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BASES DA ESTIMULAÇÃO ELÉTRICA NEUROMUSCULAR A estimulação elétrica neuromuscular (EENM) envolve a aplicação de estímulos elétricos intermitentes aos músculos esqueléticos com o objetivo principal de promover contrações musculares em decorrência da ativação de fibras nervosas musculares. A EENM tem sido amplamente adotada na pesquisa e na prática clínica como um método de preservação e/ou recuperação funcional tanto para indivíduos saudáveis como para indivíduos com alguma disfunção muscular, assim como para treinamento, buscando melhora da performance. Porém, para uma aplicação clínica otimizada da EENM, faz-se necessário o entendimento de alguns conceitos elementares, tais como: • a definição e a classificação das correntes elétricas; • a diferença entre a contração muscular voluntária e a contração gerada eletricamente; • os principais parâmetros elétricos; • o posicionamento de eletrodos e dos segmentos corporais; • a aplicação desses conceitos, a fim de se obter a melhor resposta neuromuscular. Dessa forma, busca-se reunir, neste artigo, um conjunto de informações pertinentes e que possibilitarão aos leitores o entendimento desses conceitos e, consequentemente, o uso adequado da EENM. ESQUEMA CONCEITUAL file:///D:/Meus%20Negocios/Pensar%20Cursos/www.pensarcursos.com.br CONCEITOS RELACIONADOS ÀS CORRENTES ELÉTRICAS Os agentes eletrofísicos são usados pelos fisioterapeutas para tratar uma grande variedade de condições em pessoas saudáveis ou com doenças. Esses agentes incluem a corrente elétrica, que deve ser aplicada por fisioterapeutas habilitados por meio de equipamentos de eletrotermofototerapia. Alguns conceitos listados a seguir são importantes para que o fisioterapeuta empregue os agentes eletrofísicos com maior propriedade. A matéria é feita de átomos, sendo o átomo a menor partícula que pode ser identificada como sendo daquele elemento. O átomo é feito de um núcleo central carrega do positivamente (constituído de prótons (+) e nêutrons sem carga) com partículas carregadas negativamente (elétrons (-)) orbitando ao seu redor, lembrando um sistema solar em miniatura. Definição de estimulação elétrica neuromuscular Caso clínico Conclusão Conceitos relacionados às Correntes elétricas Contração muscular gerada por estimulação elétrica x contração voluntária Classificação das correntes elétricas Formas de ondas elétricas Duração ou largura do pulso Amplitude ou intensidade da corrente Curva intensidade-duração do pulso Frequência de estimulação Ciclo de Trabalho (ON/OFF) e modulação da rampa Parâmetros elétricos para uma aplicação clínica otimizada Utilização de sobrecarga progressiva Posicionamento dos eletrodos e dos segmentos corporais Tipos de eletrodos e acopladores file:///D:/Meus%20Negocios/Pensar%20Cursos/www.pensarcursos.com.br Um átomo contém a mesma quantidade de prótons e de elétrons, e, desse modo, não há uma carga resultante. Se es se equilíbrio é alterado, o átomo tem uma carga resultante diferente de zero, e é chamado de íon. Se um elétron é removido do átomo, este se torna um íon positivo, e se um elétron é acrescentado ao átomo este se torna um íon negativo. Átomo com propriedades elétricas. Fonte- Robinson e Snyder-Mackler (2010). A corrente elétrica é o fluxo de carga elétrica. Carga elétrica (ou apenas “carga”) é uma propriedade física fundamental, do mesmo modo que “massa” e “tempo” são propriedades físicas fundamentais. A carga é a propriedade da matéria, que é a base da força eletromagnética, e existem dois tipos de carga elétrica, positiva e negativa. A carga é carregada pelos elétrons (carga negativa) e prótons (carga positiva) dos átomos. Se o átomo de um elemento perde elétrons sem mudar o número de prótons no núcleo, ele torna-se positivamente carregado; se ele ganha elétrons, torna-se negativamente carregado. Os átomos de elementos com excesso ou deficiência de elétrons são chamados de íons. Os átomos que são positivamente carregados são Elétron Prótron Nêutron Núcleo Órbitas file:///D:/Meus%20Negocios/Pensar%20Cursos/www.pensarcursos.com.br chamados de cátions, e os negativamente carregados são chamados de ânions. Objetos e substâncias podem se tornar eletricamente carregados. Cargas elétricas. Fonte: Robinson e Snyder-Mackler (2010). A força elétrica das partículas carregadas é transportada para outras partículas carregadas pelo campo elétrico (E) que cada carga cria. As cargas transmitem a força através de um campo elétrico e podem ser determinadas de modo experimental. A força (F), expressa em coulombs (C), entre duas cargas estacionárias, (q1) e (q2), é proporcional à magnitude e ao sinal das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância (r) entre elas: Fα (q1 x q2) / r2. Carga positiva Meio condutor Meio condutor Neutro Neutro Carga negativa file:///D:/Meus%20Negocios/Pensar%20Cursos/www.pensarcursos.com.br Linhas do campo elétrico em volta de partículas carregadas opostamente. Fonte: Robinson e Snyder-Mackler (2010). Duas partículas de cargas opostas se atraem e duas partículas com a mesma carga se repelem (se empurram para longe uma da outra). Assim, um elétron e um próton são atraídos um para o outro, enquanto dois elétrons se repelem. Em torno de qualquer partícula carregada existe um campo elétrico. Se uma carga menor, que está livre para se mover, é colocada no campo, os trajetos por onde irá se mover são chama dos de linhas de força (ou linhas de campo). O campo elétrico �⃑� define-se como a força 𝐹 por unidade de carga q0. Assim: �⃑� =𝐹 / q0. Em alguns materiais, nos quais os átomos são ligados formando uma estrutura tipo treliça (por exemplo, metais), a carga é transportada por elétrons. Em materiais nos quais os átomos são livres para se moverem, a carga é transportada por íons. Um líquido no qual os íons são os transportadores de carga é chamado de eletrólito. Um isolante é um mate rial que não tem condutores de carga livres e, desse modo, é incapaz de conduzir corrente elétrica. A corrente é medida usando um amperímetro, e a unidade em que é dada é o ampère (A). Um ampère representa 1 coulomb (C) de carga fluindo através de um ponto em 1 segundo (s). A intensidade (I) da corrente elétrica é definida como a razão entre o módulo da quantidade de carga (ΔQ) que atravessa certa seção transversal (corte feito ao file:///D:/Meus%20Negocios/Pensar%20Cursos/www.pensarcursos.com.br longo da menor dimensão de um corpo) do condutor em um intervalo de tempo (Δt). A corrente elétrica, designada por I, é o fluxo das cargas de condução dentro de um material. A intensidade da corrente é a taxa de transferência da carga, igual à carga (dQ) transferida durante um intervalo infinitesimal (dt) dividida pelo tempo: I = Q/Δt. A Figura, a seguir, mostra a representação da corrente elétrica. Representação da intensidade de corrente elétrica. O potencial elétrico é medido em unidades de volts (V). A diferença no trabalho necessário para mover uma carga do infinito até um ponto, X, e aquele necessário para movê-la para outro ponto, Y, é chamada de diferença de potencial (d.p.) entre os dois pontos – também medida em volts. Segundo a lei de Ohm: “A corrente fluindo através de um condutor metálico é proporcional à diferença de potencial que existe através dele, desde que todas as condições físicas permaneçam constantes. ” Desse modo, /∞V também pode ser escrito como V∞I, em que a constante de proporcionalidade é a resistência (R). A equação resultante da lei de Ohm é, portanto, V = IR. INTENSIDADE DA CORRENTE ELÉTRICA A Intensidade da corrente elétrica será maior quanto mais elétrons passarempela secção transversa em um intervalo de tempo. I = Q Δt file:///D:/Meus%20Negocios/Pensar%20Cursos/www.pensarcursos.com.br A resistência é medida em ohms (Ω). O ohm é definido como a resistência de um corpo de modo que uma diferença de potencial de 1 volt através do corpo resulte em uma corrente de 1 ampère através dele. A resistência de um pedaço de fio aumenta com seu comprimento e diminui à medida que sua área de secção transversal aumenta. Uma propriedade chamada de resistividade é defini da como sendo uma propriedade apenas do material, e não da forma do material. A resistência (R) de um pedaço de fio com resistividade (p), comprimento (L) e área (a) é dada por: R = pL/a. A força que age sobre os elétrons é chamada de força eletromotiva ou eletromotriz (f.e.m.), definida como a energia elétrica produzida por unidade de carga dentro da fonte. A unidade na qual a f.e.m. é medida é o volt, pois 1 volt é 1 joule/coulomb. Quando os elétrons fluem através de um condutor, eles colidem com os átomos no material condutor e conferem energia a esses átomos. Isso leva ao aquecimento do condutor. A unidade usada para medir energia é o joule (J). A diferença de potencial é o trabalho feito por unidade de carga: volt = joule/coulomb, e, desse modo, joule = volt coulomb. A unidade de medida de potência é o watt (W). Potência é a taxa com que o trabalho é feito em relação ao tempo. Assim, 1 watt = 1 joule/segundo. A partir da definição dada, sabe-se que 1 coulomb/segundo é 1 ampère. Desse modo, portanto: 1W = 1 volt.ampère ou 1W= 1J/s. Em outras palavras, a potência elétrica desenvolvida em um circuito é dada por: potência = VI, onde V é em volts, / é em ampères e a potência é em watts. O símbolo VA = volt.ampère é a unidade utilizada na medida de potência aparente em sistemas elétricos de corrente alternada. A partir da lei de Ohm, podem ser feitas substituições nessa equação para expressar potência em termos de diferentes combinações de V, I e R. Desse modo, (W = VI) ou (W = I2R) ou (W = V2/R) são equações equivalentes, nas quais W é em watts, I é em ampères, V é em volts, e R é em ohms. Qualquer dispositivo passivo capaz de armazenar carga elétrica é chamado de capacitor. Um capacitor armazena carga até que possa liberá-la, tornando-se parte de um circuito elétrico completo. Se você aplica um potencial elétrico, V, entre duas placas de um capacitor, uma placa se torna carregada positiva mente e a outra se file:///D:/Meus%20Negocios/Pensar%20Cursos/www.pensarcursos.com.br torna carregada com uma carga igual, porém oposta negativa. Se um material isolante, conhecido como dielétrico, é colocado entre as placas, a capacidade de armazenar carga é aumentada. Como Q é medida em coulombs e V é medi da em volts, a unidade para capacitância é coulomb/ volt, conhecida como farad (F). Capacitância (C) é definida como a carga (Q) armazenada por unidade de diferença de potencial através de suas placas. Um capacitor é carregado aplicando-se uma diferença de potencial através de suas placas. Ele é descarregado (ou seja, permite-se que a carga flua para fora das placas) proporcionando-se uma conexão elétrica entre as placas. Como já mencionado, corrente elétrica é o fluxo de carga elétrica ou o deslocamento de cargas dentro de um condutor quando existe uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades. Nos metais, existe grande quantidade de elétrons livres, em movimento desordenado. Quando se cria, de alguma maneira, um no interior de um corpo metálico, esses movimentos passam a ser ordenados no sentido oposto ao do vetor campo elétrico , constituindo a corrente elétrica. Nas soluções eletrolíticas, existe grande quantidade de cátions e ânions livres, em movimento desordenado. Quando se cria, de alguma maneira, um campo elétrico no interior de uma solução eletrolítica, esses movimentos passam a ser ordenados: o movimento dos cátions no sentido do vetor campo elétrico e o dos ânions no sentido oposto. Essa ordenação constitui a corrente elétrica. Quando uma corrente elétrica passa através de um condutor, parte dessa energia se converte em calor, o que é conhecido como efeito joule. Quando um condutor é aquecido ao ser percorrido por uma corrente elétrica, ocorre a transformação de energia elétrica em energia térmica. Esse fenômeno ocorre devido ao encontro dos elétrons da corrente elétrica com as partículas do condutor. Os elétrons sofrem colisões com átomos do condutor, e parte da energia cinética (energia de movimento) do elétron é transferida para o átomo, aumentando seu estado de agitação e, consequentemente, sua temperatura. Assim, a energia elétrica é transformada em energia térmica (calor). O efeito joule pode ser medido por meio da equação: Q = I2. R. t. No Quadro estão resumidos os principais símbolos utilizados na eletroterapia. Quadro file:///D:/Meus%20Negocios/Pensar%20Cursos/www.pensarcursos.com.br PRINCIPAIS SÍMBOLOS UTILIZADOS NA ELETROTERAPIA Eletricidade/magnetismo Símbolo Ampère (intensidade) A Coulomb (quantidade) C Carga Q Campo elétrico Farad (capacidade) F Henry (indutância) H Hertz (frequência) Hz Intensidade (ampere) I Joule (energia) J Miliampere mA Ohm (resistência) Ω Quilojoule kJ Quilovolt kV Quilovolt-ampere kVA Resistência (ohms) R Volt (tensão) V Volt-ampère VA Watt (potência) W DEFINIÇÃO DE ESTIMULAÇÃO ELÉTRICA NEUROMUSCULAR A EENM envolve a aplicação de uma série de estímulos intermitentes aos músculos esqueléticos superficiais, com o objetivo principal de promover contrações musculares visíveis em decorrência da ativação de fibras nervosas musculares. O estímulo elétrico geralmente é fornecido por meio de aparelhos de estimulação programáveis e de um ou mais eletrodos ativos posicionados na proximidade dos pontos motores dos músculos. Para promover contrações musculares com a aplicação da EENM, a existência de um nervo motor intacto é pré-requisito. file:///D:/Meus%20Negocios/Pensar%20Cursos/www.pensarcursos.com.br A EENM tem sido amplamente adotada na pesquisa e na prática clínica como uma técnica para preservação e/ou recuperação funcional tanto para indivíduos saudáveis como para indivíduos com alguma disfunção muscular, assim como para treinamento. Dependendo do estado do músculo estimulado, a EENM pode ser usada para: • Preservação da massa e da função muscular durante períodos prolongados de desuso ou imobilização, como, por exemplo, em pacientes críticos internados em unidades de terapia intensiva (UTIs); • Recuperação da massa e da função muscular seguida de prolongados períodos de desuso ou imobilização, como, por exemplo, em período pós-operatório; • Melhora da função muscular em diferentes populações, como idosos e atletas, e na reabilitação de pacientes com doenças cardiopulmonares. CONTRAÇÃO MUSCULAR GERADA POR ESTIMULAÇÃO ELÉTRICA X CONTRAÇÃO VOLUNTÁRIA O recrutamento das unidades motoras durante as contrações geradas pela EENM é diferente do que ocorre na contração voluntária. É importante lembrar que as unidades motoras são formadas por centenas ou milhares de fibras musculares e que cada fibra muscular é inervada por um neurônio motor específico que varia em tamanho, mielinização e velocidade de condução nervosa. Tipicamente, as fibras musculares do tipo I, que são oxidativas e resistentes à fadiga, são inervadas por neurônios com axônios de pequeno diâmetro, constituindo pequenas unidades motoras. Em contraste, fibras do tipo II, que são mais fatigáveis, porém produzem maior nível de força, são inervadas por axônios com grande diâmetro e constituem unidades motoras rápidas. Existem, ainda, subtipos de fibras rápidas: IIa, IIb e IId (x). A fibra Iia é uma fibra rápida intermediária, possuindo potencial moderadamente desenvolvido para geraçãode força, utilizando tanto o metabolismo oxidativo como o glicolítico para a produção de energia durante a contração muscular, sendo rápida, porém com certa resistência à fadiga. A fibra IIb utiliza file:///D:/Meus%20Negocios/Pensar%20Cursos/www.pensarcursos.com.br predominantemente o metabolismo glicolítico para a produção de energia, sendo mais rápida, porém mais fatigável que a IIa. São essas propriedades das unidades motoras que aparentemente ditam a ordem de recrutamento durante a contração voluntária, que segue o princípio do tamanho, isto é, ocorre um recrutamento progressivo de pequenas unidades motoras, tipicamente lentas, seguido por um recrutamento de unidades motoras maiores, normalmente rápidas. Tem sido sugerido que o recrutamento de unidades motoras com a EENM segue o padrão contrário de recrutamento ocorrido na contração voluntária, recrutando primeiro as unidades motoras rápidas seguidas das unidades motoras lentas. Essa teoria pode estar baseada em três aspectos: • Os axônios das unidades motoras maiores são mais facilmente excitados com a estimulação elétrica, pois possuem menor limiar de excitabilidade; • As unidades motoras maiores estão localizadas em regiões mais superficiais, o que, inevitavelmente, pode reduzir a distância entre aos axônios maiores e os eletrodos ativos; • A fadiga gerada com a EENM é maior do que a fadiga gerada pela contração voluntária. Apesar dessa teoria, estudos sugerem que o recrutamento das unidades motoras durante a EENM é não seletivo, e que as unidades motoras são ativadas sem sequenciamento relacionado ao tipo de unidade motora. Isso implica que a EENM pode ativar algumas unidades motoras rápidas, em adição a unidades lentas, mesmo a baixos níveis de força. Evidências indiretas sugerem que a proporção relativa de unidades motoras rápidas e lentas em um músculo ativado por EENM, a diferentes níveis de força, seria bastante constante. Além da ordem de recrutamento das unidades motoras descrita anteriormente, outros fatores diferem a contração muscular voluntária da contração gerada pela EENM, tais como: Recrutamento temporal – na contração voluntária, o recrutamento das fibras ocorre de forma assincrônica, enquanto que na EENM ocorre de forma sincrônica; file:///D:/Meus%20Negocios/Pensar%20Cursos/www.pensarcursos.com.br Recrutamento espacial – a EENM, utilizada com intensidade constante, impõe uma atividade contrátil contínua à mesma população de fibras musculares superficiais (isto é, aquelas com os ramos axonais próximos dos eletrodos), e o recrutamento espacialmente fixo diminui proporcionalmente com o aumento na distância dos eletrodos, conforme apresenta o Quadro, a seguir. Quadro PRINCIPAIS DIFERENÇAS ENTRE A CONTRAÇÃO VOLUNTÁRIA E A CONTRAÇÃO GERADA ELETRICAMENTE Variáveis Contração voluntária Contração por EENM Recrutamento temporal Assincrônico Sincrônico Recrutamento espacial Dispersado Superficial (perto dos eletrodos) Rotação É possível Espacialmente fixada Ordem de recrutamento Seletiva: fibras lentas para fibras rápidas Não seletiva e desordenada Fadiga Parcialmente fatigante Extremamente fatigante Fonte: Maffiuletti (2010). Existem pelo menos três estratégias que podem maximizar o recrutamento espacial durante a aplicação da EENM: • Aumentar a intensidade de estimulação sempre que possível – idealmente, após cada contração, para despolarizar novas e mais profundas fibras musculares localizadas a uma distância maior dos eletrodos; • Mover os eletrodos após uma série de contrações (dentro da mesma sessão e entre as sessões do tratamento), de forma a alterar a população de fibras superficiais preferencialmente ativadas pela EENM; • Alterar o comprimento do músculo pela manipulação do ângulo da articulação, para variar a posição das fibras musculares em relação ao eletrodo e modificar a contribuição dos receptores cutâneos e articulares estimulados na contração. Devido ao padrão de recrutamento das unidades motoras com a EENM, as file:///D:/Meus%20Negocios/Pensar%20Cursos/www.pensarcursos.com.br contrações musculares eletricamente induzidas podem, teoricamente, produzir mais tensão e força, mas também podem causar maior e mais recente fadiga do que as contrações voluntárias, pois exigem maior custo metabólico. Apesar da desvantagem de exigir um maior custo metabólico, a EENM apresenta como maior vantagem o fato de poder ser utilizada em músculos com disfunções, como, por exemplo, em pacientes que não podem realizar treinamento com altas intensidades (idosos, pacientes com doenças cardíacas e respiratórias, doenças ortopédicas, pós-operatório imediato) e atletas buscando melhor performance. CLASSIFICAÇÃO DAS CORRENTES ELÉTRICAS Devido à diversidade de nomes utilizados para denominação das correntes elétricas, a divisão de eletrofisiologia clínica da American Physical Therapy Association estabeleceu uma terminologia unificada para as correntes elétricas clínicas: • corrente direta; • corrente alternada; • corrente pulsada. A corrente direta ou monofásica, também conhecida como corrente galvânica, é caracterizada por um fluxo contínuo ou ininterrupto e unidirecional de elétrons. Clinicamente, além de satisfazer essas características, esse fluxo deve ser sustentado por, no mínimo, um segundo. Outra característica da corrente direta é ser polarizada. As principais aplicações clínicas da corrente direta são para iontoforese, que é o estímulo da penetração de íons benéficos terapeuticamente através da barreira da pele, para cicatrização de feridas ou para o tratamento de inflamações. A corrente alternada é definida como o fluxo bidirecional contínuo de elétrons. Sua característica principal é o fato de os pulsos estarem ligados e contínuos, não havendo intervalo entre os pulsos. Além disso, o fluxo muda constantemente de direção, revertendo a polaridade, caracterizando-se como uma corrente não polarizada. A corrente alternada usada clinicamente possui frequência na faixa de file:///D:/Meus%20Negocios/Pensar%20Cursos/www.pensarcursos.com.br 1.000Hz a 10.000Hz, também classificada como correntes de média frequência. Porém, a corrente alternada é modulada em burst, ou trem de pulsos, para otimizar seus efeitos. A frequência do burst normalmente está na faixa biológica de 1 a 120Hz. Cada ciclo completo da corrente alternada consiste em duas fases, uma positiva e outra negativa, as durações da fase (ou pulso) estão na faixa de 50 a 500µs. Além disso, o fluxo de corrente é equilibrado, isto é, a quantidade de carga em cada fase é idêntica. São exemplos de nomes comerciais para essa corrente, a corrente Russa (2.500Hz), a corrente Interferencial (2.000Hz, 4.000Hz e 8.000Hz) e a corrente Aussie (1.000Hz e 4.000Hz). A corrente pulsada é definida como o fluxo uni ou bidirecional de partículas carregadas que periodicamente cessa por um período de tempo breve e finito. A corrente pulsada, usada terapeuticamente, possui frequência na faixa de 1 a 1.000Hz, sendo também classificada como de baixa frequência. Exemplos de nomes comerciais para essa corrente são a estimulação elétrica nervosa transcutânea (TENS) e a estimulação elétrica funcional (FES). A EENM pode ser aplicada com a utilização de correntes pulsadas ou alternadas. Mas qual forma de corrente elétrica é a melhor para a estimulação euromuscular, visando principalmente o aumento e/ou preservação da força muscular? Em uma revisão sistemática com metanálise, recentemente publicada por Silva e colaboradores (2015),17 foi constatado que a corrente pulsada e a alternada determinam efeitos similares sobre o torque do quadríceps femoral e o nível de desconforto. Ainda, para tentar responder essa questão, Dantas e colaboradores estudaram o efeito de quatro diferentes correntes de EENM, duas correntesalternadas (Aussie – 1.000Hz, com frequência modulada de 50Hz, duração do pulso de 500µs, e Russa – 2.500Hz, com frequência modulada de 50Hz e duração do pulso de 200µs) e duas correntes pulsadas (PC500, com frequência de 50Hz e duração do pulso de 500µs, e PC200, com frequência de 50Hz e duração do pulso de 200µs), isoladas e em combinação com o exercício voluntário, sobre o torque isométrico de extensão de joelho e nível de desconforto em 21 mulheres saudáveis. Os autores demonstraram que a corrente Russa gerou o menor torque quando file:///D:/Meus%20Negocios/Pensar%20Cursos/www.pensarcursos.com.br comparada com as outras modalidades (Russa, 50%, PC200, 70%, Aussie, 71%, e PC500, 77%, p < 0.001). Adicionalmente, não houve vantagem em combinar EENM com exercícios voluntários, quando comparada com a aplicação da EENM isolada. Dessa forma, os autores concluíram que as correntes pulsadas e a corrente Aussie foram superiores à corrente Russa na geração do torque isométrico de extensão de joelho em mulheres saudáveis. Bellew e colaboradores (2012) também demonstraram a mesma superioridade das correntes pulsadas e da corrente Interferencial em relação à corrente Russa em indivíduos saudáveis. file:///D:/Meus%20Negocios/Pensar%20Cursos/www.pensarcursos.com.br