TAXA DE DESENVOLVIMENTO DE FORÇA E ATIVAÇÃO NEURAL EM MULHERES PÓS-MENOPAUSADAS

RATE OF FORCE DEVELOPMENT AND NEURAL DRIVE IN POSTMENOPAUSAL WOMEN

TASA DE DESARROLLO DE LA FUERZA Y ACTIVACIÓN NEURONAL EN MUJERES POSMENOPÁUSICAS

RESUMO

Introdução:

O envelhecimento associa-se à redução da velocidade de contração e ativação das fibras musculares, influenciando a aptidão física e o desempenho funcional.

Objetivo:

Verificar o comportamento da taxa de desenvolvimento de força (TDF) e ativação neural em mulheres pós-menopausadas.

Métodos:

Vinte e quatro mulheres pós-menopausadas (63,2 ± 5,6 anos; 154,5 ± 7,3 cm e 64,7 ± 7,6 kg), funcionalmente independentes e fisicamente ativas, foram submetidas simultaneamente, à mensuração da força isométrica máxima e dos sinais eletromiográficos (EMG) dos seguintes músculos: vasto lateral (VL), reto femoral (RF) e vasto medial (VM), durante uma extensão unilateral do joelho do membro dominante. Tais resultados foram utilizados para calcular a TDF, o impulso contrátil, em intervalos de 20 ms nos primeiros 200 ms da contração muscular pelo uso da curva força/tempo, a taxa de ativação EMG (TAE) e a amplitude média EMG, em intervalos de 40 a 80 ms do início da integração EMG pelo uso da curva EMG/tempo.

Resultados:

Os valores da força variaram entre 29,19 a 86,04 N.m; a TDF variou de 1459,42 N.m.s-1 para 430,21 N.m.s-1 em 20 ms e 200 ms respectivamente, apontando valores decrescentes com o tempo; para o impulso foram observados valores entre 0,65 a 11,07 N.m.s; na mesma direção da TDF, a TAE apresentou valores decrescentes para o VL (1676,08 a 844,41 µVs-1), para o RF (1320,88 a 637,59 µVs-1) e para o VM (1747,63 a 914,09 µVs-1) em 20 e 200 ms, enquanto a amplitude EMG média teve valores de 33,77 a 50,32 µV para o VL, de 24,93 a 38,07 µV para o RF e de 37,07 a 54,78 µV para o VM em 40 ms e 80 ms, respectivamente.

Conclusão:

Em mulheres pós-menopausadas, a velocidade de aumento, a manutenção da força e a ativação EMG não são suficientes para manter TDF e TAE crescentes, demonstrando um possível risco de incapacidades funcionais e ocorrência de quedas.

Descritores:
envelhecimento; força muscular; eletromiografia

ABSTRACT

Introduction:

Aging is associated with a reduction in the speed of contraction and activation of muscle fibers, influencing physical fitness and functional performance.

Objective:

To verify the rate of force development (RFD) and neural activation in postmenopausal women.

Methods:

Twenty-four postmenopausal women (63.2±5.6 years; 154.5±7.3 cm and 64.7±7.6 kg) functionally independent and physically active were submitted simultaneously to the measurement of maximal isometric force and electromyographic signals (EMG) of the following muscles: vastus lateralis (VL), rectus femoris (RF), and vastus medialis (VM) for a unilateral extension of the knee of the dominant limb. These results were used to calculate the RFD, the contractile impulse in 20-ms intervals during the first 200ms of the muscle contraction by the force/time curve, the EMG activation rate (EAR), and the mean EMG amplitude, at intervals of 40 to 80ms from the start of the EMG integration by using the EMG/time curve.

Results:

The force values ranged from 29.19 to 86.04Nm; the RFD varied from 1459.42 to 430.21N.m.s-1 in 20ms and 200ms, respectively, indicating decreasing values with time; for the impulse values were observed between 0.65 and 11.07Nms; in the same direction of RFD, the EAR showed decreasing values for the VL (1676.08 to 844.41µVs-1), for the RF (1320.88 to 637.59µVs-1), and the VM (1747.63 to 914.09µVs-1) at 20 and 200ms, while the mean EMG amplitude had values of 33.77 to 50.32µV for the VL, 24.93 to 38.07µV for RF, and 37.07 to 54.78µV for the VM in 40ms and 80ms, respectively.

Conclusion:

In postmenopausal women, the increase rate, the maintenance of force, and the EMG activation are not sufficient to maintain the increase of RFD and EAR, demonstrating a potential risk of functional disabilities and falls.

Keywords:
aging; muscle strength; electromyography

RESUMEN

Introducción:

El envejecimiento se asocia con la reducción de la velocidad de contracción y la activación de las fibras musculares, que influyen la aptitud física y el rendimiento funcional.

Objetivo:

Comprobar la tasa de desarrollo de la fuerza (TDF) y la activación de las fibras musculares en mujeres posmenopáusicas.

Métodos:

Veinticuatro mujeres posmenopáusicas (63,2 ± 5,6 años; 154,5 ± 7,3 cm y 64,7 ± 7,6 kg), con independencia funcional y físicamente activas, fueron sometidas simultáneamente a la medición de la fuerza isométrica máxima y de las señales electromiográficas de los siguientes músculos: vasto lateral (VL), recto femoral (RF) y vasto medial (VM) para una extensión unilateral de la rodilla de la extremidad dominante. Estos resultados se utilizaron para calcular la TDF y el impulso contráctil en intervalos de 20 ms durante los primeros 200 ms de la contracción del músculo mediante la curva fuerza/tiempo, la tasa de activación EMG (TAE) y la amplitud EMG media, a intervalos de 40 a 80 ms del inicio de la integración EMG, mediante el uso de la curva EMG/tiempo.

Resultados:

Los valores de fuerza variaron desde 29,19 hasta 86,04Nm; la TDF varió de 1.459,42N.m.s-1 hasta 430,21N.m.s-1 en 20 ms y 200 ms, respectivamente, lo que indica valores decrecientes con el tiempo; para el impulso, se observaron valores entre 0,65 y 11,07 N.m.s; en la misma dirección de la TDF, la TAE mostró valores decrecientes para VL (1676,08 a 844,41 µVs-1), para RF (1320,88 a 637,59 µVs-1) y para VM (1747,63-914,09 µVs-1) a 20 y 200 ms, mientras que el promedio de la amplitud EMG tuvo valores de 33,77 a 50,32 µV para VL, de 24,93 a 38,07 µV para RF y 37,07 a 54,78 µV para VM en 40 ms y 80 ms, respectivamente.

Conclusión:

En las mujeres posmenopáusicas, la velocidad del aumento, el mantenimiento de la fuerza y la activación EMG no son suficientes para mantener la TDF y la TAE crecientes, lo que demuestra un posible riesgo de discapacidad funcional y caídas.

Descriptores:
envejecimiento; fuerza muscular; electromiografía

INTRODUÇÃO

Concomitantemente com o processo de envelhecimento, ocorrem importantes alterações neuromusculares que podem influenciar a saúde e a qualidade de vida dos idosos^1,2 ao reduzir a independência funcional para a realização das tarefas diárias³, aumentar os riscos de quedas, fraturas, imobilizações, internação, isolamento social, depressão e mortalidade por todas as causas⁴.

Dentre as possíveis alterações neuromusculares decorrentes do envelhecimento, destaca-se a perda gradual dos neurônios motores espinhais^5,6, responsável pela redução no tamanho e número de fibras musculares⁶, podendo resultar em uma diminuição significante da massa e força muscular, condições estas, denominadas de sarcopenia e/ou dinapenia⁷.

Devido à sarcopenia, as fibras musculares de contração rápida, ou tipo II, são as mais prejudicadas pela denervação dos neurônios motores (NM), quando comparadas com as fibras de contração lenta ou tipo I⁸. Em termos de desempenho funcional, tal fato cresce em importância, haja vista que essas fibras têm papel de destaque em tarefas motoras que necessitem de movimentos velozes e/ou de força, como por exemplo, em ações relacionadas com a recuperação do equilíbrio⁹ ou durante a realização de tarefas simples do dia a dia, como caminhar ou subir escadas⁶.

A velocidade inicial do movimento é determinada pela taxa de desenvolvimento de força (TDF), obtida pela curva força/tempo, variável dependente de uma maior estimulação das fibras do tipo II⁸. Em relação ao componente neural, algumas das alterações ocorridas relacionadas à idade podem ser observadas por meio da taxa de ativação eletromiográfica (TAE)⁶ ao mensurar-se a amplitude e duração dos potenciais de ação da unidade motora pelo uso da eletromiografia de superfície (EMG)¹⁰.

As alterações neuromusculares relacionadas ao envelhecimento são dependentes do sexo e apesar de os homens apresentarem maior velocidade de redução da força e da potência muscular, as mulheres podem ser mais vulneráveis, por apresentarem menor volume de massa muscular inicial, por apresentarem maior expectativa de vida e elevadas taxas de limitações funcionais¹¹. Portanto, o conhecimento sobre o comportamento da TDF e da TAE, em mulheres pós-menopausadas, além de ampliar o conhecimento sobre a temática, pode contribuir para desenvolvimento das estratégias para a manutenção ou desaceleração das perdas musculares relacionadas com os efeitos deletérios do envelhecimento sobre a função neuromuscular e sobre o desempenho funcional.

Diante do exposto, o presente estudo teve como objetivo, verificar o comportamento da TDF e ativação neural em mulheres pós-menopausadas.

MÉTODOS

Vinte e quatro mulheres pós-menopausadas (63,2±5,6 anos; 154,5±7,3 cm e 64,7±7,6 kg), funcionalmente independentes e fisicamente ativas no lazer, participaram da amostra deste estudo descritivo.

Para participar do estudo, as voluntárias não deveriam ser praticantes de treinamento de força (pelo menos nos últimos seis meses); serem normotensas ou terem a pressão arterial controlada, não relatarem lesões musculares ou articulares nos membros inferiores e serem capazes de entender os objetivos do estudo, bem como, as explicações relacionadas à realização do mesmo.

A pesquisa foi aprovada pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade Federal de Alagoas sob o número de protocolo 817.007, de acordo com a Resolução 466/12 do Conselho Nacional de Saúde. Todas as voluntárias assinaram o Termo de Consentimento Livre e Esclarecido.

A mensuração da força isométrica máxima e o sinal EMG foram avaliados simultaneamente. Durante a contração isométrica voluntária máxima (CIVM) foram a realizadas três tentativas do movimento de extensão do joelho do membro dominante, em um ângulo articular de 60° (sendo o "0" correspondente a uma extensão completa) mensurado com auxílio de um goniômetro eletrônico (EMG System do Brasil, SP Ltda). A contração deveria ser mantida por cinco segundos e, em termos eletromiográficos, considerou-se o início da contração muscular, quando o torque (T) superou os sete e meio N.m. Para todas as variáveis, foi analisada a tentativa de teste que apresentou maior valor da CIVM.

Os testes foram realizados em uma cadeira de Bonnet adaptada, para evitar movimentos indesejáveis durante a realização do teste, o quadril foi fixado à cadeira com auxílio de cintas de lona. Nessa posição, o tornozelo era fixado à uma célula de carga (EMG System do Brasil, SP Ltda) com auxílio de uma braçadeira (localizada acima dos maléolos), ligada a uma corrente presa na extremidade fixa da cadeira.

O momento da CIVM (M_CIVM) foi calculado com a equação 1, de acordo com os procedimentos propostos por Aagaard et al¹².

M_CIVM = T+Mg(N.m) .......................................................................(1)

A correção pela massa da gravidade (Mg) foi realizada conforme estudos semelhantes^12-14, com auxílio da equação 2.

Mg =m.r.senθ .....................................................................................(2)

A massa da perna e do pé descrita por "m" foi estimada pela equação 3, que utiliza valores constantes publicados anteriormente¹⁵.

m = 0,0061*massa corporal+massa da corrente.....(3)

A distância do eixo para o centro de massa foi denominada por "r", descrito na equação 4. E θ é o ângulo formado entre o local da braçadeira na perna e o plano vertical¹⁵.

r = 0,606*comprimento da perna .....................................(4)

Imediatamente antes do início do teste os sujeitos realizaram uma sessão de familiarização e após três minutos de intervalo realizaram o teste propriamente dito. Todos os sujeitos foram instruídos a realizar a contração o mais rápido e vigorosamente possível¹⁶, recebendo durante a contração o encorajamento verbal dos avaliadores.

O cálculo da TDF foi obtido através dos valores médios da curva momento/tempo (∆momento/∆tempo) durante os primeiros 200ms de contração, em intervalos de tempo de 20ms, sendo o impulso contrátil definido como a área sob a curva momento/tempo de 20ms até 200ms da contração muscular¹³.

Antes da realização do teste, os locais dos eletrodos foram cuidadosamente demarcados, realizou-se a tricotomia, abrasão e a limpeza da pele com álcool nos locais onde os eletrodos seriam fixados.

Os sinais EMG foram mensurados com eletrodos de superfície (Ag/AgCl-Meditrace 3M, SP, Brasil), simples diferencial, pré-amplificados, com uma distância inter-eletrodos de 20mm, posicionados nos ventres e longitudinalmente à direção das fibras musculares do vasto lateral (VL), medial (VM) e reto femoral (RF), como recomendado pelo manual: Surface EMG for a Non-invasive Assessment of Muscles¹⁷. Os sinais foram amplificados pelo eletromiógrafo de superfície (EMG System do Brasil, SP Ltda).

Os dados foram tratados retirando-se o componente contínuo (off set) e filtrados com Butterworth de quarta ordem em baixa e alta frequência (10-500Hz) no sinal EMG nos mesmos intervalos de tempo.

Todos os sinais (CVM e EMG) foram amostrados em 2000Hz. Analogamente à TDF, a TAE foi obtida através da curva EMG/tempo (∆EMG/∆tempo) nos intervalos 0-40, 0-60 e 0-80ms do início da iEMG.

A integração EMG (iEMG) foi iniciada 70ms antes do início da contração muscular para considerar o atraso eletromecânico. Os intervalos de tempo para cálculo da TAE foram reduzidos em relação à TDF devido a uma diminuição da amplitude EMG que comumente ocorre no início da contração muscular (80-100ms)^18,13. A amplitude média EMG (EMG médio) foi obtida pela razão entre o iEMG e pelo tempo de integração (iEMG/tempo) nos intervalos 0-40, 0-60 e 0-80ms da integração do EMG. Todas as medidas foram mensuradas por um único avaliador.

Análise estatística

No programa estatístico SPSS versão 12.0 foram verificados a normalidade e homogeneidade dos dados com os testes de Shapiro-Wilk e Levene, bem como calculadas as médias e desvios-padrão para todas as variáveis do estudo. No programa Excel 2.0 (Microsoft, Estados Unidos) foram calculadas: a TDF, o Impulso, a TAE e o EMG médio.

RESULTADOS

Os valores médios da força durante os primeiros 200ms de contração muscular em intervalos de 20ms apresentaram-se entre: 29,19 N.m no início da contração e 86,04 N.m nos 200ms da contração muscular, como pode ser observado na Figura 1.

Figura 1
Curva força-tempo nos primeiros 200ms da contração muscular (n=24).

Os valores da TDF (∆momento/∆tempo), avaliados durante 200ms, em intervalos de tempo de 20ms, apresentaram valores decrescentes na força de acordo com o tempo (Figura 2). Nos intervalos de 0-20 e 0-200 os valores observados distribuíram-se entre: 1459,42 à 430,21 N.m.s^-1.

Figura 2
Taxa de desenvolvimento de força nos primeiros 200ms da contração muscular (n=24).

A área sob a curva força-tempo, definida como o impulso contrátil, foi calculada no intervalo de 20 até 200ms em intervalos de 20ms desde o início da contração muscular (Figura 3), a delimitação da área de cada intervalo pode ser observada na Figura 1.

Figura 3
Impulso contrátil (n=24) m.

Nos intervalos de 0-40 a 0-200ms o impulso apresentou valores crescentes de 0,65 à 11,07 N.m.s, refletindo toda a história do tempo de contração muscular relacionada ao desenvolvimento da força.

A TAE (∆EMG/∆tempo) foi obtida nos intervalos de 0-40, 0-60 e 0-80 ms relativos ao início da integração EMG e observou-se valores de 1320,88; 814,76 e 637,59 µVolt.s para o músculo RF, 1676,08; 1107,60 e 844,41 µVolt.s para o VL e 1747,63; 1224,19 e 914,09 µVolt.s para o VM, conforme a Figura 4.

Figura 4
Taxa de ativação eletromiográfica (∆EMG/∆tempo) (n=24).

Ao se verificar a ativação neural eferente (iEMG/tempo de integração), a amplitude média EMG calculada nos intervalos de 0-40, 0-60 e 0-80ms no início da integração EMG (Figura 5) apresentou os valores de 24,93; 33,84 e 38,07 µVolt para o RF, foram observados valores de 33,77, 44,76 e 50,32 µVolt para o VL e observou-se valores de 37,07, 48,60 e 54,78 µVolt para o VM. Assim, o músculo VM demonstrou maior ativação durante a extensão isométrica de joelho.

Figura 5
Amplitude media EMG (n=24).

DISCUSSÃO

A proposta desse estudo foi verificar o comportamento da TDF e TAE em mulheres pós-menopausadas e fisicamente ativas. A curva força tempo, o impulso e a amplitude média EMG aumentaram com o tempo, enquanto observou-se valores decrescentes com o passar do tempo para a TDF e TAE para os músculos RF, VM e VL.

Em pessoas de meia idade e idosas em diversas situações da vida diária, como por exemplo: subir escadas, levantar da cadeira ou diante da necessidade de se reestabelecer a postura a fim de evitar quedas⁶ é desejável que a TDF se mantenha em níveis adequados, principalmente, durante a fase inicial (0-200ms) da contração muscular⁸, ao invés de apenas uma elevada força de contração isométrica. Quando comparados com sujeitos jovens, em idosos, a redução da força e da TDF pode chegar a 50 e 51%, respectivamente, sendo ainda maior para as pessoas mais velhas¹⁹.

Nesse estudo observou-se uma curva força/tempo crescente durante os primeiros 200ms da contração muscular (Figura 1), entretanto, quando calculada a TDF (∆momento/∆tempo) em intervalos de 20ms, pode-se observar um comportamento decrescente dos valores, com o decorrer do tempo (Figura 2). Embora a força seja elevada no momento muito inicial da contração muscular (0-20ms), a capacidade de gerar força rapidamente não é mantida, de modo que o aumento da força não se adapta a passagem do tempo. A redução da TDF observada neste estudo corrobora os verificados em outros estudos^20-22. Suetta et al.²³ investigou sujeitos idosos de ambos os sexos e observou comportamento semelhante da TDF. Entretanto, em jovens, a TDF tende a apresentar valores crescentes com o aumento do tempo^13,24,25.

A magnitude do impulso (Figura 3) reflete a velocidade angular e no presente estudo o impulso contrátil apresentou valores crescentes, refletindo assim, toda a história da contração a partir da integração de vários momentos da curva força/tempo, semelhante aos estudos de Suetta et al.²³ em idosos e Aagaard et al.¹³ em jovens.

O processo de envelhecimento do sistema neuromuscular ao nível das unidades motoras pode explicar as possíveis causas dos diferentes comportamentos da TDF entre jovens e idosos. Com o passar dos anos, verifica-se uma atrofia seletiva dos NM das fibras tipo II ou de contração rápida¹⁸. Dessa forma, as fibras antes inervadas por NM com propriedades anaeróbias, sofrem um processo de remodelagem da unidade motora, e passam a ser inervadas por NM com propriedades oxidativas, alterando as propriedades das fibras tipo II para fibras tipo I²⁶, o que pode influenciar diretamente a velocidade da geração de força no início da contração muscular.

De maneira semelhante à TDF, no decorrer da contração, a TAE (∆EMG/∆tempo) apresentou valores decrescentes, nos músculos observados (VL, RF e VM) nos primeiros 80ms do início da integração EMG (Figura 4). Aagaard et al.¹³ observou um comportamento crescente da TAE, entretanto, os autores utilizaram uma amostra de atletas jovens do sexo masculino submetidos ao treinamento de força. Lamentavelmente, nas buscas realizadas durante a revisão de literatura, não foram encontrados estudos que descrevessem os valores da TAE por intervalos de tempo em idosos.

A redução da TAE, durante os primeiros 80ms da contração muscular, pode ser resultado de modificações na variabilidade de descarga das UMs⁸, ocasionada pela predominância de UMs lentas. Assim, de modo semelhante à TDF, a TAE não conseguiu acompanhar a passagem do tempo, demonstrando uma lenta ativação das fibras musculares, o que pode refletir em maior risco de queda, fraturas e dependência funcional especialmente em mulheres após a menopausa.

Quando calculado o EMG médio com a integração da área sob a curva ∆EMG/∆tempo, analogamente ao impulso contrátil, este demonstra o resumo de todo o período da contração muscular (0-80ms), pode-se observar valores crescentes no presente estudo para os músculos VM, RF e VL (Figura 5) semelhante aos estudos com jovens¹³ e contrariamente aos valores decrescentes observados em idosos do grupo controle do estudo de Gurjão et al.²⁷, provavelmente pela característica da amostra do presente estudo ser fisicamente ativa no lazer. Não foram observados outros estudos que tenham examinado o EMG médio dos músculos VL, RF e VM em mulheres de meia idade ou idosas.

Interessantemente, mesmo apresentando um comportamento decrescente da TAE devido a não sustentação da velocidade de ativação durante os primeiros 200ms da contração muscular, as UMs parecem aumentar a taxa de descarga durante o intervalo de 0-80ms, ao se observar um comportamento crescente do EMG médio. Visto que o número de UM é reduzido em idosos²⁸, durante as contrações voluntárias, a taxa de descarga poderia aumentar, mesmo que insuficientemente, para aperfeiçoar as propriedades de somação do músculo esquelético e assim, promover uma adaptação neurofisiológica para a perda de UMs¹⁸ que resulta no aumento do impulso contrátil.

O objetivo e métodos propostos para o presente estudo, não permitiram a verificação da capacidade adaptativa do sistema neuromuscular em relação a programas de intervenção, nem a comparação com mulheres jovens. Entretanto, verificaram-se resultados interessantes e pouco explorados, como por exemplo, o comportamento da variação da TDF, o impulso contrátil, a TAE e o EMG médio em mulheres de meia idade e idosas, após o período da menopausa, em músculos do membro inferior, devido à importância desses, no desempenho funcional e prevenção de quedas^20,22,29.

CONCLUSÃO

Verificou-se que em idosos, a taxa de desenvolvimento da força, apresenta um comportamento decrescente indicando a incapacidade do sistema neuromuscular dos músculos do quadríceps em gerar e manter o aumento rápido da força de modo a superar a passagem do tempo no período muito inicial da contração muscular. Da mesma forma, a TAE demonstrou-se decrescente nos primeiros 80ms da integração EMG, indicando um aumento insuficiente na ativação neural no início da contração. O EMG médio apresenta comportamento crescente resultando no aumento do impulso contrátil, entretanto, conservando ainda, características lentas, o que em pessoas de meia idade e idosas resulta em maior risco de quedas e dependência funcional.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao Dr. Per Aagaard pelos esclarecimentos sobre o tema desse estudo, bem como ao apoio financeiro da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Ensino Superior - CAPES.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  Sep-Oct 2016

Histórico

• Recebido
  04 Nov 2015
• Aceito
  06 Jul 2016