Análise do comportamento dos descritores biomecânicos e eletromiográficos de superfície em exercício resistido por dinamometria isocinética com produção de fadiga

Abstract

Nesta tese de doutorado foi realizado um estudo do comportamento dos descritores biomecânicos e eletromiográficos de superfície durante a execução do exercício resistido isocinético, configurado para a produção de fadiga. A principal investigação quantificou, por meio desses descritores, a influência do artefato de oscilação da velocidade (velocity overshoot - VO) sobre a interpretação dos dados coletados em dinamometria isocinética (DI) combinada à eletromiografia de superfície (EMG-S). A motivação partiu do princípio de que a estimativa exata da função muscular deve ocorrer somente na faixa isocinética (por definição, onde a velocidade é constante). Para tanto, foi desenvolvido um algoritmo específico de segmentação de sinais para delimitar, com exatidão, cada fase do exercício isocinético, o que permitiu dividir a região de carga em dois segmentos: VO e região de velocidade constante. Também foi concebida uma arquitetura de instrumentação integrada para a digitalização, armazenamento e processamento simultâneo e sincronizado de sinais de EMG-S e de DI. Os dados experimentais foram coletados a partir de um protocolo para a execução de exercício resistido isocinético de intensidade máxima, baseado nas velocidades angulares de extensão do joelho de 60º/s e 180º/s. Esse protocolo foi elaborado por especialistas do Laboratório de Biomecânica da Faculdade de Educação Física da Universidade de Brasília e configurado na arquitetura de instrumentação proposta. Os resultados encontrados sugerem que a subtração dos trechos de sinais referentes ao VO garante que o estudo da função muscular ocorra na faixa de velocidade constante – onde os sinais de EMG-S se mostraram ciclo-estacionários – e, portanto, essa prática poderia ser incorporada à análise de exercícios isocinéticos, especialmente quando combinados à EMG-S. A arquitetura de instrumentação desenvolvida contribuiu, também, para o estudo do fenômeno da fadiga muscular, o qual foi analisado sob dois aspectos: o primeiro consistiu na definição de indicadores de fadiga (inclinação da reta de regressão) para os descritores eletromiográficos tradicionais e para a velocidade de condução, apresentando resultados semelhantes ao caso isométrico quando a análise se restringiu à região de velocidade constante; o segundo avaliou a produção do pico de torque e o trabalho isocinético realizado em relação à energia do sinal eletromiográfico consumida a cada ciclo do movimento, caracterizando a fadiga de uma forma inédita com indicadores de eficiência muscular. Como principais contribuições podem ser destacadas: (1) a arquitetura de instrumentação integrada, (2) a análise de impacto de VO sobre os descritores de EMG-S e de DI, (3) a identificação da região de velocidade constante como ciclo-estacionária (a 60º/s e 180º/s) e adequada ao estudo da EMG-S, (4) a proposta para a organização de arquivos de dados e criação de bancos de sinais digitais, de EMG-S e de DI, e (5) os recursos de software para a manipulação e o processamento desses sinais. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This thesis is a study of the behavior of biomechanical and surface electromyographic (EMG-S) descriptors during the execution of isokinetic resistance exercise, configured to produce fatigue. The main work consisted of measuring the influence of velocity overshoot (VO) artifact on the interpretation of data collected in isokinetic dynamometry (ID). It was motivated by the assumption that the accurate estimate of muscle function should only occur in the isokinetic range (which is, by definition, the range where the speed of movement is constant). For this purpose, it was developed a specific algorithm for signal segmentation in order to accurately identify each stage of the isokinetic exercise. The algorithm makes possible the segmentation of the load range in two parts: (1) VO and (2) the range of constant velocity. It was also designed an architecture of integrated instrumentation for simultaneous scanning, storing and processing of EMG-S and ID signals. The experimental data were collected from a protocol to perform isokinetic resistance exercise of maximum intensity, based on the angular velocities of knee extension of 60°/s and 180°/s. This protocol was developed by specialists of the Biomechanics Laboratory of the Faculty of Physical Education of Universidade de Brasília (Brazil) and it was configured in the proposed architecture of instrumentation. The found out results suggest that the subtraction of signal sections relating to VO ensures that the study of muscle function occurs in the range of constant speed – where the EMG-S signal behaved as cyclostationary – and, therefore, this practice could be incorporated in the analysis of isokinetic exercises, especially when they are combined with EMG-S. The developed architecture also contributed for the two studies of muscle fatigue described in this thesis. The first one showed similar results to the isometric case when the analysis was restricted to the region of constant velocity. It was made by establishing the indicators of fatigue (slope of linear regression) for the traditional EMG-S descriptors as well as for the conduction velocity. The second one assessed the peak torque performed and the isokinetic work accomplished in relation to the mioelectrical energy of each cycle of motion, characterizing the fatigue by a novel form using muscular efficiency indicators. The main contributions are: (1) the architecture of integrated instrumentation, (2) the impact analysis of VO on the descriptors of EMG-S and ID, (3) the region of constant velocity identified as cyclostationary (at 60º/s and 180º/s) and, therefore, appropriate to the study of EMG-S, (4) the proposal for organizing data files and database creation of digital signals, and (5) the software features for handling and processing signals of EMG-S and ID.