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Brazilian Journal of Physical Therapy

Print version ISSN 1413-3555On-line version ISSN 1809-9246

Rev. bras. fisioter. vol.11 no.6 São Carlos Nov./Dec. 2007

http://dx.doi.org/10.1590/S1413-35552007000600011 

ARTIGOS CIENTÍFICOS

 

Efeito da posição da articulação do cotovelo no controle de torque de supinação do antebraço em jovens adultos

 

Krás Borges CI; Rodrigues AMII; Loss JFII; Petersen RDSII; Oliveira MAIII

ICurso de Fisioterapia, Faculdade da Serra Gaúcha, Caxias do Sul, RS - Brasil
IIDepartamento de Educação Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS - Brasil
IIIDepartment of Kinesiology, University of Maryland, College Park, MD - Estados Unidos

Correspondência para

 

 


RESUMO

INTRODUÇÃO: Inúmeros casos de patologias em antebraço e cotovelo reportados na literatura estão associados com tarefas que envolvem esforço e movimentos repetitivos do braço e mão. A posição do cotovelo é conhecida por afetar a produção de torque máximo de supinação do antebraço, assim como é um fator crítico na determinação de exercícios terapêuticos apropriados. No entanto, baseado no que se conhece, não existem evidências sobre os efeitos da posição do cotovelo em tarefas que requerem controle de níveis submáximos de torque.
OBJETIVO: Este estudo investigou o efeito da posição do cotovelo na produção de torque isométrico máximo de supinação do antebraço e no controle constante e contínuo de torque em diferentes níveis submáximos de torque.
MÉTODOS: Dezesseis jovens adultos (24,7 ± 2,2 anos de idade) foram solicitados a realizar duas tarefas: produção de torque máximo em pinça lateral (polegar e indicador) e controle constante de torque em pinça lateral. Ambas as tarefas foram avaliadas em quatro posições do cotovelo (livre, 0º, 45º e 90º de flexão) e três níveis submáximos de produção de torque em pinça lateral (20%, 40% e 60%). Torque máximo, variabilidade, irregularidade e precisão da resposta motora foram usados como variáveis dependentes.
RESULTADOS: Maiores valores de torque foram encontrados quando a articulação do cotovelo não foi restringida. O controle de torque não foi influenciado pela posição da articulação do cotovelo. Maior variabilidade, irregularidade e menor precisão na resposta de torque foram registradas com o aumento progressivo dos níveis submáximos de torque.
CONCLUSÃO: Os resultados sugerem que a posição do cotovelo não é um fator determinante para exercícios de reabilitação que incluam torque em supinação do antebraço.

Palavras-chave: torque; cotovelo; controle; supinação.


 

 

INTRODUÇÃO

Explicar como um sistema neuromecânico humano, dotado de tantos graus de liberdade, pode ser controlado pelo Sistema Nervoso Central (SNC) é um dos principais desafios da pesquisa na área de controle motor e com implicações críticas para a intervenção fisioterapêutica. O sucesso na realização de qualquer tarefa exige que o SNC controle muitas variáveis redundantes. Por exemplo, se se considerar o movimento de alcance e preensão manual para o giro de maçaneta de uma porta, diferentes graus de liberdade articular deverão ser controlados pelo SNC. Além disso, durante a preensão estática dos dedos na maçaneta, a mão humana permite um infinito número de combinações de ângulos articulares e de forças e momentos do contato dos dedos.

Este fenômeno pelo qual o SNC tem que lidar com mais possibilidades disponíveis no sistema do que as realmente necessárias para a execução da tarefa, tem sido classicamente denominado de redundância motora1-3. Tarefas manipulativas têm sido particularmente investigadas para compreender esta característica inerente ao sistema neuromotor4-8. A mão, devido a sua singular estrutura mecânica, caracteriza-se como uma "conveniente" ferramenta para estudar o problema de redundância motora9. A mão é formada por conexões seriais das falanges, além de possuir paralelos alinhamentos dos dedos, características que criam, respectivamente, redundância cinética e cinemática8,10. Igualmente, a conexão serial dos segmentos que constituem o membro superior caracteriza-se como fonte de redundância cinética e cinemática. Por exemplo, o diferente posicionamento articular do ombro e/ou do cotovelo pode determinar maior ou menor habilidade de um indivíduo na manipulação de um determinado objeto.

Na literatura, tem sido reportado que a produção de torque máximo de supinação do antebraço é influenciada pela posição do cotovelo e que a maior capacidade geradora de torque ocorre nas posições em que o cotovelo encontra-se em maiores ângulos de flexão, diminuindo à medida que o cotovelo estende-se11-13. Embora o efeito na capacidade de produção de torque máximo de supinação esteja descrito na literatura, até a presente data não foram encontrados estudos que reportam os efeitos da posição do cotovelo no controle de níveis submáximos de torque. Atividades manipulativas de vida diária tais como abrir uma jarra ou fazer uso dos talheres à mesa requerem, eminentemente, produção de níveis submáximos de forças e torques, ao invés de níveis máximos de força e torque. Além disso, durante sessões de reabilitação funcional de membros superiores níveis submáximos de forças rotacionais (torques) do antebraço e dedos da mão são, usualmente, requeridos durante a execução dos exercícios terapêuticos.

Este estudo objetivou investigar o efeito da posição do cotovelo na produção de torque isométrico máximo de supinação do antebraço, assim como na resposta de controle isométrico constante e contínuo de diferentes níveis submáximos de torque. As seguintes hipóteses foram testadas: a) a produção de torque máximo em pinça lateral seria maior quando a articulação do cotovelo estivesse posicionada em níveis intermediários de flexão (por volta de 45º); b) o desempenho da resposta de controle de torque em pinça lateral seria melhor em níveis intermediários de flexão (por volta de 45º); c) sabe-se que, em tarefas de pressão digital e preensão bi-digital, a resposta de controle de força é melhor quando as tarefas são realizadas em níveis médios de força (cerca de 40% da força voluntária máxima)14-16; nesse sentido, diferentes níveis submáximos de controle de torque foram também manipulados, na expectativa de que o desempenho no controle constante e contínuo de torque em pinça lateral fosse melhor à medida que níveis de torque fossem solicitados a 40% do torque máximo.

 

MATERIAIS E MÉTODOS

Dezesseis jovens adultos de ambos os sexos (9 homens e 7 mulheres), com idades entre 20 a 30 anos (24,7 ± 2,3 anos) participaram como sujeitos deste estudo. Todos os participantes foram classificados como destros conforme uso preferencial da mão para comer e escrever e não possuíam histórico de traumas ou neuropatia de membros superiores. Os dados antropométricos dos grupos estão detalhados na Tabela 1. O comprimento da mão foi medido da extremidade distal do dedo médio ao ponto referente ao osso semilunar do punho17. A largura da mão foi medida entre as articulações metacarpofalangeana dos dedos indicador e mínimo17. Todos os participantes consentiram em participar do estudo e assinaram o termo de consentimento livre e esclarecido aprovado pelo comitê de ética da Universidade Federal do Rio Grande do Sul - processo número 2005-509.

Duas tarefas de torque isométrico (TQ) de supinação em pinça lateral (realizada entre a polpa digital do polegar e a face látero-radial da segunda falange do indicador) foram avaliadas com um transdutor de torque customizado4,18,19. Os sujeitos foram solicitados a realizar duas tarefas isométricas: torque voluntário máximo em pinça lateral (TQMAX) e torque constante e contínuo em pinça lateral (TQCONST). O movimento de pinça lateral (polegar e indicador) foi utilizado devido ao fato de que muitas das atividades manipulativas diárias envolvem o controle independente dos dedos da mão, em especial dos dedos polegar e indicador. Todos os sujeitos foram solicitados a manter, durante 15 segundos, torque isométrico constante e contínuo em três níveis submáximos de torque máximo (20% , 40% e 60%). Os níveis submáximos de torque foram mostrados na tela de um osciloscópio, utilizado como feedback visual on-line, onde uma linha fixa horizontal indicou o torque alvo e outra linha móvel horizontal representou o torque produzido pelo sujeito. Ambas as tarefas foram realizadas em ângulos distintos da articulação do cotovelo (0º, 45º e 90º de flexão) e em uma posição livre. A posição livre foi incluída no protocolo para que uma condição experimental, sem restrições do ângulo do cotovelo, fosse usada como referência. Com exceção da posição livre, o membro superior foi mecanicamente restringido com calhas rígidas de alturas ajustáveis que limitaram a articulação do cotovelo aos ângulos pré-estabelecidos. Fitas do tipo Velcro® foram utilizadas para a fixação do membro superior ao longo da calha, mantendo a estabilidade das demais articulações do membro superior. Os ângulos pré-estabelecidos foram reaferidos usando um goniômetro. Em todas as posições, o ombro foi posicionado a aproximadamente 80º de abdução no plano da escápula e rotação interna de aproximadamente 20º, pronação da articulação rádio-ulnar em aproximadamente 80º e punho em extensão de aproximadamente 20º. O plano escapular foi definido como sendo o plano orientado 30º anteriormente ao plano frontal (Figura 1). Cada uma das tentativas iniciou com o sinal de "pronto", e o sujeito foi instruído a sobrepor a linha móvel à linha alvo fixada em cada nível relativo de torque máximo. As posições testadas e os níveis submáximos de torque foram apresentados aleatoriamente aos sujeitos.

O sinal de resposta do transdutor foi amplificado por um condicionador de sinais (ENTRAN MSC6), convertido por uma placa A/D (Dataq Instruments, Inc. Akron, USA) e amostrado a 500Hz. Os dados foram adquiridos em computador modelo PC (Pentium 200). Os sinais adquiridos foram suavizados (filtro Butterworth passa baixa de segunda ordem) com freqüência de corte de 25Hz4,19. Durante a tarefa TQMAX, o pico de torque produzido foi selecionado como máximo. Na tarefa de TQCONST, os cinco segundos iniciais de cada tentativa foram retirados a fim de excluir o período inicial de ajuste do torque ao feedback visual. Média, desvio-padrão (DP), entropia aproximada (EnAp)20 e erro RMS (RMSe) foram computados como variáveis dependentes ao longo dos 10 segundos restantes. Os dados foram processados em Matlab® (Matlab 5.3, MathWorks, Inc.) em programas redigidos especificamente para este estudo. O valor da EnApm,r foi calculado usando um comprimento do período m= 2 e um filtro com largura de r= 0,2*DP.

Verificada a normalidade dos dados, estatística descritiva padrão e ANOVA para medidas repetidas foram usadas, tendocomo fatores POSIÇÃO [4 níveis: livre, 0º, 45º, 90º] e NIVEIS DE TORQUE [3 níveis: 20%; 40%; 60%]. Testes post hoc (Tukey) foram calculados para identificar as diferenças entre os fatores. Testes de esfericidade dos dados foram realizados e, para os casos em que níveis significativos foram encontrados, devida correção foi efetuada. Testes de contrastes foram reportados na descrição dos resultados para os fatores cujo efeito foi revelado. Níveis de significância p< 0,05 foram adotados.

 

RESULTADOS

Em geral, os resultados mostraram que não houve efeito dos ângulos do cotovelo na resposta de controle de torque em níveis submáximos. No entanto, quando solicitado aos participantes para realizarem a tarefa TQMAX, valores significativamente mais altos de torque máximo foram encontrados na posição livre (1,0 Nm ± 0,3) comparados com as posições de extensão (0,8 Nm ± 0,3), flexão de 45º (0,9 Nm ± 0,3) e flexão de 90º (0,9 Nm ± 0,3). Esses resultados foram confirmados pela ANOVA que mostrou efeito do fator posição para o TQMAX [Wilks' Lambda 0,196 F(3,13)= 17,743; p< 0,001] e cujo teste revelou diferença entre a posição livre comparada às demais posições (p< 0,05).

Em relação à média de torque produzido em cada uma das posições testadas na tarefa TQCONST, confirmou-se que os níveis submáximos requeridos de torque foram distintamente realizados pelos sujeitos (Figura 2A). AANOVA revelou efeito somente para o fator níveis de torque [Wilks' Lambda 0,089 F(3,13)= 11,161; p< 0,001] e não revelou efeito para o fator posição. Nenhuma interação entre os fatores foi identificada. O teste de contraste realizado mostrou uma tendência significativa do tipo linear (p< 0,001), isto é, a média de torque produzido aumentou à medida que níveis submáximos mais altos de torque foram requeridos. Diferenças foram encontradas na comparação entre todos os níveis (p< 0,05).

A precisão da resposta motora foi medida por meio do Erro RMS. O erro aumentou à medida que níveis submáximos mais altos de torque foram exigidos (Figura 2B). Os resultados da ANOVA não revelaram efeito para o fator posição articular; porém, mostraram efeito para o fator níveis submáximos de percentual de torque [Wilks' Lambda 0,402; F(2,14)= 10,412; p< 0,002]. Nenhuma interação entre os fatores foi verificada. O teste de contraste mostrou uma tendência significativa do tipo linear (p< 0,001), confirmando a relação entre as variáveis. Testes post hoc (Tukey) evidenciaram diferenças significativas no controle de torque na posição em extensão do cotovelo entre os níveis 20% e 60% (p< 0,001) e na posição de flexão de 90º de cotovelo entre os níveis 20% e 60% (p< 0,001) e entre os níveis 40% e 60% (p< 0,027). Na posição livre e na posição de 45º de flexão nenhuma diferença foi encontrada.

A variabilidade na resposta de controle de torque, medida por meio do desvio-padrão da fase contínua e constante da tarefa de TQCONST, não diferiu entre as posições testadas. No entanto, quando os participantes foram solicitados a realizar níveis submáximos distintos do torque máximo, a variabilidade aumentou nos níveis mais altos de controle de torque, conforme mostrado na Figura 2C. Esses achados foram confirmados pela ANOVA que revelou efeito somente para o fator níveis de torque [Wilks' Lambda 0,183 F(2,9)= 20,026; p< 0,001]. Nenhuma interação entre os fatores foi encontrada. O teste de contraste mostrou uma tendência significativa do tipo linear (p< 0,001), significando que, à medida que o nível relativo de torque aumentou, a variabilidade no controle de torque aumentou linearmente. Testes post hoc (Tukey) indicaram diferença na variabilidade do controle de torque na posição livre e em extensão de cotovelo entre os níveis de 20% e 60% (p< 0,001); na posição de 45º entre os níveis de 20% e 40% (p< 0,029), entre os níveis 20% e 60% (p< 0,001) e entre os níveis 40% e 60% (p< 0,013). Quando o cotovelo foi posicionado a 90º de flexão, diferenças significativas foram encontradas entre os níveis 20% e 60% (p< 0,001) e entre os níveis 40% e 60% (p< 0,001).

Os resultados da irregularidade da resposta motora, medida por meio do cálculo da EnAp, indicaram que o controle de torque tornou-se mais irregular à medida que os níveis submáximos mais altos de torque foram solicitados. Esses resultados foram suportados pela ANOVA que não mostrou efeito para a posição articular, todavia, apresentaram efeito para o fator níveis submáximos de torque [Wilks' Lambda 0,385 F(2,14)= 11,204; p< 0,001]. O teste de contraste também mostrou uma tendência significativa do tipo linear (p< 0,001) para essa variável, ou seja, à medida que o percentual de torque aumentou, a irregularidade no controle de torque aumentou linearmente. Testes post hoc (Tukey) mostraram que irregularidade diferiu no controle de torque na posição livre entre os níveis 20% e 40% (p< 0,047) e também entre os níveis 20% e 60% (p< 0,011). Na posição de extensão do cotovelo, diferenças foram encontradas entre os níveis 20 e 40% (p< 0,041) e entre os níveis 20% e 60% (p< 0,037); na posição de 45º de flexão, entre os níveis 20% e 40% (p< 0,017) e entre os níveis 20% e 60% (p< 0,001). Na posição de flexão a 90º do cotovelo, foram encontradas diferenças entre os níveis 20% e 40% (p< 0,041) e entre os níveis 20% e 60% (p< 0,05) conforme mostra Figura 2D.

 

DISCUSSÃO

Este estudo analisou o efeito da posição da articulação do cotovelo na resposta máxima e de controle de torque isométrico de supinação. Os resultados, em geral, mostraram que a resposta de controle de torque não foi influenciada pela posição da articulação do cotovelo, ao passo que maior variabilidade, maior irregularidade e menor precisão foram registradas com o progressivo aumento nos níveis de torque na resposta de controle motor para a tarefa estudada. Além disso, a maior produção de torque ocorreu na posição preferida pelos sujeitos, quando a articulação do cotovelo não estava restringida a ângulos articulares pré-estabelecidos experimentalmente.

A maior produção de torque verificada para a posição livre pode ser explicada em função das propriedades neuromecânicas dos músculos do cotovelo e antebraço envolvidos na tarefa. O torque solicitado aos sujeitos foi um torque isométrico de supinação em pinça lateral, cuja ação, mesmo que isométrica, envolveu músculos que cruzam a articulação do cotovelo tais como o bíceps braquial, o braquiorradial e o supinador. Bechtel e Caldwell11 reportaram valores mais altos de torque de supinação quando o cotovelo esteve flexionado a 90º e uma diminuição gradual de torque com a extensão do cotovelo11. Efeitos significativos dos ângulos do cotovelo na produção de torque máximo têm sido também reportados quando o antebraço está posicionado a 75% de pronação e o cotovelo flexionado em 135º13. Além disso, tem sido registrado que o pico de torque na supinação ocorre na posição em que o cotovelo está flexionado a 85º diminuindo em até 48% à medida que o cotovelo foi posicionado a 45º de flexão21.

Ainda que os estudos citados difiram quanto à relação entre torque máximo e o ângulo do cotovelo e antebraço, os mesmos convergem ao fato de que uma maior capacidade geradora de torque ocorre nas posições em que o cotovelo encontra-se em maiores ângulos de flexão, ou seja, acima de 80º. Além disso, os estudos anteriores concordam que essa capacidade diminui à medida que o cotovelo estende-se. No presente estudo, resultados distintos foram encontrados. O ângulo do cotovelo também foi testado em 0º (ou extensão total), 45º e 90º de flexão; todavia, nenhuma diferença foiencontrada entre as posições testadas. É possível que as calhas utilizadas para a restrição da articulação do cotovelo nos ângulos pré-estabelecidos tenham limitado, parcial e mecanicamente, a ação da musculatura agonista. Estratégias neuromusculares vivenciadas anteriormente pelos sujeitos investigados podem ter resultado em uma maior capacidade de produção de torque nessa posição.

Ainda que neste estudo a ação flexora do bíceps braquial sobre a articulação do cotovelo não tenha sido diretamente avaliada, destaca-se o papel desse músculo na supinação isométrica do antebraço durante a execução da tarefa testada (TQMAX). O bíceps braquial, por ser um músculo biarticular, é responsável pela transmissão de potência ou energia através da articulação do cotovelo e por posicionar o membro superior. No que diz respeito à capacidade de produção de torque de flexores e extensores do cotovelo, sabe-se que a capacidade isométrica de músculos que cruzam a articulação do cotovelo depende tanto das diferenças arquitetônicas (principalmente a área de secção transversal fisiológica e o comprimento ótimo dos fascículos musculares) quanto do braço de momento (distância entre a linha de ação do músculo e o centro de rotação articular) dos músculos envolvidos na ação22. Sabendo-se que a magnitude de torque resulta do produto entre a força de um músculo ou de um grupo de agonistas pelo seu braço de momento, inferências podem ser feitas a respeito da relação força-comprimento dos músculos por meio da relação torque-ângulo. Tem sido estabelecido que, para os flexores do cotovelo, o braço de momento é maior em uma posição intermediária, isto é, articulação do cotovelo em cerca de 90º de flexão21,23, acima de 80º de flexão, e por volta de 100º de flexão24,25 e menor na extensão total e flexão total23. Como o braço de momento para a maioria dos músculos muda ao longo de sua amplitude de movimento, o torque muscular é freqüentemente máximo em uma posição intermediária do cotovelo23. Mesmo havendo divergência entre os resultados do presente estudo e dos estudos anteriores, parece que ângulos de flexão maiores que 45º oferecem à musculatura maior capacidade geradora de torque em flexão assim como em supinação.

Além do torque máximo, a resposta motora durante a tarefa de torque isométrico, contínuo e constante foi avaliada em função de diferentes posições articulares e níveis submáximos de torque. Os resultados não mostraram efeito da posição articular do cotovelo sobre a resposta de controle de torque. No entanto, quando os participantes foram solicitados a controlar o torque em níveis submáximos distintos, maior variabilidade da resposta motora foi observada. Esses resultados convergem com achados de estudos anteriores para tarefas de controle de força de pressão digital26, preensão bidigital em pinça14 e torque em pinça lateral4,19.

O presente estudo examinou, também, a estrutura da variabilidade da resposta de torque no domínio do tempo. Essa análise foi feita por meio da regularidade do sinal de torque (EnAp) e avaliou a previsibilidade da resposta do sistema ao longo do tempo20. Essa análise oferece informações sobre a capacidade do sistema sensório-motor de ajustar-se e de explorar as possibilidades de controle do sistema motor27,28. Os resultados do presente estudo demonstraram efeito da irregularidade nos níveis submáximos de torque avaliados e convergem com os resultados encontrados em estudos anteriores18,26,28,29. Aumento da irregularidade tem sido observado até um ponto máximo (40%), quando um declínio é observado a menores valores de entropia aproximada. Neste estudo, diferenças foram constatadas entre os níveis 20% e 40% e 20% e 60%, o que significa que à medida que níveis maiores de torque foram exigidos, uma maior flexibilidade do sistema foi necessária, até certo nível, quando então a irregularidade parece ter-se estabilizado.

A precisão da resposta motora sofreu efeito dos níveis de torque, evidenciando que o erro para atingir a meta da tarefa aumentou à medida que níveis submáximos mais altos de torque foram exigidos. Estes achados convergem com estudos anteriores26,30, os quais também relataram menor precisão em níveis maiores de força. O erro RMS, usado como medida de precisão, indicou a dificuldade do sujeito em atingir o alvo; neste caso, em atingir o nível relativo de torque solicitado e mantê-lo de forma constante e contínua. Ainda que não tenha sido encontrado efeito da posição do cotovelo sobre a resposta de controle de torque, observou-se uma tendência para maiores valores para essa variável na posição livre em todos os níveis submáximos de torquequando comparada com as demais posições. É possível que a calha utilizada para restringir a angulação do cotovelo tenha cumprido um papel estabilizador do torque gravitacional gerado pela massa do segmento quando se compara com a posição livre em que o membro permaneceu suspenso pelo sujeito durante a execução da tarefa.

Embora o registro cinemático da tarefa investigada não tenha sido realizado durante a coleta, baseado na observação qualitativa da posição livre adotada pelos participantes, verificou-se que, em geral, os sujeitos adotaram aproximadamente 45º de flexão do cotovelo.

 

CONCLUSÃO

Os resultados deste estudo permitiram as seguintes conclusões: a) a capacidade máxima de produção de torque de supinação do antebraço está mais relacionada às estratégias neuromusculares adotadas pelos sujeitos do que ao posicionamento mecânico da articulação do cotovelo; b) a posição da articulação do cotovelo não interfere no controle de torque de supinação do antebraço; c) maiores níveis de torque de supinação do antebraço demandam ajustes neuromotores mais complexos no sistema sensório-motor.

Uma das limitações do presente estudo foi a possível interferência do dispositivo mecânico utilizado (a calha) na execução das tarefas. O uso de cinemetria permitiria a mensuração de parâmetros cinemáticos com maior precisão e sem interferências na execução da tarefa motora em si. Não obstante, os resultados reportados neste estudo possuem implicações fisioterapêuticas e ergonômicas que não podem ser ignoradas. Em geral, tais achados sugerem que, na reabilitação de movimentos de antebraço, variações do ângulo da articulação do cotovelo não possuem implicações clínicas diretas para tarefas em que a precisão da resposta motora seja a meta. No entanto, a posição do cotovelo é crítica para tarefas cotidianas em que torques máximos sejam requeridos. Além disso, destaca-se que os resultados reportados neste estudo fornecem informações relevantes à elaboração de modelos ergonômicos que considerem forças e torques máximos e submáximos do cotovelo.

 

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Correspondência para:
Marcio Alves de Oliveira
Department of Kinesiology, University of Maryland
College Park, MD 20742 – Estados Unidos
e-mail: marcio@umd.edu

Recebido: 23/03/2007
Revisado: 10/07/2007
Aceito: 17/10/2007

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