Determinação dos procedimentos para a coleta de dados dinamométricos na corrida estacionária subaquatica
Determinação dos procedimentos para a coleta de dados
dinamométricos na corrida estacionária subaquatica
Determinación de prodedimentos para recolectar datos dinamométricos en carrera estacionaria subacuática
Universidade do Estado de Santa Catarina – SC
Gabriel Fernandes Jacomel
Apesar da ampla utilização da corrida estacionária subaquática, pouco se sabe sobre a biomecânica desse movimento. A fim de possibilitar futuros estudos dinamométricos a respeito desse movimento esse estudo se propõe a determinar os procedimentos necessários para a coleta de dados dinamométricos na corrida estacionária subaquática. Para isso um sujeito do sexo masculino realizou a corrida estacionária nos níveis de imersão do quadril e do xifóide na freqüência de 80 bpm, 100 bpm, 120 bpm e 140 bpm sobre uma plataforma de força extensométrica. Através da análise da freqüência do sinal observou-se que o mesmo possui freqüência menor que 20 Hz. Sendo assim, propõe-se uma taxa de amostragem de 200 Hz para a coleta de dados e freqüência de corte do filtro de 20 Hz. Em relação às situações propostas, comprova-se a necessidade de se estudar separadamente cada uma das situações; já que os resultados mostraram diferença significativa entre os níveis de imersão e as freqüências estudadas. O metrônomo – instrumento utilizado para controle da freqüência do movimento – mostrou-se eficiente para tal finalidade (erro máximo de 2%). Por fim, foi possível verificar a necessidade de disponibilizar um total de duas horas e meia para a coleta de um único sujeito.
Unitermos: Corrida estacionária subaquática. Estudos dinamométricos. Coleta de datos
Apesar da ampla utilização da corrida estacionária subaquática, ela é pouco explorada na literatura em termos de variáveis biomecânicas quantitativas; dificultando, assim, a atuação dos Fisioterapeutas e Educadores Físicos envolvidos no processo de manutenção ou reabilitação da saúde. Desta forma, limita estes profissionais de prescrever e orientar com fundamentação este exercício nas suas rotinas de trabalho (BARELA et al., 2006, ROESLER et al., 2006). Alguns autores relacionam a escassez de estudos que analisam a FRS na marcha subaquática à dificuldade de equipamento/material adequado para esta medição e análise, e não ao desinteresse da comunidade científica nesta área, pois diariamente profissionais da educação física e da fisioterapia prescrevem exercícios aquáticos (PÖYHÖNEN et al., 2001, CAMPOS, 2001, DUARTE, 2001).
Sendo assim, o objetivo desse estudo é determinar os procedimentos necessários para a coleta de dados dinamométricos na corrida estacionária subaquática em relação à taxa de amostragem à freqüência do filtro, às diferentes situações (nível de imersão e frequência de execução do movimento), ao controle da freqüência do movimento e a ao tempo total para a coleta de dados.
2.1. Local e data
O estudo piloto foi realizado na piscina do CEFID - UDESC, Florianópolis, SC, no mês de setembro de 2007. As informações adquiridas foram analisadas no Laboratório de Pesquisas em Biomecânica Aquática do CEFID/UDESC.
Participaram do estudo piloto dois sujeitos: um do sexo masculino, com 27 anos de idade, 1,80 m de estatura e 84,3 kg de massa e outro do sexo feminino, com 20 anos de idade, 1,70 m de estatura e 51,2 kg.
Foi usada a plataforma de força subaquática construída no Laboratório de Pesquisas em Biomecânica Aquática, baseada no estudo de Roesler (1997). Esta plataforma foi confeccionada com extensômetros de resistência elétrica (strain gauges) e possui dimensões de 400x400mm, sensibilidade/carga máxima: de 2 a 4000 N, freqüência natural de 300 Hz e erro menor que 1%.
Para a aquisição e transformação dos dados analógicos em digitais ocupou-se a placa de aquisição e condicionamento de sinais de 16 canais de entrada e a placa de conversão analógico-digital de 12 bits. Juntamente às placas foi necessário o programa de aquisição e processamento de dados SAD32. Foi utilizada uma taxa de aquisição de 1000 pontos por segundo.
Para medir a massa corporal do participante do estudo foi utilizada a balança eletrônica Plenna, modelo MEA-08128, escala de 0,1 Kg.
O local da coleta de dados foi preparado e organizado com antecedência, com a utilização de uma lista para conferência dos materiais necessários, posicionamento e funcionamento da plataforma. Seqüência das ações:
ao chegar ao local de coleta de dados, o sujeito preencheu um formulário de identificação pessoal com informações gerais e recebeu um código a fim de garantir posterior anonimato;
foram então coletadas medidas referentes à estatura, massa corporal e dobras cutâneas. As informações foram registradas no formulário citado anteriormente;
foi realizado um sorteio a fim de estabelecer a ordem de realização das situações da corrida através da utilização de um dado.
Foram utilizados os níveis de imersão próximo ao quadril e esterno (nível do processo xifóide) do participante.
No fundo de uma piscina térmica (26±1oC) foi colocada a plataforma de força subaquática. Após a medição do peso corporal, o sujeito entrou na piscina, teve um tempo para a familiarização com o equipamento e foi instruído a realizar os dois tipos de corrida estacionária nos níveis de imersão solicitados com as freqüências de 100 bpm, 120bpm e 140bpm para o nível do quadril e 80 bpm, 100 bpm, 120 bpm e 140bpm para o nível do processo xifóide (Quadro 1). A fim de estabelecer o ritmo (freqüência) para o movimento utilizou-se um metrônomo.
Quadro 1. Níveis de imersão, tipo de movimento e freqüência da corrida estacionária subaquática
Frequências (bpm)
A partir deste processo foram adquiridos trinta e cinco segundos de corrida estacionária em cada situação do estudo. A aquisição foi considerada válida quando o sujeito fez o contato do pé com a plataforma sem olhar para baixo ou mudar o ritmo do movimento.
2.5. Processamento e análise dos dados
Após a aquisição, os dados foram exportados para serem tratados no software Scilab (INRIA). Neste software, foram criadas as rotinas de programação para a análise dos dados:
Análise da freqüência do movimento - Realizava a transformada de Fourier para adquirir a freqüência do movimento.
Tratamento inicial -
aplicação do coeficiente de calibração e filtragem (filtro passa baixa FFT tipo Butterworth na freqüência de corte 20 Hz;
normalização pelo peso corporal fora da água (para visualização da redução dos valores de força e comparação com os valores fora da água);
recorte das curvas para cada passo;
interpolação para cada recorte ficar com 1500 pontos de aquisição e
exportação das curvas recortadas em arquivo .DAT.
Identificação do tempo de duração,
identificação do pico de força;
cálculo da curva média;
exportação das variáveis analisadas.
Foi utilizada a estatística descritiva para caracterizar os dados através de valores de média ( ), desvio padrão (s) e coeficiente de variação (CV%). A fim de verificar se existiu diferença significativa entre os sexos, os tipos de corrida estacionária (frente e trás) e os níveis de imersão (quadril e processo xifóide), utilizou-se o teste "t" de Student. Na comparação entre as freqüências (80 bpm, 100 bpm, 120 bpm e 140 bpm) utilizou-se a ANOVA e Post Hoc através do teste Tukey HSD (Tritschler, 2003). Ambos testes com p < 0,05.
A partir desta metodologia foram coletadas pelo menos 50 curvas de força para cada situação proposta.
Para ter certeza da precisão da análise de dados através das rotinas foi comparado o processamento manual pelo SAD32 e o processamento pela rotina de tratamento dos dados do Scilab, como o resultado foi o mesmo para ambas, é caracterizada a viabilidade de utilização da rotina no Scilab.
3.1. Verificação da freqüência do sinal
O resultado da curva da densidade espectral pode ser visto na Figura 1 e 2. Nestas figuras para ambos os níveis de imersão pode ser visto que a freqüencia do sinal é menor que 20 Hz. Sabendo que o efeito Aliasing – o qual significa uma sub-amostragem – ocorre quando a taxa de amostragem é menor que duas vezes a frequência do sinal; pode ser caracterizado que os dados podem ser coletados tranqüilamente com uma freqüencia de 200 pontos por segundo, 10 vezes a freqüencia do sinal o que garante sua integridade durante a coleta. Como também o filtro utilizado pode ser em torno de 20 Hz o que também garante a integridade do sinal, uma vez que o sinal está contido numa freqüência abaixo da freqüência de corte do filtro. Ainda, pode ser visto que a intensidade do sinal é maior para o nível do quadril e com isso, é esperado maiores valores nas forças para este nível de imersão.
Figura 1. Curva da densidade espectral de potencia (círculos pretos) e curva da FFT para cada passagem
do indivíduo (linhas coloridas) realizando a corrida estacionária subaquática com imersão no processo xifóide.
Figura 2. Curva da densidade espectral de potencia (círculos pretos) e curva da FFT para cada passagem
do indivíduo realizando (linhas coloridas) a corrida estacionária subaquática com imersão no quadril.
3.2. Caracterização e comparação dos dados
Verificou-se diferença significativa na componente vertical da FRS entre os níveis de imersão quadril e processo xifóide em todas as situações propostas.
Os resultados das médias das variáveis referentes à corrida estacionária realizada no nível do quadril pelos sujeitos do sexo feminino (direita) e masculino (esquerda) podem ser observados na Figura 3. Note que, para o nível do quadril, foi excluída a freqüência de 80 bpm. Isso ocorreu porque os indivíduos relataram dificuldade em realizar a corrida estacionária nesta freqüência identificando-a como uma freqüência não usual do movimento nesse nível de imersão.
Figura 3. Valores médios da componente vertical da FRS no indivíduo do sexo masculino (esquerda) e feminino (direita) no nível de imersão do quadril e
com variação da freqüência e do tipo de movimento (azul – corrida estacionária com os pés para frente / vinho – corrida estacionária com os pés para trás)
Pôde-se observar um aumento da componente vertical da FRS de acordo com o aumento da freqüência do movimento. Essa diferença obtida entre as freqüências foi significativa na corrida estacionária realizada com os pés para frente e com os pés para trás tanto no homem quanto na mulher.
No homem, verificou-se maiores valores da componente vertical na corrida estacionária realizada com os pés para frente quando comparada com a corrida estacionária realizada com os pés para trás em todas as freqüências analisadas. Na mulher, isso é observado para a freqüência de 120 bpm; no entanto, nas demais freqüências, os valores da componente vertical são maiores no movimento realizado com os pés para trás. Apesar do comportamento dessa variável não ter seguido o mesmo padrão entre os sexos, a diferença da componente vertical entre a corrida estacionária realizada com os pés para trás e para frente foi significativa em ambos os sexos. Ainda em relação ao nível do quadril, verificou-se diferença significativa entre o homem e a mulher para todas as freqüências analisadas e para os dois tipos de movimento – frente e trás.
Como o objetivo deste piloto era verificar se existiam situações iguais na corrida estacionária, optou-se por uma abordagem diferente para a representação dos resultados dos testes estatísticos. Assim, na Figura 4, são mostrados os valores quando a estatística não apresenta diferença significativa, caracterizando a igualdade entre as situações e com isso a possibilidade de exclusão na coleta de dados. Os resultados das médias e dos respectivos testes estatísticos (sinal de igualdade e linhas azuis e vinho ligando as colunas) das variáveis referentes à corrida estacionária realizada no nível do processo xifóide pelos sujeitos do sexo feminino (direita) e masculino (esquerda) podem ser observados na Figura 6.
Figura 4. Valores médios da componente vertical da FRS no indivíduo do sexo masculino (esquerda) e feminino (direita) no nível de imersão do
processo xifóide com variação da freqüência e do tipo de movimento (azul – corrida estacionária para frente / vinho – corrida estacionária para trás).
Onde: "=" representa a igualdade nos valores das forças entre a situação frente e trás (verificada através do teste t-student, p< 0,05) e linhas
conectando as colunas representam a igualdade nos valores das forças entre as freqüências analisadas (Post Hoc Tukey, p< 0,05)
Diferentemente do que foi observado no quadril; no nível de imersão do processo xifóide, a relação entre a freqüência e a componente vertical da FRS não seguiu um padrão. No homem, com o aumento da freqüência do movimento ocorreu uma diminuição da componente vertical da FRS. Por outro lado, na mulher essa diminuição da componente vertical ocorreu somente após a freqüência de 120 bpm, havendo aumento dessa componente entre as freqüências de 80bpm e 120 bpm. Essa diferença da componente vertical não foi significativa entre 100 bpm e 120 bpm no homem tanto pra a corrida estacionária para frente (linha azul) quanto para trás (linhas na cor vinho). Na mulher ocorreu diferença não significativa entre as freqüências de 120 bpm e 140 bpm na corrida estacionária realizada para trás. Uma vez que os valores 80, 100, 120 e 140 bpm apresentaram, ou no homem ou na mulher, valores significativamente diferentes da componente vertical da força de reação do solo, confirma-se a necessidade de se estudar cada uma dessas freqüências.
Esse comportamento da componente vertical da FRS em relação à freqüência de movimento sugere que a partir de determinada freqüência a componente vertical tenderia a diminuir devido à presença das propriedades físicas da água.
Comparando-se os valores da componente vertical da FRS entre a corrida estacionária realizada para frente e para trás, verificou-se que, no homem, não houve diferença significativa na freqüência de 80 bpm (sinal de igualdade no gráfico). Nas freqüências de 100 bpm e 120 bpm, os valores da componente vertical da FRS foram maiores para a corrida estacionária para frente, ao contrário do observado na freqüência de 140 bpm. Na mulher, foi verificada diferença significativa nos valores da componente vertical entre os dois tipos de movimento em todas as freqüências analisadas, sendo que maiores valores foram encontrados na corrida estacionária para frente – exceto para a freqüência de 140 bpm, onde ocorreram maiores valores para a corrida estacionária para trás.
Também em relação ao nível do processo xifóide, verificou-se diferença significativa entre o homem e a mulher para todas as freqüências analisadas e para os dois tipos de movimento – frente e trás.
Através da caracterização e comparação dos dados obtidos no nas situações propostas, comprova-se a necessidade de se estudar separadamente cada uma das situações; já que os resultados mostram diferença significativa entre os níveis de imersão (processo xifóide e quadril), as freqüências utilizadas (100 bpm, 120 bpm e 140 bpm), os tipos de movimento (para frente e para trás) e os sexos.
3.3. Verificação do controle da freqüência através do metrônomo
Através da criação de uma rotina de programação no software Scilab a qual aplicava a transformada de Fourier nas curvas obtidas realizou-se a verificação da freqüência do movimento efetivado pelos sujeitos. Não houve diferença significativa entre a freqüência teórica do movimento (freqüência emitida pelo metrônomo) e a efetivamente realizada pelos sujeitos. O erro máximo envolvido foi de 2%.
3.4. Tempo necessário para a coleta de dados
O local da coleta de dados foi organizado e preparado em aproximadamente 60 minutos. O preenchimento do formulário de identificação pessoal, a assinatura dos termos de consentimento e as medidas antropométricas de cada nadador consumiram cerca de 30 minutos. A coleta de dados propriamente dita foi realizada em 57 minutos, considerando os intervalos entre as repetições.
BARELA, A. M. F., STOLF, S. F., DUARTE, M. Biomechanical characteristics of adults walking in shallow water and on land. Journal of Electromyography and Kinesiology. v. 16, pp 250-256, 2006.
CAMPOS, M. H. Aspectos biomecânicos do andar e do correr em meio aquático. Monografia de graduação – Escola de Educação Física e Esporte, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2001.
POYHONEN , T., KESKINEN, K. L., KYROLAINEN, H., HAUTALA, A., SAVOLAINEN, J. e MALKIA, E. Neuromuscular function during therapeutic knee exercise under water and on dry land. Arch Phys Med Rehabil, v. 82, pp 1446-1452, 2001.
ROESLER, H., HAUPENTHAL, A., BRITO, R. N. e SOUZA, P. V. Análise biomecânica subaquática da marcha humana em ambos os sexos e diferentes grupos etários em diferentes níveis de imersão. Anais XIII Seminário de Iniciação Científica da Universidade do Estado de Santa Catarina, Lages, 2003.
ROESLER, H.. Desenvolvimento de plataforma subaquática para medições de forças e momentos nos três eixos coordenados para utilização em Biomecânica. Tese de Doutorado - Programa de pós-graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 1997.