Correlação entre Força no Pedal e Sinal EMG em Músculos Aquáticos, Resumos de Biomecânica

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UNESP

FACULDADE DE ENGENHARIA DO CAMPUS DE GUARATINGUETÁ

GUARATINGUETÁ

MARIA AUXILIADORA ANDRADE PINTO RIBEIRO

ANÁLISE ELETROMIOGRÁFICA E DINAMOMÉTRICA DURANTE O CICLO

DA PEDALADA EM CICLOERGÔMETRO AQUÁTICO

Tese apresentada à Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, para a obtenção do título de Doutor em Engenharia Mecânica na área de Projetos.

Orientador: Prof. Dr. João Alberto de Oliveira

Guaratinguetá 2011

DADOS CURICULARES

MARIA AUXILIADORA ANDRADE PINTO RIBEIRO

NASCIMENTO 28.07.1961 – Cruzeiro / SP

FILIAÇÃO Horácio Pinto Tomelina de Andrade

1995/1999 Curso de Graduação Escola Superior de Educação Física de Cruzeiro

2003/2005 Curso de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, nível de Mestrado, na Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá da Universidade Estadual Paulista.

2006/2011 Curso de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, nível de Doutorado, na Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá da Universidade Estadual Paulista.

De modo especial, aos meus pais, que foram os pilares da minha vida.

Este trabalho contou com apoio da seguinte entidade

• CAPES – através do PROGRAMA INSTITUCIONAL DE CAPACITAÇÃO DE DOCENTES – PICD.

Jamais considere seus estudos como uma obrigação, mas como uma oportunidade invejável para aprender a conhecer a influência libertadora da beleza do reino do espírito, para seu próprio prazer pessoal e para proveito da comunidade à qual seu futuro trabalho pertencer. Albert Einstein

RMSm em relação aos níveis de resistência: 2FA (14,40 mV ± 5,08), 1FF (17,70 mV ± 3,36) e 2FF (20,00 mV ± 15,25). O músculo BF não apresentou aumento significativo para 1FF (30,00 mV ± 12,58), porém, para 2FA (25,80 ± 18,57) e 2FF (34,40 ± 20,46) pode-se observar aumento significativo para p< 0,05. Quanto a correlação entre sinais RMSm e sinais da Força Normal média, os resultados sugerem alta correlação para o músculo GAL para 4 dos 5 sujeitos da amostra. Para o RF, a correlação entre ambos os sinais foi significativa para 3 dos 5 sujeitos analisados. O músculo BF apresentou correlação estatisticamente significativa para 4 dos 5 sujeitos, sendo que, para 3 sujeitos para p < 0,05. Em relação ao trabalho muscular na fase de propulsão da pedalada, a maior contribuição foi do músculo GAL para os 5 sujeitos da amostra. A partir dos resultados analisados pode-se concluir que o pedal se mostrou eficiente para mensurar a Força Normal média aplicada no pedal da Hidrocycle; a amplitude do sinal EMG aumenta em resposta à carga aplicada; existe forte tendência de correlação entre Força e amplitude do sinal EMG. Toda análise estatística foi realizada pelos softwares Minitab 15 e Excel e adotado p< 0,01.

PALAVRAS-CHAVE: Cicloergômetro aquático. Eletromiografia. Pedal de força normal.

RIBEIRO, M. A. A. P. Análise eletromiográfica e dinamométrica durante o ciclo da pedalada em cicloergômetro aquático. 2011. 111f. Thesis (Doctorate in Mechanical Engineering) - Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2011.

ABSTRACT

At the aquatics cycling the muscles of the lower limbs are responsible for the force production which, applied make the aquatics bicycle move ahead. Studies of the forces applied on the pedal are of great interest for the cycling Biomechanics, especially when these are associated with the EMG technique. The aims of this study were: (1) to build a instrumental pedal with strain gauges to measure average normal force applied on the aquatics bicycle pedal; (2) to check amount of EMG signals of the muscles of the right lower limb, RF muscle, BF muscle and GAL muscle and phase of the propulsion of the pedal ride; (3) to check the correlation existing between the EMG signal intensity pedal force at the three levels of water resistance. Five male volunteers with average age 22 ± 1,9, body weight 75 kg ± 3, 8, 176 cm ± 3,3 height participated on this experiments. The experiments happened at a tank with external dimensions of 1,2 m x 1,0m x 1,5 m, length, width and height, glass side walls, in with the Hidrocycle was installed. The volunteers cycled at a frequency of 50 rpm, for one minutes, during the three levels of aquatic resistance previously established by the Hidrocycle. With the rising use of loads due to the opining and closing process of the two holes present in each of the four gutters of the bicycle, the results were obtained. The muscle GAL presented significant RMSm increase related to the two open holes levels (2FA) (17,00 mV ± 2,44), one close holes (1FF) (19,50 mV ± 1,80) and two close holes (2FF) (34,40 mV ± 8,24). For the muscle RF, a significant RMSm increase was also found: 2FA (14,40 mV ± 5,08), 1FF (17,70 mV ± 3,36) and 2FF (20,00 ± 15,21). The muscle BF hasn’t presented any significant increase for 1FF (30, 00 mV ± 12,58), put to FA ( 25,80 ± 18,57) and 2FF (34,40 ± 20,46) slowed significant RMSm increase for p<0,05. Concerning the correlation between RMSm and the average normal force signals, the results suggest higt correlation for the muscle GAL for the 4

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 - Cicloergômetro aquático Walter Biker ................................................................ 43 FIGURA 2 - Bicicleta aquática Hidrocycle ................................................................ 44 FIGURA 3 - Esquema dos tipos de músculos de acordo com o arranjo das fibras musculares ................................................................................................ 45 FIGURA 4 - Representação dos quatro quadrantes, fase de propulsão e fase de recuperação do ciclo da pedalada ............................................................. 49 FIGURA 5 - Representação dos principais músculos dos membros inferiores envolvidos na pedalada ................................................................ 49 FIGURA 6 - Sistema de coordenadas do pedal ................................................................ 52 FIGURA 7 - Bancada de instrumentação montada para o experimento ................................ 56 FIGURA 8 - Sistema de calhas da Hidrocycle com regulagem de fluxo de água.......................................................................................... 57 FIGURA 9 - Bicicleta aquática com sensor indutivo fixado no quadro dianteiro ................................................................................................ 58 FIGURA 10 - Desenho do eixo do pedal com montagem dos extensômetros em ponte completa na ranhura do eixo A e B................... ................................ 59 FIGURA 11 - Eixo do pedal conectado ao pé-de-vela ............................................................... 60 FIGURA 12 - Pedal montado ................................................................................................ 60 FIGURA 13 - Tablado de madeira utilizado na calibração do eixo do pedal......................................................................................... 61 FIGURA 14 - Suporte de carga fixado ao eixo para calibração do pedal ................................ 62 FIGURA 15 - Curva de calibração do eixo do pedal ................................................................ 63 FIGURA 16 - Registro simultâneo dos sinais EMG e da Força Normal no pedal durante a coleta de dados ................................................................ 65 FIGURA 17 - Posicionamento do eletrodo no músculo GAL ................................ 67 FIGURA 18 - Posicionamento do eletrodo no músculo BF ................................ 67 FIGURA 19 - Posicionamento do eletrodo no músculo RF ................................ 68 FIGURA 20 - Posição para CVM do músculo BF - flexão do joelho contra resistência manual ................................................................ ............................... 69

FIGURA 21 - Posição para CVM do músculo RF - extensão do joelho contra resistência manual...................................................... ............................... 69 FIGURA 22 - Posição para CVM do músculo GAL ................................................................ 69 FIGURA 23 - Coleta de dados dos sinais EMGs e dos sinais da Força Normal aplicada no pedal ................................................................ 70 FIGURA 24 - Posição do pedal a 0º do ciclo da pedalada para a coleta do sinal EMG e da Força Normal ................................................................ 71 FIGURA 25 - Registro dos sinais da Força Normal aplicada sobre o pedal na posição inicial e dos pulsos no início da coleta de dados.................... ................................................................................................ 74 FIGURA 26 - Registro dos sinais da Força Normal nos 10 ciclos da pedalada no nível 1 (2FA) ................................................................ 75 FIGURA 27 - Registro dos sinais da Força Normal nos10 ciclos da pedalada no nível 2 (1FF) ................................................................ 76 FIGURA 28 - Registro dos sinais da Força Normal nos10 ciclos da pedalada no nível 3 (2FF) ................................................................ 77 FIGURA 29 - Representação dos valores médios obtidos para a Força Normal média em relação aos três níveis de controle de fluxo de água (2FA, 1FF e 2FF) para os 5 sujeitos............................ 77 FIGURA 30 - Pico Máximo obtido para o músculo GAL - nível 1 (2FA)..... 78 FIGURA 31 - Pico Máximo obtido para o músculo GAL – nível 2 (1FF) ................................ 79 FIGURA 32 -^ Pico Máximo obtido para o músculo GAL – nível 3 (2FF) ................................ 80 FIGURA 33 -^ Valores médios RMSm (mV) do músculo GAL (2FA, 1FF e 2FF) dos 5 sujeitos................... ................................ ................................ 84 FIGURA 34 -^ Valores médios RMSm (mV) do músculo RF (2FA, 1FF e 2FF) dos 5 sujeitos........ ................................ ................................ 85 FIGURA 35 -^ Valores médios RMSm (mV) do músculo BF (2FA, 1FF e 2FF) dos 5 sujeitos ................................................................ ............................... 85 FIGURA 36 -^ Correlação entre o aumento da Força Normal e ativação do músculo GAL do sujeito 1................................................................. 90

LISTA DE TABELA

TABELA 1 - Valores médios e desvios padrão referentes às variáveis de caracterização dos sujeitos do estudo ................................................................ 56 TABELA 2 - Intervalo de tempo das fases de propulsão, picos de força e desvios padrão no nível 1- (2FA) ................................ ................................ 74 TABELA 3 - Intervalo de tempo das fases de propulsão, picos de força e desvios padrão no nível 2- (1FF) ................................................................ 75 TABELA 4 - Intervalo de tempo das fases de propulsão, picos de força e desvios padrão no nível 3 (2FF) ................................................................ 76 TABELA 5 - Valores da FNm (N) obtidas para os cinco sujeitos ................................ 77 TABELA 6 - RMSm dos músculos GAL, RF e BF na fase de propulsão do ciclo da pedalada - nível 1- (2FA) ................................................................ 80 TABELA 7 - RMSm dos músculos GAL, RF e BF na fase de propulsão do ciclo da pedalada - nível 2- (1FF) ................................................................ 80 TABELA 8 - RMSm dos músculos GAL, RF e BF nas fases de propulsão do ciclo da pedalada – nível 3- (2FF) ................................................................ 81 TABELA 9 - RMSm obtidos para os músculos GAL, RF e BF, dos PMm, e dos CN na fase de propulsão do ciclo da pedalada - nível 1 (2FA)............ ................................................................ ................................ 82 TABELA 10 - RMSm obtidos para os músculos GAL, RF e BF, dos PMm, e dos CN na fase de propulsão do ciclo da pedalada - nível 2 (1FF) ........... ................................................................ ................................ 82 TABELA 11 - RMSm obtidos para os músculos GAL, RF e BF, dos PMm, e dos CN na fase de propulsão do ciclo da pedalada - nível 3 (2FF)...... ................................................................ ................................ 83 TABELA 12 - Teste de Kruskal-Wallis do músculo GAL entre os três níveis de controle de fluxo de água ................................................................ 86 TABELA 13 - Teste de Kruskal-Wallis para o músculo RF entre os três níveis de controle de fluxo de água ................................................................ 87

TABELA 14 - Teste de Kruskal-Wallis para o músculo BF entre os três níveis de controle de fluxo de água ................................................................ 87

LISTAS DE SÍMBOLOS

Ag Prata AgCl Cloreto de prata % Porcentagem

SUMÁRIO

• 1 INTRODUÇÃO
• 1.1 OBJETIVOS
• 1.1.1 Objetivo geral
• 1.1.2. Objetivo específico
• 2 REVISÃO DE LITERATURA
• 2.1 ELETROMIOGRAFIA: CONSIDERAÇÕES GERAIS
• 2.2 AQUISIÇÃO DO SINAL ELETROMIOGRÁFICO
• 2.2.1 Eletrodos de superfície
• 2.2.2 Condicionamento do sinal EMG – Amplificação e Processamento
• 2.2.3 Técnicas de processamento do sinal
• 2.2.4 Normalização do sinal eletromiográfico
• 2.3 ELETROMIOGRAFIA NO AMBIENTE AQUÁTICO
• 2.4 EXERCÍCIOS AQUÁTICOS
• 2.5 RELAÇÃO ENTRE FORÇA MUSCULAR E SINAL EMG
• 2.5.1 Força muscular
• 2.5.2 Músculos monoarticular e biarticular
• 2.6 BIOMECÂNICA DO CICLISMO
• 2.6.1 Cinética
• 2.6.2 Cinética do ciclismo
• 2.6.3 Contribuição dos músculos dos membros inferiores na pedalada
• 2.6.4 Forças Aplicadas no Pedal
• 2.6.5 Comportamento da Força Perpendicular no Pedal
• 3 MATERIAIS E MÉTODOS
• 3.1 DELINEAMENTO DO ESTUDO
• 3.2 AMOSTRA.
• 3.3 SELEÇÃO DA AMOSTRA
• 3.4. CRITÉRIO DE INCLUSÃO
• 3.5 EQUIPAMENTOS DE MEDIDA................................
• 3.5.1 Bicicleta aquática................................................................................................
• 3.5.2 Tanque...........