UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE EDUCAÇÃO FÍSICA
ARTHUR FERNANDES GÁSPARI
TECIDO EMISSOR DE INFRAVERMELHO LONGO: efeitos sobre o desempenho aeróbio e mecanismos relacionados
Campinas 2018
ARTHUR FERNANDES GÁSPARI
TECIDO EMISSOR DE INFRAVERMELHO LONGO: efeitos sobre o desempenho aeróbio e mecanismos relacionados
Tese apresentada à Faculdade de Educação Física da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Doutor em Educação Física, na área de concentração: Biodinâmica do Movimento e Esporte.
Orientador: Prof. Dr. Antonio Carlos de Moraes
Coorientador: Prof. Dr. Romulo Cassio de Moraes Bertuzzi
ESTE TRABALHO CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELO ALUNO ARTHUR FERNANDES GÁSPARI, E ORIENTADA PELO PROF. DR. ANTONIO CARLOS DE MORAES E COORIENTADA PELO PROF. DR. ROMULO CASSIO DE MORAES BERTUZZI.
Campinas 2018
COMISSÃO EXAMINADORA
Presidente da Comissão Examinadora
Prof. Dr. Antonio Carlos de Moraes
Titulares
Profa. Dra. Cláudia Regina Cavaglieri
Prof. Dr. Claudio Alexandre Gobatto
Prof. Dr. Adriano Eduardo Lima da Silva
Prof. Dr. Nivaldo Antonio Parizotto
A ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de vida acadêmica do aluno.
DEDICATÓRIA
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar, agradeço à Profa. Dra. CELENE FERNANDES BERNARDES, conhecida entre meus amigos da ciência por ORÁCULO.
Meu muito obrigado por tudo, MÃE!
Agradeço à minha Pekena, LUIZA SILVA RODRIGUES, pelas incansáveis horas de companhia, compreensão, apoio e todas as figuras melhoradas!
Agradeço, também, à sua irmã, Debora, e demais familiares!
Agradeço, ainda, à minha irmã, Paula F. Gáspari, por sempre me provocar e aos meus avós pela torcida.
Agradeço a meus orientadores, Prof. Dr. Antonio Carlos de Moraes e Prof. Dr. Rômulo Cássio de Moraes Bertuzzi, cada um do seu jeito e com sua lição foram importantes para
minha formação.
Aproveito e agradeço aos amigos do LEE:João Barbieri; Cassia L. Teodoro; Patricia Guimarães; Leo Motta; Manoel Silva; Gabriel Figueiredo; Jack e Isa Righ. E, também, a
todos do GEDAE: Carlos Raffael; Marcos; Mayara; Leo; Renata; Rafa – Coisa Linda e Ramon.
Agradeço, também, à minha amiga e (ex)orientadora, Profa. Mara Patrícia T Chacon-Mikahil, poucos teriam aberto as portas como a senhora. Aproveito e agradeço aos colegas do laboratório: Amanda Sardeli; Alex Castro; Gui Telles; Renata Dufit; Ivan Bonfanti; Marina
Ferreira; Ana Rankrapes e outros.
Aos meus amigos de FEF: Ricardo Berton; Felipe Damas; Miguel Conceição; Felipe Cassaro; Manoel Lixandrão e Edson Mendes Junior.
My thank you very much Australia friends: Glenn McConell; David Brisky; Jef Coombes; Llyon Robert; All – Allard Maskencs.
Meu obrigado ao Prof. Andri Sposito e seu time: Isabela; Laura; Vitor.
Meus sinceros agradecimentos pelo apoio e confiança aos amigos da Rhodia: Gabriel Goresco; Tarcis; Americo; Zuleica.
Obrigado a todos do LNBio: Mauricio Scorza; Ana Zeri; Rafael; Silvana. Antes do fim, agradeço aos meus amigosRafael Gibara, João Ricardo, Hugo Rafacho, Marcinha e Henrique Marques-Souza e também aos meus amigos e voluntários pela enorme
contribuição, sem vocês isto não teria acontecido.
Também, meu muito obrigado a Simone da secretaria de pós-graduação da FEF e a todos os funcionários da FEF-Unicamp, sem eles este trabalho não teria sido possível.
E, por fim, agradeço os apoiadores e financiadores desse projeto e aluno: CNPq (Processo: 159786/2014-2), FAEPEX e Rhodia / Grupo Solvay.
GÁSPARI, ARTHUR FERNANDES. Tecido emissor de infravermelho longo: efeitos sobre o desempenho aeróbio e mecanismos relacionados. 2018. 183f. Tese de Doutorado em Educação Física - Faculdade de Educação Física. Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2018.
RESUMO
O tecido emissor de infravermelho longo (IVL), sem uso de qualquer fonte elétrica, absorve energia do ambiente (ex. calor) e a reemite na forma de radiação IVL. O IVL emitido por materiais pode, sem alterar a temperatura, aumentar o metabolismo e a função celular, aumentar a biodisponibilidade de óxido nítrico (NO) e Ca2+, melhorar a circulação sanguínea e retardar a fadiga em modelo ex-vivo de músculo esquelético. Sendo os efeitos ergogênicos desta fonte de IVL sobre o desempenho físico em humanos pouco conhecidos, a presente tese investigou os efeitos do tecido IVL sobre o desempenho durante o exercício predominantemente aeróbio e os mecanismos relacionados. Para tal, foram realizados três estudos contrabalançados, crossover, duplo cego e controlados por placebo, com tempo de utilização do traje IVL e Placebo de 96 horas. O estudo 1, utilizando uma amostra de 14 homens jovens ativos, mostrou o efeito do IVL no aumento (25%) do tempo para exaustão em exercício de intensidade muito pesada, acompanhado do aumento da contribuição do metabolismo aeróbio (AMET) e menor estresse oxidativo e nitrosativo, sem alterações nos
marcadores de defesa antioxidante, biodisponibilidade de NO e temperatura. A negativa do aumento da biodisponibilidade de NO como intermediário dos efeitos do IVL motivou a condução do estudo 2, o qual, através da análise Metabolômica por espectroscopia de ressonância magnética nuclear de prótons (1H NMR spectroscopy), investigou os mecanismos bioquímicos relacionados ao aumento do desempenho com o uso de IVL. Utilizando amostra de 20 homens jovens ativos, foi realizado protocolo experimental com as medidas dos metabolismos energéticos, metabólitos e lipídeos séricos em duas intensidades de exercício (moderada e muito pesada). Foi observado aumento do desempenho (23%) e melhora da bioenergética para IVL, acompanhados do aumento das concentrações de 3-Hidroxiisovalerato e AGL, para o exercício moderado, e de 3-hidroxibutirato, Acetoacetato, Fumarato e AGL, para o exercício muito pesado. Embora todos estes metabolitos estejam relacionados ao metabolismo aeróbio, também estão ligados à disponibilidade de AGL, apontando o tecido adiposo como outro foco do efeito do IVL no aumento do desempenho. Os resultados descritos acima indicam a melhora das vias aeróbias de produção de energia como possível mecanismo responsável pelo efeito positivo do traje IVL sobre o tempo para exaustão em exercício de carga constante. No estudo 3, foi verificada a eficácia do IVL para melhora do desempenho de 11 ciclistas treinados em simulação de prova de 4 km contrarrelógio. Os resultados indicaram melhora do desempenho de 2,2s quando comparado ao traje Placebo. A redução no tempo de prova foi maior do que o erro típico da medida, sugerindo efeito ergogênico do IVL para esta população e prova. Os resultados do estudo 3 foram independentes de alterações na temperatura, no entanto também não foram identificadas alterações no AMET. Por fim, a coletiva de estudos que compõem este trabalho
confirma o efeito ergogênico do tecido IVL no aumento do desempenho em exercício predominantemente aeróbio, para indivíduos ativos e treinados, aponta o aumento da produção de energia por vias aeróbias como possível mecanismo e também sugere que os efeitos positivos do IVL sobre o desempenho estejam relacionados tanto ao tecido muscular quanto adiposo.
PALAVRAS CHAVE: Radiação; Fototerapia; Photobiomodulação; Desempenho Esportivo e Exercícios aeróbios.
GÁSPARI, ARTHUR FERNANDES. Far-infrared emitting fabric: effects on endurance performance and related mechanisms. 2018. 183f. Ph.D theses in Physical Education – School of Physical Education, University of Campinas, Campinas, 2018.
ABSTRACT
The far-infrared (FIR) emitting fabric, without any electrical source, absorbs energy from the environment (e.g., thermal energy from the human body) and transfers it in the form of FIR radiation. The FIR emitted by materials can, without changing temperature, enhance cell metabolism and function, increase cellular availability of nitric oxide (NO) and Ca2+, improve blood circulation and delay fatigue in ex-vivo model of skeletal muscle contractions. Since the ergogenic effects of this FIR source on physical performance in humans are little known, the present thesis investigated the effects of the FIR on performance during the aerobic exercise and physiological mechanisms associated. Three counter-balanced, crossover, double-blind, placebo-controlled studies, were performed. The wearing time (FIR and/or Placebo garment) was 96 hours. In study 1, with a sample of 14 active young men, the FIR increased (25%) the time-to-exhaustion of the exercise in very heavy intensity. In addition, it also was observed the increase of the contribution of aerobic metabolism (AMET) and a lower oxidative and
nitrodative stress, without alterations in antioxidant defense markers, NO bioavailability and temperature. Due to the absence of increase in the NO bioavailability as intermediary of the ergogenic effects of FIR on performance, study 2 was carried out. A metabolomic analysis through proton nuclear magnetic resonance (1H NMR) spectroscopy was performed to investigate the biochemical mechanisms related to performance increase with the use of FIR. Again, with 20 active young men, an experimental protocol was performed with measurements of energy metabolism and serum metabolites and lipids in two exercise intensities (moderate and very heavy). The results demonstrated an increase on performance (23%) and improvements in bioenergetics for FIR, as well as the increase on concentrations of 3-Hydroxyisovalerate and FFA for moderate exercise, and 3-hydroxybutyrate, Acetoacetate, Fumarate and FFA for very heavy exercise. Although all metabolite are related to aerobic metabolism, they also are derived from fat metabolism, pointing adipose tissue as another focus of the FIR to improve performance. The results described above indicate the improvement of the aerobic energy production pathway as a possible mechanism responsible for the positive effect of the FIR on the time-to-exhaustion in constant load exercise. Study 3 verified the efficiency of the FIR to improve the performance of 11 trained cyclists in simulation of 4 km time-trial. The results indicated an improvement in the performance of 2.2s when compared FIR to Placebo. The time reduction to complete the 4 km time-trial with FIR was greater than the measurement typical error suggesting the ergogenic effect of the FIR garment for this population and test. Again, these results were independent of changes in temperature, however no changes in AMET were identified. Finally, all studies that compose
this thesis confirm the ergogenic effect of the FIR on endurance performance improvements for both active and trained individuals. A possible mechanism is associated with the increase of aerobic energy production. It is also suggested that the positive effects of the FIR on performance are associated to both to muscle and adipose tissue.
KEY WORDS: Radiation; Phototherapy; Photobiomodulation; Athletic Performance and Aerobic exercises.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Representação artística de mudanças do ambiente da Terra primitiva que,
gradualmente, criaram condições para o surgimento da vida. ... 17
Figura 2. Coleta dos resíduos corporais de um atleta da Grécia antiga após uma competição, para confecção de preparados ergogênicos. ... 27
Figura 3. Dispositivos emissores de IV. ... 31
Figura 4. Representação esquemática da sequência de eventos que constituíram a sessão experimental em ambas as condições (traje IVL ou Placebo). ... 49
Figura 5. Representação esquemática da sequência de eventos que constituíram a sessão experimental em ambas as condições (traje IVL ou Placebo). ... 51
Figura 6. Representação esquemática da sequência de eventos que constituíram a sessão experimental em ambas as condições (traje IVL ou Placebo). ... 52
Figura 7. A. Foto dos trajes experimentais: Placebo e IVL. B. Voluntário vestindo um dos trajes. ... 53
Figura 8. Exemplo típico de imagens térmicas adquiridas pré-testes, nas duas condições (IVL e Placebo), do mesmo voluntário. ... 55
Figura 9. Processo de preparação da amostra para aquisição dos espectros de RMN. ... 63
Figura 10. Aparelho de ressonância magnética nuclear 600 MHz. ... 65
Estudo 1. Estudo 1. Figura 1. Representação esquemática da sequência de eventos que constituíram a sessão experimental em ambas as condições (traje IVL ou Placebo)... 74
Estudo 1. Figura 2. A. Foto dos trajes experimentais: Placebo e IVL. B. Voluntário vestindo um dos trajes. ... 75
Estudo 1. Figura 3. Desempenho (Tlim) médio e individual no exercício muito pesado (A). Temperatura pré e pós-exercício (B). ... 82
Estudo 1. Figura 4. Contribuição percentual dos metabolismos energéticos para o gasto energético total durante o exercício para os trajes Placebo e IVL... 84
Estudo 2. Estudo 2. Figura 1. Representação esquemática da sequência de eventos que constituíram a sessão experimental em ambas as condições (traje IVL ou Placebo)... 96
Estudo 2. Figura 2. A. Foto dos trajes experimentais: Placebo e IVL. B. Voluntário vestindo um dos trajes.. ... 97
Estudo 2. Figura 3. Perfil metabolômico do exercício moderado. ... 108
Estudo 2. Figura 4. Efeito do traje IVL sobre o 3-Hidroxiisovalerato no moderado ... 109
Estudo 2. Figura 5. Desempenho médio (A) e individual (B) no exercício muito pesado. .... 111
Estudo 2. Figura 6. Perfil metabolômico do exercício muito pesado. ... 114
Estudo 2. Figura 7. Pathway Analysis ... 115
Estudo 2. Figura 8. Efeito do traje IVL sobre metabolitos no exercício muito pesado. ... 116
Estudo 2. Figura 10. Metabolitos da via do 3-Hidroxiisovalerato observado no exercício de intensidade moderada. ... 123 Estudo 2. Figura 11. Aminoacidos apontados pela Pathway Analysis do exercício na
intensidade muito pesada. ... 124 Estudo 2. Figura 12. Metabolitos apontados pela Pathway Analysis do exercício na
intensidade muito pesada. ... 125
Estudo 3.
Estudo 3. Figura 1.Representação esquemática da sequência de eventos que constituíram a sessão experimental em ambas as condições (traje IVL ou Placebo)... 131 Estudo 3. Figura 2. Parâmetros de radiação traje IVL... 134 Estudo 3. Figura 3. Exemplo típico de imagens térmicas adquiridas pré-testes, nas duas condições (IVL e Placebo), do mesmo voluntário. ... 135 Estudo 3. Figura 4. Desempenho médio e individual no teste CR-4km. ... 138 Estudo 3. Figura 5. Distribuição das variáveis mecânicas, fisiológicas e perceptuais para cada 400 metros no CR-4km. ... 140
LISTA DE TABELAS Estudo 1.
Estudo 1. TABELA 1. Características dos participantes. ... 72 Estudo 1. TABELA 2. Parâmetros de radiação traje IVL ... 75 Estudo 1. TABELA 3. Gasto energético total, valores absolutos dos metabolismos energéticos e parâmetros fisiológicos pré-exercício e no momento da exaustão para Placebo e IVL. ... 83 Estudo 1. TABELA 4. Parâmetros bioquímicos de óxido nítrico, estresse oxidativo e defesa anti oxidante pré e pós-exercício para Placebo e IVL. ... 85 Estudo 2.
Estudo 2. TABELA 1. Características dos participantes. ... 93 Estudo 2. TABELA 2. Parâmetros de radiação traje IVL ... 97 Estudo 2. TABELA 3. Metabolitos identificados em todas as amostras analisadas ... 105 Estudo 2. TABELA 4. Temperatura, gasto energético total e metabolismos energéticos na intensidade moderada para Placebo e IVL. ... 107 Estudo 2. TABELA 5. Metabólitos pré e pós-exercício na intensidade moderada. ... 110 Estudo 2. TABELA 6. Temperatura, gasto energético total e metabolismos energéticos na intensidade muito pesada para Placebo e IVL. ... 113 Estudo 2. TABELA 7. Metabólitos pré e pós-exercício na intensidade muito pesado. ... 117 Estudo 3.
Estudo 3. TABELA 1. Características dos participantes (n = 11) ... 129 Estudo 3. TABELA 2. Variáveis mecânicas, fisiológicas e perceptuais nos CR-4km... 139
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS ABTS AMET ALMET Al2O3 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid) Metabolismo Aeróbio
Metabolismo Anaeróbio Alático Óxido de Alumínio
ANOVA Análise de Variância ATP
Ca2+ CAT
Adenosina Trifosfato Íon Cálcio
Capacidade Antioxidante Total CCI Cl- CO2 CNPEM Correlação Intercalasse Íon Cloreto Dióxido de Carbono
Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais
CR Contrarrelógio
D2O
ERNS EROS
Água Deuterada
Espécies Reativas de Nitrogênio Espécies Reativas de Oxigênio
dES
EM
Cohen's d effect size Economia de Movimento EMG EP Sinal Eletromiográfico Estratégia de Prova ET FEF/UNICAMP Fe2O3 FCM/UNICAMP Erro Típico
Faculdade de Educação Física da Universidade Estadual de Campinas Óxido de Ferro
Faculdade de Ciências Médicas da Universidade Estadual de Campinas FC
FCMáx
Frequência Cardíaca
Frequência Cardíaca Máxima GEtotal
GPx GSH H+ H2O2
Gasto Energético Total
Enzima Glutationa Peroxidase Glutationa Reduzida
Íon Hidrogênio
Peróxido de Hidrogênio
IMC Índice De Massa Corporal
IVL IV K+ Infravermelho Longo Infravermelho Íon Potássio Lac Lactato
Lacpico Lactato Pico
LAMET LA LOO LOOH LV Mg2+ MgO Na+
Metabolismo Anaeróbio Lático Limiar Aeróbio
Radical Peroxila de Lipídeos Hidroperoxido de Lipédeo Limiar Ventilatório Íon Magnésio Óxido de Magnésio Íon Sódio NaOH NO Hidróxido de Sódio Óxido Nítrico
NO NO2 NO2- NO3 -O2•- OH ONOO
-Radical de Óxido Nítrico Radical Dióxida de Nitrogênio Nitrito
Nitrato
Radical Ânion Superóxido Radical Hidroxila Ânion Peroxinitrito P Potência Ppico Pi PBS PC PCR Potência Máxima Fosfato
Solução Salina Tamponada Com Fosfato Potência Crítica
Ponto De Compensação Respiratória PSE
RER RO ROO• ROOH
Percepção Subjetiva De Esforço Razão de Trocas Respiratórias Radical Alcooxila de Ácido Graxo Radical Peroxila de Ácido Graxo Hidroperoxido de Ácido Graxo RMN
SOD
Ressonância Magnética Nuclear Enzima Superóxido Dismutase
TCLE Termo De Consentimento Livre E Esclarecido
Tlim Tempo para Exaustão
TSP
UVA e UVB
Ácido 3-(Trimetil-Silil)-2,2',3,3‘ Tetradeuteropropiônico Ultravioleta A e B
V̇E Ventilação
V̇O2 Consumo de Oxigênio
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 16 2 OBJETIVO ... 22 2.1 Objetivo geral ... 22 2.2 Objetivos específicos... 22 3 REVISÃO DA LITERATURA ... 23
3.1 Desempenho aeróbio: fronteiras de intensidade e fatores relacionados à fadiga ... 23
3.2 O uso de recursos ergogênicos para melhora do desempenho humano ... 26
3.3 Infravermelho: aplicações ergogênicas no desempenho físico ... 30
3.4 Temperatura ... 35
3.5 Estresse oxidativo, nitrosativo e o NO ... 37
3.5.1 Espécies reativas e antioxidantes ... 37
3.5.2 Espécies reativas, antioxidantes, NO e a atividade muscular ... 39
3.6 Metabolômica: uma ferramenta na ciência do esporte ... 43
4 MÉTODOS ... 46 4.1 Aspectos Éticos [1, 2 e 3] ... 46 4.2 Procedimentos Experimentais [1, 2 e 3] ... 46 4.2.1 Desenho experimental [1] ... 47 4.2.2 Desenho experimental [2] ... 49 4.2.3 Desenho experimental [3] ... 51
4.2.4 Traje emissor de infravermelho longo (IVL) [1, 2 e 3] ... 53
4.2.5 Registro e controle do padrão alimentar [1, 2 e 3] ... 54
4.2.6 Avaliação da temperatura superficial da coxa [1, 2 e 3] ... 54
4.2.7 Teste progressivo até a exaustão [1, 2 e 3] ... 56
4.2.8 Análise de Lactato Sanguíneo [1, 2 e 3] ... 58
4.2.9 Cálculo da contribuição dos sistemas energéticos e gasto energético total [1, 2 e 3] ... 58
4.2.10 Determinação da concentração plasmática de Óxido Nítrico [1] ... 59
4.2.11 Análise de Estresse oxidativo: F2-isoprostanes totais [1] ... 60
4.2.12 Análise da Defesa antioxidante [1] ... 61
4.2.13 Preparação das amostras para metabolômica [2] ... 62
4.2.14 Aquisição do espectro e identificação dos metabólitos [2] ... 64
4.2.15 Análise de lipídeos plasmát [2] ... 65
4.2.16 Medidas Antropométricas [3] ... 66 4.2.17 Eletromiografia de superfície [3] ... 66 4.2.18 Análise Estatística [1, 2 e 3] ... 67 5 ESTUDO 1 ... 69 5.1 Introdução ... 69 5.2 Métodos ... 71 5.2.1 Amostra ... 71 5.2.2 Desenho experimental ... 72
5.2.3 Traje emissor de infravermelho longo... 74
5.2.4 Teste progressivo até a exaustão ... 76
5.2.5 Avaliação da temperatura superficial da coxa ... 77
5.2.6 Análise do lactato sanguíneo ... 78
5.2.7 Coleta e processamento das amostras de sangue venoso ... 78
5.2.8 Determinação da concentração plasmática de Óxido Nítrico ... 78
5.2.9 Análise de Estresse oxidativo: F2-isoprostanes totais ... 79
5.2.10 Análise da Defesa antioxidante ... 79
5.2.11 Cálculo da contribuição dos sistemas energéticos e gasto energético total ... 80
5.2.12 Análise estatística ... 81
5.3 Resultados ... 81
5.3.1 Efeito do IVL sobre o Tlim e temperatura da coxa ... 81
5.3.2 Gasto energético total e metabolismos energéticos ... 82
5.3.3 Análises bioquímicas: óxido nítrico e estresse oxidativo ... 85
5.5 Referências ... 89 6 ESTUDO 2 ... 90 6.1 Introdução ... 90 6.2 Métodos ... 92 6.2.1 Amostra ... 92 6.2.2 Desenho experimental ... 94
6.2.3 Traje emissor de infravermelho longo... 96
6.2.4 Teste progressivo até a exaustão ... 98
6.2.5 Avaliação da temperatura superficial da coxa ... 99
6.2.6 Análise do lactato sanguíneo ... 99
6.2.7 Cálculo da contribuição dos sistemas energéticos e gasto energético total ... 100
6.2.8. Coleta e processamento das amostras de sangue venoso ... 100
6.2.9 Preparação das amostras para metabolômica ... 101
6.2.10 Aquisição do espectro e identificação dos metabólitos ... 101
6.2.11 Análise de lipídeos plasmáticos ... 102
6.2.12 Análise Estatística ... 102
6.3 Resultados e Discussões ... 104
6.3.1 Efeitos do traje IVL sobre o exercício moderado ... 106
6.3.2 Efeitos do traje IVL sobre o exercício muito pesado ... 111
6.3.3 Efeitos do traje IVL sobre a disponibilidade de lipídeos circulantes em ambas intensidades ... 119
6.4 Conclusões ... 121 6.5 Referências ... 122 6.6 Material Suplementar ... 123 7 ESTUDO 3 ... 126 7.1 Introdução ... 126 7.2 Métodos ... 128 7.2.1 Amostra ... 128 7.2.2 Desenho experimental ... 129 7.2.3 Medidas antropométricas ... 131
7.2.4 Teste progressivo até a exaustão ... 131
7.2.5 Traje emissor de infravermelho longo... 133
7.2.6 Avaliação da temperatura superficial da coxa ... 134
7.2.7 Concentração de lactato sanguíneo ... 135
7.2.8 Contribuição dos sistemas energéticos e gasto energético total ... 135
7.2.9 Eletromiografia de superfície ... 136
7.2.10 Análise estatística ... 137
7.3 Resultados ... 137
7.3.1 Desempenho e fatores relacionados: dados médios do CR-4km ... 137
7.3.2 Variáveis mecânicas, fisiológicas e perceptuais a cada 400m ... 139
7.4 Discussão ... 140
7.4.1 Melhora do desempenho no CR-4k com o traje IVL ... 141
7.4.2 Variáveis mecânicas, fisiológicas e perceptuais alteradas pelo traje IVL ... 143
7.5 Referências ... 144 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 145 REFERÊNCIAS ... 147 ANEXOS... 177 Anexo A. ... 177 Anexo B ... 179
1 INTRODUÇÃO
A radiação solar teve papel fundamental no surgimento das primeiras moléculas orgânicas e depois dos organismos na Terra, sendo fundamental para a manutenção da vida no nosso planeta.
Considerada uma das mais famosas teorias sobre surgimento da vida na Terra, a hipótese de Oparin e Haldane, a qual teve comprovação experimental por Stanley L. Miller (1953), defende que o nosso planeta em sua configuração primitiva se caracterizava por um ambiente extremamente quente e de intensa atividade vulcânica, de modo que a água existente nos oceanos evaporasse, ocasionando tempestades acompanhadas de descargas elétricas. Além disso, a atmosfera era muito fina, pois não era composta pelos gases que possui atualmente, facilitando, assim, a passagem das radiações provenientes do Sol (Figura 1).
A atmosfera ainda era composta por uma mistura de moléculas dos gases hidrogênio, metano e amônia, as quais, com as fortes descargas elétricas das tempestades, a radiação do Sol e o calor, sofreram degradação em moléculas mais simples (carbono, hidrogênio, nitrogênio, enxofre, etc.). Estas moléculas mais simples, por sua vez, começaram a se reorganizar em novas moléculas orgânicas mais complexas, como, por exemplo, os aminoácidos, ácidos graxos e monossacarídeos. Essas estruturas, ao se associarem, deram origem a uma estrutura orgânica chamada coacervada e a partir do momento que essa estrutura se tornou mais complexa e incorporou uma molécula de RNA, surgiu a primeira estrutura considerada um ser vivo (célula primitiva), a qual era procarionte, heterótrofa e anaeróbica (ZAIA, 2004).
A divisão celular desses organismos simples e primitivos gerou inúmeros descendentes com variabilidade genética que propiciou a alguns (por seleção natural) conseguirem utilizar o gás carbônico presente na atmosfera e a radiação solar, através de um processo químico chamado fotossíntese, para geração de sua própria energia, sendo esses classificados como organismos autótrofos. Como resultado dessa reação química, ocorreu a liberação e o acúmulo de oxigênio na atmosfera, o que em longo prazo propiciou o surgimento dos organismos aeróbicos (AMABIS; MARTHO, 2004; KONHAUSER, 2011).
Figura 1. Representação artística de mudanças do ambiente da Terra primitiva que, gradualmente, criaram condições para o surgimento da vida (AMABIS; MARTHO, 2004).
O protagonismo dessa interação entre radiação solar e organismos foi além da disponibilidade de oxigênio e de matéria orgânica, exercendo pressões evolutivas que determinaram fenótipos e funções fisiológicas especializadas, como os sistemas de termorregulação de organismos mais complexos (BICEGO; BARROS; BRANCO, 2007; MARINO, 2008), e as diferentes características da epiderme humana para gerir a interação com as várias radiações solares (luz visível, infravermelho (IV), e ultravioletas (UVA e UVB), etc.) (HOLICK, 2016).
Nas últimas décadas, os estudos de interações mais complexas e refinadas entre organismos e radiações têm diminuído a atenção dada aos efeitos indesejáveis, como o potencial para gerar queimaduras e, em casos mais graves, o câncer de pele (HOLICK, 2016; WATSON; HOLMAN; MAGUEIRE-EISEN, 2016), e direcionado o foco para os também conhecidos efeitos benéficos que a radiação pode promover ao corpo humano, dependendo do comprimento de onda e da dosagem (BAROLET; CHRISTIANES; HAMBLIN, 2016; LINDQVIST, 2018; WELLER, 2016).
Neste contexto, talvez o exemplo mais conhecido de benefício da radiação solar seja o efeito da radiação UVB sobre o metabolismo da vitamina D e a saúde óssea (HOLICK. 2016; WIMALAWANSA; RAZZAQUE; AL-DAGHRI, 2018). Durante a exposição ao sol, a radiação UVB é absorvida pelo 7-dehidrocolesterol na membrana plasmática das células
epidérmicas, resultando na produção de cis,cis pré-vitamina D3. Esta molécula, após diversos processos celulares e hepáticos, viaja até os rins, onde é convertida em sua forma ativa, a 1,25-di-hidroxivitamina D [1,25 (OH) 2D]. Uma vez formada, a 1,25 (OH) 2D retorna à corrente sanguínea onde pode sinalizar para o intestino delgado que aumente a absorção intestinal de cálcio e para o esqueleto disponibilizá–lo quando a quantidade proveniente da dieta for inadequada (WIMALAWANSA; RAZZAQUE; AL-DAGHRI, 2018).
Os estudos sobre a interação ente sol, vitamina D e saúde proporcionaram uma das descobertas mais intrigantes sobre o efeito das radiações solares sobre o organismo. O estudo conduzido pelo grupo do pesquisador Richard B. Weller da University of Edinburgh, Reino Unido, analisou o efeito da radiação UVA sobre a pressão arterial, demonstrando que o efeito fotolítico da radiação, sobre depósitos de compostos nitrozilados cutâneos, levam ao aumento da biodisponibilidade de oxido nítrico (NO) e vasodilatação (LIU et al., 2014). Esse mecanismo de redução da pressão arterial é apontado como provável responsável pela redução da mortalidade cardiovascular em regiões próximas ao equador (LINDQVIST, 2018), uma vez que estes achados são independentes da vitamina D (LIU et al., 2014; WELLER, 2016).
Outro interessante exemplo de radiação que promove efeitos biológicos positivos são os raios infravermelhos (IV), localizados no espectro eletromagnético entre as micro-ondas e a faixa vermelha da luz visível (VATANSEVER; HAMBLIN, 2012). As duas principais subdivisões do IV são os raios IV curto (0,7-1,4 μm) e IV longo (3-100 μm), ambos são absorvidos pelos tecidos corporais humanos (BASHKATOV et al., 2005) e possuem diversas aplicações terapêuticas, como auxiliar no tratamento de lesões musculares, tendinopatias, artrite, artrose e dores na coluna (ALVES et al., 2013), imunumodulação, regeneração tecidual, cicatrização de feridas cutâneas (ANDERS; LANZAFAME; ARANY, 2015), alívio da rigidez e fadiga da artrite reumatoide e espondilite anquilosante, tratamento de distúrbios oftálmicos, neurológicos e psiquiátricos (TSAI; HAMBLIN, 2017), melhorar a microcirculação (YU et al., 2006), redução da gordura corporal subcutânea (CONRADO; MUNIN, 2011) e, ainda, reduzir a fadiga (LEUNG et al., 2011; VIEIRA et al., 2014).
Os mecanismos responsáveis pelos efeitos terapêuticos do IV são intrigantes e relembram os primeiros organismos a habitar o planeta. As respostas fotobiológicas são determinadas pela absorção de energia por moléculas fotoacceptoras (cromóforos) durante a irradiação de luz (HAMBLIN, 2018; TSAI; HAMBLIN, 2017), sendo dois os fotoacceptores mais estudados: citocromo C oxidase e água intracelular (BASHKATOV et al., 2005; PASSARELLA; KURU, 2014). A absorção de fótons converte a luz em sinais que podem
estimular processos biológicos (BASHKATOV et al., 2005; TSAI; HAMBLIN, 2017). A ação do IV na permeabilidade da água nas membranas celulares e nas mitocôndrias seriam os responsáveis por modular as vias de sinalização de produção de espécies reativas de oxigênio (ROS), adenosina trifosfato (ATP), Ca2+, NO e inositol fosfatos (DITTAMI et al., 2011; FERRARESI et al., 2016b; HAMBLIN, 2018; IRVINE; SCHELL, 2001; KARU, 2008; LEUNG et al., 2009, 2011; MITCHELL; MACK, 2013; TSAI; HAMBLIN, 2017).
Frente a todos esses efeitos biológicos positivos, o IV surge como uma possível estratégia para melhora do desempenho esportivo (FERRARESI, HUANG; HAMBLIN, 2016; NAMPO et al., 2016). Seus efeitos ergogênicos já foram mostrados para melhora na recuperação muscular, frente a exercícios extenuantes ou excêntricos (BARONI et al., 2010b; BORSA; LARKIN; TRUE, 2013; FERRARESI et al., 2015c; LEAL et al., 2009), e aumento na força (BARONI et al., 2010a; BRITO VIEIRA et al., 2014), no tempo até a exaustão (Tlim) e no consumo máximo de oxigênio (V̇O2max), em protocolo progressivo e de carga
constante (DE MARCHI et al., 2012; FERRARESI et al., 2015a; FERREIRA JUNIOR et al., 2018; LANFERDINI et al., 2018a, b; PAOLILLO et al., 2011).
A natureza de aplicação local do IV acompanhado de seus efeitos biológicos já descritos, como aumento da disponibilidade de ATP, Ca2+ e NO, sugerem que sua ação na melhora do desempenho poderia ser potencializada em tarefas de alta intensidade que tem características musculares como determinantes do desempenho e a fadiga periférica como grande limitador (BLACK et al., 2017; HOSTRUP; BANGSBO, 2017; THOMAS et al., 2015). Nesse contexto, Ferraresi et al. (2015a), aplicando IV curto em um corredor treinado, observaram a melhora do tempo até a exaustão (Tlim) e da concentração de lactato após exercício de carga constante de alta intensidade. Outro estudo recente confirma estes resultados com corredores, mostrando aumento do Tlim e redução da frequência cardíaca em diferentes trechos da tarefa (FERREIRA JUNIOR et al., 2018). Por fim, o estudo de Lanferdini et al. (2018a) novamente confirma os efeitos do IV curto na melhora do Tlim em exercício de carga constante realizado na intensidade do consumo máximo de oxigênio (V̇O2pico), desta vez com ciclistas altamente treinados.
No entanto, grande parte desses estudos foram conduzidos com dispositivos fototerápicos dependentes de energia elétrica (lasers e LEDs), os quais, além de necessitar de um profissional capacitado, possuem um alto custo e pouca mobilidade, dificultando a aplicação no meio esportivo real, em grandes equipes, em viagens para campeonatos, etc. Além disso, é sabido que o IV curto normalmente irradiado por esse tipo de dispositivo emana grande quantidade de energia e está relacionado com aumento da temperatura corporal
(PAOLILLO et al., 2013b), o que por si só pode levar a respostas fisiológicas como vasodilatação e efeitos positivos sobre a mitocôndria (CHUNG et al., 2008; DENG, SHEN 2013; HOOPER, 1999; IKEDA et al., 2005; LIU; BROOKS, 2012). Neste contexto, tecidos impregnados com nanopartículas de material biocerâmico que, sem uso de qualquer fonte elétrica, absorvem energia do ambiente (ex. calor) e a reemite na forma de radiação IV longo – IVL - (LEUNG, 2015; VATANSEVER; HAMBLIN, 2012) parecem ser uma boa estratégia para a irradiação com IV, por permitir total mobilidade e ter baixo custo. Além disso, é sabido que o IVL emitido por materiais não promove alterações na temperatura, o que garantiria que os resultados obtidos fossem independentes do aquecimento corporal e estivessem relacionados exclusivamente à irradiação infravermelha (LEUNG, 2015; VATANSEVER; HAMBLIN, 2012).
Contudo, os efeitos ergogênicos do IVL para melhora do desempenho físico têm sido pouco estudados, não sendo muitos os artigos nesta temática (HAUSSWIRTH et al., 2011; LEUNG et al., 2011, 2013; LOTURCO et al., 2016; MERO et al., 2015; YOUN et al., 2001). Youn et al. (2001) encontraram um aumento no tempo até a exaustão e no V̇O2pico em
jogadores de futebol, assim como uma maior taxa de remoção de lactato. Entretanto, este estudo não utilizou o modelo cross-over e possui limitações estatísticas. Outro estudo com jovens saudáveis encontrou redução na taxa metabólica de repouso e melhora na retomada vagal pós-exercício progressivo em esteira (LEUNG et al., 2013). Também foram encontrados efeitos positivos sobre a recuperação muscular pós-exercício, mensurados por um menor tempo de recuperação da força isométrica e pela diminuição da sensação de dor (HAUSSWIRTH et al., 2011; LOTURCO et al., 2016; MERO et al., 2015).
Embora as evidências com humanos sejam escassas, estudos bem conduzidos, tanto in vitro e in vivo, têm confirmado o positivo efeito biológico do IVL. Estudo com simulação de contração muscular em modelo ex-vivo de músculo esquelético e em cultura de células mostrou a eficiência de aplicação de IVL através de matérias (nanopartículas cerâmicas) sobre a redução do estresse oxidativo, lactato desidrogenase, acidose e retardo da fadiga. Estes achados foram acompanhados de aumento do NO. Os resultados obtidos com o IVL foram atribuídos aos efeitos do NO sobre a bioenergética ou a um possível efeito antioxidante (LEUNG et al., 2011).
Os achados citados corroboram com outro efeito biológico tradicionalmente relacionado com a irradiação infravermelha, a vasodilatação mediada pelo aumento na produção de NO. Yu et al. (2006) mostraram o aumento da circulação periférica em ratos relacionada com a via do NO, devido à interrupção de efeito do IVL quando os animais foram
pré-tratados com inibidor da NO sintetase. Efeito semelhante também foi identificado em humanos, com o aumento do fluxo capilar nos pés de indivíduos tratados com dispositivos fototerápicos (MAK; CHEING, 2012) e na epiderme de indivíduos que usaram roupa emissora de IVL (CONRADO; MUNIN, 2011). A maior biodisponibilidade de NO pode levar ao aumento do fluxo sanguíneo e, consequente, à melhora da oferta de oxigênio para o tecido muscular, configurando, assim, um mecanismo para a melhora do desempenho com o IVL (MITCHEL; MACK, 2013; VATANSEVER; HAMBLIN, 2012). É importante destacar que o aumento do fluxo sanguíneo não pode ser o único responsável pelo efeito do IVL sobre o desempenho, visto o aumento do tempo para fadiga observado em músculo isolado, do qual foi removido o sistema vascular (LEUNG et al., 2011).
O NO também pode afetar diretamente a atividade da mitocôndria, Larsen et al (2011) mostraram aumento da eficiência mitocondrial resultando na maior produção de ATP com suplementação de Nitrato, nutriente indutor do aumento da biodisponibilidade de NO. Este mesmo estudo demonstrou que os efeitos positivos do NO estão relacionados com a cadeia transportadora de elétron, via aumento da atividade da citocromo C oxidase, e refletem no V̇O2 durante o exercício em humanos (LARSEN et al., 2011).
Neste contexto, a melhora do desempenho com o IVL, associada a um aumento da eficiência mitocondrial induzida por uma maior biodisponibilidade de NO, emerge como uma interessante hipótese. No tocante, vários destes efeitos já foram observados com a aplicação de IV curto. Lanferdini et al (2018b) demonstraram melhora da cinética do V̇O2 durante o
exercício, resultado observado em estudos com recursos nutricionais para o aumento da biodisponibilidade de NO (BAILEY et al., 2009; LANSLEY et al., 2011; LARSEN et al., 2011). Enquanto alguns trabalhos têm apresentado o aumento da biodisponibilidade de NO em humanos com a aplicação de IV (MITCHELL et al., 2013), outros têm mostrado o efeito do IV no aumento da produção de ATP, através da ativação da mitocôndria via citocromo C oxidase (FERRARESI et al., 2015b, 2016b). Assim, estes fatores em conjunto parecem ser um importante mecanismo responsável pelos efeitos ergogênicos do IV no desempenho esportivo.
Por fim, sobre a construção da hipótese acima, é importante observar que, embora o aumento da disponibilidade de NO através de suplementação com nitrato ou mesmo bebidas e alimentos ricos nesse composto tenha efeito comprovado sobre melhora do desempenho (VAN DE WALLE; VUKOVICH, 2018), pouco se sabe sobre as alterações causadas pelo IVL na biodisponibilidade de NO, tanto na quantidade quanto nos efeitos sobre a fisiologia humana. Este fato merece atenção visto o possível aumento do estresse oxidativo e nitrosativo
causado pelo NO, que ainda poderia ser exacerbado durante o exercício e está diretamente
ligado à fadiga periférica (FERREIRA; REID, 2008; HAMBLIN, 2018; POWERS;
LENNON, 1999; REID, 2001b, 2016a). Desta forma, o presente trabalho propõe o uso de traje confeccionado com fio de poliamida impregnado com nanopartículas cerâmicas emissoras de IVL, para testar a eficácia dessa estratégia de emissão na melhora do desempenho físico, o estudo dos mecanismos fisiológicos (contribuição dos metabolismos energéticos e temperatura) responsáveis pelos possíveis efeitos ergogênicos do infravermelho e, ainda, a investigação das alterações causadas na biodisponibilidade de NO, no estresse oxidativo e nitrosativo e na defesa antioxidante.
2 OBJETIVO
2.1 Objetivo geral
Investigar os efeitos do tecido IVL sobre o desempenho durante o exercício predominantemente aeróbio e os mecanismos fisiológicos relacionados.
2.2 Objetivos específicos
Estudo 1. Analisar os efeitos do IVL sobre o tempo até a exaustão, a contribuição dos metabolismos energéticos, o estresse oxidativo, a defesa antioxidante e a biodisponibilidade de óxido nítrico em exercício contínuo de intensidade muito pesada.
Estudo 2. Investigar as alterações causadas no perfil metabolômico e nos metabolismos energéticos durante o exercício contínuo de intensidade moderada e muito pesada, com e sem o uso do tecido IVL.
Estudo 3. Analisar os efeitos do IVL sobre o desempenho e os parâmetros fisiológicos de ciclistas treinados em simulação de prova de 4 km contrarelógico.
3 REVISÃO DA LITERATURA
Os tópicos a seguir abordam temáticas importantes para o desenvolvimento desta tese, tentando esclarecer questões em torno da funcionalidade do IV, exercício de interesse, mecanismos e também técnicas laboratorias que foram essencias para este estudo.
3.1 Desempenho aeróbio: fronteiras de intensidade e fatores relacionados à fadiga
Entender e delimitar os mecanismos da fadiga é um desafio instigante e complexo, que fascina pesquisadores de todo o mundo há diversos anos. A complexidade do organismo humano, somada à heterogeneidade dos exercícios físicos que somos capazes de realizar, torna a relação “homem, exercício e fadiga” um sistema complexo que requer certos cuidados para ser fielmente investigado. Nesse sentido, o passo inicial é conceituar este fenômeno, sendo a fadiga muscular esquelética definida como a perda da força necessária para atender à demanda por intensidade de um exercício (MCKENNA; BANGSBO; RENAUD, 2008).
Para se entender o mecanismo emaranhado que determina o desempenho e a fadiga, nos diferentes tipos de exercícios aeróbios que somos capazes de realizar, é preciso pensar em uma relação já comumente aceita, entre a intensidade do exercício que está sendo realizado e o tempo até a falha desta tarefa. Nessa relação, a produção de trabalho apresenta uma curvatura hiperbólica característica, na qual é possível identificar a assíntota e a constante da curvatura, sendo o primeiro parâmetro definido como Potência Crítica (PC), comumente denominada como a máxima intensidade de exercício capaz de ser mantida pelo organismo sem atingir a fadiga periférica (HILL, 1993; MONOD; SCHERRER, 2007).
Dessa forma, ao se pensar em intensidade, concomitantemente se pensa nos domínios de intensidades do exercício, os quais, até o atual momento, podem ser divididos em quatro, sendo eles: o domínio moderado, caracterizado por intensidades onde há baixa e constante concentração do lactato sanguíneo, ou seja, abaixo do limiar aeróbio; o domínio pesado, que se encontra em intensidades entre o limiar aeróbio (LA) e a potência crítica (PC); o domínio muito pesado, que tem seu limite inferior acima da PC e o superior no alcance do V̇O2máx; e, por último, o domínio severo, entendido como intensidades acima do PC que
permitam uma duração suficiente para que o V̇O2 alcance valores máximos (JONES et al.,
É possível observar que o tempo para se atingir a fadiga, em cada um dos domínios do exercício, é diferente e característico (THOMAS et al., 2016). Conjuntamente, a resposta dos diferentes marcadores fisiológicos também pode ser percebida de forma singular. No domínio moderado, por exemplo, podemos encontrar um V̇O2 estacionário após poucos
minutos de tarefa, que se manterá assim por longos períodos (> 1 hora). No domínio pesado e muito pesado, temos o aparecimento do componente lento do V̇O2, acréscimo no custo de O2
após alguns minutos de tarefa (~3 min), o que embora ainda debatido, reflete um custo de O2
não diretamente relacionado ao trabalho muscular realizado, mas sim a perturbações causadas pela intensidade elevada, como o acrescimento de fibras musculares do tipo II, eminencia de termorregulação frente ao aquecimento corpral, excreção e metabolização de produtos do metabolismo celular acelerado. Por fim, no domínio severo, não se observa estabilização do V̇O2 em momento algum, sendo que o V̇O2 acompanhado de outros marcadores fisiológicos e
metabólicos se elevam progressivamente até o ponto da exaustão (BURNLEY; JONES, 2007; MURGATROYD et al., 2011; POOLE et al., 1988; WHIPP, 1994). Dessa forma, podemos pensar que os mecanismos que levam à fadiga também podem ser característicos e específicos para cada intensidade do exercício.
Nesse sentido, Thomas et al. (2015) avaliaram a contribuição da fadiga periférica e central em exercício de diferentes durações e seus principais resultados apontam que a fadiga periférica, em exercício de alta intensidade e curta duração (4 km), é mais exacerbada se comparada com exercícios de menor intensidade e maior duração (20 ou 40 km), sendo que, neste último, a fadiga central é aquela exacerbada. Dessa forma, puderam concluir que os processos de fadiga, central ou periférica, dependem diretamente da duração e da intensidade do exercício realizado. Thomas et al. (2016) também afirmam que, durante exercício de carga constante, em diferentes domínios, a magnitude da fadiga, tanto central quanto periférica, varia de acordo com a intensidade e a duração do exercício.
Alguns estudos tentaram identificar os mecanismos/origem da fadiga em exercício em intensidade moderada e longa duração (DAVIES; THOMPSON, 1986), como corrida (MARTIN et al., 2010) e ciclismo (LEPERS et al., 2002). Um conjunto de trabalhos sobre as limitantes do exercício de longa duração concluíram que, neste tipo de tarefa, o exercício será interrompido por fatores centrais, relacionados tanto ao sistema nervoso central, quanto cardiovascular, ou por uma catástrofe geral da homeostase composta por baixíssimos níveis de reservas energéticas, desidratação, hiperemia, desarranjo e danos teciduais nas estruturas musculoesqueléticas envolvidas na tarefa e altíssima intolerância ao esforço (DAVIES;
THOMPSON, 1986; LEPERS et al., 2002; MARTIN et al., 2010; MILLET, 2011, MILLET et al., 2011; PERREY et al., 2012).
Febbraio e Dancey (1999) postularam que a baixa disponibilidade de glicogênio seria um fator chave limitante, mesmo durante exercícios de menor intensidade, abaixo do limiar aeróbio, devido ao fato da manutenção da força contrátil depender da oferta de glicogênio e, possivelmente, a depleção do glicogênio levar a uma redução ou falha da força contrátil. Adicionalmente, tem sido proposta a existência de uma sinalização metabólica para quando os níveis de glicogênio caem, a qual seria usada pelo sistema nervoso central para calcular a melhor intensidade para a tarefa proposta, com o intuito de preservar a homeostasia (RAUCH et al., 2005). Contudo, esses trabalhos apresentam um possível limitador, a distância ou tempo fixo da tarefa, e, por serem normalmente longos, os protocolos quase sempre terminam antes que ocorra a falha voluntária. Dessa forma, não é claro se os apontamentos apresentados nestes trabalhos realmente seriam os limitantes do exercício e os causadores da fadiga durante o evento esportivo real (MILLET, 2011).
No domínio pesado, uma variedade de processos pode culminar no desenvolvimento da fadiga, tais como acúmulo de K+, produção de espécies reativas de O2 e
depleção do glicogênio (ALLEN; LAMB; WESTERBLAD, 2008; REID, 2016a). Além disso, Krustrup et al. (2004) apontam que, durante o exercício em intensidade pesada, há um aumento do recrutamento muscular de fibras do tipo II, o que refletiria em perda da eficiência muscular, com consequente aumento da taxa de depleção de glicogênio acompanhada de aumento progressivo do acúmulo de metabólitos relacionados ao desenvolvimento da fadiga (BLACK et al., 2017; VANHATALO et al., 2016).
Já no domínio muito pesado e severo (~6 minutos), é provável que a causa da fadiga seja principalmente a associação de fatores de fadiga periférica, como alterações metabólicas e perturbações iônicas (Ca2+, Cl-, H+, K+, lactato, Mg2+, Na+ e Pi), que prejudicam o ciclo de excitação-acoplamento-contração do músculo esquelético, diminuem a eficiência mecânica e levam ao declínio da força (CAIRNS; LINDINGER, 2008; CAIRNS et al., 2015; GRASSI; ROSSITER; ZOLADZ, 2015). Estes somados a um limite de tolerância sensorial (AMANN et al., 2011) regulada pelo SNC, a partir de feedback de aferências musculares do grupo III / IV, estimulados por este acúmulo de metabólitos e íons, induzindo a sensação de dor associada ao exercício intenso (POLLAK et al., 2014) e ao exacerbar dos ajustes cardiorrespiratórios e neuromusculares, no intuito de prevenir a catástrofe da homeostase metabólica causada pela alta intensidade do exercício (AMANN, 2011; HOSTRUP; BANGSBO, 2017; NOAKES; ST CLAIR GIBSON, 2004).
Por fim, os parágrafos acima resumem a importância dos limiares aeróbio e potência crítica em demarcar domínios de intensidade de exercício e mostram que os limites de tolerância durante o exercício, dentro desses domínios, são caracterizados por distintas respostas centrais e periféricas. O desenvolvimento de fadiga durante exercícios maiores, acima da potência crítica, parecem estar associado à obtenção de valores “limitantes” de concentração de metabólitos musculares, enquanto a disponibilidade de substrato e as limitações à ativação muscular e a tolerância ao desconforto da tarefa podem restringir o desempenho em intensidades mais baixas. Apesar destas distintas características, é possível elaborar estratégias específicas de melhora do desempenho em cada intensidade, sendo elas baseadas no processo de treinamento ou no uso de recursos ergogênicos que atendam aos limitantes de cada domínio.
3.2 O uso de recursos ergogênicos para melhora do desempenho humano
Nos últimos anos, o esporte tem sido alvo do desenvolvimento científico e tecnológico, atraindo inúmeros pesquisadores para a investigação da eficácia de diferentes recursos ergogênicos, visando a melhora do rendimento físico (HALSON; PEAKE; SULLIVAN, 2016; THOMPSON, 2017). No entanto, o uso de estratégias, sendo elas na forma de alimentos e bebidas ou equipamentos e vestuário, com o objetivo de aumentar as funções humanas não é novo. Na verdade, possivelmente seja quase tão antigo quanto a vida em sociedade e o próprio homem moderno (D’ERRICO; STRINGER, 2011; POWELL; SHENNAN; THOMAS, 2009). Em uma perspectiva mais abrangente sobre estratégias para potencialização da função humana, é possível sugerir que os primeiros recursos desenvolvidos para o aumento da capacidade de luta, caça e competição pela sobrevivência date de 71.000 anos atrás, com a elaboração das primeiras armas (lanças e flechas) (BROWN et al., 2012).
Considerando a área de educação física e esporte, é provável que o primeiro relato documental sobre a utilização de um recurso ergogênico seja a pintura de um imperador chinês, datada de 2737 a.C., que sugere o consumo da erva estimulante Ephedra (DE ROSE, 2008), e a ingestão de preparados de plantas e animais para melhorar o desempenho físico retoma às origens do esporte competitivo nas olimpíadas antigas gregas (BOTRE; PAVAN, 2008; MOMAYA; FAWAL; ESTES, 2015). Mais tarde, os gladiadores romanos passaram a usar preparados à base de uma grande variedade de produtos naturais para tentar suplementar o desempenho (BOTRE; PAVAN, 2008; MOMAYA; FAWAL; ESTES, 2015). Uma prática curiosa na confecção de preparados ergogênicos desta época é a utilização de resíduos
(“óleo”, poeira e suor) coletados do corpo de um atleta após uma competição, como representado na Figura 1 (DE ROSE, 2008), pois se acreditava que a ingestão de um preparado com este material daria ao seu consumidor as capacidades do outro atleta. A utilização de recursos ergogênicos não era uma exclusividade dos orientais ou greco-romanos, nas Américas Central e Latina, o uso do chá preparado a partir de erva mate (Ilex paraguariensis) e folhas de Coca (Erythroxylum coca) ou mesmo o mascar da erva são práticas milenares daqueles que cruzavam as áreas elevadas dos Andes (BIONDICH; JOSLIN, 2015).
Figura 2. Coleta dos resíduos corporais de um atleta da Grécia antiga após uma competição, para confecção de preparados ergogênicos. Imagem retirada do trabalho de De Rose (2008), orginalmente cedida pelo Olympia Archaeology Museum, Olímpia, Grécia.
O uso recorrente de estratégias para o aumento do desempenho, ao longo do desenrolar da história, resultou na construção do conceito de recurso ergogênico que conhecemos hoje, sendo entendido como: “Substâncias ou artifícios utilizados para melhorar o desempenho físico do atleta” (traduzido de: BUCCI, 1993). O recurso ergogênico moderno vai além das crenças antigas de funcionalidade de preparados a base de plantas e animais e passa pelo processo de comprovação científica dos seus efeitos. A possível eficácia ergogênica está relacionada à interação de dois mecanismos: o aumento de desempenho físico
através de melhorias de fatores determinantes e a atenuação do processo de fadiga (THEIN; THEIN; LANDRY, 1995).
A ciência do esporte vem se dedicando ao estudo de fatores determinantes do desempenho há séculos (HILL; LUPTON, 1923). A construção desse conhecimento levou à detecção de diversas variáveis como potencias determinantes do desempenho, que, para os exercícios predominantemente aeróbios, podem ser divididas em três fatores. Como fatores fisiológicos, temos a disponibilidade de reservas energéticas (RAUCH et al., 2005), a distribuição das reservas aeróbias e anaeróbias (HETTINGA et al., 2006), os limiares de intensidade (FAUDE; KINDERMANN; MEYER, 2009, JONES; VANHATALO, 2017), a economia de movimento (EM), a velocidade e o consumo de oxigênio (V̇O2) máximos em
teste incremental e o tempo para exaustão (Tlim) na intensidade do V̇O2 (BERTHON;
FELLMANN, 2002; LIMA-SILVA et al., 2010). Já os fatores psico-fisiológicos são a percepção subjetiva de esforço (PSE) e a estratégia de prova (EP), que é o padrão de distribuição da velocidade/potência durante a prova (ABBISS; LAURSEN, 2008; LIMA-SILVA et al., 2010; STONE et al., 2011). Por fim, os fatores neuromusculares são a ativação eletromiográfica (EMG), a produção de força, a mecânica do movimento e o “stiffness” musculotendíneo (PAAVOLAINEN et al., 1999; STØREN et al., 2008; TAIPALE et al., 2010).
Simultaneamente, estudos voltaram seu foco para a compreensão dos processos envolvidos na tolerância ao esforço físico, porém ainda não há um consenso sobre qual(is) o(s) mecanismo(s) responsável(is) por este processo (KNICKER et al., 2011). De toda forma, independentemente da corrente teórica adotada e do domínio de intensidade abordado, a tolerância ao esforço físico pode ser resultante do acometimento sistêmico, associado a eventos fisiológicos, bioquímicos, psico-fisiológicos, neurológicos e neuromusculares, com consequente incapacidade de manter as funções neuromusculares e cardiorrespiratórias ao longo do esforço (ABBISS; LAURSEN, 2005).
Desta forma, tanto os fatores determinantes do desempenho quanto os processos responsáveis pela fadiga se configuram como o foco de ação de uma gama de recursos ergogênicos. Estes, por sua vez, através da expansão de critérios de categorização já publicados (NETO, 2001), podem ser classificados como recursos nutricionais, farmacológicos, psicológicos e mecânicos. Dentre as diversas possibilidades, o foco deste trabalho são os recursos mecânicos ou físicos, mais precisamente as vestimentas com propriedades especiais e dispositivos fototerapêuticos, que visam influenciar positivamente o desempenho.
Estudos têm demonstrado o efeito de artigos de vestuário ou tecidos especialmente desenvolvidos para o exercício físico, o que sugere uma ampla gama de aplicações, tais como a melhoria da regulação térmica (BRAZAITIS et al., 2010) e a prevenção de hipotermia (BURTSCHER et al., 2012), melhorias adicionais em adaptações provocadas pelo treinamento (DRAGUNAS; DICKEY; NOLTE, 2012) ou pela atividade física diária (MAFIULETTI et al., 2012) e, mais especificamente, a melhora do desempenho (CHATARD; WILSON, 2008; KEMMLER et al., 2009).
Em relação aos tipos de vestuário com potencial ergogênico, roupas compressivas tem sido alvo de vários estudos, devido ao efeito sobre a fisiologia muscular, que vai além da aerodinâmica, da influência sobre os aspectos de transpiração ou do conforto dos outros tipos de vestuário (MACRAE; COTTER; LAING, 2011; MIZUNO et al., 2016). As roupas de compressão têm atraído atenção especial, considerando o seu efeito fisiológico sobre a musculatura comprimida, dependente de variações no design das roupas (região e área coberta), e a polêmica sobre sua eficácia (ENGEL; HOLMBERG; SPERLICH, 2016). Os resultados são diversificados e estudos têm mostrado uma melhora no tempo, no trabalho total e nas velocidades submáximas de corrida (KEMMLER et al., 2009). Ainda, benefícios em manutenção da força após as corridas de longa distância (ALI; CREASY; EDGE, 2011) e redução na dor e marcadores de dano muscular pós-exercício foram demonstrados (DUFFIELD; PORTUS, 2007; MIZUNO et al., 2016). Por outro lado, estudos não mostram o efeito das roupas compressivas sobre desempenho em corridas de fundo (ALI; CREASY; EDGE, 2011; SPERLICH et al., 2010), em corridas de alta velocidade (FAULKNER et al., 2013), em arremessos do críquete ou em sprints (DUFFIELD; CANNON; KING, 2010; DUFFIELD; PORTUS, 2007).
Outra tecnologia com potencial influência sobre o desempenho e os mecanismos fisiológicos relacionados são os recursos que emitem radiação infravermelha (IV) (FERRARESI, HUANG, HAMBLIN, 2016; NAMPO et al., 2016). Este tipo de radiação é uma energia não-ionizante, componente do espectro electromagnético, na gama de comprimentos de onda localizada entre a luz visível e as micro-ondas. O IV é particularmente interessante por seus efeitos sobre o metabolismo celular (AGRAWAL et al., 2014; BASHKATOV, et al., 2005; HUANG et al., 2011; LEUNG, 2015; PASSARELLA; KARU, 2014; TSAI; HAMBLIN, 2017; VATANSEVER; HAMBLIN, 2012), sendo que as possíveis estratégias ergogênicas baseadas em recursos com propriedades emissivas de IV serão abordados no tópico a seguir.
3.3 Infravermelho: aplicações ergogênicas no desempenho físico
Sobre uma perspectiva histórica, hoje sabemos que a luz é uma radiação eletromagnética que pode ser graduada em um espectro eletromagnético, de acordo com o comprimento de onda e a energia por ela carregada, com relação a seu poder de aquecimento e luminosidade, simultaneamente. O infravermelho (IV) é uma radiação invisível, situado próximo do vermelho da luz visível do espectro eletromagnético, subdividindo-se em três comprimentos: curto, médio e longo (VATANSEVER; HAMBLIN, 2012). O interesse pela ótica remonta à época do Iluminismo de Isaac Newton, René Descartes, Robert Boyle, entre outros, contudo foi somente no início do séc. XIX, com William Herschel, que a “luz invisível”, IV, foi descoberta e passa a ser estudada com mais profundidade (SAYURI; GASPAR, 2017).
Herschel (1738 – 1822) foi um astrônomo alemão, que ganhou notoriedade no mundo científico pelo seu poder de observação, como, por exemplo, a descoberta de Urano e a identificação do sexto satélite de Saturno (DE OLIVEIRA; DA SILVA, 2014). Em 1800, Herschel publicou uma série de estudos (HERSCHEL, 1800a, b) que tentavam explicar a existência de raios luminosos e raios de calor (calor radiante), de forma distinta. Contudo, nestes experimentos, Herschel descobre o infravermelho (HERSCHEL, 1800b) ao observar que o termômetro apresentava variações de temperatura além da luz vermelha, a cor com maior calor radiante, ou seja, existia uma luz invisível capaz de gerar mais calor do que o vermelho, sendo, por isso, denominada a partir de então IV (DE OLIVEIRA; DA SILVA, 2014). Existem muitas limitações e especulações quanto aos experimentos de Herschel, contudo estas não invalidam sua descoberta.
A partir da Teoria Quântica da Radiação de Albert Einstein (EINSTEIN, 1917; KLEPPNER, 2004), foi possível o desenvolvimento de uma fonte geradora de energia luminosa, baseada na emissão estimulada de radiação, denominada light amplification by stimulated emission of radiation (LASER). Em 1960, Theodore Maiman produz o LASER, na faixa do vermelho da luz visível, através da excitação de um cristal de rubi, sendo considerado o primeiro equipamento de emissão de LASER da história (BARONI, 2010). Considerando que o IV já havia sido descoberto em 1800, por Herschel, existiu o interesse de se produzir um LASER capaz de emitir este tipo de radiação, devido aos poderes terapêuticos mediados pelo calor radiante que já vinham sendo experimentados e estudados na área da saúde (DENG; SHEN, 2013). No final da década de 70, surgem os primeiros equipamentos
emissores de LASER de radiação infravermelha com Arseneto de Gálio e de Arseneto de Gálio e Alumínio (BARONI, 2010).
O desenvolvimento tecnológico possibilitou a criação de diversos dispositivos de emissão de IV, variando em tamanho, tipo da fonte emissora de radiação, comprimento de onda emitido e, até mesmo, a combinação de substâncias (Silica, Al2O3, MgO, Fe2O3, etc.)
que configuram materiais com propriedade emissiva, baseada na troca de energia com o ambiente, independentes de fontes elétricas (Figura 2). Dentro do IV, ainda é possível encontrar três subdivisões: o IV curto, com comprimento de onda entre 0.6-1.4 μm e 215-430 THz de energia, o IV médio, com comprimento de onda entre 1,4-3 μm e 100-215 THz de energia, e o IV longo, com comprimento de onda entre 3-100 μm e 3-100 THz de energia (VATANSEVER; HAMBLIN, 2012).
Figura 3. Dispositivos emissores de IV. Figura adaptada a partir de vários estudos: A. Laser
Acupuncture and Trigger Points (CHUNG et al., 2012). B. Infrared-LED with treadmill training
(PAOLILLO et al., 2011). C. Far-infrared emitting plaster and its components (BAGNATO et al., 2012). D. (A) WS TY-301R® and (B, C) WSTY-101N® FIR lamps (VATANSEVER; HAMBLIN 2012). E. Cabin incorporating FIR emitting “cold” unit(s) (VATANSEVER; HAMBLIN 2012). F. FIR
emitting garments and fabrics manufactured from fibers impregnated with ceramic nanoparticles
(VATANSEVER; HAMBLIN 2012). G. LEDT array on a patient to improve muscle function (AGRAWAL et al., 2014). H. Light-emitting diode therapy (LEDT) (FERRARESI et al., 2015b).
Os efeitos do IV curto e IV longo como recursos ergogênicos têm recebido maior atenção nas últimas décadas, no entanto ainda não se tem um consenso sobre qual tipo de desempenho é beneficiado, em qual condição, para qual população e seus mecanismos não estão completamente esclarecidos (BORSA; LARKIN; TRUE, 2013; FERRARESI, HUANG;
HAMBLIN, 2016; LEUNG, 2015; LEUNG et al., 2011; NAMPO et al., 2016; YOUN et al., 2001).
A literatura a respeito de diferentes aplicações de IV curto é mais vasta (NAMPO et al., 2016; FERRARESI, HUANG; HAMBLIN, 2016). Estudos demonstraram melhora na recuperação muscular (BORSA; LARKIN; TRUE, 2013), como menores níveis de marcadores de dano muscular, força isométrica, creatina quinase e lactato desidrogenase, em protocolo de exercícios excêntrico de extensores de joelho (BARONI et al., 2010b), no Teste Wingate (LEAL et al., 2009) e em jogos de modalidades coletivas, como o voleibol (FERRARESI et al., 2015c). Observam-se, também, ganhos no desempenho neuromuscular (BARONI et al., 2010b; DE BRITO VIEIRA et al., 2014) e melhores resultados observados com o treinamento de força associado ao IV curto(FERRARESI et al., 2011; 2016a). Além disso, o aumento no Tlim e potência aeróbia foram verificados em protocolo progressivo de corrida (DE MARCHI et al., 2012) e em carga constante (FERRARESI et al., 2015a; FERREIRA JUNIIOR et al., 2018; LANFERDINI et al, 2018a, b). Há, ainda, evidências de um aumento na adaptação aeróbica e na redução de fadiga em treinamento aeróbio com a exposição simultânea a IV curto emitido por dispositivo fototerápico na forma de um painel de LEDs (PAOLILLO et al., 2011, 2013a).
No que diz respeito aos efeitos do IV curto sobre o desempenho em exercícios aeróbios, a temática deste trabalho, podem ser observados alguns estudos com protocolos de carga constante, mas até o presente momento não se tem conhecimento de nenhum trabalho publicado a respeito do uso de IV como recurso ergogênico para provas contrarrelógio. Paolillo et al. (2011) observaram um aumento no Tlim de exercício de carga constante submáxima com a aplicação de IV curto em mulheres menopausadas. Já Ferraresi et al. (2015a), aplicando IV curo (LED) em um corredor treinado, observaram a melhora do Tlim e da concentração de lactato após exercício de carga constante de alta intensidade. Apesar dos resultados interessantes do estudo mencionado acima, as limitações de um estudo de caso devem ser observadas. No entanto, outro estudo recente confirma estes resultados com corredores, mostrando aumento do Tlim e redução da frequência cardíaca em diferentes trechos da tarefa (FERREIRA JUNIIOR et al., 2018). Por fim, estudo de Lanferdini et al. (2018a) novamente confirma os efeitos do IV curto no aumento do Tlim, desta vez com ciclistas altamente treinados.
Estudos que investigaram o potencial ergogênico e os efeitos biológicos do IVL sobre o desempenho físico são muito mais raros (YOUN et al., 2001; LEUNG et al., 2011, 2013; HAUSSWIRTH et al., 2011; MERO et al., 2015; LOTURCO et al., 2017). Até o
presente momento foram encontrados cinco estudos conduzidos com humanos sobre os efeitos ergogênicos do IVL, sendo que três deles verificaram o efeito do IVL sobre a recuperação muscular pós-exercício. Após protocolo de corrida elaborado para promover dano muscular e fadiga (trail run), foi demonstrado menor tempo de recuperação da força isométrica e redução da sensação de dor na condição IVL (HAUSSWIRTH et al., 2011; MERO et al., 2015). Já Loturco et al. (2017), utilizando tecido emissor de IVL, mostraram redução da sensação de dor após intensa sessão de treino pliométrico. Ainda sobre recuperação muscular, Mero et al. (2015), no mesmo estudo anteriormente citado, analisaram os efeitos do IVL na recuperação após uma sessão de treinamento de força e não foram observadas diferenças em comparação com placebo.
Já os efeitos do IVL sobre o desempenho em exercício aeróbio foram apresentados em dois estudos. Youn et al. (2001) investigaram o efeito do uso de tecido emissor de IV Longo (algodão recoberto com material emissor) na performance aeróbia de jogadores de futebol e demonstraram melhorias em diferentes parâmetros aeróbicos (< Tlim e
V̇O2pico), acompanhados de uma maior taxa de remoção de lactato e parâmetros histológicos
das hemácias. Entretanto, este estudo tem pontos positivos e negativos, sendo o positivo o fato dos indivíduos testados terem usado o traje emissivo por quatro dias antes dos testes, fator importante para garantir dose de exposição ao IV, visto que o maior comprimento de onda do IVL resulta em menor quantidade de energia irradiada (HUANG et al., 2009, 2011; VATANSEVER; HAMBLIN, 2012). Com relação aos pontos negativos, citamos as limitações no desenho experimental (não crossover) e nas análises estatísticas. Portanto, seus resultados devem ser interpretados com cautela. Já Leung et al. (2013), em estudo com jovens saudáveis submetidos a diferentes análises, verificaram a redução da taxa metabólica de repouso, sem alterações no V̇O2 durante exercício progressivo em esteira, e o aumento da
modulação parassimpática após esforço.
Embora as evidências com humanos sejam escassas, estudos bem conduzidos, in vitro e in vivo, têm confirmado o positivo efeito biológico do IVL. Estudo com simulação de contração muscular em modelo ex-vivo de músculo esquelético e em cultura de células mostrou a eficiência da aplicação de IVL através de matérias (nano partículas cerâmicas) sobre a redução do estresse oxidativo, lactato desidrogenase, acidose e retardo da fadiga. Esses achados foram acompanhados de aumento do NO. Os resultados obtidos com o IVL foram atribuídos aos efeitos do NO sobre a bioenergética ou a um possível efeito antioxidante (LEUNG et al., 2011).