Dinamometria e suas aplicações

Dinamometria e suas aplicações

Valdinei de Oliveira Prado

Mestrando e Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Ciência do Movimento Humano, USC-PY

RESUMO

Este artigo é um trabalho de revisão que apresenta e discute o papel da biomecânica e suas técnicas, especificamente da dinamometria, na análise, aprimoramento e otimização do movimento humano. O estudo, com uma abordagem analítico-descritiva analisa os trabalhos de vários autores que aplicaram testes dinamométricos utilizando diferentes instrumentos e em diferentes segmentos do copo humano e, ainda, com diferentes objetivos, demonstrando claramente a importância das técnicas de mensuração, análise e armazenamento de dados referentes às forças internas externas e seus efeitos no movimento humano, seja ele na marcha, no trabalho, ou nos movimentos relacionados às atividades esportivas.

Palavras-chave: Biomecânica, Dinamometria, forças internas e externas.

INTRODUÇÃO

A Biodinâmica é a ciência que descreve, analisa e modela os sistemas biológicos do corpo dos seres vivos, proporcionando explicações de como as formas de movimento dos corpos acontece no ambiente, tendo como fundamentos, parâmetros cinemáticos e dinâmicos.

O corpo humano é um sistema complexo e articulado em segmentos que interagem e mantêm o corpo em equilíbrio estático ou dinâmico, portanto, uma estrutura viva, ou seja, biologicamente funcional e em constante evolução e busca de otimização de seus processos. O movimento, como resultado funcional é produzido a partir de forças internas, as grandezas não observáveis: as forças articulares, musculares e sobrecargas que tem origem dentro do corpo humano e suas conseqüências para o biomaterial e, das forças externas, as grandezas observáveis externamente na estrutura do movimento, os parâmetros de determinação quantitativa e qualitativa referente à mudanças de posição do corpo em movimento: trajetória, velocidade, aceleração, tornando o corpo um sistema independente e em interação com o meio.

A biomecânica em sua relação com o movimento pode ser dividida em áreas: biomecânica interna e externa, e utiliza-se métodos e técnicas para o estudo de fenômenos naturais, imprescindíveis para o entendimento dos parâmetros que compõem o universo do movimento humano. Dentre estes métodos está a dinamometria, diretamente relacionada com os processos de medição da força/pressão como componentes do movimento, utilizando-se de equipamentos e mecanismos específicos, desde os de simples manuseio até os altamente tecnológicos e complexos, de acordo com o segmento a ser analisado. A dinamometria alcança patamares de imprescindibilidade no processo de otimização do movimento pois é capaz de analisar e descrever precisamente os efeitos força e pressão como agentes influenciadores no processo do movimento, possibilitando a informações que servirão como fonte de dados na melhoria e otimização do movimento humano em suas diversas aplicabilidades, seja no trabalho, na saúde ou movimentos relacionados às atividades esportivas.

CONCEITOS BÁSICOS

Força

No campo da física básica, força é aquilo que pode alterar (num mesmo referencial assumido inercial) o estado de repouso ou de movimento de um corpo, no entanto, força muscular é a capacidade de superação da resistência externa e de contra-ação a esta resistência, por meio dos esforços musculares. Em qualquer etapa da vida, a força muscular pode tanto refletir o estado de saúde como predizer a performance do movimento seja na aplicação laboral ou para determinadas modalidades esportivas, onde são aplicados os diversos tipos de força. A força pode ser classificada em três tipos básicos: isométrica, isotônica, e isocinética.

• FORÇA ISOMÉTRICA: Uma contração isométrica/estática é aquela, onde permanece sobre o músculo, uma medida de tensão constante. Numa ação isométrica o músculo não se contrai, e isto sem recorrer a qualquer tipo de equipamento especial. Por exemplo, toda a ação de empurrar um objeto fixo, como uma parede ou porta, desenvolve força isométrica. Ou ainda, e a mero título de exemplo, a ação dos músculos estabilizadores durante praticamente todos os movimentos (como a ação necessária dos músculos durante um agachamento pesado, que mantém o corpo estável), é do tipo isométrica.

• FORÇA ISOTÔNICA: Este é o tipo de força e treino, mais comum. Implica movimentos de contrações dinâmicas (concêntricas e excêntricas), onde o músculo é tonificado e salientado. Este tipo de exercício desenvolve a força de todo o músculo.

• FORÇA ISOCINÉTICA: O exercício isocinético favorece a resistência muscular, e é efetuado através de equipamentos que possam oferecer diversos graus de resistência. Uma das vantagens do treino isocinético, é o fato de nunca se alcançar o esgotamento total do músculo trabalhado, como freqüentemente acontece através do exercício isotônico.

São apresentados fatores condicionantes da capacidade de produção de força, sendo eles: os fatores biomecânicos (o tipo de resistência exterior, o grau articular e a alavanca muscular), o fator nervoso e o fator muscular. Aqui encontra-se uma das razões para a crescente utilização dos métodos científicos na a produção de conhecimento que envolvem os fatores e efeitos envolvidos na produção da força e conseqüentemente do movimento e, a aplicabilidade da dinamometria.

Dinamometria

A dinamometria designa-se como qualquer tipo de controle de força ou alargamento por uma tração, extensão ou compressão podendo ser construído um instrumento por diferentes tipos de produto.

Esta metodologia mede a força isocinética de um determinado segmento ou porção por intermédio de aparelhagem mecânica, eletrônica, digital, e computadorizada, conhecida como dinamômetro.

O dinamômetro mecânico é um tipo de equipamento que mensura o comportamento da carga alargada ou tensão por deformação, de uma mola, deslocamento do ar, ou extensão de ligas metálicas, que compreenderá em determinar o coeficiente de fricção entre os materiais. O teste de força dinamométrica serve para avaliarmos a força isométrica (estática) do indivíduo, podendo ser realizados os testes de dinamometria manual, do tórax, lombar e dos membros inferiores, no entanto sua realização necessita de aparelhos especiais, os dinamômetros.

O dinamômetro mede a força muscular lombar e a capacidade estática de oposição do tronco. Utiliza-se o dinamômetro lombar, que é constituído por um mostrador e um sistema de molas fixo em uma base. Pode ser feito também confeccionado por um cilindro de ar.

O sistema de molas é movimentado por uma haste que, ao ser tracionada, faz girar um ponteiro e um cursor diante do mostrador, graduado de 0 a 17. Quando é composto pelo cilindro, o ar deslocado traciona uma haste que movimenta o ponteiro marcador. Este, ao ser acionado, registra a força muscular lombar despendida ao se efetuar um movimento de flexão e extensão do tronco. O valor obtido deve ser multiplicado por 10 para obter como resultado um registro em quilograma-força Nasser apud (SANTOS, 2002).

Os valores das medidas são enviados para um processador, no qual através de um pacote-programa informatizado, registra esses dados, os quais serão tratados e analisados, devendo em seguida serem tabulados e analisados estatisticamente.

Marins & Giannichi (1996, p.79) apud (SANTOS, 2002), citam para a predição da força dorsal e dos membros inferiores o teste Back and Leg Dinamometer (Johnson & Nelson, 1979)1, que pode ser aplicado à mulheres e homens, e tem como fidedignidade “r” entre 0,86 e 0,90. Segundo os autores o dinamômetro possui uma escala gradual em quilos, que mede de 0 a 1.120 quilos. O instrumento deve ser ajustado de acordo com a altura do avaliado e deve estar preso ao solo. Os membros inferiores devem estar semi flexionados para o inicio do teste. A força máxima exercida pelo testado (músculos posteriores das costas e membros inferiores), é lida no aparelho, sendo computado o melhor valor entre duas tentativas executadas, Idem.

Os dinamômetros possuem uma leitura direta, acoplados a registradores digitais, elétricos, mecânicos ou informatizados. De acordo Serttineri (1988, p.7) apud (SANTOS, 2002) a força de tração executada com o apoio da coluna vertebral na extensão, deve ser medida na posição vertical e com as pernas estendidas. O autor também relata que “pode ser medida a força desenvolvida pelos músculos da coxa em conjunto com a musculatura lombar, quando se semi-flexiona os joelhos”.

Quando falamos em análise da força temos que levar em conta as forças internas e externas e seus efeitos, dentre elas a força de reação do solo que faz parte das forças externas, as quais são mais simples de serem mensuradas através dos métodos. Esta mensuração pode ser feita por meio da plataforma de força.

As plataformas de força fornecem um sinal elétrico proporcional à força aplicada. As plataformas à base de extensômetros de resistência elétrica podem realizar medições estáticas, são estáveis durante largos períodos de tempo, são mais baratas que as piezoelétricas, mas possuem freqüência natural mais baixa, o que é um fator limitante importante, principalmente quando se pretende avaliar atividades envolvendo impacto (salto em distância, vôlei, basquete, etc.). À parte de condicionamento eletrônico de sinal também é mais simples.

Normalmente, uma força representa a ação de um corpo sobre outro (quando não se está considerando forças internas). Quando se usam sensores do tipo extensômetros de resistência elétrica, estes sensores captam a deformação mecânica sofrida pelo elemento elástico da plataforma e como conseqüência, variam sua resistência elétrica. Como as deformações mecânicas são muito pequenas (na região elástica), as variações de resistência elétrica correspondentes são muito pequenas também. Desta forma, um dispositivo chamado condicionador de sinais converte variação de resistência elétrica em variação de voltagem (além de amplificar, filtrar, etc.).

As cargas que são aplicadas sobre as plataformas são convertidas em tensões elétricas através da matriz de sensibilidade de cada plataforma. Estas tensões são então amplificadas e convertidas através de um conversor analógico/digital (A/D). Estes sinais digitais são visualizados pelo operador através do equipamento de informática, podendo ser normalizados em relação à massa corpórea de cada indivíduo avaliado.

Segundo Amadio é necessário o conhecimento das três componentes de força, ilustrada na figura 3, para a determinação do ponto de aplicação do vetor força, que determina curvas características orientadas no eixo do tempo para distintas formas de movimento. Deve-se observar que a força de reação do solo muda em magnitude, direção e ponto de aplicação durante o período em que o indivíduo está em contato com a superfície. A força de reação do solo é um vetor e para a análise é geralmente dividida em seus componentes: Fz (componente vertcal); Fy (componente antero-posterior) e Fx (componente médio-lateral).

Sistema F-Scan O sistema F-Scan (Tekscan Inc., USA) consiste de sensores flexíveis, circuitos de coletas de dados e sistema de software. Quanto ao hardware do sistema são necessários os circuitos eletrônicos para medir o sinal do sensor F-Scan, divididos em dois componentes. A unidade do tornozelo controla a varredura da grade do sensor e a conversão A/D das resistências medidas. Os dados digitais são então arranjados de forma serial e transmitidos através de um cabo coaxial ao resto dos circuitos, localizado em uma placa em um computador. Este receptor manipula os dados oriundos da unidade do tornozelo e coloca-os na memória do computador.

O sistema de software do F-Scan é projetado para demonstrar, comparar, armazenar e imprimir os dados coletados a partir dos sensores. O sistema opera em tempo real, onde a informação da distribuição de pressão aparece na tela enquanto o sujeito caminha sobre o sensor, e no modo "playback", que apresenta informações pré-gravadas. Nos dois modos os dados tomam a forma de gráficos 2D codificados por cores ou gráficos 3D (estrutura de arame). O gráfico 2D usa um espectro de cores a partir do azul escuro (pressões baixas) até vermelho (as pressões mais altas). O usuário pode ajustar a sensibilidade do gráfico para que toda a gama de cores corresponda à faixa de pressões de interesse. O gráfico 3D usa o eixo z para mostrar o nível de pressão. Cada interseção das linhas do gráfico representa um ponto sensor. Cada gravação consiste de diversos "quadros" de dados que fazem um "filme" dos movimentos que os sujeitos estão realizando.

TRABALHOS RELACIONADOS

Santos (2002) estudou a força do tronco, aplicando o teste com dinamômetro, utilizando-se de duas variáveis: com os joelhos semi-flexionados e com a extensão total dos membros inferiores, para que o estudo alcançasse a maior fidedignidade possível, e não acontecesse interpretações errôneas dos dados coletados. Santos recomenda a aplicação de outros técnicas avaliativas para que se possa estabelecer parâmetros avaliatórios entre as duas técnicas aplicadas e frisa a necessidade de execução de mais estudos para o aprimoramento do protocolo utilizado.

Pellenz (2005) analisou a perda de estatua em função de tarefas de levantamento manual de cargas com diferentes índices de levantamento manual de cargas utilizando-se do teste de dinamometria lombar que é utilizado como parâmetro para qualquer tipo de controle de força, segundo (LIPPERT, 1996, KENDALL, 1995). A partir dos resultados observados na pressão discal e na resposta dos músculos analisados, o autor afirma que o teste dinamométrico executado viabiliza informações para a confirmação das hipóteses de que os fatores analisados e citados podem influenciar diretamente na lesão da coluna lombar.

SCHINEIDER, RODRIGUES E MEYER (2004) utilizaram o dinamômetro computadorizado para descrever e comparar a força muscular isométrica e isocinética, na flexão do cotovelo e extensão do joelho, em meninos e meninas de diferentes graus maturacionais. Os autores utilizaram a análise de variância (ANOVA), usando dois fatores (gênero e maturação) para comparações, considerando-se e o teste de Tuckey para identificar as diferenças. A força foi influenciada pelo gênero e pelo grau maturacional nos testes isométricos, sendo que as diferenças entre gêneros ocorreram a partir da puberdade. Os resultados apresentados podem dadas importantes quanto à força dos segmentos analisados através de um procedimento metodológico, de acordo com o gênero e o grau maturacional. O estudo mostrou ainda que apesar de os meninos serem sempre mais fortes do que as meninas e, em alguns exercícios, os grupos mais maduros mais fortes, não houve interação entre os fatores gênero e maturação em alguns testes isocinéticos e isométricos, o que não possibilitou o apontamento das diferenças entre grupos maturacionais.

Defani, Xavier, Francisco e Kovaleski (2005) aplicaram o teste de dinamometria para analisar a força de preensão manual e desenvolvimento de ler pelo agente força. O estudo através da dinamometria constatou a capacidade real de força dos estudados, o que possibilitou, utilizando-se do método Lehman para classificação do tipo esforço físico, estabelecer a necessidade de força braquial exigida para as atividades executadas. Sendo a força muscular um fator influenciador para o desencadeamento de LER, o estudo mostra que a dinamometria é um instrumento essencial nos estudos e trabalhos de prevenção à doença.

Os estudos das forças que atuam no movimento sugerem a análise das forças externas através da plataforma de força e do sistema F-Scan, afirmando que ambos podem ser utilizados para esta análise. Mann (2008) utilizou-se da plataforma de força e do sistema F-Scan para analisar a força de reação do solo como uma resposta imposta ao aparelho locomotor e constatou diferenças entre os valores obtidos pelos dois sistemas. Considerando as análises realizadas, Mann sugere a utilização da plataforma de força para a mensuração da força de reação do solo, observando que a utilização do sistema F-Scan para esse fim, carece de maiores investigações e cautela, sugerindo ainda que sua aplicação fosse para a quantificação de dados de pressão.

CONCLUSÃO

As técnicas de medição, armazenamento e análise de dados, dentre elas a dinamometria, são de imprescindível contribuição para a análise e otimização do movimento humano. Estas técnicas em comum ao desenvolvimento do ser humano e às interações do ser humano com o ambiente tem evoluído muito nos últimos anos e com elas as suas aplicabilidades. No entanto, a análise dos estudos citados neste artigo mostra que as exigências são crescentes e a velocidade deste crescimento requer maior precisão e necessidade de revisão e aprimoramento de protocolos e técnicas de mensuração de dados relacionados ao estudo das forças internas e externas e seus efeitos no movimento humano.

BIBLIOGRAFIA

AMADIO, A. C. Metodologia biomecânica para o estudo das forças internas ao aparelho locomotor: importância e aplicações no movimento Humano. http://www.usp.br/eef/efb/efb222/amadio.PDF. Acesso em: janeiro 2010.

DEFANI, J.C. et al. Análise dinamométrica da força de preensão manual e o desenvolvimento de ler pelo agente força: um estudo de caso na agroindústria. http://www.scribd.com/doc/6568766/AnaliseDinamometrica-Da-Forcaa-de-Preensao-Manual. Acesso em: janeiro 2010.

KENDALL, Florence P.; MCCREARY, Elizabeth K.; PROVANCE, Patrícia G. Músculos provas e funções. 4 ed. São Paulo, 1995.

LIPPERT, Lynn. Cinesiologia clínica para fisioterapeutas. 2 ed. Rio de Janeiro: Revinter, 1996.

MANN, L. Dinamometria: utilização do F-Scan e da plataforma para obtenção da força de reação do solo. http://www.efdeportes.com. Acesso em: janeiro 2010.

PELLENZ, C. C. O. Indicadores de levantamento de carga e parâmetros mecânicos da coluna vertebral. http://www.pgmec.ufpr.br/dissertacoes/dissertacao_056.pdf. Acesso em: janeiro 2010.

SANTOS, L. J. M. Dinamometria isocinética lombar. http://www.efdeportes.com/efd49/dinam.htm. Acesso em: janeiro 2010.

SCHNEIDER, P.; RODRIGUES, L. A.; MEYER, F. Dinamometria computadorizada como metodologia de avaliação da força muscular de meninos e meninas em diferentes estágios de maturidade. http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1517- . Acesso em: janeiro 2010.