O USO DA ESTIMULAÇÃO MAGNÉTICA TRANSCRANIANA E DA ELETROMIOGRAFIA DE SUPERFÍCIE NO DESEMPENHO MOTOR HUMANO Marco Antonio Cavalcanti Garcia – Núcleo de Estudos do Movimento Humano (NEMoH) da EEFD/UFRJ
Resumo
Este trabalho discute alguns aspectos do uso combinado da estimulação magnética transcraniana (EMT) e da eletromiografia de superfície padrão (sEMG) e de alta densidade (HD-sEMG) no estudo do controle motor. A aplicação da EMT sobre o córtex motor primário (M1) induzirá uma corrente iônica na área estimulada que, por sua vez, em se efetuando o monitoramento de músculos específicos contralaterais a este por meio da sEMG ou HD-sEMG, será possível elicitar potenciais evocados motores (PEM), os quais refletem uma diferente abordagem na interpretação deste sinal e, mais ainda, uma forte relação com a excitabilidade da conexão sináptica entre o neurônio motor superior e o músculo investigado. Estes métodos podem contribuir sobremaneira na compreensão dos efeitos da prática de exercícios físicos.
Palavras-chave: Estimulação magnética transcraniana; eletromiografia de superfície; potencial evocado motor.
Diferentes abordagens metodológicas têm sido utilizadas no processo de investigação do controle motor e do desempenho humano sob condições normais e patológicas. A eletromiografia de superfície (sEMG) está entre as técnicas mais comumente utilizadas na interpretação do padrão de recrutamento muscular sob diferentes condições de contração. Um exemplo de aplicação da sEMG diz respeito ao padrão de recrutmento muscular entre os membros dominante e não dominante em tarefas de alcance e preensão (Lemos et al., 2011), cuja compreensão tem auxiliado na determinação de algumas habilidades motoras que podem contribuir na elaboração de programas de exercícios físicos. Assim, mediante o monitoramento da atividade mioelétrica de diferentes músculos, é possível estabelecermos alguns insights sobre como estes se organizam e interagem no controle e desempenho motor em tarefas funcionais e desportivas.
A estimulação magnética transcraniana (EMT ou TMS do inglês de transcranial magnetic stimulation), introduzida por Anthony Barker, da Universidade de Sheffield (Reino Unido), em 1985, por sua vez, constitui um método não invasivo e indolor que e é baseada no principio da indução eletromagnética, estabelecida por Faraday (1838), onde uma corrente elétrica, passando por uma bobina colocada sobre os tecidos muscular e/ou nervoso, tem a capacidade de induzir uma corrente iônica na área estimulada (Kobayashi & Pascual-Leone, 2003). Entretanto, em se estimulando o córtex motor primário (M1) e efetuando o monitoramento de músculos específicos contralaterais a este por meio da sEMG, é possível observarmos potenciais evocados motores (PEM) que refletem uma diferente abordagem na
interpretação deste sinal e, mais ainda, uma forte relação com a excitabilidade da conexão sináptica entre o neurônio motor superior e o músculo investigado (Figura 1).
Figura 1: As figuras acima compreendem o modelo tradicional de uso da EMT e da sEMG na aquisição de PEM
em um músculo específico. Em A, é possível observarmos uma das formas de posicionamento de uma bobina destinada ao uso da EMT. A bobina é colocada tangencialmente ao couro cabeludo do voluntário e uma touca com um grid (1 cm x 1 cm) pode ser utilizada como orientação para um melhor posicionamento deste dispositivo. Em B é mostrada uma representação simplificada da profundidade de alcance do campo magnético gerado pela EMT. Por exemplo, este campo é capaz de alcançar um conjunto de neurônios piramidais do córtex motor primário (M1). Em C, observa-se o caminho do estímulo () gerado em M1 e que trafega pelo trato corticoespinhal, passando pela medula espinhal, até alcançar o músculo bíceps braquial (BB). O par de eletrodos de sEMG detecta duas informações: 1º. O artefato deste mesmo campo e identificado no sinal como “EMT” e alguns milissegundos (~ 10 – 20 ms) depois, é possível identificar o potencial evocado motor (PEM) que, mediante o tempo transcorrido entre o estímulo e a sua aparição e o seu valor pico a pico (P-P), é possível inferir sobre a excitabilidade corticoespinhal.
A latência (Figura 1c), que é o tempo gasto pela propagação do estímulo gerado no tecido excitável e a ocorrência do PEM, também pode fornecer informações sobre o processo de condução que, eventualmente, é afetado em alguns quadros patológicos. A relação entre o PEM e a excitabilidade da conexão sináptica entre o neurônio motor superior e o músculo investigado costuma ser determinada por meio do seu valor pico a pico (P-P). O valor P-P é
alcançado a partir de uma intensidade específica de EMT, cujo limiar é comumente identificado como a menor intensidade necessária de estimulação para se obter um PEM com um valor superior a 50 V, também P-P, em no mínimo 50% das tentativas consecutivas em músculos em repouso (Kobayashi & Pascual-Leone, 2003).
Para a EMT, dois diferentes tipos de bobina são utilizados: em “oito” (Figura 1a) e circular. A bobina em forma de “oito”, também conhecida como “borboleta”, permite uma estimulação mais focal, ao contrário da circular, que atinge uma área maior (Kobayashi & Pascual-Leone, 2003). Logo, para fins de monitoramento da excitabilidade corticoespinhal, é recomendado o uso da bobina em “oito” dada a menor dispersão do campo eletromagnético gerado. Deste modo, por meio de uma estimulação focalizada, a EMT permite encontrar mapas corticais tão consistentes quanto aqueles estimados através da ressonância magnética durante a realização de tarefas específicas (Wassermann, 1996) e a sua reprodutibilidade tem sido avaliada de forma positiva por diferentes autores (Mortifee et al., 1994; Kobayashi & Pascual-Leone, 2003; Sawaki; 2005). Ainda assim, é importante ressaltar que há uma grande sobreposição nas representações corticais em M1 de várias regiões do corpo e que, por mais focalizada que seja a EMT, não só outros compartimentos de um mesmo músculo, mas outros músculos, sinergistas ou não, também poderão deflagrar PEM (van Elswijk et al., 2008).
Nos estudos que se utilizam da EMT, a sEMG também é comumente aplicada por meio de pares de eletrodos posicionados sobre um único músculo, cujo sinal diferencial entre eles representa a sua atividade global naquela condição específica e esta pode ser então monitorada, conforme apresentado na Figura 1c. Seguindo este modelo, inúmeros estudos têm sido conduzidos no processo de investigação de mecanismos de neuroplasticidade, mas principalmente no âmbito clínico. Por exemplo, Byrnes et al. (2001) observaram uma redução na amplitude do PEM e um aumento do limiar motor de pacientes acometidos por acidentes vasculares encefálicos (AVE). Neste caso particular, discute-se que este quadro seria decorrente de uma redução na excitabilidade de M1 como resultado de mudanças no controle do balanço entre as informações excitatórias e inibitórias que chegam ao córtex. Similarmente, Liepert et al. (2000) reforçam que o mapeamento das representações corticais de diferentes músculos e/ou regiões do corpo, conforme descrito por Penfield & Rasmussen (1950), via EMT, é ideal para estudos longitudinais como em reabilitação de pacientes pós AVE, dada a sua independência do nível de performance na execução de uma tarefa motora. Entretanto, segundo Goodall et al. (2012), apesar dos grandes avanços na área clínica, pouco se tem explorado a respeito sobre aspectos relacionados ao desempenho motor em tarefas que
se aproximem de atividades físicas cujos objetivos sejam o aprimoramento no desempenho motor em tarefas desportivas e/ou envolvidas com a realização de exercícios de fortalecimento e afins. É nesta direção, portanto, que este trabalho foi elaborado: estabelecer um breve paralelo do uso da EMT e da sEMG em modelos experimentais básicos em controle motor e os possíveis desdobramentos destas informações sob uma perspectiva mais aplicada à prática de exercícios físicos.
Dentre as aplicações da TMS e da sEMG relacionadas ao âmbito da prática de exercícios físicos, é possível destacarmos alguns poucos exemplos que apresentam teorias contrárias às informações apresentadas pela literatura. Por exemplo, a chamada rosca bíceps, um exercício que visa o fortalecimento dos músculos flexores de cotovelo, constitui um exercício tradicional e comumente inserido em programas e séries em academias de ginástica. Há variações deste tipo de exercício que envolvem a composição da articulação do cotovelo com diferentes posições de antebraço (supinada, neutra e pronada) cujo efeito incidiria sobre o desempenho do músculo bíceps braquial, um músculo que atua de forma primária na flexão do cotovelo e como supinador. Ao consultarmos a literatura, podemos observar que alguns autores (Hall, 2009; Hamill & Knutzen, 2008) sugerem que há uma atividade mioelétrica reduzida por parte deste músculo quando da flexão de cotovelo em pronação do antebraço em função de aspectos biomecânicos básicos, tais como uma reduzida capacidade de produção de tensão em função de seu tendão, o qual se enrolaria ao rádio durante a manutenção desta posição. Logo, muitos educadores físicos e fisioterapeutas se orientam a partir deste conceito na prescrição de exercícios desta natureza. Porém, Gerachshenko & Stinear (2007) mostraram por meio da EMT e da sEMG que o músculo bíceps braquial sofreria inibição em níveis corticoespinhal e medular via inibição recíproca, ou seja, uma redução na magnitude dos PEM, já durante a preparação do movimento de pronação. Este achado refutaria a ideia de que as propriedades mecânicas previamente mencionadas seriam as condições regentes do padrão de ativação deste músculo.
Durante a contração muscular é possível evocar PEMs cujos valores P-P são maiores do que aqueles observados sob condições de repouso com uma mesma intensidade de EMT. Porém, outro importante aspecto ainda pouco explorado na melhora do desempenho motor diz respeito ao fato de observarmos um aumento na excitabilidade corticoespinhal quando da simulação de movimento, o que é comumente conhecido como imagética motora (Mercier et al., 2008), mas também quando estamos em estado de alerta e/ou expectativa para a realização do movimento, conforme observado por Gerachshenko & Stinear (2007). Ambos os casos
trazem importantes informações a respeito dos circuitos neuronais que estarão sendo recrutados e que, para Rodrigues et al. (2010), são similares àqueles engajados no recrutamento muscular propriamente dito. Estas evidências corroboram a ideia de que o engajamento do sujeito na realização da tarefa pode contribuir na magnitude do recrutamento muscular, inclusive do ponto de vista do tempo de reação e, possivelmente, da força produzida.
Outro interessante trabalho baseado apenas no uso da EMT foi desenvolvido por Classen et al. (1998). Estes autores propuseram a aplicação da EMT em um sítio sobre M1 que pudesse evocar um movimento numa direção específica (abdução + extensão do polegar). Em seguida, solicitaram aos sujeitos que realizassem movimento na mesma direção, mas no sentido oposto (adução + flexão do polegar) por pelo menos 30 minutos. Ao final do período de treinamento, os autores voltaram a aplicar a EMT sobre o mesmo sítio em M1 e observaram que grande parte dos movimentos evocados ocorria na direção treinada. Somente após 30 – 40 minutos do treinamento, as respostas voltavam a ocorrer na direção pré-treinamento. Mesmo não utilizando a sEMG, os autores sugerem que os resultados observados apontam para uma mudança na representação cortical do dedo, o qual codificaria aspectos cinemáticos do movimento. Do ponto de vista da prática de exercícios, os resultados observados por Classen et al. (1998) trazem pistas interessantes de como a realização de movimentos repetitivos, comuns em várias situações relacionadas ao âmbito do fitness ou da prática desportiva, podem incidir sobre o processo de adaptação à tarefa. Ainda assim, o uso da sEMG no monitoramento dos PEM nos músculos recrutados poderia trazer outras informações a respeito de qual o efeito modulatório central do treinamento sobre a musculatura antagonista e vice-versa. Com isso, seria possível fundamentar melhor os diferentes protocolos de exercícios físicos comumente adotados nas salas de musculação.
Apesar destes interessantes achados, o uso da sEMG “padrão” (configuração bipolar de um único canal por músculo) como método coadjuvante tem sido questionada. Alguns autores (Staudenmann et al., 2009) reafirmam o recrutamento seletivo de diferentes compartimentos musculares engajados em diferentes tarefas motoras em uma mesma articulação, o que coloca o uso da sEMG no monitoramento do PEM sob dúvidas a respeito da qualidade da informação obtida, uma vez que esta compreenderá a soma algébrica dos potenciais de ação (PA) gerados por todas as unidades motoras (UM) recrutadas. Sendo assim, uma diferente abordagem da sEMG que vem crescendo rapidamente, baseia-se na detecção simultânea da atividade mioelétrica de muitas diferentes regiões de um mesmo
músculo. Em uma revisão recente, Garcia & Vieira (2011) discutem as diferenças entre a aplicação de múltiplos canais de sEMG, normalmente em configuração bipolar (Figura 2a), sobre um ou mais músculos, o que configuraria um sistema multicanal (Staudenmann et al., 2009), em relação à aquisição de múltiplos eletromiogramas a partir de um único músculo por meio de eletrodos em disposição mono (arreios) (Figura 2b) ou bidimensional (matrizes) (Figura 2c), cuja principal denominação costuma ser eletromiografia de superfície de alta densidade (HD-sEMG do inglês high density surface electromyography).
Figura 2: As figuras acima apresentam três modelos simplificados de aquisição do sinal de sEMG em um
músculo padrão. Os eletrodos são representados por “●” e o amplificador diferencial por “”. Em A, é possível observarmos o modelo tradicional de aquisição do sinal de sEMG por meio da configuração bipolar. Neste modelo, a atividade mioelétrica colhida deriva da somação de múltiplos PA gerados por múltiplas UM recrutadas. Em B é apresentada uma versão da HD-sEMG em disposição de arreio ou unidimensional com oito eletrodos em série. Este modelo permite investigar a velocidade de propagação dos potenciais de ação se colocados ao longo ou em paralelo às fibras musculares. Em C, observa-se o modelo bidimensional de aplicação da HD-sEMG. A matriz (4 x 8) permite o monitoramento de diferentes sítios do músculo modelo. Ao contrário dos demais, a atividade mioelétrica detectada é usualmente monopolar.
A principal vantagem da HD-sEMG está no fato de se poder monitorar a atividade mioelétrica de uma grande quantidade de sítios musculares e que poderão fornecer um mapa a respeito da distribuição espacial das UM recrutadas e de uma possível reorganização na representação destas em M1, conforme sugerido por Classen et al. (1994). No entanto, Mesin et al. (2011) destacam a necessidade de se conhecer previamente a arquitetura do músculo a ser investigado, uma vez que a propagação dos PAUM poderá resultar em erros de interpretação de seus compartimentos por meio desta técnica. Ainda assim, a possibilidade de
se obter informações sobre a distribuição espacial do recrutamento de UM poderá nos informar detalhes acerca do comportamento dos diferentes compartimentos musculares.
Apesar do grande potencial de ambas as técnicas (EMT e HD-sEMG), há pouquíssimos estudos na literatura que se utilizem do seu conjugado, mesmo em questões básicas relacionadas ao controle motor humano. Assim, sugere-se que o uso combinado da EMT e da HD-sEMG na investigação dos padrões de recrutamento muscular sob diferentes condições de contração possa contribuir de forma ímpar na compreensão dos mecanismos envolvidos na gradação da força muscular sob diferentes condições. É possível afirmar ainda que as informações obtidas por meio destas técnicas podem nos auxiliar de forma mais objetiva não somente da compreensão destes mecanismos, mas também no processo de entendimento e elaboração de programas de exercícios sob um modelo mais claro e objetivo.
Referências
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