estudo da atividade muscular de idosos durante a marcha em

ESTUDO DA ATIVIDADE MUSCULAR DE IDOSOS DURANTE A MARCHA EM
ESTEIRA ERGOMÉTRICA
Ródney Silva Abreua; Thiago Bruno Caparellib; Valdeci Carlos Dionisioc; Eduardo Lazaro Martins
Navesd
a
Mestrando em Engenharia Biomédica; bDoutorando em Engenharia Biomédica; cProfessor Adjunto da Faculdade de Educação
Física/Curso de Fisioterapia; dProfessor Adjunto da Faculdade de Engenharia Elétrica/Curso de Engenharia Biomédica
Universidade Federal de Uberlândia, /Laboratório de Engenharia Biomédica, Uberlândia – MG,
[email protected]
Resumo1 – A marcha é responsável pela independência
dos idosos nas atividades de vida diárias. Mudanças
músculo-esqueléticas ocorrem nesta população em
particular, em resposta a processos de envelhecimento.
As esteiras, comumente utilizadas para pesquisa de
marcha, podem ser inicialmente uma experiência
diferente devido ao grande contraste com o ambiente do
equipamento ao redor. O objetivo desse estudo piloto foi
analisar a atividade muscular do tibial anterior e
gastrocnêmio medial através do sinal eletromiográfico na
marcha de mulheres idosas com e sem familiarização com
a esteira. Foi visto que o sujeito III (familiarizado com
esteira) teve menor pico de frequência do sinal
eletromiográfico para o tibial anterior esquerdo, porém o
mesmo não aconteceu em relação ao tibial anterior
direito. Como a estabilização do joelho é realizada com a
ativação de ambas porções do gastrocnêmio, observou-se
valores maiores de contração muscular desse músculo em
ambos hemicorpos em comparação com os músculos
tibiais direito e esquerdo para os sujeitos I e III.
Palavras-Chave – Eletromiografia, Esteira, Idosos,
Marcha
STUDY OF MUSCLE ACTIVITY OF THE
ELDERY DURING GAIT IN TREADMILL
Abstract - The gait is responsible for the independence of
older people in activities of daily living. Musculoskeletal
changes occur in this particular population, in response
to aging processes. The treadmills, commonly used by
analysis of gait, initially can be a different experience
because of the stark contrast with the environment
around the equipment. The aim of this pilot study was to
analyze the muscle activity in tibialis anterior and medial
gastrocnemius electromyographic signal through the gait
of elderly women with and without familiarity with the
treadmill. It was noted that the subject III (familiar with
treadmill) had lower peak frequency of the
electromyographic signal to the left tibialis anterior, but
this did not apply in relation to right tibialis anterior.
1
As knee stabilization is accomplished with activation of
both portions of gastrocnemius, there were higher values
of the contraction of this muscle in both hemisphere
compared with right and left tibialis anterior for the
subjects I and III.
Keywords - Electromyography, Elderly, Gait, Treadmill,
I. INTRODUÇÃO
Com o aumento da expectativa de vida, surgiu a
necessidade de estratégias eficazes e viáveis para que os
indivíduos idosos possam viver mais e com melhor qualidade
de vida [1]. A marcha é uma das atividades funcionais mais
importantes para que o idoso se mantenha capaz de realizar
suas tarefas cotidianas, como higiene pessoal, sair de casa e
ter uma vida social ativa. Para que o idoso prossiga vivendo
independentemente na sociedade, ele deve deambular de
forma segura e confortável. Assim, urge-se a necessidade de
compreender as multidimensionalidades do envelhecimento
em relação ao movimento humano. Para tanto, torna-se
importante determinar as mudanças que ocorrem nos padrões
da marcha durante o processo de envelhecimento.
Os músculos são os maiores geradores de força e da
amplitude articular que resulta no movimento. As unidades
motoras, formadas por um neurônio motor e todas as fibras
por ele inervadas, têm a propriedade de excitabilidade e são,
portanto, passíveis de despolarização e de repolarização a
partir de um potencial de ação (PA). O sinal eletromiográfico
é formado pelo somatório dos PAs das unidades motoras
subjacentes ao equipamento e é visualizado em um
eletromiograma. O estudo do eletromiograma denomina-se
Eletromiografia (EMG) [2].
Sabe-se que as quedas em idosos têm diversas
consequências como possíveis fraturas, o risco de morte, o
medo de cair, a restrição de atividades, o declínio da saúde e
o aumento do risco de institucionalização [1][3]. A etiologia
das quedas em idosos é multifatorial. Entretanto, estudos
vêm demonstrando que 55% das quedas estão relacionados
com alterações da marcha, 32% com alterações de equilíbrio
e o restante com fatores extrínsecos como superfícies
irregulares, escadas, sapatos inapropriados, entre outros
[4][5][6].
No processo de envelhecimento, vê-se redução da
liberação de neurotransmissores do sistema nervoso,
degeneração da placa motora (ou junção neuromuscular) e
perda de moto-neurônios que resulta na diminuição das
unidades motoras [7][8]; no sistema musculo-esquelético
observa-se redução da massa muscular ou sarcopenia, devido
ao menor número de fibras musculares, principalmente fibras
tipo II (contração rápida) e a infiltração de estruturas não
contráteis, como tecido conjuntivo e adiposo.
Na tentativa de relacionar os aspectos peculiares da
velhice com as características físico-funcionais do indivíduo,
é necessário analisar, através da eletromiografia de superfície
(EMG), o efeito do envelhecimento na contração muscular.
Nota-se que a esteira é comumente utilizada para pesquisa
de marcha. Esteiras fornecem um ambiente conveniente para
a avaliação e reabilitação com variáveis como velocidade e
inclinação controladas e com os ciclos da marcha múltiplas
que podem ser avaliados facilmente. O uso de esteiras,
contudo, repousa ainda sobre a suposição de que medidas
confiáveis e válidas da marcha durante a caminhada na
esteira é comparável às medidas da marcha de andar sobre o
chão. Caminhada em teoria é equivalente a andar no solo. Na
realidade a marcha em esteira pode ser inicialmente uma
experiência diferente devido ao grande contraste com o
ambiente do equipamento ao redor.
Assim, o objetivo desse estudo piloto foi analisar
eletromiograficamente os músculos tibial anterior e
gastrocnêmio medial na marcha de mulheres idosas com e
sem familiarização com a esteira, observando o padrão de
locomoção empregado e se ocorre diferenças no padrão de
atividades musculares nesses sujeitos.
II. MATERIAIS E MÉTODOS
Os indivíduos avaliados nessa pesquisa são idosos
praticantes de atividades físicas do grupo de Atividades
Físicas e Recreativas para a Terceira Idade - Vida Ativa
(AFRID) em Uberlândia/MG. Especificamente, esse projeto
piloto analisou 3 mulheres idosas: sujeito I sem contato
anterior com marcha em esteira, 56 anos, 77,9Kg, 1,55m;
sujeito II sem experiência prévia de marcha em esteira, 61
anos, 49,6Kg, 1,53m; e por fim o sujeito III, familiarizada
com marcha em esteira, 60 anos, 57,4Kg, 1,52m. Todos os
sujeitos não faziam uso de bebida alcoólica e apenas o sujeito
III era tabagista.
Inicialmente, as voluntárias foram avaliadas, através de
anamnese e exame físico com testes de função muscular,
testes especiais (como Ely, Thomas e gaveta anterior do
joelho), testes de equilíbrio de Romberg, antropometria,
palpação e aferição de pressão arterial (PA).
Foi utilizada uma esteira motorizada da marca REEBOK®
modelo TR3 Premier Run, equipada com suportes anteriores
e laterais, um display de velocidade, com motor elétrico de
3,0 HP e a área de caminhada de 153 x 51 cm.
As voluntárias caminharam na esteira sem inclinação, a
velocidade progressiva a partir do repouso até estabilizar em
0,61m/s, por 3 minutos. Foi coletado 30 segundos de sinal
eletromiográfico, iniciando após 90 segundos de
estabilização da velocidade. Deve-se ressaltar que os sujeitos
caminharam na esteira descalços. A coleta dos dados foi
realizada no Laboratório de Biomecânica do Centro de
Excelência no Esporte (CENESP) da Faculdade de Educação
Física (FAEFI/UFU). A análise computacional e estatística
dos dados, bem como o desenvolvimento de materiais para
publicação dos resultados foi realizada no Laboratório de
Bioengenharia (BioLab), da Faculdade de Engenharia
Elétrica (FEELT/UFU).
Foi utilizado o equipamento marca EMG System®,
utilizando 2 canais para coleta de EMG e um canal para o
acelerômetro (veja figura 1).
Fig. 1. Representação do equipamento utilizado para aquisição
da acelerometria e eletromiografia
O acelerômetro foi posicionado no eixo crânio-caudal,
fixado no espaço intervertebral entre L3 e L4. Para coleta do
sinal EMG foram utilizados eletrodos ativos bipolares
fixados nos ventres dos músculos tibial anterior e
gastrocnêmio medial, seguindo as recomendações do projeto
Seniam [9]. Para a normalização dos dados
eletromiográficos, foi coletado a contração isométrica
voluntária máxima (CIVM) dos indivíduos.
Foram adotados como critérios de exclusão participantes
que apresentassem histórico de patologias de ordem
neurológicas, e osteo-musculares que limitassem a marcha ou
que tivessem descompensações cardiovasculares com PA
sistólica acima de 140 mmHg. O estudo foi submetido ao
Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade Federal de
Uberlândia (CEP/UFU), sendo registrado sob o protocolo
414/10.
III. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os sujeitos analisados praticavam pelo menos duas
modalidades esportivas diferentes por semana. Apenas uma
voluntária fazia uso de medicamentos anti-hipertensivos,
sendo que 66,67% dos sujeitos apresentaram PA inicial de
130 x 90 mmHg e 33,33% tiveram PA inicial de 110 x 70
mmHg.
Os valores referentes aos dados eletromiográficos foram
normalizados em relação ao valor obtido na CIVM e são
apresentados a seguir como percentual desse valor máximo.
O sujeito I apresentou como média do sinal eletromigráfico
para o músculo tibial anterior esquerdo (TAE) 12,4%ara o
tibial anterior direito (TAD) 14,8%, para o gastrocnêmio
medial esquerdo (GME) 29,1%, para o gastrocnêmio medial
direito (GMD) 26,6%. Já para o sujeito II, a média do sinal
eletromigráfico normalizado foi para o TAE foi 50%, para o
TAD foi 45,6%, para o GME foi 60,5%% e para o GMD foi
41,3%. Por fim, para o sujeito III, os dados normalizados da
media do sinal eletromiográfico para TAE foi 39,1%, para o
TAD foi 32,3%%, para o GME foi 21,2%% e para o GMD
foi 22%%. Pode-se visualizar maiores detalhes da média do
sinal eletromiográfico na tabela I.
TABELA I
Análise do sinal eletromigráfico - Média
TAE
TAD
GME
GMD
I
0,124
0,148
0,291
0,266
II
0,5
0,456
0,605
0,413
III
0,391
0,283
0,197
0,191
Com relação aos valores quadráticos médios (RMS) dos
dados eletromiográficos, após a normalização, demonstrados
na tabela II, tem-se que o sujeito I apresentou para o TAE
21%, para o TAD 30%, para o GME:38,4%, e para o
GMD:36,8%. Ao passo que o sujeito II mostrou valores
normalizados de RMS para o TAE:57,2%, TAD:52,4%,
GME:60,5% e para o GMD:51%. Por fim, para o sujeito III,
tem valores RMS para o TAE 48,1%, para o TAD 41,2%,
para o GME 37,4% e para o GMD 32,8%. Pode
Valor nomralizado [% do
máximo]
Sujeitos
Tibial Anterior Direito
Sujeito I
GME
GMD
0,368
I
0,21
0,3
0,384
II
0,572
0,524
0,605
0,51
III
0,481
0,412
0,374
0,328
Por fim, os valores do pico de frequência (PF) do sinal
eletromiográfico, normalizados em relação ao valor obtido
pela CIVM, vistos na tabela III, no sujeito I foi para o TAE
32%, para o TAD 32%, para o GME 32% e para o GMD
7,7%. Já para o sujeito II, os dados correspondentes para o
TAE foi 26%, para o TAD foi de 6%, para o GME foi de
26% e para o GMD foi de 13%. E para o sujeito III, os
valores normalizados de pico de freqüência obtidos para o
TAD, TAD, GME e GME foram iguais e correspondem
15,3%.
TABELA III
Análise do sinal eletromigráfico –Pico de Frequência
Sujeitos
TAE
TAD
GME
GMD
I
0,32
0,32
0,32
0,077
II
0,26
0,06
0,56
0,13
III
0,153
0,153
0,153
0,153
No gráfico das figuras 2 e 3, nota-se os valores da média,
RMS e pico de frequência do sinal eletromiográfico
separados por músculos. Nota-se que o sujeito III
(familiarizado com esteira) teve menor pico de frequência
para o TAE, porém o mesmo não aconteceu em relação ao
TAD.
Tibial Anterior Esquerdo
Valor normalizado [% do
máximo]
TAD
Sujeito I
Sujeito II
Sujeito III
Fig. 3. Valores normalizados da média, RMS e PF nos 3 sujeitos
para o músculo tibial anterior esquerdo.
Já para os músculos GME e GMD a média dos valores
normalizados dos dados eletromiográficos para o sujeito III
foram sempre menores que para os sujeitos não
familiarizados com a marcha em esteira, como pode ser visto
nas figuras 4 e 5.
Gastrocnêmio Medial Esquerdo
Valor Normalizado [% do
máximo]
TAE
Sujeito III
Fig. 2. Valores normalizados da média, RMS e PF nos 3 sujeitos
para o músculo tibial anterior direito.
TABELA II
Análise do sinal eletromigráfico -RMS
Sujeitos
Sujeito II
Sujeito I
Sujeito II
Sujeito III
Fig. 4. Valores normalizados da média, RMS e PF nos 3 sujeitos
para o músculo gastrocnêmio medial esquerdo.
Valor normalizado [% do
máximo]
Gastrocnêmio Medial Direito
lado, os outros sujeitos que não tinham a experiência com a
esteira, para compensar a insegurança sentida durante a
tarefa, aumentaram a atividade elétrica dos músculos
analisados.
IV. CONCLUSÃO
Sujeito I
Sujeito II
Sujeito III
Fig. 5. Valores normalizados da média, RMS e PF nos 3 sujeitos
para o músculo gastrocnêmio medial direito.
No gráfico das figuras 2 e 3, nota-se os valores da média,
RMS e pico de frequência do sinal eletromiográfico
separados por músculos. Nota-se que o sujeito III
(familiarizado com esteira) teve menor pico de frequência
para o TAE, porém o mesmo não aconteceu em relação ao
TAD.
Em termos de variáveis cardiovasculares, PA final do
sujeito I foi 135x x 95 mmHg, para o sujeito II foi 130 x 80
mmHg e para o sujeito III foi 140 x 95. Como esperado, deve
ser notado a grande variação de PA sistólica para o sujeito II,
não familiarizado com a esteira.
Os músculos desempenham papel fundamental para o
correto desencadeamento da marcha. A musculatura dos
membros inferiores desempenha três funções distintas
durante a locomoção: a frenagem dos segmentos empurrados
pela energia cinética, o amortecimento dos choques e das
vibrações e a aceleração dos segmentos em uma medida
bastante fraca [10]. Assim, a análise da musculatura do
membro inferior e sua relação com a marcha fornece
informações sobre o processo de locomoção do idoso e
indiretamente sobre seu grau de independência funcional.
O tríceps sural (gastrocnêmio e sóleo) garante a
estabilidade do joelho utilizando o pé como inserção de
ancoragem e agindo por visco-elasticidade sobre o platô
tibial. Mecanicamente, a estabilização do joelho pelo tríceps
sural só pode ser compreendida com o pé no solo, onde o
segmento tibial no final da fase de apoio avança menos
rapidamente que o segmento da coxa, acarretando uma
tendência à estabilização do joelho [10]. Isso pode ser
verificado com valores maiores de contração muscular para
os músculos GMD e GME em comparação com os músculos
TAE e TAD para os sujeitos I e III. Apesar do
comportamento anômalo do sujeito II, os valores para GME
e GMD foram próximos aos valores para TAE e TAD. Isso
pode ser devido às mudanças que ocorrem com o avanço da
idade que afetam a habilidade de adaptação a modos não
familiares de marcha, como foi o caso da caminhada em
esteira. Observa-se que o indivíduo familiarizado com a
esteira teve, em geral, melhor controle dos músculos
estudados, haja visto que a análise da média, RMS e PF do
sinal eletromiográfico foi menor do que os demais sujeitos.
Isto sugere que o sistema nervoso foi capaz de recrutar
apenas o necessário para a execução da tarefa. Por outro
Urge-se a necessidade de estudos sobre o comportamento
muscular de atividades motoras como a marcha. Os dados
analisados sugerem que existe diferença da marcha de idosos
com e sem familiarização com a esteira. Porém, este foi
apenas um estudo piloto, com poucos voluntários. É
necessário projetos com maior número de voluntários e
maior número de variáveis analisadas para conclusões mais
abrangentes.
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