Artigos CIENTÍFICOS
Critérios mecânicos de progressão nos exercícios de rotação interna e externa do ombro no plano sagital
Toledo JM; Ribeiro DC; Perda JF
Escola de Educação Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS – Brasil
Correspondência a
ABSTRACT
Introdução: O conhecimento da capacidade de produção de torque e força e padrões de momento dos braços ao longo do movimento, e sua influência no torque produzido, são essenciais para a compreensão do movimento humano e podem ser de grande utilidade para o controle da sobrecarga imposta à estrutura músculo-tendão. Objetivo: Apresentar critérios mecânicos de progressão nos exercícios de rotação interna (IR) e externa (ER) do ombro no plano sagital. Método: Seis indivíduos foram avaliados usando um dinamômetro isocinético e um eletrocronômetro. A partir dos dados coletados, o torque médio, a força resultante média e o braço de momento médio ponderado foram calculados utilizando o software SAD32 e Matlab®. Resultados: Os ângulos em que ocorreu o pico de torque ER e IR foram de -34º e 6º com valores de 43 Nm e 69 Nm, respectivamente. Os picos de força dos músculos ER e IR foram de 35º e -14º, e os valores nestes ângulos foram de 10227 N e 8464 N, respectivamente. O braço de momento médio ponderado para ER apresentou um padrão crescente em toda a amplitude de movimento (ROM) e o pico estava no final da ROM, ou seja, a -50º (0,91 cm). O braço de momento médio ponderado para o IR foi quase constante com seu pico em 50º (0,96 cm). Conclusão: Os critérios mecânicos para progressão nos exercícios de rotação interna e externa do ombro são torque, força e braço de momento médio ponderado, pois diferentes sobrecargas na estrutura músculo-tendão podem ser causadas de acordo com seus padrões sobre a ROM.
Palavras-chave: ombro, exercício, rotação, reabilitação.
INTRODUÇÃO
Reabilitação da articulação do ombro pode ser difícil não só pela sua complexa função, que envolve integridade anatômica e funcional, mas também pelas contribuições fisiológicas e biomecânicas de estruturas como a omoplata1,2. De modo geral, os programas de reabilitação do ombro utilizam, na maioria dos casos, exercícios com cargas e intensidades progressivas de acordo com o tipo de lesão e procedimento cirúrgico realizado1,2,3. Ainda que essas características sejam decisivas para a progressão do exercício, o conhecimento da mecânica articular é fundamental para a escolha adequada dos exercícios3.
Os movimentos articulares são conseqüências da rotação de um segmento em relação a outro. Este efeito rotacional de uma força aplicada é chamado torque ou momento. O torque que um músculo gera na articulação é influenciado pelo intervalo de momento do braço ou pela capacidade de produção de força da articulação4,5,6.
O braço de momento (distância perpendicular) é a menor distância entre a linha de ação muscular e o centro de rotação articular4,7,8,9. A magnitude do braço de momento representa a vantagem mecânica de um músculo em uma articulação, e sua medida pode ajudar a entender como o músculo funciona5.
A capacidade de produção de força do músculo durante a contração é uma das propriedades mecânicas que mais tem sido descrita em estudos, pois é ela que fornece a força necessária para manter a postura e iniciar os movimentos10. A capacidade de produção de força depende de vários fatores, como a relação comprimento-tensão, a relação força-velocidade e o recrutamento de fibras (soma espacial e temporal). Entretanto, para contrações máximas em velocidade constante, a capacidade de produção de força do músculo depende do comprimento muscular e essa “dependência” está diretamente relacionada à relação comprimento-tensão do sarcômero11. Esta relação pode ser explicada pela teoria do filamento deslizante12,13 e pela teoria da ponte transversal14,15. A teoria do filamento deslizante assume que as mudanças no sarcômero, fibras e comprimentos musculares são produzidas pelo deslizamento dos miofilamentos de actina e miosina dentro do sarcômero a partir das pontes cruzadas. Portanto, a força máxima que é gerada pelo músculo ocorrerá em um comprimento do sarcômero em que a sobreposição entre a actina e a miosina permitirá o maior número de pontes transversais12,13,14,15.
O conhecimento da capacidade de produção de torque e força e do braço momento ao longo do movimento, e sua influência no comportamento de torque produzido, são essenciais para a compreensão do movimento humano e podem ser de grande utilidade para o controle da sobrecarga imposta à estrutura músculo-tendão, bem como para um melhor planejamento da progressão do exercício em um programa de reabilitação16,17,18.
O objetivo deste estudo foi apresentar critérios mecânicos para a progressão dos exercícios de rotação interna (IR) e externa (ER) do ombro, quando realizados no plano sagital.
MATERIAIS E MÉTODOS
Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética do Centro Universitário Metodista IPA (inscrição nº 1211) e todos os participantes assinaram um termo de consentimento livre e esclarecido.
A amostra consistiu de seis indivíduos do sexo masculino, com idades entre 22 e 32 anos (média: 25,1 ± 4,0) e altura entre 167 e 192 cm (média: 182,6 ± 9,8), que realizavam atividades físicas regularmente (pelo menos duas vezes por semana). Todos os indivíduos da amostra participaram de todas as etapas do estudo. O ombro avaliado foi o ombro direito (membro dominante) e nenhum dos indivíduos apresentou histórico de lesões ou disfunções no ombro avaliado.
A coleta de dados consistiu em medir o torque máximo de ER e IR produzido a 60º/seg. no plano sagital. Para isto, foi utilizado um dinamômetro isocinético (modelo Cybex Norm, Dataq Instruments, Inc., Ohio, Estados Unidos). Com o objetivo de registrar as posições das juntas com maior precisão, foi utilizado um eletrocronômetro (modelo XM 180, Biometrics Ltd (Cwmfelinfach, Gwent, Reino Unido), adaptado juntamente com o dinamômetro isocinético. O dinamômetro isocinético e o eletrocronômetro foram conectados a um microcomputador Pentium III de 650 MHz por meio de um conversor analógico-digital de 16 canais. Para o processamento de dados, foram utilizados o software SAD32 (sistema de aquisição de dados desenvolvido pelo Laboratório de Medidas Mecânicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul) e o software MATLAB 7.0® (MathWorks Inc, Massachusetts, Estados Unidos).
Os procedimentos de coleta foram divididos em cinco fases: preparação, posicionamento, calibração, familiarização com os testes e testes.
Preparação: aquecimento e alongamento do braço direito.
Posicionamento dos indivíduos: decúbito dorsal com o braço direito posicionado a 90º de abdução e o cotovelo flexionado a 90º.
Calibração: as faixas de movimento ER e IR (ROM) foram determinadas de acordo com a ROM máxima na qual o indivíduo foi capaz de produzir o torque máximo. O ângulo zero de rotação no eletrocronômetro foi estabelecido como o ângulo correspondente à posição neutra de rotação.
Familiarização: foram realizadas três repetições de contrações concêntricas submaximais de ER e IR.
Teste: cinco repetições das contrações concêntricas máximas de ER e IR foram realizadas a uma velocidade angular de 60º/seg19.
Os dados do torque gerado e do ângulo foram filtrados usando um filtro digital Butterworth de terceira ordem de baixa passagem com um corte de frequência de 3 Hz para os dados de ângulo e 10 Hz para os dados de torque. Após a filtragem do sinal, foi calculada a média das cinco repetições. A convenção utilizada para as posições angulares foi que o ER teria valores negativos e o IR teria valores positivos8.
Dos valores de torque do ER e do IR, foi possível estimar a magnitude da força resultante exercida pelas rotações externa e interna, através da relação entre o torque e o braço de momento de aplicação da força. Como muitos músculos são capazes de realizar ER ou IR, foi feita uma simplificação, para possibilitar a determinação da equação (1):
T = dp x Fm (1)
Na qual: T = torque; Fm = força muscular; dp = braço do momento (entre a linha de ação da força muscular e o centro de rotação do ombro)8.
Para isso, foram calculados os braços do momento médio de todos os músculos rotadores internos e externos. Esta média foi ponderada pela área transversal fisiológica de cada músculo, resultando assim no braço de momento médio ponderado (WMMA). Os músculos utilizados para o cálculo foram o supraespinal, infraespinal, teres menores, deltóide posterior, deltóide médio e deltóide anterior para ER; e o peitoral maior, latissimus dorsi, teres maiores, deltóide posterior, deltóide médio e deltóide anterior para IR. A área muscular fisiológica da secção transversal e o momento dos braços dos músculos foram obtidos da literatura 8.
RESULTADOS
O comportamento de torque do ER é apresentado na Figura 1. No início do movimento, houve um aumento e então a curva tendeu a permanecer constante ao longo da seção intermediária da ROM. Após a manutenção deste platô, houve um ligeiro aumento representando o pico de torque. No final do movimento, a curva de torque apresentou uma fase descendente. O pico de torque ER ocorreu em um ângulo de -34º, no qual o ombro é girado externamente com um torque médio de 43 Nm (100%).
O comportamento da WMMA do ER apresentou crescimento ao longo da ROM (Figura 2). A maior WMMA do ER ocorreu a -50º de rotação, que correspondeu a um braço de momento de 0,91 cm.
O comportamento da força do músculo ER resultante poderia ser dividido em duas fases (Figura 3): uma fase ascendente até o pico de força e outra descendente até o final do movimento. Ao contrário do comportamento de torque, a força de pico ocorreu quando o ombro foi girado internamente, quando foi esticado, antes de alcançar a posição neutra e sem apresentar qualquer platô ao longo da ROM. A força de pico do ER ocorreu em um ângulo de 35º, com valor médio de 10227N (100%).
O comportamento do torque do IR (Figura 4) foi muito semelhante ao padrão do ER (Figura 1). No início do movimento, esta curva também apresentou um aumento e depois tendeu a permanecer constante ao longo da seção intermediária da ROM. No entanto, diferindo do ER, o pico de torque do IR ocorreu em um ângulo aproximado de 6º durante este platô, com média de 69 Nm (100%), quando o ombro foi girado internamente. Ao final do movimento, essa curva de torque também apresentou uma fase descendente.
O comportamento da WMMA do IR foi praticamente constante ao longo da ROM (Figura 5). No início do movimento, houve uma fase ascendente, que terminou aproximadamente na seção intermediária da ROM, quando a WMMA era praticamente constante. Houve então uma nova fase ascendente, que culminou no pico da WMMA, no final do movimento. A maior WMMA do RI ocorreu com uma rotação de 50º, com um braço de momento de 0,96 cm.
O comportamento da curva de força IR resultante (Figura 6) foi semelhante à curva de torque IR (Figura 4), mas com magnitudes diferentes. No início do movimento, esta curva também apresentou um aumento e depois tendeu a permanecer constante durante a seção intermediária da ROM. No platô, o pico de força do IR ocorreu num ângulo aproximado de -14º, com média de 8464N (100%), quando o ombro foi girado externamente. No final do movimento, esta curva também apresentou uma fase descendente.
DISCUSSÃO
Durante o ER, observou-se que o platô de torque que ocorreu no meio da ROM foi mantido devido ao comportamento antagônico do WMMA e da força ER resultante. Como o pico de torque ER ocorreu quando o ombro foi girado externamente, pode-se inferir que o WMMA foi mais importante para a geração de torque nesta ROM e para a manutenção do platô do que a relação comprimento versus tensão representada pela curva da força resultante. Pode-se também observar que o pico de torque e a força de pico não ocorreram nos mesmos ângulos, pois dependiam da relação comprimento-tensão do músculo e seu respectivo braço de momento11.
O comportamento da curva de força do ER foi muito semelhante ao comportamento da curva da relação comprimento-tensão do sarcômero que foi apresentada por Gordon et al.20. A força de pico ocorreu quando o ombro foi rodado internamente, quando o músculo foi ligeiramente esticado. Nesse ângulo, pode-se especular que os sarcômeros estão em uma posição “excelente” para a formação de pontes transversais. Como os músculos estão ligeiramente estirados, há uma contribuição dos elementos elásticos dos músculos, para forçar a produção21,22,23. Após este ponto, a força diminui devido ao encurtamento muscular e à reduzida possibilidade de formação de novas pontes transversais11,23,24.
Considerando o IR, as curvas de torque e força resultante podem ser analisadas simultaneamente, devido ao seu comportamento semelhante. Isto é devido ao comportamento da WMMA, que permanece mais ou menos constante, com uma taxa de aumento muito baixa. Estes achados são semelhantes aos de Rassier et al.11, que relataram que a relação torque-ângulo de um músculo é determinada pela relação comprimento-tensão e pelo braço de momento. Quando o braço do momento permanece constante durante todo o movimento, o comportamento da curva de torção reflete a curva de força resultante. Assim, pode-se presumir que a relação comprimento versus tensão é o principal fator responsável pelo comportamento do torque IR.
O objetivo da reabilitação é recuperar a ROM e fortalecer os músculos, especialmente os rotadores, que são importantes para estabilizar e proteger as estruturas articulares de lesões. Os exercícios devem ter cargas progressivas e respeitar a mecânica do funcionamento articular, e um programa de reabilitação deve ser eficiente para atingir os objetivos e respeitar as características particulares do ombro25. No caso específico do ombro, em que o movimento de rotação é realizado por meio da ação sinérgica de diferentes músculos, é importante avaliar o braço de momento médio ponderado e a capacidade de produção de força resultante como critério de progressão na intensidade e cargas dos exercícios.
O braço de momento representa a vantagem mecânica do músculo e pode ser usado para determinar quais músculos são estabilizadores e quais são motores primários em uma determinada posição articular. Quando o braço está a zero ou próximo de zero, durante a contracção, o músculo só gera compressão e, consequentemente, funciona como um estabilizador articular. Por outro lado, quando a linha de ação muscular está distante do centro de rotação, ela pode ser considerada como um motor primário de movimento4.
Kuechle et al.8 relataram que, para os movimentos de rotação interna e externa (abdução de 90º), os músculos recrutados com maior sobrecarga são o subescapular e o peitoral maior durante a rotação interna e os teres menor e infraespinhoso durante a rotação externa. Os outros músculos são menos importantes. A realização de movimentos em que um músculo enfraquecido é um acessório (braço de momento menor) pode reduzir a sobrecarga imposta. Nos músculos motores primários, a carga pode ser controlada por meio da relação entre o torque de resistência, capacidade de produção de torque muscular, braço de momento e comportamento de força. A aplicação de resistência em amplitudes com maior vantagem mecânica e/ou uma vantagem na relação comprimento-tensão pode promover menos sobrecarga na estrutura músculo-tendão. Por outro lado, se o pico de resistência for aplicado em amplitudes em que o braço de momento e a relação comprimento-tensão são desfavoráveis, haverá uma maior sobrecarga.
Em lesões do teres menor e infraespinal, a carga imposta pode variar, modificando assim a secção angular em que ocorre o pico de resistência de torque. Durante a fase inicial de um programa de reabilitação, recomenda-se o reforço muscular, com pequenas cargas, para otimizar o processo de cicatrização16,17. Este trabalho pode ser realizado com o torque de resistência de pico situado entre as posições neutra e final da ER, em uma abdução de ombro de 90º, já que existe uma vantagem mecânica nesta seção (braço de momento maior) durante a produção de torque e são necessários níveis mais baixos de produção de força. Consequentemente, um menor número de unidades motoras será ativado, gerando assim menos sobrecarga sobre o músculo.
Na fase intermediária da reabilitação, o pico de torque de resistência pode ocorrer entre a posição neutra e o IR máximo, já que, durante esta seção, o braço de momento é menor e a capacidade de produção de força é o principal fator responsável pela produção de torque. Com a mesma resistência de torque citada no exemplo anterior, os teres menor e infraspinatus estarão sujeitos a uma maior sobrecarga, já que um maior número de unidades motoras deve ser recrutado para compensar a diminuição do braço de momento, com o objetivo de gerar o mesmo torque.
CONCLUSÃO
Os critérios mecânicos de progressão nos exercícios de rotação interna e externa são o torque, a força e o braço de momento médio ponderado porque, com base no seu comportamento, é possível promover diferentes sobrecargas na estrutura músculo-tendão. Embora sejam elaborações teóricas, estes critérios são baseados em princípios de cura músculo-tendão. Assim, este estudo representa um primeiro passo para a estruturação de critérios mecânicos de progressão nas sobrecargas impostas à estrutura músculo-tendão.
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