O ciclo alongamento encurtamento realizado em alta velocidade aumenta a atividade neuromuscular durante as ações excêntricas

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LÚCIO VITORELLI MURAMATSU

O CICLO ALONGAMENTO ENCURTAMENTO REALIZADO EM ALTA VELOCIDADE AUMENTA A ATIVIDADE NEUROMUSCULAR DURANTE AS

AÇÕES EXCÊNTRICAS

Campinas 2015

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE EDUCAÇÃO FÍSICA

LÚCIO VITORELLI MURAMATSU

O CICLO ALONGAMENTO ENCURTAMENTO REALIZADO EM ALTA VELOCIDADE AUMENTA A ATIVIDADE NEUROMUSCULAR DURANTE AS

AÇÕES EXCÊNTRICAS

Orientador: Prof. Dr. Luiz Eduardo Barreto Martins

Dissertação de Mestrado apresentada à Pós-Graduação da Faculdade de Educação Física da Universidade Estadual de Campinas para obtenção do título de Mestre em Educação Física, área de concentração Biodinâmica do Movimento e Esporte.

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO

ALUNO LÚCIO VITORELLI MURAMATSU E

ORIENTADA PELO PROF. DR. LUIZ EDUARDO BARRETO MARTINS.

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COMISSÃO EXAMINADORA

Prof. Dr. Luiz Eduardo Barreto Martins Orientador

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MURAMATSU, Lúcio Vitorelli. O ciclo alongamento encurtamento realizado em alta

velocidade aumenta a atividade neuromuscular durante as ações excêntricas. 59 f. Mestrado

em Educação Física - Faculdade de Educação Física. Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2015.

RESUMO

O objetivo do presente estudo foi investigar alterações neuromusculares e biomecânicas induzidas por diferentes velocidades de execução durante o ciclo de alongamento-encurtamento (CAE) realizado de forma contínua. Doze homens (25,0 ± 3,0 anos, 1,80 ± 0,05 m, 79,6 ± 8,8 kg e 8,0 ± 3,2% de gordura corporal) e três mulheres (29,0 ± 3,0 anos, 1,60 ± 0,06 m, 61,6 ± 2,1 kg e 17,1 ± 2,5% da gordura corporal) participaram do estudo. Os voluntários realizaram 3 protocolos com distintas velocidades de execução. O controle das velocidades foi realizado pelo tempo destinado à execução de cada CAE (Lento = 4 s, Médio = 2 s e Rápido = 1 s por ciclo). Cada protocolo consistiu de 20 repetições (CAE) com 10% de 1RM e 5 min de intervalo, realizados no exercício de extensão do joelho. Velocidade angular, aceleração angular, torque e eletromiografia de superfície (EMG) dos músculos vasto lateral, vasto medial e reto femoral foram acessadas. A execução do CAE em altas velocidades requer alta desaceleração no final das ações excêntricas (EXC) e alta aceleração no início das ações concêntricas (CON), aumentando assim o torque e a atividade EMG nesses momentos. Durante o protocolo Rápido, a atividade EMG da EXC foi maior que a CON. A maior produção de torque e atividade EMG no final da EXC potencializa o início da CON, diminuindo a atividade EMG nessa fase do movimento. Portanto, o CAE realizado com altas velocidades de execução (~160°/s) aumenta a eficiência neuromuscular no começo da CON, induzindo maior atividade EMG durante a ação EXC em comparação com a CON.

Palavras Chaves: Ciclo alongamento-encurtamento; Eletromiografia; Treinamento de força;

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MURAMATSU, Lúcio Vitorelli. High velocity stretch-shortening cycles increase muscle

activity during eccentric actions. 59 f. Master’s degree in Physical Education - Physical

Education Faculty. State University of Campinas, Campinas, 2015.

ABSTRACT

The aim of the present study was to investigate the neuromuscular and biomechanical changes induced by different speed-controlled stretch-shortening cycles (SSCs). Twelve men (24.8 ± 2.9 years, 1.80 ± 0.05 m, 79.6 ± 8.8 kg, and 8.0 ± 3.2% of body fat) and three women (29.0 ± 3.6 years, 1.60 ± 0.06 m, 61.6 ± 2.1 kg and 17.1 ± 2.5% of body fat) participated in the study. The three different speed-controlled SSCs (Slow = 4 s, Medium = 2 s and Fast = 1 s per cycle), were performed on the knee extension machine, consisting of 20 repetitions (SSCs) with 10% of 1RM and 5 min rest. Angular velocity and acceleration, torque and Surface EMG of the vastus

lateralis, vastus medialis, and rectus femoris muscles were recorded. During the Fast, EMGRMS of

the eccentric (ECC) phase was higher than in the concentric (CON). The acceleration, torque and EMG activity increased in the later phase of the ECC and in the early phase of the CON. Higher torque production and EMG activity in the later part of ECC potentiates the early phase of CON, decreasing EMG activity of these action. Therefore, fast SSCs (160°/s) increases neuromuscular efficiency of CON and induces higher EMG activity in ECC compared to CON.

Key Words: Cycle stretching-shortening; Electromyography; Strength training; Velocity;

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S U M Á R I O

4.6 Tratamento dos dados 16

4.7 Análise estatística 21 5 RESULTADOS 22 5.1 Sujeitos 22 5.2 Força muscular 22 5.3 Angulação do joelho 23 5.4 Velocidade de execução 23 5.5 Aceleração 24 5.6 Torque 25 5.7 Atividade neuromuscular 27 5.8 Eficiência neuromuscular 30 6 DISCUSSÃO 30

6.1 Velocidade e aceleração angular 31

xii 6.3 Atividade eletromiográfica 33 6.4 Eficiência neuromuscular 36 CONCLUSÕES 36 APLICAÇÕES PRÁTICAS 37 REFERÊNCIAS 38

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Relação entre velocidade de execução e torque gerado. Adaptado do estudo de

(Farthing e Chilibeck, 2003). * Torque na EXC 180°/s significativamente maior que todas as outras condições (p<0,05). ** Torque na EXC 30°/s significativamente maior que as duas condições da ação CON (p<0,05). ... 3

Figura 2. Ilustração do desenho experimental do estudo. ... 6 Figura 3. Cadeira extensora: A - Sistema visual de controle da amplitude e velocidade de

execução dos movimentos; B - Sensor de posição (potenciômetro) integrante de um circuito elétrico que apresenta tensão proporcional ao deslocamento da massa de teste do aparelho. ... 8

Figura 4. Sistema visual de controle da amplitude de movimento e velocidade de execução

utilizado pelos voluntários durante o experimento. A – Ilustra a transição entre ações EXC/CON e B – Ilustra a transição entre ações CON/EXC. ... 10

Figura 5. Ilustração da utilização do sistema visual de controle da amplitude de movimento e

velocidade de execução. A – Transição entre ações EXC/CON, articulação do joelho = 90°; B – Transição entre ações CON/EXC, articulação do joelho = 170°. ... 11

Figura 6. Sensor de posição com contato magnético integrante de um circuito elétrico e acoplado

a cadeira extensora. Utilizado para mensurar o deslocamento da massa de teste e verificar a amplitude do movimento e velocidade de execução. ... 12

Figura 7. Utilização da célula de carga para mensurar o torque necessário para movimentar a

estrutura móvel e a massa de testes. A – Célula de carga acoplada ao equipamento. B – Ilustração da geometria realizada para mensurar o torque. F = Força necessária para mover a estrutura móvel do equipamento; d= Distância entre o eixo de rotação e a força (F) aplicada. ... 15

Figura 8. Primeiro critério para seleção das repetições válidas: Amplitude do movimento.

Deslocamento da massa de teste do aparelho em função do tempo. Marcação dos mínimos (pontos em preto) e máximos (pontos em azul) da curva para determinar o início e final de uma repetição (CAE completo). Limites das zonas de transição entre ações (retas em vermelho) e identificação das repetições com amplitude de movimento correta (repetições em verde). ... 17

Figura 9. Segundo critério para seleção doas repetições válidas: Velocidade de execução. As

duas ações musculares (EXC e CON) precisavam estar dentro da margem de tempo aceita para que o CAE fosse validado. ... 18

Figura 10. Determinação do início e final das 10 subfases do CAE. ... 19 Figura 11. Subfases do CAE sincronizadas com o sinal bruto da EMG. ... 20 Figure 12. Alterações no ângulo da articulação do joelho (coluna 1), durante a execução dos três

protocolos de velocidade controlada. As linhas 1, 2 e 3 apresentam as condições Lento, Médio e Rápido, respectivamente. Embora as condições de tempo envolvem diferentes frequências, a amplitude de movimento foi a mesma. As linhas tracejadas representam as zonas de transição

entre as ações EXC e CON. Colunas 2-5 representas as curvas do torque e o EMGRMS dos

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sincronizados com as mudanças de ângulo do joelho e os dados representam dois CAE completos. ... 23

Figura 13. Velocidade angular ao longo das 10 subfases do CAE. # diferença significativa

(p<0.001) com relação ao protocolo RÁPIDO e LENTO. * diferença significativa (p<0.001) com relação aos protocolos MÉDIO e LENTO. ... 24

Figura 14. Aceleração ao longo das 10 subfases do CAE dividido em 10 subfases. # diferença

significativa (p<0.001) com relação ao protocolo RÁPIDO e LENTO. * diferença significativa (p<0.001) com relação aos protocolos MÉDIO e LENTO. ... 25

Figura 15. Torque ao longo do CAE dividido em 10 subfases. # diferença significativa (p<0.001)

com relação ao protocolo RÁPIDO e LENTO. * diferença significativa (p<0.001) com relação aos protocolos MÉDIO e LENTO. ... 26

Figura 16. Média do torque nas ações musculares durante os diferentes períodos de execução. *

diferente significativamente (p<0.001) em comparação com a ação excêntrica do protocolo LENTO. ** diferente significativamente (p<0.001) em comparação com as ações excêntricas dos protocolos MÉDIO e LENTO. # diferente significativamente (p<0.001) das ações concêntricas nos protocolos MÉDIO e RÁPIDO. ... 27

Figura 17. Atividade neuromuscular ao longo das 10 subfases do CAE. A – Vasto lateral, B –

Vasto Medial, C – Reto Femoral. # diferença significativa (p<0.001) com relação ao protocolo RÁPIDO e LENTO. ## diferença significativa (p<0.01) com relação ao protocolo RÁPIDO e LENTO. * diferença significativa (p<0.001) com relação aos protocolos MÉDIO e LENTO. .... 28

Figura 18. Atividade neuromuscular média nas ações musculares. # diferente significativamente

(p<0.001) das ações excêntricas nos protocolos LENTO e MÉDIO. ## diferente significativamente (p<0.01) das ações concêntricas nos protocolos LENTO e RÁPIDO. * diferente significativamente (p<0.01) em comparação com a ação excêntrica do protocolo LENTO. ** diferente significativamente (p<0.01) em comparação com as ações excêntricas dos protocolos MÉDIO e LENTO. † diferente significativamente (p<0.05) da ação concêntrica do protocolo RÁPIDO. ... 29

Figura 19. Eficiência neuromuscular média nas ações musculares. # diferente significativamente

(p<0.01) das ações concêntricas nos protocolos MÉDIO e LENTO ## diferente significativamente (p<0.05) das ações concêntricas nos protocolos MÉDIO e LENTO. * diferente significativamente (p<0.001) em comparação com a ação excêntrica do protocolo RÁPIDO. ** diferente significativamente (p<0.001) em comparação com as ações excêntricas dos protocolos MÉDIO e RÁPIDO. † diferente significativamente (p<0.001) da ação excêntrica do protocolo RÁPIDO. ... 30

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Caracterização das velocidades utilizadas no protocolo experimental: Frequência selecionada no metrônomo em batidas por minuto (BPM), número de sinais sonoros, tempo necessário para completar cada uma das ações (EXC e CON) e velocidade angular média do CAE. ... 9 Tabela 2. Características físicas e antropométrica dos participantes... 22

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

° Graus

ANOVA Análise de variância

BPM Batimentos por minuto

CAE Ciclo alongamento encurtamento

cm Centímetros

CON Concêntrica

CTR Controle

d Distância entre a força aplicada e o eixo de rotação

EMG Eletromiografia

EMGRMS Raiz quadrada da média dos quadrados do sinal da eletromiografia

EXC Excêntrica F Força aplicada Hz Hertz kg Quilograma LEN Lento m Metros MED Médio

MLG Massa livre de gordura

mm Milímetros ms Milissegundo rad Radianos RAP Rápido RF Reto femoral RM Repetição máxima s Segundo T Torque UM Unidade motora VL Vasto lateral VM Vasto medial μV Microvolts

1 1 INTRODUÇÃO

A atividade física, realizada tanto na vida cotidiana como nas atividades esportivas envolve esforços que proporcionam a locomoção humana. Durante esses esforços, forças externas como a da gravidade alongam os músculos (ISHIKAWA; KOMI, 2004). O alongamento ativo de um músculo, conhecido na literatura como ação excêntrica (EXC), geralmente é seguido por um encurtamento – ação concêntrica (CON) sendo a combinação dessas duas ações conhecida como ciclo alongamento encurtamento (CAE) (KOMI, 2000). Gestos motores como a corrida, os saltos e os arremessos são caracterizados pela execução de um CAE de forma balística, ou seja, que apresenta uma aceleração positiva durante toda a ação CON, levando a projeção dos membros para o lançamento de um objeto no espaço livre (FROST; CRONIN et al., 2010; CORMIE; MCGUIGAN et al., 2011a, 2011b). A realização do CAE aumenta a ativação neuromuscular e confere uma vantagem mecânica, especialmente quando o tempo de transição entre as ações EXC e CON é curto e, consequentemente, a velocidade de execução da ação EXC é maior (KOMI, 2000).

O CAE é eficiente porque ocorre um armazenamento e reutilização da energia potencial elástica, assim como um aproveitamento da excitabilidade dos fusos neuromusculares das unidades motoras pré-ativadas (KOMI, 1984; 2000). No entanto, a literatura reporta que para que isso ocorra de forma eficiente, o intervalo de tempo durante a transição entre as ações EXC e CON (que muitas vezes é uma ação isométrica) não deve ultrapassar 340 milissegundos (CURTIN; GILBERT et al., 1974; ZAMEZIATI; MORIN et al., 2006). A justificativa é que dessa forma evitaríamos que a pré-ativação das unidades motoras fosse reduzida. Quanto maior for o tempo de transição, menor será a potencialização da ação CON subsequente (ANDERSON; PANDY, 1993; BOBBERT et al., 1996; ZAMEZIATI et al., 2006).

Outro fator importante que contribui para o melhor aproveitamento do CAE é o tempo que as ações musculares são realizadas, o que impactaria diretamente na velocidade de execução dos movimentos. Sampson et al. (2014) conduziram um estudo onde um grupo de 12 voluntários realizaram 3 protocolos experimentais diferentes no exercício de flexão de cotovelo. No primeiro protocolo, os voluntários realizavam a ação EXC e CON com 2s de duração cada. O segundo protocolo constituiu da realização da ação EXC com 2s e a CON na maior aceleração possível. Já

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o terceiro protocolo as duas ações musculares foram realizadas na maior aceleração possível. O terceiro protocolo (onde os voluntários realizaram as ações EXC e CON na maior aceleração possível) induziu a uma maior produção de força no final da ação EXC e começo da ação CON. Os autores concluíram que o aumento na tensão, na resposta excitatória do fuso neuromuscular e a pré-ativação das Ums no final da ação EXC, seriam o fatores responsáveis pelo aumento da força no início da ação CON subsequente (ISHIKAWA; KOMI, 2004; MCCARTHY et al., 2012; SAMPSON et al., 2014). Os autores também discutiram sobre a redução no tempo de transição entre as ações EXC/CON, (que foi menor no terceiro protocolo) como um possível contribuinte para os resultados observados (ZAMEZIATI et al., 2006; SAMPSON et al., 2014).

Notavelmente, programas de treinamento de força tradicional geralmente envolvem exercícios que se utilizam do CAE. No entanto, realizados de forma não balística e contínua (FROST et al., 2010; CORMIE et al., 2011a, 2011b). A configuração de uma sessão de treinamento de força tradicional consiste da manipulação de determinadas variáveis do treinamento como o volume (número de séries, repetições e exercícios), a intensidade (que pode ser prescrita através das zonas de repetições máximas ou percentuais do teste de uma repetição máxima -1RM), pausas entre séries e exercícios, ações musculares (EXC, CON e isométricas), amplitude e a velocidade de execução dos movimentos (SALE; MACDOUGALL, 1981; BEHM; SALE, 1993; SEGER et al., 1998; American College of Sports Medicine position stand. Progression models in resistance training for healthy adults, 2009).

O Colégio Norte Americano de Medicina do Esporte recomenda velocidades de execução dos movimentos de lenta a moderada para indivíduos não treinados, moderada para indivíduos com experiência no treinamento resistido, e uma gama de velocidades, variando de intencionalmente lentas a rápidas para indivíduos avançados (American College of Sports Medicine position stand. Progression models in resistance training for healthy adults, 2009). Os primeiros estudos que analisaram a manipulação da velocidade de execução dos movimentos mostraram resultados interessantes, principalmente sobre a recuperação da função muscular e a capacidade de produção de força e potência (FARTHING; CHILIBECK, 2003; CHAPMAN et al., 2006; CHAPMAN et al., 2008; GUILHEM et al., 2011). Chapman et al. (2006) observaram que altas velocidades de execução de ações EXC (210°/s) no exercício de flexão do cotovelo resultou em decréscimos significativos e recuperação mais lenta da força muscular isométrica e

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isocinética em comparação com uma velocidade lenta (30°/s). O protocolo de velocidade rápida também induziu a um pico 450% maior na atividade sérica de creatina quinase, maiores aumentos na circunferência do braço e dor muscular de início tardio.

A principal característica que justifica a maior incidência de danos teciduais durante as ações EXC realizadas com velocidades mais elevadas é a maior capacidade de gerar torque. No estudo de Farthing e Chilibeck (2003) 24 sujeitos foram divididos em dois grupos com velocidades de execuções diferentes (rápida = 180°/s e lenta = 30°/s) e treinaram, na primeira parte do estudo, um dos braços apenas com ações EXC por 8 semanas e na segunda parte do estudo, o outro braço apenas com ações CON também por 8 semanas. Os resultados mostraram que os voluntários que treinaram o braço com ações EXC rápidas ganharam mais força e hipertrofia quando comparado com as outras 3 situações (EXC lenta, CON rápida e CON lenta). Os autores apontaram as diferenças na produção de torque como principal justificativa para explicar seus resultados, pois a capacidade de gerar torque é determinante para ocasionar mais danos, que são advindos de rupturas das pontes cruzadas e das linhas Z dos sarcômeros (GIBALA et al., 1995; ENOKA, 1996). A Figura 1, adaptada do trabalho de Farthing e Chilibeck

(2003), ilustra a relação torque-velocidade nas 4 situações investigadas pelo estudo.

Figura 1- Relação entre velocidade de execução e torque gerado. Fonte: Adaptado do estudo de Farthing e Chilibeck, 2003.

* Torque na EXC 180°/s significativamente maior que todas as outras condições (p<0,05). ** Torque na EXC 30°/s significativamente maior que as duas condições da ação CON (p<0,05).

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A eletromiografia (EMG) de superfície tem um papel importante nos estudos de sessões e protocolos de treinamento de força. Ela é uma técnica frequentemente utilizada na observação dos fenômenos neuromusculares frente a exercícios físicos, como a ativação de unidades motoras nas ações musculares (IDE et al., 2013). Todavia, limitações instrumentais, como o controle da velocidade de execução e a amplitude dos movimentos, fazem com que as análises eletromiográficas sejam em sua maioria realizadas durante as ações isométricas. Contudo, a maior parte das tarefas motoras realizadas na vida cotidiana, nos treinamentos e no esporte, envolvem constantes mudanças no comprimento muscular (MORITANI; STEGEMAN; MERLETTI, 2005). Dessa forma, quando objetivamos observar as distintas respostas ao treinamento, se faz necessário um discernimento entre a atividade neural durante as ações musculares EXC e CON.

Muitos estudos que utilizam a EMG para investigar a atividade neural de exercícios dinâmicos são realizados em dinamômetros isocinéticos. Tais equipamentos, impõem uma velocidade de execução constante e limitam a amplitude do movimento, superando assim as limitações experimentais citadas anteriormente (DUCHATEAU; BAUDRY, 2014). Estudos com dinamômetros isocinéticos relatam que a amplitude do sinal da EMG durante as ações EXC é menor que durante as ações CON (ENOKA, 1996; GRABINER; OWINGS, 2002; MCHUGH et al., 2002; DEL VALLE; THOMAS, 2005). Todavia, quando indivíduos altamente treinados foram alvos dos estudos, as diferenças foram menores ou não houve diferenças entre a atividade EMG das ações EXC e CON (AAGAARD et al., 2000; DUCHATEAU; BAUDRY, 2014). No entanto, esses resultados foram observados com dinamômetros isocinéticos em vez da utilização de exercícios tradicionais do treinamento de força, que possuem resistência externa constante e pesos livres. Isto levanta questões sobre as implicações práticas destes dados, uma vez que os músculos são ativados de forma diferente quando expostos a uma carga externa constante versus velocidade angular constante (GUILHEM et al., 2010, 2011, 2013).

Poucos estudos investigaram o comportamento da atividade EMG durante as ações musculares EXC e CON realizadas em diferentes velocidades de execução usando carga externa constante (PADULO et al., 2012; SAMPSONE et al., 2014). Além disso, não há estudos que relatem a atividade EMG ao longo das ações EXC e CON do CAE contínuo em diferentes velocidades de execução.

5 2 OBJETIVOS

O presente trabalho possui dois principais objetivos:

1. Investigar o comportamento neuromuscular durante as ações excêntricas e concêntricas quando o ciclo alongamento encurtamento é realizado em diferentes períodos;

2. Monitorar e caracterizar a variação da velocidade angular, aceleração angular e torque nas ações excêntricas e concêntricas quando o ciclo alongamento encurtamento é realizado em diferentes períodos.

3 HIPÓTESES

Nossa hipótese inicial é que o aumento da velocidade de execução aumentará o torque e a atividade neuromuscular durante as ações excêntricas. Esses aumentos poderiam explicar os resultados reportados na literatura, de que maiores velocidades de execução dos movimentos ocasionam mais danos tecidual durante essa ação muscular.

4 MATERIAIS E MÉTODOS

4.1 Desenho experimental

O comportamento dos parâmetros biomecânicos e neuromusculares ao longo do CAE foi observado durante 3 protocolos de teste com velocidades de execução distintas e realizados no exercício de cadeira extensora. A velocidade de cada protocolo se diferenciava pelo tempo para a realização de cada CAE (Rápido = 1s/ciclo, Médio = 2s/ciclo, Lento = 4s/ciclo). Para tal, monitoramos o deslocamento da massa de teste do equipamento, calculamos o torque necessário para movimentar o sistema (estrutura móvel + massa de teste do aparelho) e mensuramos a eletromiografia de superfície (EMG) do quadríceps femoral (vasto lateral, vasto medial e reto femoral). Para mais informações ver Figura 3.

O experimento foi divido em 3 sessões, intercaladas por no mínimo 48 horas de intervalo. A primeira sessão foi destinada à familiarização com os equipamentos e teste de uma repetição máxima (1RM). A familiarização começava pela realizavam dos 3 protocolos experimentais com a orientação dos pesquisadores referente ao controle da amplitude de movimento e as velocidades

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de execução acima descritas. Os voluntários também se familiarizaram com o teste de força máxima – 1RM (mais informações sobre os procedimentos no item específico). Na segunda sessão, os voluntários repetiram a familiarização da sessão anterior, realizaram o teste de 1RM e a avaliação da composição corporal. Somente na terceira sessão os eletrodos de EMG foram colocados e os dados da execução dos protocolos guardados para análise posterior. Também na terceira sessão, com o intuito de verificar se a realização das três velocidades induziu fadiga, os voluntários realizaram 1RM 5 minutos antes e 5 minutos após a realização dos protocolos experimentais. Em todas as sessões os voluntários compareceram ao laboratório sempre no mesmo período do dia, sendo orientados a manterem as mesmas dietas alimentares e não praticarem exercícios físicos vigorosos no período de 48 horas antes de cada sessão. A Figura 2 ilustra o desenho experimental do estudo.

Figura 2 – Ilustração do desenho experimental do estudo.

4.2 Participantes

Dezenove indivíduos saudáveis (15 homens e 4 mulheres. Idade: 26,0±4,0 anos; massa: 75±11 kg; altura: 1,74±0,10 m) participaram do estudo. Todos foram selecionados de acordo com os seguintes critérios de inclusão: 1) idade entre 22 e 35 anos; 2) não apresentar históricos de

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lesão e/ou cirurgia na articulação do joelho; 3) possuir mais de 3 anos de prática no treinamento de força; 4) realizar o exercício de cadeira extensora em suas rotinas de treino; 5) apresentar percentual de gordura corporal abaixo de 15% para homens e 20% para mulheres. A escolha de sujeitos com baixo percentual de gordura deve-se ao fato de estudos prévios mostrarem interferências na aquisição do sinal eletromiográfico frente a altas quantidades de gordura subcutânea (CHOWDHURY et al., 2013).

Como critério de exclusão adotamos um valor de força muscular relativa (força no teste de 1RM dividido pela massa livre de gordura) menor ou igual a 1,5. Caso algum voluntário também não apresentasse rendimento satisfatório com relação a execução correta das repetições, ele também seria excluído das futuras análises. Maiores informações sobre os critérios de seleção das repetições consideradas válidas estão descritas no item 3.5. Todos os voluntários foram devidamente informados sobre os riscos em participar do experimento, instruídos sobre os procedimentos necessários e assinaram um termo de consentimento livre e esclarecido (ANEXO A). O presente estudo foi aprovado pelo comitê de ética em pesquisas com seres humanos da Faculdade de Ciências Médicas da Universidade Estadual de Campinas (N° 523/2010).

4.3 Protocolo Experimental

O protocolo de teste consistiu de 20 a 25 movimentos com intensidade relativa a 10% de 1RM e foram realizados no exercício de cadeira extensora. Optamos por realizar os protocolos em baixa intensidade, pois estudos anteriores (SMILIOS et al., 2010) demonstraram que protocolos de treinamento de força com média ou alta intensidade e alto volume aumentam a resposta da EMG ao longo da série, o que poderia mascarar ou alterar nossos dados. As velocidades investigadas foram randomicamente realizadas respeitando um intervalo de cinco minutos entre cada uma delas. A amplitude do movimento foi fixada em 80° de flexão/extensão

da articulação do joelho. O equipamento (Tonus Fitness Equipment®_{, Modelo RT-101, SP,}

Brasil) foi adaptado com um sistema visual de controle da amplitude de movimento e de velocidade de execução. Acoplamos também um potenciômetro (MagnetoPot, Spectra Symbol, Salt Lake City, UT, USA) integrante de um circuito elétrico que apresenta tensão proporcional ao deslocamento da massa de teste do aparelho em função do tempo. A Figura 3 apresenta o aparelho com as modificações realizadas e equipamentos acoplados.

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Figura 3 – Cadeira extensora: A – Sistema visual de controle da amplitude e velocidade de

execução dos movimentos; B – Sensor de posição (potenciômetro) integrante de um circuito elétrico que apresenta tensão proporcional ao deslocamento da massa de teste do aparelho.

Após a realização de pilotos, estabelecemos que as velocidades de execução seriam prescritas através de um metrônomo digital (Sportline, Model 470). O equipamento fornecia o período de realização dos movimentos através de um sinal sonoro. Dessa forma, as velocidades de execução dos movimentos foram verificadas pelo tempo que cada voluntário teria para realizar cada ação muscular (EXC ou CON), sendo os mesmos instruídos a sincronizar o sinal sonoro do metrônomo com início e final de cada ação muscular.

Para o protocolo Rápido (RAP), foi adotada uma frequência de 120 batimentos por minuto (BPM), resultando em um tempo de execução de ~0,5s para cada ação muscular; o protocolo Médio (MED) foi realizado a 60BPM (~1s para cada ação) e o Lento (LEN) a 30BPM (~2s para cada ação). AT 1 apresenta a frequência selecionada no metrônomo, o número de sinais sonoros necessários para execução de cada ação muscular, o tempo para a realização de cada uma delas e a velocidade angular média de execução do CAE.

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Tabela 1 - Caracterização das velocidades utilizadas no protocolo experimental: frequência selecionada no metrônomo em batidas por minuto (BPM), número de sinais sonoros, tempo necessário para completar cada uma das ações (EXC e CON) e velocidade angular média do CAE

Protocolo de teste Frequência selecionada (BPM) Sinal sonoros por ação muscular Tempo de execução de cada ação (s) Tempo de execução do CAE (s) Velocidade angular média do CAE (°/s) Rápido 120 1 0,5 1,0 160 Médio 60 1 1,0 2,0 80 Lento 30 1 2,0 4,0 40

Sistema Visual de Controle da Amplitude de Movimento e da Velocidade de Execução

Para que os voluntários conseguissem visualizar a amplitude com que realizavam as repetições, adaptamos o aparelho com uma régua, adesivos coloridos e uma haste metálica fixada a massa de teste. Dessa forma, eles guiavam-se pelo deslocamento da massa de teste e da haste metálica e usavam as zonas demarcadas pelos adesivos coloridos como limites para a transição entre ações musculares. Os adesivos indicavam as zonas de transição das ações EXC/CON e CON/EXC, ou seja, ao final de cada ação eles deveriam passar pela marcação em verde mas não poderiam ultrapassar a marcação em vermelho (FIGURA 4). A régua tinha comprimento de 44 centímetros, sendo o valor zero destinado ao momento em que a massa de teste do aparelho estivesse sem nenhum deslocamento e o valor 44 para a maior amplitude do movimento. As zonas de transição tinham espessura de 4cm na EXC/CON e 4,5cm na CON/EXC. Usamos uma zona de transição maior na CON/EXC, pois foi identificado no projeto piloto que neste momento os voluntários tinham mais dificuldade em manter o padrão do movimento.

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Figura 4 – Sistema visual de controle da amplitude de movimento e velocidade de execução

utilizado pelos voluntários durante o experimento.

Legenda: A – Ilustra a transição entre ações EXC/COM; B – Ilustra a transição entre ações

CON/EXC.

Para garantir que todos os voluntários realizassem a mesma amplitude do movimento, utilizamos um goniômetro manual (Carci, São Paulo, Brasil) para mensurar a angulação da articulação do joelho durante a transição entre as ações musculares. As medidas foram realizadas nas sessões de familiarização com a perna do voluntário em isometria e no momento em que a haste metálica marcasse o centro de cada uma das zonas de transição. Na transição EXC/CON, as articulações do joelho dos voluntários estavam entre 85° a 90° e na transição CON/EXC entre 165° a 170°. Consideramos 180° como a extensão completa do joelho. Caso fosse necessário, ajustávamos o comprimento da estrutura móvel e a distância do encosto do aparelho para que todos os voluntários atingissem a angulação sincronizada com as demarcações mencionadas. As alterações no aparelho garantiram também que todos os voluntários permanecessem com a articulação do quadril em 100° e a estrutura móvel apoiada na mesma altura do tornozelo. Todos os ajustes e marcações no equipamento foram registrados na primeira sessão e mantidas as mesmas paras as demais sessões. Como os protocolos foram realizados com baixa intensidade (10% de 1RM), não observamos movimentações da articulação do quadril e do joelho que

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pudessem interferir na padronização da amplitude dos movimentos. A Figura 5 ilustra um voluntário durante as fases de transição entre ações musculares.

Figura 5 – Ilustração da utilização do sistema visual de controle da amplitude de movimento e

velocidade de execução. A – Transição entre ações EXC/CON, articulação do joelho = 90°; B – Transição entre ações CON/EXC, articulação do joelho = 170°.

Sensor de Posição

O deslocamento da massa de teste foi rastreado através do potenciômetro linear com sensor magnético, integrante de um circuito elétrico que apresentava tensão proporcional ao deslocamento da massa de teste (FIGURA 6). A calibração do sensor de posição foi realizada com 22 pontos e o ajuste polinomial apresentou ótima correlação (r² = 0,99). Como o contato entre a massa de testes do aparelho e o sensor de posição aconteceu através de um imã fixado na extremidade da barra de ferro (FIGURA 6), o atrito foi desprezado nos cálculos seguintes. Os dados foram coletos através do canal auxiliar do eletromiógrafo (maiores descrições no item específico) e sincronizados com os dados da EMG. Os dados possibilitavam certificar se os voluntários haviam realizado as repetições dentro da amplitude e velocidade de execução dos movimentos incialmente estipuladas. O equipamento foi importante também durante as sessões de familiarização, pois possibilitava fornecer figuras de identificação das repetições que estavam com amplitude e/ou velocidade de execução dos movimentos fora dos padrões estipulados,

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representando um importante feedback visual ao voluntário. A qualidade e o acesso rápido a essas informações foram essenciais para que os voluntários apresentassem uma melhora expressiva na execução do movimento ao longo das duas sessões de familiarização e conseguissem executar os protocolos experimentais com precisão na sessão de coleta de dados.

Figura 6 – Sensor de posição com contato magnético integrante de um circuito elétrico e acoplado

a cadeira extensora. Utilizado para mensurar o deslocamento da massa de teste e verificar a amplitude do movimento e velocidade de execução.

4.4 Avaliações

Eletromiografia de superfície (EMG)

Após a preparação da pele (raspagem dos pelos e limpeza com lixa e álcool) eletrodos bipolares ativos (fios de prata 99.9%, paralelos, com 10mm de distância inter-eletrodos e ganho de 20 vezes) foram posicionados nos músculos Vasto Lateral (VL), Vasto Medial (VM) e Reto Femoral (RF) usando interfaces adesivas e seguindo as recomendações descritas pelo SENIAM (HERMENS et al., 2000). O eletrodo de referência foi fixado na clavícula. Após a colocação dos eletrodos, testes eram realizados para verificar a qualidade do sinal. Caso fosse encontrado ruído (atividade elétrica superior a 200 microvolts), ou desalinhamento do sinal base (offset), os eletrodos eram recalibrados e/ou recolocados até que o sinal ficasse satisfatório. Utilizamos um eletromiógrafo de 8 canais (MyosystemBr1 – DataHominis Ltda, MG, Brasil) e uma frequência de aquisição de 1000Hz. O eletromiógrafo possuía uma bateria interna e usamos um computador

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portátil para a aquisição dos dados, dessa forma durante as coletas nenhum dos aparelhos estavam conectados à rede elétrica.

Composição Corporal

A avaliação da composição corporal foi realizada através da mensuração da espessura das dobras cutâneas com compasso Lange (Beta Technology, Santa Cruz – CA, USA). Utilizamos o protocolo de Pollock 7 dobras (JACKSON; POLLOCK, 1978) para o cálculo da densidade corporal e a fórmula de Siri (SIRI, 1993) para a conversão da densidade em percentual de gordura corporal. Todas as dobras foram realizadas em rodízio, triplicata e mensuradas no hemi-corpo direito dos voluntários. Após a determinação do percentual de gordura corporal, fracionamos a massa corporal total em massa livre de gordura e massa de gordura. A massa livre de gordura foi utilizada para o cálculo da força relativa dos voluntários.

Força Muscular

A mensuração da força muscular foi realizada através do teste de uma repetição máxima (1RM) na cadeira extensora. O teste começava sempre pela ação CON seguida pela EXC, ou seja, os voluntários iniciavam a contração com a articulação do joelho flexionada em 90°. Os procedimentos utilizados foram adaptados dos descritos por Brown e Weir (BROWN; WEIR, 2001).

Antes do início do teste os indivíduos realizaram alongamentos estáticos com duração de ~10s para a musculatura envolvida seguidos por aquecimento na cadeira extensora de 20 repetições com 10%, 8 repetições com 50% e 3 repetições com 80% do 1RM estimado e pausa de 2 minutos entre séries. Subsequentemente, aumentávamos a carga até que o correspondente a 1RM fosse encontrado. Realizamos no máximo 5 tentativas para cada voluntário, com 3 minutos de intervalo entre elas. As tentativas só eram consideradas válidas caso o voluntário ultrapassasse o limite inferior da zona de transição CON/EXC (FIGURA 5-B), garantindo assim a execução completa da ação concêntrica. Para identificar precisamente a validade da tentativa, usamos os dados do sensor de posição.

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Torque

Para calcular o torque necessário para movimentar a estrutura móvel e a massa de testes do

aparelho em cada um dos protocolos analisados, utilizamos uma célula de carga (Reaccion®,

CZCB-500). O coeficiente de correlação intraclasse desse equipamento no nosso laboratório apresenta uma excelente reprodutibilidade (1,00). Retiramos a almofada da estrutura móvel e parafusamos a célula de carga com um ângulo de 90° em relação ao eixo de rotação (FIGURA 7). Com uma alça presa a célula de carga, mensuramos a força necessária para movimentar a estrutura móvel e a massa de testes nas mesmas condições de amplitude de movimento e velocidade de execução descritas anteriormente. Essas mensurações foram realizadas em momentos distintos dos dados de EMG e em todos os comprimentos da estrutura móvel e massas (relativas a 10% de 1RM) utilizados pelos voluntários. No total foram mensuradas 30 variações de força necessárias para a realizar o CAE (3 velocidades e 10 combinações de comprimento da estrutura móvel e massa de teste utilizada). A correlação da velocidade angular e aceleração angular entre as duas medidas (EMG e torque) foi alta (r ≥ 0.97), garantindo que os mesmos foram realizados com amplitude e velocidade de execução dos movimentos similares.

Os dados de força registrados pela célula de carga foram coletados através do canal auxiliar do eletromiógrafo. Utilizamos também um pré-condicionador de sinais (DataHominis Ltda, C500) e a mesma frequência de aquisição (1000Hz).

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Figura 7 – Utilização da célula de carga para mensurar o torque necessário para movimentar a

estrutura móvel e a massa de testes.

Legenda: A – Célula de carga acoplada ao equipamento. B – Ilustração da geometria realizada para

mensurar o torque. F = Força necessária para mover a estrutura móvel do equipamento; d= Distância entre o eixo de rotação e a força (F) aplicada.

Considerando que a força mensurada foi aplicada de forma ortogonal ao braço de alavanca, calculamos o torque usando a seguinte formula:

𝑇 = 𝑑 ∗ 𝐹

Onde T = torque; d =distância entre a força aplicada e o eixo de rotação; F = Força aplicada;

4.5 Eficiência neuromuscular

A razão força/EMG fornece uma medida da eficiência do quanto de atividade muscular

é requisitada para se produzir certa força em diferentes condições. Essa relação foi intitulada na literatura de eficiência neuromuscular (DESCHENES et al., 2008) e no presente estudo foi

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4.6 Tratamento dos dados

Os dados da EMG e do sensor de posição estavam sincronizados e foram analisados

através de específicas rotinas desenvolvidas em ambiente MatLab 7 (The MathWorks Inc, Natick, Massachusetts, USA).

Cálculo da velocidade e aceleração

Como os ângulos de transição entre ações musculares (EXC/CON e CON/EXC) foram padronizados entre todos os voluntários e sincronizados com os mesmos pontos do sensor de posição, seus dados, que inicialmente estavam em volts foram retificados com um ajuste polinomial e convertidos para graus. Consideramos para essa conversão a amplitude completa como sendo 40cm para o deslocamento da massa de teste do aparelho e 80° para a articulação do joelho. Para cada um dos protocolos, aplicamos duas derivações polinomiais na curva da posição para obter as curvas de velocidade (°/s) e aceleração angular (°/s²) referentes a articulação do joelho. Resolvemos realizar essa conversão para facilitar a comparação com estudos na literatura, que em sua maioria, reportam a velocidade de execução dos movimentos utilizando essas unidades.

Validação da Amplitude do Movimento e Velocidade de Execução

Conforme descrito no tópico do protocolo experimental, durante as sessões de familiarização os voluntários foram instruídos a executar os movimentos dentro da amplitude e velocidade de execução dos movimentos estabelecidas. Para tanto, tinham como referência o sistema visual de controle fixado no equipamento (FIGURA 5). No entanto, somente a utilização desse sistema não garantiria a aferição perfeita desses parâmetros. Por isso, a análise dos dados do sensor de posicionamento foi fundamental para verificar com precisão quais movimentos poderíamos considerar como válidos. Estabelecemos então dois critérios para seleção dos movimentos válidos: I – As transições entre ações musculares deveriam ser realizadas dentro das respectivas zonas de transição (angulação do joelho entre 85° a 90° na EXC/CON e de 165° a 170° na CON/EXC); II – O tempo de execução de cada uma das ações musculares (EXC e CON) não poderia ultrapassar ±10% do tempo pré-estabelecido para cada velocidade, ou seja, 500±50 ms, 1.000±100 ms e 2.000±200ms respectivamente para as velocidades RAP, MED e LEN.

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A Figura 8 ilustra a posição da massa de teste do aparelho em função do tempo durante uma série de repetições realizadas com velocidade RAP. As duas linhas vermelhas na horizontal simbolizam os limites (superior e inferior) das zonas de transição entre as ações musculares. Os asteriscos em preto e azul marcam os valores mínimos e máximos de cada curva, respectivamente. Os mínimos simbolizam as transições EXC/CON e os máximos as transições CON/EXC. A curva entre dois máximos representa um CAE ou uma repetição completa.

Figura 8 – Primeiro critério para seleção das repetições válidas: Amplitude do movimento.

Deslocamento da massa de teste do aparelho em função do tempo. Marcação dos mínimos (pontos em preto) e máximos (pontos em azul) da curva para determinar o início e final de uma repetição (CAE completo). Limites das zonas de transição entre ações (retas em vermelho) e identificação das repetições com amplitude de movimento correta (repetições em verde).

Ainda na Figura 8, podemos observar que algumas repetições apresentam mínimos e/ou máximos fora das zonas de transição. Portanto, essas repetições foram invalidadas (repetições em azul). As repetições em verde são as que foram consideradas dentro da amplitude de movimento correta.

Já com relação a velocidade de execução, o cálculo para determinar se as repetições estavam dentro do erro aceito foi realizado separadamente para cada ação muscular. A tomada de decisão era referente ao tempo entre um máximo e o mínimo seguinte (ação EXC) e entre o

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mínimo e máximo seguinte (ação CON) de um mesmo ciclo. A Figura 9 ilustra o cálculo usado para validar a velocidade de execução durante dois CAE realizados na velocidade MED.

Figura 9 – Segundo critério para seleção doas repetições válidas: Velocidade de execução. As duas

ações musculares (EXC e CON) precisavam estar dentro da margem de tempo aceita para que o CAE fosse validado.

Como mencionado anteriormente, a execução correta do protocolo experimental também foi um critério de exclusão. Cada voluntário deveria apresentar em cada um dos protocolos de 6 a 10 repetições válidas (CAE aprovado nos itens I e II do critério de seleção). Os voluntários que não apresentassem o mínimo de repetições válidas (n=6) em todas os protocolos teriam seus dados excluídos das futuras análises. Caso mais do que 10 repetições fossem validadas, apenas as 10 primeiras eram selecionadas.

Divisão do Ciclo Alongamento Encurtamento em 10 Subfases

Para caracterizar o CAE e melhor investigar o comportamento dos parâmetros biomecânicos e neuromusculares, dividimos cada CAE válido em 10 subfases (5 para cada ação muscular). As subfases foram proporcionais a mudança no ângulo da articulação do joelho e correspondiam cada uma ao intervalo de 90°–106°, 106°–122°, 122°–138°, 138°–154° e 154°– 170°, tanto para a ação EXC quanto para a CON. Entretanto, para facilitar a visualização dos dados, vamos chamá-las 100°, 115°, 130°, 145° e 160°, respectivamente.

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O início e o final de cada subfase foram determinados pelas intersecções entre as retas dos ângulos da amplitude do movimento (retas em vermelho na FIGURA 10) e a curva da posição (curva em azul). A Figura 10 apresenta o início e o final de cada subfase.

Figura 10 - Determinação do início e final das 10 subfases do CAE.

Visto que todos os dados estavam sincronizados, uma vez identificadas as subfases pela curva da posição, as mesmas marcações foram transferidas para a análise da EMG (FIGURA 11).

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Figura 11 – Subfases do CAE sincronizadas com o sinal bruto da EMG.

Análise da amplitude do sinal eletromiográfico nas subfases do CAE

Os sinais brutos da EMG foram filtrados através do filtro digital de Butterworth de 4ª ordem com frequências de corte de 20 e 500hz. A amplitude do sinal foi calculada pela raiz

quadrada da média dos quadrados (EMGRMS) com janela móvel de 30ms. Escolhemos uma janela

móvel para o cálculo do EMGRMS que fosse menor que todas as subfases investigadas durante os

protocolos, pois dessa forma não teríamos grande influência de valores externos as subfases. A variação do tamanho das subfases durante a execução dos protocolos experimentais foram de 50 a 180ms (protocolo RAP), de 120 a 350ms (protocolo MED) e de 200 a 500ms (protocolo LEN).

Para cada um dos protocolos experimentais, calculamos primeiramente a média dos valores

de EMGRMS em cada subfase para depois calcularmos a média da mesma subfase de todos os

CAE válidos. No entanto, para facilitar a compreensão da atividade elétrica do quadríceps

femoral como um todo, algumas figuras apresentaram os valores do EMGRMS dos músculos

monitorados a partir da média entre eles (VL+VM+RF)/3.

Para garantir a comparação dos valores de EMGRMS entre diferentes sujeitos, foi necessário

normalizar os dados a partir de uma atividade dinâmica submáxima realizada pelo mesmo indivíduo e na mesma amplitude do movimento (RAINOLDI; NAZZARO et al., 2000;

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BURDEN, 2010). Durante a terceira sessão (coleta de dados), todos os voluntários realizaram uma série adicional de oito repetições com período de execução igual a 20s por ciclo (velocidade média = 8°/s). A mesma intensidade (10% 1RM), equipamento e procedimentos de seleção das repetições (amplitude de movimento e velocidade de execução) foram mantidos. A normalização ocorreu pela divisão de cada subfase dos protocolos RAP, MED e LEN pela média das repetições selecionadas da série adicional mencionada. Esse procedimento permitiu que comparações entre a mesma subfase de diferentes protocolos fosse realizada, pois nesses momentos o deslocamento do músculo em baixo da pele foi o mesmo (RAINOLDI et al., 2000).

4.7 Análise Estatística

Os resultados de velocidade angular, aceleração angular, torque e atividade neuromuscular serão expressos em média e desvio padrão da média. As figuras das variáveis citadas anteriormente apresentarão os valores da série temporal de um CAE replicados e justapostos para permitir a melhor visualização entre a fase de transição CON/EXC.

Métodos estatísticos convencionais foram empregados na obtenção das médias e desvios padrão da média. O teste de Shapiro-Wilk foi utilizado para verificar a normalidade dos dados. As diferenças entre as velocidades de execução, aceleração, torque, amplitude dos sinais eletromigráficos e eficiência neuromuscular entre as subfases do CAE e entre os protocolos de teste foram verificadas através da one-way análise de variância (ANOVA) com medidas repetidas e o pós-teste de Tukey. O nível de significância foi estabelecido em 0,05.

A reprodutibilidade entre os valores do teste de 1RM realizado nas sessões de familiarização e de avaliação foi realizada através do coeficiente de correlação de Peason. Já para a comparação dos valores de 1RM entre os momentos pré e pós protocolo experimental foi empregado o teste t pareado de student com intervalo de confiança de 99%.

22 5 RESULTADOS

5.1 Sujeitos

Após análise dos dados, 4 sujeitos (3 homens e 1 mulher) foram excluídos; Dois por não apresentarem força muscular relativa ≥1.5 e dois por não conseguirem realizar o protocolo experimental dentro das condições exigidas. Nenhum voluntário reportou dores ou lesões associadas a execução dos protocolos propostos. A Tabela 2 apresenta a caracterização física e antropométrica dos participantes que tiveram seus dados incluídos na pesquisa. Os resultados são expressos em média e desvio padrão da média.

Tabela 2 - Características físicas e antropométrica dos participantes

Homens (n = 12) Mulheres (n = 3)

Idade (anos) 25,0 ± 3,0 29,0 ± 3,0

Massa corporal (kg) 79,6 ± 8,8 61,6 ± 2,1

Altura (m) 1,82 ± 0,05 1,63 ± 0,06

Percentual de gordura 8,0 ± 3,2 17,1 ± 3,5

Tempo de treinamento de força (anos) 8,0 ± 2,0 7,0 ± 2,0 1RM Extensão Joelho (kg) 128,6 ± 22,2 90,0 ± 15,9

Força Relativa (1RM/MLG) 1,7 ± 0,2 1,7 ± 0,2

1RM = Uma Repetição Máxima; MLG = Massa Livre de Gordura.

5.2 Força Muscular

Os resultados da análise de correlação de Pearson mostraram que valores do teste de 1RM realizados na primeira (familiarização) e segunda sessão (avaliação) apresentaram excelente reprodutibilidade (r = 0.97). Já os resultados do teste t pareado não apresentaram diferenças significativas (p = 0.33) entre os valores de 1RM pré e pós realização dos protocolos experimentais.