FATORES NEURAIS RELACIONADOS COM A FORÇA MUSCULAR

23 Dez

 

A produção da força muscular é um fenômeno que desperta bastante interesse na área das ciências do esporte devido sua importância para a realização de diferentes tarefas generic viagra price canada enfrenta nas demandas da vida diária, assim como, nas demandas altamente especializadas, como no esporte de alto rendimento. A capacidade motora força apresenta grande complexidade devido às suas diferentes formas de manifestação e componentes. O modelo de estruturação desta capacidade motora proposto por Schmidtbleicher (1997) é um bom instrumento didático que auxilia na compreensão e no estudo aprofundado da capacidade de produção da força muscular. Neste modelo o autor ilustra a interdependência das formas de manifestações (força rápida e resistência de força) e de seus componentes (força máxima, força explosiva e capacidade de resistência à fadiga) que influenciam diretamente no desempenho da força muscular.

 

Fatores morfológicos e fatores neurais são determinantes na produção da força muscular. (CORMIE, 2011). Os fatores morfológicos que influenciam diretamente na produção da força são: o tipo da fibra muscular, as características do arranjo arquitetônico do músculo, como a sua área de secção transversa (anatômica e fisiológica), ângulo de penação e comprimento das fibras, além das propriedades dos tendões (SPECTOR et al., 1980; WIDRIEK et al., 2002; KUROKAWA et al., 2003).
Os fatores neurais relacionados com a produção da força muscular são: o recrutamento de unidades motoras, a frequência de estimulação das unidades motoras, sincronização ou coordenação intramuscular, coordenação intermuscular, ativação dos músculos sinergistas e a co-contração dos músculos antagonistas (CORMIE, 2011). Outros mecanismos como o tipo de ação muscular e a capacidade de armazenamento e de utilização da energia elástica também exercem efeitos na produção da força (KOMI, 1986).

Diversos pesquisadores têm dedicado atenção especial para investigar a influência dos fatores neurais na produção da força muscular (CARROLL et al., 2002; GABRIEL et al., 2006). São muitas as pesquisas na literatura que concluem que o treinamento leva a um aumento da força muscular e que as adaptações neurais poderiam ser a explicação para este aumento (ENOKA & FUGLEVAND, 2001; AAGAARD, 2002; KAMEN & KNIGHT, 2004; GRIFFIN & CAFARELLI, 2005). Sendo assim, é fácil deduzir que os diferentes mecanismos neurais que buy viagra uk next day delivery de força muscular representam um aspecto teórico relevante para o profissional de Educação Física, em especial para aqueles que estão envolvidos na área do treinamento esportivo.

 

 

Estruturação da Capacidade Motora Força

A capacidade motora força é complexa e apresenta duas diferentes formas de manifestação, a força rápida e a resistência de força. Ligados às formas de manifestação estão os componentes, força máxima, força explosiva e capacidade de resistência à fadiga como pode ser visto no modelo de estruturação proposto por Schmidtbleicher (1997) na figura abaixo:

 

FIGURA 1 – Estruturação da Capacidade Motora Força
Fonte: (Adaptada de SCHMIDTBLEICHER, 1997) apud SAMULSKI et al., 2013, p.95.

 

No contexto das ciências do esporte interpretar a força de acordo com a 2ª. Lei de Newton, onde (F = m . a), não abrange toda a sua complexidade. Uma boa definição que aborda a força muscular foi feita por Platonov (2004) onde segundo ele a fora muscular é “a capacidade de superar ou opor-se a uma resistência por meio da atividade muscular”.

 

A força rápida é uma forma de manifestação da capacidade motora força e é definida por Schmidtbleicher (1992) como a capacidade do sistema neuromuscular de produzir o maior impulso (força) possível no tempo disponível. O impulso (I) é o produto da força (F) x tempo (T). Sendo assim o valor da força rápida (impulso) dependerá da taxa de produção de força (força explosiva), da duração da atuação da força e da força máxima realizada (CHAGAS; CAMPOS; MENZEL, 2001).

 

Outra forma de manifestação da capacidade motora força, a resistência de força, é definida por Frick (1993) como a capacidade do sistema neuromuscular de produzir a maior somatória de impulsos possíveis sob condições metabólicas predominantemente anaeróbias e em condições de fadiga.
A força máxima, componente da capacidade motora força, representa o maior valor de força registrado a partir de uma contração voluntária máxima contra uma resistência insuperável (SCHMIDTBLEICHER, 1992). A força máxima pode se manifestar tanto de forma dinâmica como estática (EHLENZ; GROSSER; ZIMMERMANN, 1990).
Outro componente da força muscular, a força explosiva, é definido por Schmidtbleicher (1992) como a capacidade do sistema neuromuscular em desenvolver uma elevação máxima da força após o início da contração, ou seja, o maior desenvolvimento da força por unidade de tempo.

 

De acordo com a Frick (1993), a forma de manifestação resistência de força é definida como a “capacidade do sistema neuromuscular de produzir o maior somatório de impulsos possível sob condições metabólicas predominantemente anaeróbias e de fadiga”. O componente capacidade de resistência à fadiga é a capacidade de manter o
valor do impulso o mais constante possível durante um determinado tempo e é muito importante para garantir o desempenho em condições onde há exigência especifica desta forma de manifestação da força. Uma boa capacidade de resistência à fadiga faz com que o indivíduo submetido à determinada tarefa minimize o declínio da capacidade de gerar tensão muscular.

 

 

Fatores Determinantes do Desempenho da Força Muscular

Fatores morfológicos e fatores neurais são determinantes na produção da força muscular (CORMIE, 2011). Os fatores morfológicos que influenciam na produção da força muscular são: o tipo de fibra muscular, as características da arquitetura do músculo como a área de secção transversa (anatômica e fisiológica), o comprimento da fibra, o ângulo de penação, além das propriedades dos tendões (SPECTOR et al., 1980; WIDRIEK et al., 2002; KUROKAWA et al., 2003).

Os fatores neurais que exercem efeitos no desempenho da força muscular são: o recrutamento de unidades motoras, a frequência de estimulação das unidades motoras, sincronização ou coordenação intramuscular, coordenação intermuscular, ativação dos músculos sinergistas e a co-contração dos músculos antagonistas (CORMIE, 2011).

 

Recrutamento das Unidades Motoras

Uma unidade motora consiste em um motoneurônio alfa e nas fibras musculares por ele inervadas (KOMI, 2006). As unidades motoras são recrutadas em uma ordem sistemática, durante contrações voluntárias, de acordo com o principio do tamanho (CORMIE, 2011). O limiar de excitabilidade do motoneurônio obedece a uma ordem de recrutamento de acordo com o tamanho do corpo celular do motoneurônio que inerva a fibra muscular (SALE, 1992).

 

FIGURA 2 – Recrutamento de Unidades Motoras – Princípio do Tamanho
Fonte: SALE, 1992, p. 250

 

O córtex cerebral representa o nível mais alto da hierarquia do controle motor, e é onde os movimentos voluntários são organizados (AIRES, 2008). Este centro superior transmite as informações até a medula espinal onde estão localizados os corpos celulares dos motoneurônios das unidades motoras (BADILLO; AYESTARÁN, 2001). O sistema nervoso provoca alterações eletroquímicas de membrana, os impulsos nervosos, ou potenciais de ação, causados por variações de permeabilidade iônica das membranas (AIRES, 2008). Quando uma unidade motora é recrutada ou quando um potencial de ação é gerado no corpo celular do motoneurônio, alterando a polaridade da membrana, este se propaga sob o princípio do “tudo ou nada” através do axônio até a placa motora (BADILLO; AYESTARÁN, 2001). Na fisiologia do músculo esquelético, o potencial de ação propagado via axônio até a placa motora é transformado em força muscular (ENOKA, 2000). A força produzida por um músculo está relacionada ao tipo e ao número de unidades motoras recrutadas (CORMIE, 2011).

 

Diversos autores afirmam que existe um aumento do recrutamento de unidades motoras com o treinamento de força (AAGAARD, 2002; KRAEMER & RATAMESS, 2004; FOLLAND & WILLIAMS, 2007).

No estudo realizado por Aagaard et al., (2002), um dos objetivos da pesquisa era o de verificar o efeito do treinamento na taxa máxima de produção de força (força explosiva). Quinze voluntários do sexo masculino, foram submetidos a 38 sessões de treinamento de força ao longo de 14 semanas. Os resultados encontrados demonstraram ter ocorrido um aumento significativo na força explosiva após o período de treinamento proposto (figura 3):

 

FIGURA 3: Média dos resultados de força explosiva obtidos após 14 semanas de treinamento na curva força-tempo (n= 15). O início da contração está representado pelo ponto sólido. As linha pontilhadas verticais indicam os intervalos de 30, 50, 100 e 200 milissegundos relativos ao início da contração. O aumento da inclinação da curva é um reflexo do aumento da foca explosiva, que pode ser observado nas fases iniciais (30 e 50ms) e nas fases finais (100 e 200ms) da contração muscular.
Fonte: AAGAARD et al., 2002, p. 1319.

Um achado interessante neste estudo foi à constatação do aumento na amplitude do sinal de EMG nos músculos treinados o que indica um aumento no recrutamento de unidades motoras, o que teria influenciado diretamente no aumento da força (figura 4):

 

Figura 4: Amplitude do Sinal de EMG antes (barras abertas) e depois (barras rachuradas) de 14 semanas de treinamento de força. VL (vasto lateral), VM (vasto medial) e RF (reto femoral). A condução neural eferente foi calculada pela média integrada da EMG dividido pelo respectivo tempo dos intervalos de 0-30, 50 e 100 milissegundos desde o início da medição da EMG. Diferenças do pré para o pós treinamento: *P<0,05 e **P<0,01.
Fonte: AAGAARD et al., 2002, p. 1322.

 

 

Frequência de Estimulação

A quantidade de vezes por unidade de tempo que um motoneurônio dispara um impulso nervoso nas placas motoras das células inervadas por ele recebe o nome de frequência de estimulação (RIBEIRO, 2005). A membrana do motoneurônio determina o padrão de frequência de estimulação da unidade motora (KOMI, 2006).
A tensão ou força muscular produzida nas fibras por um impulso nervoso isolado ou potencial de ação isolado de um motoneurônio é sempre a mesma. Porém o sistema nervoso central pode enviar impulsos nervosos a uma unidade motora em diferentes frequências. O aumento da frequência de estimulação (impulsos nervosos) é acompanhado de um aumento da força muscular produzida até um limite máximo apesar de continuar havendo aumento da frequência de estimulação (BADILLO; AYESTARÁN, 2001). A figura 5 ilustra esta situação:

 

FIGURA 5 – Relação entre Frequência de Impulso Nervoso (em Hz) e tensão (em % da força máxima) desenvolvida pelas fibras musculares inervadas por um nervo motor.
Fonte: BADILLO; AYESTARÁN, 2001, p.77

FLECK & KRAEMER (2006) denominaram “somação em onda” impulsos com alta frequência capazes de atingir a força máxima de uma unidade motora. Essa somação completa é chamada de tetania. O grau de soma dos abalos depende da frequência em que os potenciais de ação disparam (ENOKA, 2000).
As fibras musculares são ativadas por uma série de impulsos elétricos transmitidos pelo neurônio. Aumentar frequência com a qual esses impulsos são enviados pelo neurônio é o mecanismo pelo qual uma única unidade motora pode aumentar a força que ela produz (KRAEMER; HAKKINEN, 2004).

Existem duas formas para modular o aumento da produção da força muscular: Aumentar o recrutamento de unidades motoras e aumentar a frequência de estimulação (KOMI, 2006).

 

A frequência de estimulação de uma unidade motora pode impactar na geração de força das fibras musculares de duas formas:
1- Aumentar a frequência de impulsos melhora a magnitude de força gerada durante a contração. É estimado que a força de contração possa aumentar de 300-1500% quando a frequência de estimulação da unidade motora é aumentada da sua frequência mínima para a sua frequência máxima (CORMIE, 2011).
2- A frequência de estimulação da unidade motora influencia na taxa de produção de força – força explosiva. (CORMIE, 2011).

 

 

O aumento da frequência de estimulação é acompanhado de um aumento proporcional na produção de força. Pequenos aumentos na frequência de estimulação na faixa compreendida entre 0 e 50Hz (cinquenta impulsos por segundo) fazem com que haja um significativo aumento da força máxima. Porém, quando ocorrem aumentos na frequência de estimulação acima de 50Hz, a força máxima não aumenta mais (BADILLO; AYESTARÁN, 2001). Entretanto, segundo Sale (1992, apud BADILLO; AYESTARÁN, 2001) o tempo para que essa força máxima seja alcançada é menor na situação onde a frequência de estimulação é maior (100Hz) do que na situação onde a frequência de estimulação é mais baixa (50Hz) como é demonstrado na curva força x tempo da figura abaixo:

FIGURA 6 – Efeito da estimulação no nervo motor em grande frequência (100Hz) na velocidade de produção de força das fibras inervadas por este nervo. Observa-se que, em frequências elevadas (100 Hz) de impulso nervoso, um nível determinado de força é produzido mais rapidamente do que em frequências baixas (50 Hz). No entanto, a força máxima alcançada é a mesma.
Fonte: (Adaptada de SALE, 1992) apud BADILLO; AYESTARÁN, 2001, p.78

O aumento da frequência de estimulação das unidades motoras tem sido proposto como possível mecanismo responsável pelo aumento da taxa de produção de força ou força explosiva (KOMI, 2006).

 

Há alguma evidência de que o padrão de ativação das unidades motoras pode ser tão importante como o número de unidades motoras ativadas ou a frequência de ativação em produzir aumentos na força muscular (GABRIEL et al., 2006).

Um único pico extra ou um pico perdido em um trem de potenciais de ação pode ter um efeito dramático, aumentando ou diminuindo a força muscular (CLAMANN & SCHELHORN, 1988).

A estratégia muscular refere-se à mudança no disparo das unidades motoras que ocorre em condições de fadiga. Com a sustentação de uma contração em fadiga, ocorre um declínio na frequência de estimulação (ENOKA, 2000).

O duplo disparo é outro padrão de disparo caracterizado quando ocorrem dois potenciais de ação em uma única unidade motora em cerca de 10ms. Unidades motoras humanas tipicamente disparam numa extensão de 7 a 35Hz, o que significa intervalos de cerca de 30 a 140ms entre os potenciais de ação consecutivos. Quando uma unidade motora é eletricamente estimulada a cerca de 12Hz (intervalo de 82ms) e depois um duplo disparo (intervalo de 10ms) é interposto no trem de estímulos, há um substancial aumento na força. Entretanto, o duplo disparo não ocorre frequentemente em unidades motoras humanas em movimentos voluntários. Todavia, pesquisadores descobriram que duplos disparos podem variar entre os músculos e dependem dos detalhes da tarefa, tais como se as contrações são concêntricas ou excêntricas (ENOKA, 2000).

Para estudar as adaptações do treinamento de força na frequência de estimulação das unidades motoras, Kamen e Knight (2004) realizaram uma pesquisa submetendo 8 adultos jovens e 7 idosos a um período de 6 semanas de treinamento. O protocolo consistiu na prática de extensões de joelho isométricas a 10, 50 e 100% da contração voluntária máxima (CVM). Os resultados obtidos demonstraram que houve um aumento da força isométrica máxima dos extensores de joelhos correspondente ao aumento na frequência de estimulação das unidades motoras no período da primeira semana com o exercício a 100% da CVM. Nas intensidades menores não houve aumento significativo da frequência de estimulação das UM´s. O estudo concluiu que há um aumento da força muscular nos períodos iniciais de treinamento pela influência do fator neural frequência de estimulação das UM´s.

 

FIGURA 7 – Frequência de estimulação das UM´s em jovens e idosos após 1 semana e após 6 semanas de treinamento de força.
Fonte: KAMEN & KNIGHT, 2004, p. 1337.

 

Sincronização das Unidades Motoras

A sincronização das unidades motoras ocorre quando duas ou mais unidades motoras são ativadas simultaneamente, ou seja, quando os potenciais de ação possuem uma ralação no tempo eles são sincronizados (MILNER-BROWN et al., 1975).

A sincronização acontece entre unidades motoras do mesmo músculo e também é
denominada coordenação intramuscular, possibilitando ativação simultânea de um
maior número de unidades motoras, o que pode contribuir para o aumento de força
(ENOKA, 2000).

 

 

Várias pesquisas utilizaram a técnica de eletromiografia (EMG) de superfície para medir
a sincronização das unidades motoras. Ela possibilita a estimativa de sincronização
porque fornece um índice entre os disparos de uma unidade motora de referência com
as demais unidades motoras ativas. Esse método tem uma vantagem, pois todas as
unidades motoras ativas podem contribuir para o sinal de EMG, e a sua análise exige
um curto período de tempo e fornece indicadores da sincronização global (SEMMLER;
NORDSTROM, 1999), entretanto, também apresenta desvantagens e limitações (YUE
et al., 1995).

 

Milner-Brown et al., (1975) realizaram um estudo onde o resultado encontrado apontou a ocorrência de aumentos da força muscular devido a uma melhora na sincronização das UM´s. Porém este estudo clássico utilizou o método de análise da EMG de superfície, que hoje, sabe-se não ser o padrão ouro e que apresenta limitações.

A correlação cruzada entre os tempos de disparo de duas unidades motoras ativadas é o padrão ouro para quantificar a sincronização. Para medir a sincronização uma das unidades motoras é tomada como referência sendo o seu tempo de disparo definido como zero e correlacionado com o tempo de disparo de uma segunda unidade motora (SEMMLER, 2002). Utilizando este modelo de análise, um estudo recente, realizado por Semmler et al. (2006) apontou que houve aumento da força nos músculos interósseos após 4 semana de treinamento sem que houvesse aumento na sincronização das UM´s.

 

Coordenação Intermuscular

A coordenação intermuscular refere-se a uma adequada ativação dos músculos agonistas, antagonistas e sinergistas durante um movimento. Para que um movimento voluntário seja mais eficiente e consiga alcançar maiores valores de força, além de uma ativação aumentada dos músculos agonistas, é necessária uma ótima ativação dos músculos sinergistas e uma diminuição da ativação dos músculos antagonistas (CORMIE, 2011).

 


Ativação dos Sinergistas

Todos os musculos que de algum modo contribuam para que um movimento aconteça sao definidos como musculos sinergistas (KOMI, 2006). O músculo braquiorradial é um músculo sinergista quando auxilia o músculo bíceps braquial na flexão do cotovelo. Entretando este músculo não é sinergista para a ação de supinação do antebraço. Caldwell et al. 1993, propuseram um estudo com o objetivo de examinar a atividade dos músculos flexores do cotovelo em tarefas específicas. Foram coletados os dados do torque de flexão e supinação juntamente com o sinal de EMG dos músculos braquiorradiais, porção curta do bíceps braquial e partes mediais e laterais da porção longa do bíceps braquial. Os 14 voluntários da pesquisa realizaram 4 tipos de exercícios envolvendo contrações isométricas máximas para os flexores dos cotovelos sendo o primeiro exercício a flexão do cotovelo (F) o segundo a supinação do antebraço (S) o terceiro a flexão do cotovelo com supinação do antebraço (FS) e o quarto exercício a supinação do antebraço com flexão do cotovelo (SF). Os resultados apontaram que durante os exercício com ações combinadas (flexão mais supinação) ocorreu uma maior ativação em ambas as porções do bíceps braquial quando comparado com ações isoladas. Esse achado aponta que a ativação do músculo braquiorradial como sinergista para a flexão do cotovelo influenciou em uma maior ativação muscular do músculo bíceps braquial em tarefas com maiores graus de liberdade como a flexão do cotovelo mais a supinação do antebraço.

 

Co-contração dos Antagonistas

A contração de um músculo agonista resulta em movimento do membro no sentido desejado enquanto um músculo antagonista se opõe ao movimento do agonista (SMITH, 1997). As alterações na atividade muscular dos músculos antagonistas são um dos mais incompreendidos fatores neurais associados com as adaptações ao treinamento de força. Acredita-se que aumentos na força muscular estão relacionados com uma redução na co-ativação dos músculos antagonistas (GABRIEL et al., 2006). De acordo com Gabriel et al., (2006) são escassos os estudos que demonstraram haver uma redução da co-contração dos antagonistas após um período de treinamento de força. Um dos poucos estudos que demonstrou este fenômeno foi feito por Carolan e Cafarelli (1992) que submeteram vinte estudantes universitários sedentários do sexo masculino, distribuídos aleatoriamente em um grupo experimental e em um grupo de controle. O grupo experimental treinou os extensores do joelho de uma perna realizando 30 extensões isométricas máximas por dia, três vezes por semana, durante 8 semanas. Após 8 semanas de treinamento de força, a força isométrica máxima da perna treinada aumentou 32,8% (P <0,05), mas não houve alteração na atividade eletromiográfica do músculo vasto lateral. O grupo experimental realizou os testes com a perna dominante (TR) e com a perna não-dominante (UT). O achado mais importante deste estudo foi verificar que o grau de co-contração dos isquiotibiais (antagonistas) diminuiu em aproximadamente 20% após a primeira semana de treinamento o que não aconteceu com o grupo controle.

FIGURA 10 – EMG do Bíceps femoral durante a extensão dos joelhos no grupos TR, UT, C1 e C2. Houve diminuição da ativação do antagonista em TR de 14,9 a 11,5% e em UT 10,7 a 9,2% (p<0,05)*.
Fonte: CAROLAN & CAFARELLI, 1992, p. 914.

Os autores atribuem o aumento da força isométrica máxima do extensores de joelhos (agonistas) à diminuição da ativação dos isquiotibiais (antagonistas). É importante lembrar que a co-contração dos antagonistas apesar de parecer contraproducente apresenta alguns aspectos positivos como por exemplo o auxilio na estabilidade articular (CARPENTIER et al., 1996) e como um mecanismo protetor em atividades que envolvam contrações rápidas ou fortes (TYLER & HUTTON, 1986).

São várias as pesquisas que identificaram uma melhora da força após algum período de treinamento. Um ponto interessante com relação à melhora da força via fatores neurais foi o fato de que o seu aumento se deu na maioria das vezes nos períodos iniciais do treinamento.
Outra situação, comum a várias pesquisas foi que para que ocorresse o aumento da força pela influência dos fatores neurais, como por exemplo, o aumento da frequência de estimulação das unidades motoras, as intensidades dos exercícios de força eram máximas ou próximas da intensidade máxima. Exercícios com intensidades menores muitas vezes não foram eficazes em influenciar na melhora da força via fatores neurais.

Compreender a capacidade motora força nas suas diferentes formas de manifestações e diferentes componentes é fundamental para que os treinadores de diversas modalidades esportivas que possuam algum conhecimento sobre os fatores neurais relacionados com a força muscular possam prescrever cargas de treinamento eficientes para direcionar os seus atletas para um melhor desempenho ou rendimento esportivo.

No contexto da prática de atividades físicas para a melhoria da saúde também é de grande importância que os profissionais que lidam com a prescrição da carga de treinamento de força utilizem o conhecimento sobre os fatores neurais relacionados com a força muscular na prática de forma adequada para influenciar em uma boa saúde da população em geral.

REFERÊNCIAS

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