Mühendislik Tasarım Süreci

isométrico.

3.2.1 Introdução

A partir dos 60 anos de idade, o ser humano apresenta um progressivo e variável declínio geral na capacidade de movimento induzido por adaptações no sistema neuromuscular. Uma dessas alterações amplamente citada é a redução da força muscular decorrente de apoptoses de motoneurônios espinais e da reinervação incompleta de fibras musculares por neurônios sobreviventes (81). Além disso, o comprometimento progressivo da eficácia na transmissão das informações na interface cérebro-músculo também desafia a capacidade de movimento (82, 83). Uma vez que sua ineficácia provoca uma elevação exacerbada da variabilidade na taxa de descarga motora, principal mecanismo neuromuscular envolvido no declínio da destreza motora (5).

Assim, índices que afetam a condição de alcançar e manipular um determinado objeto, talvez a função mais relevante da mão, são originados causando graves prejuízos quanto à independência funcional para execução das atividades da vida diária, principalmente quando se trata de indivíduos idosos (48, 60, 64, 84). Esta opinião recebe forte respaldo em pesquisas realizadas com idosos realizando investigações a partir de protocolos experimentais com rastreamento das tarefas diárias, como alcançar objetos (3), contrações isométricas (50), tarefas que exigem destreza motora manual refinada como pinçar (48, 49, 64).

Como forma de avaliar essa variabilidade, a execução de testes que mensuram a estabilidade de força é sugerida considerando a aplicação de uma força teoricamente constante em contrações musculares. No entanto, a contração muscular exercida pelo membro não ocorre de modo constante, mas flutua sobre um valor médio (46, 50). Assim, assa variação na força pode ser verificada de modo absoluto, através do Desvio Padrão da força (DP), ou ainda de maneira relativa, com o Coeficiente de Variação (CV) calculado a partir da equação CV (%) =DP/Média, recebendo o nome de Flutuação de Força (45, 49).

As pesquisas acerca da flutuação de força, além de retratar os efeitos deletérios do envelhecimento, mecanismos envolvidos na variação da força aplicada, a influência da idade, a associação com a função motora fina, têm demonstrado a efetividade da prática regular de exercício físico sobre qualidade de vida dessas pessoas (46, 48, 49, 85). Destacam-se as significativas reduções na variabilidade da descarga motora observadas em investigações que propõem a prática de exercício como recurso terapêutico no processo de estabilização da força (49, 64, 85, 86). Porém, existe uma carência de informações no meio científico acerca dos possíveis efeitos provenientes da associação de técnicas neuromoduladoras cerebrais não invasivas e a prática de exercício físico.

A importância de abordar a influência do exercício sobre o controle motor é bastante demonstrando por diversos pesquisadores (5, 7, 46, 48-50, 64, 85). No entanto, a aplicação da ETCC enquanto técnica de neuromodulação cortical buscando minimizar os efeitos deletérios do envelhecimento com relação à flutuação de força ainda não tem sido investigada. Os estudos projetam suas investigações a fim de verificar os efeitos da ETCC sobre a melhoria da função motora em pacientes com Acidente Vascular Cerebral (AVC) (87, 88), com Alzheimer (89), com Doença de Parkinson (27, 90), entretanto ainda não se buscou conhecer os efeitos da neuromodulação cerebral frente ao controle motor, especificamente, flutuação de força. Diante desse contexto, o presente estudo objetivou verificar os possíveis efeitos da ETCC sobre a flutuação de força manual em idosas praticantes de exercício físico.

3.2.2 Materiais e Métodos

3.2.2.1 Participantes do estudo

Vinte e três idosas (65,78 + 4,5 anos) praticantes de atividade física regular participaram voluntariamente desse estudo com massa corporal 63,3 +7,0, estatura 1,53 +0,0 e Índice de Massa Corporal (IMC) 26,9 +3,6. Praticantes de atividade física regular participaram voluntariamente desse estudo.

Como critérios de inclusão dos participantes no estudo as voluntárias deveriam se enquadrar-se na faixa etária idosa respeitando as considerações da Organização Mundial de Saúde (OMS), serem destras e apresentar respostas negativas em todos os itens do Physical Activity Readiness

Questionnaire (PAR-Q) (Anexo 02).

Como critérios de exclusão estabeleceu-se a presença de deficiência severa de equilíbrio postural que impedisse a voluntária de realizar movimentos em pé ou sentado; histórico de doenças neurológicas (p.ex. epilepsia); histórico de hemiparesias; idosas com deficiência auditiva e/ou visual que pudessem impedir a voluntária de receber as instruções durante os testes.

Após serem informadas sobre os objetivos do estudo e os procedimentos aos quais seriam submetidas, todas as participantes assinaram um termo de consentimento livre e esclarecido (Anexo 01) e preencheram uma ficha de anamnese (Apêndice 01).

3.2.2.2 Delineamento experimental

Inicialmente, foi proferida uma palestra direcionada ao grupo de idosas praticante de atividade física regular com intuito de prestar informações esclarecedoras a respeito dos objetivos e procedimentos do estudo. As voluntárias foram submetidas a um consistente protocolo de familiarização ao protocolo de teste de flutuação de força. Em seguida foram previamente agendados com cada voluntária três momentos, intercalados por um período de 48 horas a fim de evitar efeitos cumulativos da estimulação. As sessões

experimentais foram randomizadas, atendendo aos protocolos de estimulação Anódica, Catódica e Sham (placebo).

Em cada sessão cada voluntário foi submetido às mesmas condições, alterando apenas o protocolo de estimulação (Anódica, Catódica e Sham). Sendo inicialmente instruídas a se posicionarem confortavelmente em uma cadeira. Logo, para o registro das unidades motoras por meio da EMG, os eletrodos foram colocados nos músculos anteriormente mencionados, respeitando as devidas exigências de higienização do local de aplicação. Posteriormente, as participantes do estudo recebiam recomendações, de forma padronizada, acerca dos procedimentos do teste de flutuação de força com dinamometria manual com célula de carga acoplada. Em seguida, recebiam estimulação elétrica, repetindo novamente o teste de flutuação de força.

Todas as voluntárias serão instruídas a buscar condições de conforto e descanso na noite anterior às sessões experimentais, bem como a comparecerem ao ambiente laboratorial trajando vestimentas confortáveis para a realização das atividades e os procedimentos experimentais foram realizados em ambiente laboratorial com temperatura ambiental do local controlado, mantendo-se uma variação entre 18º e 22º Celsius com uma umidade relativa menor do que 60% (POTTEIGER; WEBER, 1994; PINA, et al., 1995).

3.2.2.3 Sessões de testes de flutuação de força e ETCC

Ao início da primeira sessão experimental, um inquérito estruturado foi conduzido por um entrevistador previamente treinado com a finalidade de averiguar a adequação individual aos critérios de inclusão e exclusão (Apêndice 01). Em seguida, as voluntárias já com eletrodos acoplados nos músculos pré determinados, foram acomodadas em posição sentada, tronco apoiado no encosto da cadeira e braço direito em flexão de 90º segurando o dinamômetro adaptado com a mão. Posteriormente, solicitou-se que as idosas realizassem uma contração voluntária isométrica com 30% da CVM previamente estabelecida no protocolo de familiarização durante 30 segundos, controlando esse percentual a partir do retorno visual oferecido pelo computador que estava conectado com a célula de carga acoplada ao dinamômetro manual. O percentual da CVM estabelecido baseia-se no fato de

que outros estudos terem adotado a mesma margem de percentual, demonstrando não gerar sensação de fadiga prematura durante a execução da contração nas voluntárias (75-78).

Após esses procedimentos, as idosas foram submetidas à estimulação cerebral de 2mA por um período de 20 minutos. Para isso utilizou-se um equipamento portátil com capacidade máxima de transmissão elétrica de 5 mA constituído por dois eletrodos (ânodo e cátodo) conectados a um amperímetro, potenciômetro e três baterias de 9V cada. Os eletrodos foram colocados no escalpe de modo a atingir a área do córtex motor primário (M1), conforme o Sistema Internacional de Posicionamento 10-20 de EEG (Eletroencefalograma). Posteriormente, o teste de flutuação de força era repetido pelas voluntárias.

3.2.2.4 Instrumentos

Para quantificar a força, em Kgf, utilizou-se uma célula de carga da marca Miotec® acoplada ao dinamômetro adaptado e ao aparelho de eletromiografia da mesma marca. Para tanto, reitera-se que células de carga são estruturas mecânicas planejadas para receber esforços e deformar-se dentro do regime elástico a que foram planejadas. Sendo aplicada sempre que se faz necessário a mensuração de peso ou força em tração ou compressão relacionando-a a atividade muscular.

Inicialmente, a célula de carga foi calibrada seguindo as orientações da Miotec®. Em seguida, foi fixada junto ao dinamômetro manual adaptado com a finalidade de receber essa estrutura (Figura 15). O protocolo correspondente à célula de carga foi aplicado com os indivíduos sentados, cotovelo direito em flexão de aproximadamente 90º o e punho fixo a um cabo inextensível perpendicular, preso a uma célula de carga com capacidade máxima de medição de até 200 kgf (Miotec®). O cotovelo esquerdo permanecia flexionado com a palma da mão apoiada sobre a coxa. A leitura do sinal do transdutor foi realizada através do software MIOGRAPH 13.

Figura 15: Dinamômetro manual adaptado com a célula de carga.

A atividade elétrica muscular foi obtida utilizando um conversor analógico-digital de 4 canais com programa de aquisição de dados (Eletromiógrafo de Superfície e Biofeedback Miotool 400, Miograph 1.5.3), com resolução de 14 bits conectado a um computador. Os sinais foram coletados com freqüência de 2.000 amostras por segundo em cada canal e captados por sensores diferenciais de superfície (SDS500) e eletrodos com dorso de espuma, gel sólido, adesivo acrílico hipoalergênico, pino de aço inoxidável e contra-pino de Cloreto de Prata (AgCl) da marca 3M®, com 10 mm de diâmetro, colocados em pares com distância entre os eletrodos de 2 cm (Figura 16).

A coleta dos registros eletromiográficos ocorreu durante contração voluntária máxima isométrica dos músculos Flexor Superficial dos Dedos e Flexor Radial do Carpo com eletrodos alocados no ventre da musculatura e respeitando o sentido das fibras (Figura 17). A escolha dessas estruturas musculares está pautada na pesquisa realizada por Moreira e cols (2003) citados por Belmonte (2007) que retrata o movimento de preensão como fator provocador de intensa atividade dos músculos Flexor Superficial e Profundo dos Dedos, dos Interósseos e do Quarto Lumbrical. Bem como no protocolo adotado por Baptista et al (2010) que retrata a força de preensão manual e o processo de fadiga (91). Além dos eletrodos conectados na musculatura pré- definida outro foi instalado numa estrutura óssea como eletrodo referência, especificamente, no acrômio. Além dos instrumentos mencionados ainda utilizou-se álcool à 70%, algodão, fita métrica e transdutor (44).

Figura 17: Músculos Flexor Superficial dos Dedos e Flexor Radial do Carpo.

Para a captação dos sinais eletromiográficos houve a preparação da pele com higienização e abrasão da mesma afim de reduzir a impedância local. Em seguida, a acomodação dos eletrodos na superfície foi orientada seguindo European Recommendations for Surface Electromyography (SENIAM – 8). Foram utilizados dois canais, sendo um para o músculo Flexor Superficial dos Dedos e outro para Flexor Radial do Carpo (Figura 18). Após a aquisição eletromiográfica foi preparada uma cópia para tratamentos dos dados, usando

os filtros de passa baixa de 500Hz e passa alta de 25Hz para RAW. Após esta

etapa, o filtro noth para o FFT selecionando os ruídos adversos de outros músculos, sinais eletrônicos e lâmpadas. Assim, os sinais acima de 500HZ e

abaixo de 25Hz são isolados, o RAW é normalizado por média de pico, sendo

encontrado o valor do RMS em porcentagem(%).

Figura 18: Colocação dos eletrodos nos músculos Flexor Superficial dos Dedos e Flexor Radial do Carpo.

Os dados analisados corresponderam ao Root Mean Square (RMS) e Fast Fourier Transform (FFT) para avaliação do comportamento da musculatura avaliada. O RMS é a raíz quadrada da média aritmética do quadrado dos valores do eletromiograma digitalizado em um intervalo de tempo. Esta média é usada em todos os casos dos quais existam variações de valores positivos e negativos. O FFT é utilizada para o processamento correto dos sinais discretos, sendo menos sensível a ruídos e mais sensível aos processos fisiológicos e bioquímicos que acontecem na estrutura muscular durante contrações sustentadas.

Já para aplicação da estimulação cerebral foi utilizado um equipamento portátil com capacidade máxima de transmissão elétrica de 5mA, com dois eletrodos (ânodo e cátodo), amperímetro, potenciômetro e baterias de 9V. O equipamento portátil e circuito elétrico básico empregado no estudo estão representados na figura 19.

Figura 19: Equipamento portátil de ETCC e circuito elétrico do instrumento.

3.2.2.5 Tratamento dos Dados e Estatística

Inicialmente a normalidade dos dados foi verificada a partir do teste de Shapiro-Wilk e em seguida os dados foram tratados a partir de procedimentos descritivos, sendo as informações processadas no pacote computacional GraphPad Prism. O teste paramétrico de Análise de Variância (ANOVA) para medidas repetidas foi utilizado para as comparaç es entre os valores de desvio padrão obtidos, RMS e FFT nos momentos pré e pós estimulação nas diferentes condições de protocolos (Anódica, Catódica e Sham). O teste post

hoc de Tukey foi empregado para a identificação das diferenças espec ficas nas variáveis em que os valores de encontrados foram superiores ao do critério de signific ncia estat stica estabelecido (p < 0,05).

3.2.3 Resultados

As informações referentes aos valores de média e desvio padrão das variáveis desvio padrão da flutuação de força, RMS e FFT (Flexor Superficial dos Dedos e Flexor Radial do Carpo) encontram-se demonstrados na tabela 03. Todavia, foram observadas diferenças estatisticamente significativas no desvio padrão da flutuação de força entre os grupos de estimulação anódica e catódica, onde valores mais elevados foram obtidos após estimulação com corrente transmitida pelo cátodo e os menores percebidos após estimulação transmitida pelo ânodo.

Tabela 03: Comportamento do desvio padrão de força, RMS e FFT (Flexor Superficial dos Dedos e Flexor Radial do Carpo) nos momentos pré e pós estimulação cerebral de corrente catódica, sham e anódica. Valores expressos em média e desvio padrão (N=23). a Análise de Variância evidenciou diferença estatística entre os grupos (P=0,048) entre os grupos. O teste de Post Hoc de Tukey identificou as diferenças especificamente entre DP_POS nas estimulações Catódica e Anódica (P=0,037).

*P<0,05 1=Flexor Superficial dos Dedos; 2= Flexor Radial do Carpo.

Além disso, analisando a flutuação de força de modo absoluto, os valores de desvio padrão apresentam aumento considerável em relação aos momentos pré e pós da ETCC catódica, enquanto que condição inversa ocorreu com a estimulação anódica nos mesmos momentos, valores reduzidos.

ETCC CATÓDICA SHAM ANÓDICA

Variável Média/DP Média/DP Média/DP

DP PRÉ 3,05 +4,0 1,77 +2,1 2,10 +2,2 DP PÓS 3,34 +4,4* 2,23+2,1 1,13 +1,3* RMS PRE1 86,17 +49,2 115,96 +222,3 67,59 +29,6 RMS PÓS1 104,12 +99,2 80,82 +61,1 62,65 +26,2 FFT PRE1 116,08 +26,4 112,66 +21,0 115,60 +18,7 FFT PÓS1 117,38 +24,1 114,68 +24,6 113,45 +19,6 RMS PRE2 77,92 +40,8 59,83 +28,2 68,49 +35,6 RMS PÓS2 128,30 +199,2 64,15 +31,6 69,37 +41,6 FFT PRE2 118,13 +22,2 119,52 +26,5 118,02 +25,6 FFT PÓS2 117,66 +23,9 119,43 +31,2 117,34 +23,3

3.2.4 Discussão

O objetivo do presente estudo foi verificar os possíveis efeitos da ETCC sobre a flutuação de força manual de idosas praticantes de exercício físico durante a realização de uma contração isométrica. O principal achado desse estudo foi que a ETCC anódica, contribuiu efetivamente para a redução da flutuação de força em idosos durante exercício isométrico, enquanto que a ETCC catódica provocou o aumento dos índices de flutuação de força.

A análise estatística desta pesquisa baseou-se em comparações de médias de distintos momentos, pré e pós estimulação cerebral, onde aplicou-se a Análise de Variância para medidas repetidas (ANOVA). O Post Hoc de Tukey foi empregado com intuito de identificar as diferenças específicas. Logo, as diferenças observadas entre as medidas de desvio padrão da força no momento pós entre as correntes catódica e anódica confirmam a hipótese de que a corrente catódica provoca uma maior oscilação na magnitude da força aplicada, enquanto que a anódica possibilita efeito contrário, reduzindo os índices de flutuação de força.

A assertiva anterior encontra subsídio teórico ainda na pesquisa realizada por Sohn et al (2012), onde investigaram as implicações das diferentes polaridades utilizadas na ETCC sobre a função da mão não dominante. Logo, observaram que o aumento da excitabilidade cortical promovida pela corrente anódica contribuiu expressivamente para a melhoria da função motora da mão não dominante (92). Corroborando com esta proposição, Hummel et al (2009) estudaram as implicações da ETCC com polarização anódica sobre a melhoria nas habilidades da mão direita. Como resultado, observaram melhorias significativas na execução do Jebsen–Taylor hand function Test (JTT), teste que avalia a destreza motora manual, concluindo que a ETCC anódica aplicada sobre o M1 pode facilitar o desempenho das funções da mão requeridas para a execução das atividades da vida diária em sujeitos idosos (93).

Mordillo-Mateos et al (2011) sustentaram essa hipótese quando analisaram os efeitos da ETCC bilateral simultaneamente no córtex motor humano. Demonstrando que a aplicação simultânea de ETCC anódica no córtex motor e ETCC catódica no córtex motor contralateral induziram um

aumento na excitabilidade cortical no hemisfério da estimulação com ânodo e redução no hemisfério estimulado com cátodo. Logo, concluíram que a estimulação simultânea parece ser uma ferramenta útil para obter aumentos na excitabilidade cortical de um hemisfério enquanto provoca redução da excitabilidade contralateral (94).

Os efeitos da ETCC na função motora manual em pacientes com AVC também foi foco de pesquisa realizada por Hummel et al (2005), demonstrando que a funcionalidade da mão afetada pelo AVC melhorou substancialmente após aplicação da neuromodulação cortical não invasiva. Além disso, essa melhora apresentou correlação com um incremento na excitabilidade cortical motora no hemisfério afetado. Assim como encontrado em nossos achados, estes resultados documentam um efeito benéfico da estimulação cerebral para a função da mão, contribuindo especialmente para a execução de atividades que simulam as tarefas da vida diária (95).

Especificamente tratando-se da ETCC de corrente catódica, Nitsche et (2003) analisaram os efeitos da aplicação desta corrente no córtex motor. Para tanto, avaliaram o comportamento da média de amplitude do Motor Evoked Potential (MEP) do músculo abdutor mínimo direito. Os resultados evidenciam que a estimulação transcraniana catódica é capaz de induzir a redução da excitabilidade no córtex motor humano (96).

Com relação à análise da resposta eletromiográfica aos protocolos de estimulação, não foram observadas diferenças significativas estatisticamente entre os protocolos de estimulação. Contudo, há uma tendência perceptível de aumento dos valores quanto a análise da fadiga muscular através do RMS em ambos os músculos. Assim, sendo a fadiga muscular determinada pela amplitude do sinal eletromiográfico por meio da verificação do aumento desta amplitude, os achados desse estudo sugerem um relativo aumento da condição de fadiga quando da aplicação do protocolo experimental de ETCC catódica, tanto para o músculo Flexor Superficial dos Dedos quanto para o Flexor Radial do Carpo (97). Pesquisas corrobora ainda evidenciando que, em situações de fadiga muscular, como as que ocorrem em decorrência de contrações sustentadas, há um aumento do RMS (98, 99). Conforme tem sido documentado na ciência, as condições observadas neste estudo após aplicação do protocolo de estimulação catódica desvelam que o aumento da

excitabilidade cortical pode condicionar a estrutura muscular a um trabalho mais desgastante, contribuindo para melhor explicar os achados no presente estudo.

Quanto a eficiência neuromuscular, os valores obtidos após estimulação anódica, apresentaram apenas tendência redução. O que não permite inferir sobre possíveis influências provocadas pela estimulação cerebral.

Portanto, torna-se necessário reforçar a importância da aplicação de técnicas de neuromodulação cerebral associadas à prática regular de exercícios físicos frente às possíveis contribuições para redução dos prejuízos relacionados à destreza manual. Nesta perspectiva, é interessante ampliar as informações acerca das implicações da flutuação de força na vida cotidiana do ser humano, haja vista ser um fator de grande relevância no contexto da autonomia funcional.

Nesse sentido, a principal limitação do presente estudo pode ter sido o tamanho amostral de voluntárias participantes, condição decorrente da disponibilidade destas em se submeter ao protocolo de teste. Adicionalmente, para futuros estudos, recomenda-se a análise das mesmas variáveis em diferentes tipos de exercícios, músculos intensidades, populações (atletas, sedentários, portadores de doenças crônicas degenerativas como Alzheimer, Parkinson) e faixas etárias.

3.2.5 Conclusão

Os dados obtidos no presente estudo confirmam as observações anteriores de que a aplicação de técnica de neuromodulação cerebral não invasiva em idosas praticantes de exercício físico regular fornecem subsídios para a redução dos elevados índices de flutuação de força apresentados. Assim, sugere-se que a aplicação de ETCC com corrente catódica contribui para o aumento da flutuação, enquanto que a corrente anódica ajuda na redução das oscilações da força aplicada em contrações isométricas de