (SIDHU et al., 2009).

Marcora et al. (2009) mostraram que o desempenho em exercício foi diminuído por fadiga mental induzida por uma tarefa cognitiva sem alterações significantes no metabolismo energético. Os autores especularam que este tipo de tarefa pode fadigar o córtex cingulado anterior (CCA) e, como consequência, influenciar o desempenho do exercício subsequente. Afirmam ainda que futuros estudos que tenham como objetivo modular a função desta região cortical podem fornecer valiosos insights dentro do entendimento da fadiga (MARCORA et al., 2009).

Novas técnicas não invasivas emergiram nas últimas décadas, na tentativa de modular a função cerebral, entre as quais se destaca a técnica de estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) (PRIORI et al., 1998; ROSENKRANZ et al., 2000; PRIORI, 2003; FREGNI et al., 2005; FREGNI; PASCUAL-LEONE, 2007). A ETCC se caracteriza, basicamente, como uma fraca corrente elétrica aplicada sobre o couro cabeludo, e tem mostrado induzir mudanças prolongadas na excitabilidade cerebral, permanecendo por um longo período de tempo mesmo após o término do estímulo (NITSCHE; PAULUS, 2001). O estímulo de corrente anódica tem a função de aumentar a excitabilidade cortical, favorecendo a despolarização da membrana neuronal, ao passo que o estímulo de corrente catódica surte efeito inibitório causando hiperpolarização da membrana neuronal (ROSENKRANZ et al., 2000; NITSCHE; PAULUS, 2002; NITSCHE et al., 2003b). Estes efeitos, a depender da intensidade e duração da corrente elétrica imposta por meio da ETCC, podem perdurar por mais de uma hora (NITSCHE; PAULUS, 2000).

Recentemente foi demonstrada a eficácia da ETCC anódica aplicada sobre o córtex motor em aumentar a excitabilidade cortical e o desempenho físico até à exaustão, em exercício isométrico para os músculos flexores do cotovelo, bem como a força de extensão do joelho e a força de preensão dos pés (COGIAMANIAN et al., 2007; TANAKA et al., 2009). Além disso, foi constatado que a ETCC anódica consegue alterar a atividade do sistema nervoso autônomo de atletas, como reflexo do aumento da modulação parassimpática em repouso (MONTENEGRO et al., 2011). A modulação parassimpática em repouso, analisada por meio do componente de alta frequência da variabilidade da frequência cardíaca parece ter relação positiva com o desempenho de atletas (ATLALOUI et al., 2007)

Considerando as informações já descritas, podemos sugerir que fatores corticais parecem estar envolvidos na tolerância ao exercício. Isto indica que a utilização da ETCC pode atuar no aumento da excitabilidade de regiões especificas do córtex cerebral e, consequentemente, aumentar a tolerância ao exercício, tornando-se um potencial recurso ergogênico fisiológico para melhorar o desempenho físico.

Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi analisar evidências e possíveis mecanismos de ação, sugerindo que a ETCC se constitua numa nova técnica capaz de influenciar o desempenho em tarefa motora subsequente à aplicação da estimulação.

ESTIMULAÇÃO TRANSCRANIANA POR CORRENTE CONTÍNUA (ETCC)

ETCC é uma técnica de estimulação cerebral não invasiva que utiliza corrente contínua de baixa intensidade aplicada com eletrodos no couro cabeludo, sendo capaz de modular a excitabilidade cerebral (LANG et al., 2004).

A ETCC tem a vantagem de ser barata, fácil de administrar, não invasiva e indolor (BOGGIO, 2006), diferentemente da estimulação transcraniana magnética (ETM), que possui uma aparelhagem muito mais dispendiosa e necessita de um sistema de refrigeração para as bobinas que são responsáveis por transmitir o pulso elétrico, formando um campo magnético sobre o crânio do indivíduo. Estudos recentes suportam o potencial terapêutico da ETCC na depressão (MURPHY et al., 2009), Doença de Parkinson (BOGGIO et al., 2006), recuperação de acidente vascular encefálico (AVC) (JO et al., 2009) e dor neuropática crônica (FREGNI et al., 2007). Apesar de a corrente ser aplicada sobre o couro cabeludo, já foi demonstrado em humanos (DYMOND et al., 1975) e por modelamento matemático (MIRANDA; LOMAREV; HALLETT, 2006) que a estimulação é capaz de atravessar o crânio e atingir o córtex cerebral

A modulação cortical é dependente da polaridade da corrente aplicada. A ETCC permite dois tipos de estimulação: (I) a estimulação anódica, que se caracteriza pelo posicionamento do eletrodo anódico sobre o córtex que se deseja excitar, ao passo que o eletrodo catódico exerce função de aterramento do circuito elétrico, sendo posicionado, em geral, sobre a região supraorbital contralateral ou no músculo deltóide; e (II) a estimulação catódica, que se caracteriza pela inversão do posicionamento dos eletrodos; assim, o eletrodo catódico será posicionado sobre o córtex que se deseja inibir (NITSCHE; PAULUS, 2000; LANG et al., 2004, 2005).

Os efeitos condicionantes do ETCC sobre a taxa de disparo neuronal têm sido atribuídos a alterações no potencial de membrana dos neurônios da região estimulada (PURPURA; MCMURTRY, 1965). Alterações causadas pela ETCC podem perdurar além do tempo de estimulação, desde que aplicada por no mínimo três minutos (NITSCHE; PAULUS, 2000), e permanecer estáveis por pelo menos uma hora se a ETCC for aplicada por um tempo ≥ 10 minutos empregando-se corrente com intensidades entre 1-2mA (NITSCHE; PAULUS, 2001).

No que diz respeito à segurança a ETCC tem sido considerada uma técnica segura, porém alguns efeitos podem ser observados, como formigamento na pele sob os eletrodos, fadiga moderada e coceira. Além disso, mais raramente, foram reportadas náusea, insônia e cefaleia (POREISZ et al., 2007). Desse modo, antes de qualquer estudo ou prática clínica envolvendo a técnica, é extremamente importante que os indivíduos sejam informados sobre esses possíveis efeitos.

Outro cuidado que deve ser tomado para tornar a técnica mais segura é a utilização de eletrodos protegidos por esponjas embebidas em solução salina composta por concentração entre 40 a 150nM de Nacl diluídos em água deionizada ou Mili-Q, para eliminar o contato direto do eletrodo com a pele e assim minimizar possíveis reações desagradáveis (NITSCHE et al., 2008, DUNDAS et al., 2007)

MECANISMO DE AÇÃO DA ETCC

Estudos demonstram que as alterações corticais causadas pela ETCC durante e após a aplicação ocorrem por mecanismos diferentes. Parece que os efeitos durante a aplicação da ETCC têm mecanismos de ação baseados em alterações na função da membrana do neurônio e no funcionamento das proteínas de membrana (ARDOLINO et al., 2005).

Liebetanz et al. (2002) realizaram um estudo para verificar os possíveis canais iônicos transmembrana envolvidos nas alterações corticais causadas pela ETCC. Para isso foi utilizada a administração de carbamazepina, um bloqueador de canais de sódio voltagem-dependente, ou de dextrometorfana, um antagonista do receptor NMDA (N-metil D-Aspartato). Na condição livre das drogas as alterações na excitabilidade cortical foram atingidas normalmente, como descritas em outros estudos, porém, na condição em que foi utilizada a dextrometorfana, estas alterações foram suprimidas, sugerindo que o receptor NMDA está envolvido no efeito tanto de aumento na excitabilidade (ETCC anódica) quanto de diminuição (ETCC catódica) visto após a aplicação da ETCC; no entanto, quando foi utilizada carbamazepina, apenas os efeitos da ETCC anódica foram suprimidos, sugerindo que o efeito pós-estimulação anódica requer uma despolarização do potencial de membrana.

Dando continuidade a investigação dos receptores de membrana envolvidos nas alterações causadas pela ETCC, Nitsche et al. (2003a) verificaram o impacto do bloqueador do canal de sódio carbamazepina, do bloqueador de canal de cálcio flunarizina e do antagonista de receptor NMDA dextrometorfana, sobre as mudanças de excitabilidade cortical causadas pela ETCC. Foram testados dois protocolos de estimulação após a administração das drogas: em curto prazo (aplicação de ETCC de quatro segundos) para testar os efeitos durante a aplicação; e em longo prazo (após a aplicação da ETCC entre nove e treze minutos), para verificar os efeitos pós-aplicação. A carbamazepina eliminou de forma seletiva o efeito excitatório da estimulação anódica, tanto durante quanto após sua aplicação. A flunarizina gerou mudanças similares àquelas observadas com a aplicação da carbamazepina. O antagonista de receptor NMDA não resultou em nenhuma alteração dos efeitos durante a aplicação, mostrando que na aplicação de curto prazo os efeitos não se encontram relacionados com esses receptores. Não obstante, no caso dos efeitos após a estimulação, os resultados em relação ao bloqueio de receptores NMDA interferiram tanto no aumento da excitabilidade cortical promovida pela ETCC anódica quanto na redução promovida pela ETCC catódica.

De forma resumida, os efeitos de longa duração após a aplicação da ETCC, independentemente da corrente aplicada, são abolidos por administração de antagonistas de receptor NMDA e também podem envolver mudanças na eficácia sináptica de projeções excitatórias. Antagonistas de canais de sódio bloqueiam os efeitos excitatórios da ETCC anódica tanto durante quanto após a ETCC, o que é compatível com a ideia de que a estimulação anódica despolariza a membrana neuronal, aumentando o influxo de sódio para os neurônios. Por outro lado, o antagonista de canal de sódio não influencia as alterações causadas pela ETCC catódica, indicando que talvez o seu efeito se deva a uma hiperpolarização dependente de potássio (REIS et al., 2008).

IMPLICAÇÕES DA ETCC SOBRE A FUNÇÃO MOTORA E DESEMPENHO MOTOR

A influência da ETCC sobre a excitabilidade do córtex cerebral tem sido estudada em varias regiões corticais, porém foge ao escopo deste trabalho fazer uma revisão detalhada de cada região, por isso será abordada apenas a influência da ETCC sobre o córtex motor.

Apesar da estimulação por corrente contínua não ser uma técnica nova, sua aplicação sobre o córtex motor de humanos avançou bastante nas duas últimas décadas. Talvez o trabalho responsável pelo aumento do interesse por esta técnica de estudo seja o artigo de Nitsche e Paulus (2000).

Nitsche e Paulus (2000) investigaram os efeitos da ETCC na modulação da excitabilidade cortical. Para isso, além da ETCC, utilizaram outro tipo de estimulação, aestimulação magnética transcraniana – EMT, a qual possibilita a geração de potenciais evocados motores (PME). A amplitude dos PMEs representa a excitabilidade do sistema motor. Os autores verificaram aumento seletivo na excitabilidade pós-ETCC anódica e diminuição pós-ETCC catódica utilizando intensidades diferentes em protocolos experimentais diferentes, que variaram entre 0,2-1mA com duração de 0,4 e 1-5min.

Além disso, os autores também verificaram que os efeitos permaneciam por vários minutos após a estimulação.

Posteriormente os mesmos autores mostraram que em humanos a ETCC foi capaz de induzir aumentos sustentados na excitabilidade do córtex cerebral. A excitabilidade do córtex motor aumentou aproximadamente 150% acima dos valores pré-estimulação e permaneceu aumentada por até 90 minutos após o final da estimulação. Além disso, os autores defendem que a viabilidade de induzir modulações em longo prazo na excitabilidade de um modo não invasivo, indolor e reversível torna esta técnica um instrumento potencialmente valioso na modulação da neuroplasticidade (NITSCHE; PAULUS, 2001). Foi demonstrado que a utilização da ETCC anódica em pacientes que sofreram AVE, aplicada ao córtex motor primário do hemisfério afetado, foi eficiente em aumentar o desempenho motor da mão parética avaliada pelo teste de Jebsen-Taylor, o qual mede atividades da vida diária (HUMMEL et al., 2005).

A ETCC tem se mostrado eficiente em aumentar os PMEs não apenas dos músculos da mão, mas também dos músculos da perna. Jeffery et al. (2007) aplicaram ETCC sobre a área motora da perna e depois analisaram a resposta motora, por meio do registro do PME através da TMS. Os autores encontraram que, assim como para os músculos da mão, a ETCC anódica foi capaz de aumentar a amplitude do PME, indicando maior excitabilidade do córtex motor. Não obstante, a ETCC catódica causou pouco efeito sobre a amplitude dos PMEs. Os autores sugeriram que é mais difícil suprimir a excitabilidade do córtex motor da perna.

Recentemente foi observado que a aplicação de ETCC anódica por dez minutos aumentou a excitabilidade cortical e tempo até à exaustão em exercício isométrico para os músculos flexores do cotovelo. Além do aumento da excitabilidade cortical, evidenciado pelo maior potencial motor evocado, não houve aumento das respostas eletromiográficas, decorrente da ETCC (COGIAMANIAN et al., 2007). Da mesma forma, a aplicação da ETCC anódica sobre a representação cortical motora da perna foi capaz de aumentar a força de contração voluntária máxima de preensão entre o primeiro (Hallux) e o segundo dedo do pé (TANAKA et al., 2009).

Assim como a ETCC, o exercício físico também é capaz de modular a excitabilidade do córtex motor. Estudos têm demonstrado que o exercício fatigante altera a excitabilidade do córtex motor durante e após o exercício (GIESEBRECHT et al., 2010; TAYLOR et al., 1996; SIDHU et al., 2009). Os mecanismos pelos quais ambas as intervenções provocam mudanças na excitabilidade do córtex motor podem ser os mesmos (EDGLEY; WINTER, 2004). Além das modificações nas funções neurais, recentemente Mergazora et al. (2009) demonstraram que a ETCC promove aumento da oxigenação cerebral. Desse modo, podemos assumir que a ETCC constitui-se numa técnica alternativa e interessante para promover o aumento da oxigenação cerebral e, talvez, do desempenho físico, em decorrência, talvez, de uma diminuição da PSE para um dado esforço físico.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Achados preliminares têm mostrado que a ETCC anódica induz a melhora na tolerância ao exercício e força de contração voluntária máxima em exercício isométrico. Estes achados, junto com dados de outros estudos, mostram que a excitabilidade do córtex motor é alterada com exercício e que os mecanismos envolvidos talvez sejam os mesmos da ETCC. A partir disto, entendemos que esta técnica pode ser de grande valor para estudar os mecanismos envolvidos na tolerância ao exercício e à fadiga neuromuscular, bem como uma nova possibilidade de estratégia ergogênica para otimizar o desempenho físico.

Parece-nos interessante que novas pesquisas com ETCC para investigar sua ação em diferentes modelos de exercício e modalidades esportivas sejam realizadas, na tentativa de desvendar os possíveis mecanismos envolvidos na melhora do desempenho físico induzido por essa possível estratégia ergogênica. Pesquisas futuras devem também verificar os efeitos da ETCC sobre a percepção subjetiva de esforço durante o exercício e sobre a motivação para realização do exercício subsequente à aplicação da estimulação.

Recebido em 15/12/2010

Revisado em 09/10/2011

Aceito em 11/11/2011

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  28 Maio 2013
• Data do Fascículo
  2012

Histórico

• Recebido
  15 Dez 2010
• Aceito
  11 Nov 2011
• Revisado
  09 Out 2011