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O quadríceps femoral (QF) é um grupo muscular situado na face anterior da coxa, constituído pelos músculos reto femoral (RF), vasto lateral (VL), vasto medial (VM) e vasto intermédio (VI) (^{Ando et al., 2016}), que agem de forma integrada para gerar torque extensor no joelho (de Souza, Cabral, de Oliveira, & Vieira, ²⁰¹⁸; ^{Spairani et al., 2012}). O QF tem sido amplamente investigado na literatura (^{Akima & Ando, 2017}; Ando, Tomita, Watanabe, & Akima, ²⁰¹⁸; Wu, Delahunt, Ditroilo, Lowery, & De Vito, ²⁰¹⁷), por exercer papeis importantes no movimento humano, como caminhar, correr e subir escadas (^{Saito & Akima, 2015}; ^{Watanabe & Akima, 2009}) e, por atuarem como os principais estabilizadores dinâmicos da patela (Lanza, Balshaw, & Folland, ²⁰¹⁷).

Neste sentido, (^{Briani et al., 2018}; ^{Saito & Akima, 2015}), afirmam que um desequilíbrio gerado nos músculos VM e VL podem comprometer a cinemática patelar, contribuindo para o aumento das forças de reação e compressão femoropatelares. Estas ações podem gerar tensão excessiva nas estruturas citadas, podendo desencadear um quadro de dor e mau alinhamento patelar (^{Fagan & Delahunt, 2008}; Noorkõiv, Nosaka, & Blazevich, ²⁰¹⁴). Sintomas como estes, podem estar relacionados a síndrome da dor femoropatelar, patologia que acomete atletas e não atletas e que representa um problema comum no joelho de adolescentes e adultos jovens fisicamente ativos (^{Ando et al., 2018}; ^{Fagan & Delahunt, 2008}).

Segundo, (Akima, Tomita, & Ando, ²⁰¹⁹; Watanabe, & Akima, ²⁰⁰⁹), a orientação variada do pé no plano sagital, altera as cargas do tornozelo, joelho e quadril, pela mudança na postura da perna e direção resultante do vetor de força. ^{Spairani et al. (2012)}, declaram que em uma ação muscular isométrica do QF, tanto a posição do pé, quanto o grau de extensão do joelho, influenciam na ativação eletromiográfica dos músculos do QF. Estes mesmos autores, em um estudo clássico em 1995, analisaram as diferentes posições do pé (posição neutra (PN), rotação externa (RE) e rotação interna (RI) no exercício dinâmico de cadeira extensora, e observaram que a RE produz maiores ativações em todos os músculos do QF, sendo o RF o músculo mais ativado (Signorile, Kwiatkowski, Caruso, & Robertson, ¹⁹⁹⁵). Já, Stoutenberg, Pluchino, Ma, Hoctor e Signorile (²⁰⁰⁵), encontraram em seus resultados, uma maior ativação eletromiográfica na RE no músculo RF, entretanto na posição RI, identificou-se maior ativação do VL e do VM.

Sabendo que as diferentes posições e ângulos dos pés durante um exercício pode alterar a ativação muscular do QF (^{Lanza et al., 2017}; Murray, Cipriani, O'Rand, & Reed-Jones, ²⁰¹³), e que fatores como as variações na orientação da fibra muscular e a ligação da patela, resultam em diferenças marcantes na direção dos vetores de força e na funcionalidade do QF (^{Cha, 2014}), reforça-se a importância de se conhecer as alterações provocadas pelas mudanças da posição dos pés na ativação das musculaturas do QF.

Diante do exposto, apresenta-se o objetivo do presente estudo, que foi verificar a interferência da utilização de diferentes posições dos pés durante o movimento de extensão de joelhos, na seleção específica dos músculos que compõem o QF. Espera-se encontrar (a) maior ativação do músculo RF durante a PN; (b) maior ativação do VL durante a RI; e, maior ativação do VM em RE, durante o exercício de cadeira extensora.

Materials e métodos

Sujeitos

A seleção da amostra foi intencional, considerando um tamanho do efeito (f) = 0.8; poder (1-β) = 0.5; α = .05, perfazendo um total de onze mulheres universitárias (idade 22.36 ± 3.56 anos, massa corporal 59.48 ± 5.88 kg, estatura 164.20 ± 4.63 cm, percentual de gordura 23.10 ± 3.26 %), saudáveis, fisicamente ativas, com experiência prévia no treinamento resistido e na execução do movimento de cadeira extensora. As participantes não apresentavam histórico de lesões e/ou cirurgias musculoesqueléticas que impossibilitaram a realização de exercício de extensão de joelho extenuante. Os procedimentos do estudo foram aprovados pelo Comitê de Ética 01565412.0.0000.5148 e, estavam de acordo com os regulamentos estabelecidos pelos responsáveis da Comissão de Investigação Clínica e Ética e de acordo com a Associação Médica Mundial e da Declaração de Helsinki.

Desenho Metodológico

Para o início do estudo, após as avaliações antropométricas, os sujeitos foram submetidos a um teste para determinar a carga máxima relativa a 10-RM durante a extensão de joelhos, bilateral, na cadeira extensora (Physicus® Linha Pro).

Após um período de 48 horas, foi aplicado o teste que consistiu, primeiramente, em um aquecimento de 20 repetições a 50% de 10-RM e um intervalo de 2 minutos. Posteriormente, foram realizadas 3 séries de 10-RM de extensão de joelhos bilateral, sendo cada série executada em uma posição do pé (PN, RI e RE), com intervalo de 5 minutos entre elas.

As ativações eletromiográficas foram coletadas unicamente nos músculos da perna direita, sendo mantida uma duração 4 segundos em cada movimento (2 segundos para a fase concêntrica e 2 segundos para a fase excêntrica, controlados a partir de um metrônomo). Vale ressaltar que em toda a coleta, foram seguidas as recomendações do Surface Electromyography for the Non-Invasive Assessment of Muscle (SENIAN) (Hermens, Merletti & Freiks, ¹⁹⁹⁶).

As variações da posição dos pés para a avaliação do músculo QF foram (a) posição neutra (PN), na qual as pernas ficavam alinhadas ao quadril e não há rotações dos pés; (b) rotação interna (RI), na qual a articulação do quadril sofria uma ligeira rotação interna, favorecendo esta rotação também ao joelho e aos pés; (c) rotação externa (RE), na qual a articulação do quadril sofria ligeira rotação externa, favorecendo a mesma rotação aos joelhos e aos pés.

Em situações práticas, o ângulo de RI ou RE dos pés depende da amplitude de movimento e da capacidade do indivíduo de manter a rotação durante todo o movimento de extensão de perna, não sendo necessário a determinação de ângulos específicos para cada posição dos pés.

A ordem das variações das posições dos pés foi executada aleatoriamente para cada indivíduo, visando minimizar os efeitos de fadiga e outras possíveis alterações decorrentes da sequência dos exercícios.

Instrumentos

Eletromiografia

O sinal eletromiográfico foi analisado durante todo o movimento de cada exercício de extensão de joelhos nas diferentes posições dos pés. Os músculos do quadríceps – RF, VM e VL – foram avaliados através da eletromiografia de superfície (Miotool 400 - Miotec Equipamentos Biomédicos Ltda, POA, Brasil®), com configuração bipolar, para maximizar a área de recepção dos sinais, sendo a fixação dos pares de eletrodos em pontos propostos pela SENIAN (^{Hermens et al., 1996}), paralelos às fibras musculares ativas, de acordo com a penação de cada músculo. Um eletrodo de referência foi colocado sobre a patela. A preparação do local de fixação dos eletrodos nos músculos consistiu na remoção dos pelos, abrasão e limpeza da epiderme da perna direita para a minimização de possíveis interferências que reduzem a fidelidade dos sinais.

Para a análise das ativações eletromiográficas, os sinais foram filtrados utilizando o filtro Butterworth de 5ª ordem, do tipo passa banda, com frequência de corte de 20-500Hz, para eliminação de possíveis riscos de sinais. Assim, determinou-se o valor médio e máximo das ativações, utilizando o RMS (Root Mean Square). O software Miograph 2.0 Alpha 9 Build 5, foi utilizado para análise e processamento dos dados.

Análise Estatística

Utilizou-se a estatística descritiva com comparação de médias e desvio padrão. Para verificar a distribuição da amostra foi adotado o teste de Shapiro-Wilk. Como a distribuição foi não homogênea, utilizou-se o teste de Friedman para analisar as ativações eletromiográficas entre as diferentes posições dos pés, e as ativações nos grupos musculares estudados (RF, VM e VL), em relação à cada posição dos pés. O software utilizado para todas as análises foi o IBM SPSS Statistics 20.0, e para significância estatística foi adotado p ≤ .05

Resultados

A tabela 1, apresenta informações sobre as comparações eletromiográficas entre os músculos em cada posição dos pés. Ao analisar a interferência da PN na ativação dos músculos RF, VM e VL, verificamos diferença significativa entre o RF em comparação com os demais músculos, VM e VL (RF x VM - p = .026; RF x VL - p = .019). Entre os músculos VM e VL não houve diferenças significativas (p = .831). O tamanho do efeito mostrou-se pequeno (d = .006).

Na posição dos pés em RI, identificamos diferença significativa entre os músculos RF x VM (p = .016), e RF x VL (p = .026). Entre o VM x VL, não houve diferença significativa (p = .534). Ao analisar o resultado do tamanho do efeito, o mesmo, apresentou-se pequeno (d = .005).

Na posição RE não identificamos diferença significativa entre os músculos RF x VM (p = .155), RF x VL (p = .110) e VM x VL (p = .790). O tamanho do efeito nessa análise apresentou a mesma tendência das demais, pequeno (d = .003).

Na Figura 1, observa-se a análise do músculo RF nas diferentes posições dos pés, onde não foi identificado uma diferença significativa em PN x RI (p = .998), PN x RE (p = .926) e RI x RE (p = .904). O tamanho do efeito foi pequeno (d = .008).

Fonte: elaboração própria.

Figura 1. Comparação da EMG no músculo RF Legenda: PN: Posição neutra; RI: Rotação interna, e RE: Rotação externa. 

O músculo VM manteve a tendência que o RF, sem diferença significativa entre as posições do pé (PN x RI p = .989; PN x RE p = .996; RI x RE p = .998), com um tamanho do efeito pequeno (d = .066) (figura 2).

Fonte: elaboração própria.

Figura 2. Comparação da EMG no músculo VM. Legenda: PN: Posição neutra; RI: Rotação interna, e RE: Rotação externa. 

Na Figura 3, refere-se as ativações do músculo VL, em que não foi identificado diferença significativa em nenhuma das posições (PN x RI (p = .995), PN x RE (p = .986) e RI x RE (p = .965), o tamanho do efeito se manteve pequeno como nas demais análises (d = .002).

Fonte: elaboração própria.

Figura 3. Comparação da EMG no músculo VL. Legenda: PN: Posição neutra; RI: Rotação interna, e RE: Rotação externa. 

Ao observar em valores do ∆ de variação da ativação do QF nas diferentes posições dos pés (Tabela 2), nota-se que a maior variação ocorreu sempre na comparação entre a posição PN x RE, em todos os músculos analisados.

Discussão

Ao analisar a interferência das diferentes variações na posição dos pés na ativação dos músculos do QF, no movimento de extensão de joelhos, os resultados da presente pesquisa, sugerem que o RF, foi o músculo que demostrou menor ativação em duas, das três posições analisadas.

Verificou-se também, que não houve distinções em relação a uma maior ativação entre os músculos VL e VM. Diante desta análise, entende-se que não seja necessário, alterar a posição dos pés em RI e RE, durante o exercício de cadeira extensora, objetivando maiores ações dos músculos VL e VM.

Estes resultados corroboram parcialmente com os resultados de (Lanza et al., 2017; Saito & Akima, 2015), que investigaram a relação entre as posições dos pés (PN, RI e RE) e a ativação dos músculos VM e VL, em contrações voluntárias isométricas máximas na extensão dos joelhos. Os autores citados, não observaram diferenças significativas (p > .05) entre os músculos analisados e sugerem que as diferentes posições dos pés não influenciam na ativação seletiva dos músculos do QF Visscher et al. (2017) e Wu, et al. (2017), também não observaram alterações significativas no nível de ativação eletromiográfica durante as diferentes posições dos pés, em extensão isométrica de joelhos. Em estudos que avaliaram apenas exercícios de cadeia cinética fechada, como o agachamento em diferentes posições dos pés (PN, RI, RE e um ligeiramente à frente do outro), também não encontraram diferenças significativas (p > .05), na atividade elétrica dos músculos analisados (Ando et al., 2018; da Silva et al., 2016).

Em uma pesquisa que objetivou verificar a possível ligação entre as fases do ciclo menstrual e as ativações musculares através da eletromiografia, no agachamento guiado, mantendo a posição neutra dos pés, não se observou diferenças significativas na ativação dos músculos do QF (RF, VM e VL) (^{De Lima Costa, Santos, Duarte Rocha, & Da Silva, 2015}). Em contrapartida, o presente estudo identificou uma menor ativação do RF na PN dos pés, o que pode ser justificado pela diferença dos exercícios utilizados nas duas pesquisas, sendo um de cadeia cinética aberta e o outro de cadeia cinética fechada. Outro ponto a ser discutido em relação aos achados das diferentes pesquisas, é a arquitetura muscular do QF, interfere de forma distinta na execução dos movimentos realizado na cadeira extensora e agachamento guiado (^{Ando et al., 2018}).

Esperava-se encontrar ativações significativamente maiores para o músculo VL, durante a RI dos pés. Nota-se que, o VM e VL apresentaram valores maiores, durante a PN e a RI, sendo que as maiores ativações foram observadas no VM e no VL. A literatura aponta e justifica que a maior ativação desses músculos durante a RI, deve-se à maior tensão de estiramento das fibras musculares, que correm obliquamente da lateral para a medial do músculo, levando à maior magnitude de ativação (^{Murray et al., 2013}; ^{Visscher et al., 2017}). Em uma linha mais antiga e contrária, outros grupos de investigação não reportam diferenças significativas (p < .05) na ativação elétrica do VL durante as condições de rotações dos pés (Alkner, Tesch & Berg, ²⁰⁰⁰; ^{Signorile et al., 1995}).

A hipótese de que uma maior magnitude de ativação do RF seria encontrada durante a PN do exercício também não foi sustentada pelo presente estudo, pois o RF apresentou menor ativação nessa posição. Os estudos supracitados observaram que o RF apresentou níveis de ativação muscular maior durante a RE (^{Alkner et al., 2000}; ^{Signorile et al., 1995}; ^{Stoutenberg et al., 2005}), o que contrapõe com os resultados deste estudo. Essa maior ativação pode ser justificada devido ao seu ponto de origem e estrutura biarticular, diferente dos vastos, enquanto a RE do fêmur pode aumentar a tensão e, por conseguinte, o nível de ativação deste músculo (^{Signorile et al., 1995}). Outros pesquisadores também relataram maior ativação elétrica do RF em condições de RE, durante exercício dinâmico (^{Alkner et al., 2000}; ^{Stoutenberg et al., 2005}). Este achado não suporta os resultados do presente estudo, pois não foi encontrada uma ativação diferente na RE. A justificativa que sustenta estes achados está baseada no fato de que o exercício cadeira extensora é monoarticular e isso faz com que os músculos do QF sejam ativados de maneira similar, o que não ocorre quando são usado exercícios multiarticulares, como o agachamento (^{Akima et al., 2019}).

Em adição, o VM também não apresentou diferenças significativas durante as condições neutras e de rotação (^{de Souza et al., 2018}), relatam altos níveis de ativação do VM durante a RE, enquanto uma outra pesquisa relata achados contrários, em que que se observam maiores ativações durante a RI (^{Stoutenberg et al., 2005}).

Com relação às posições dos pés, não foram encontradas diferenças significativas no presente estudo (gráficos 1, 2 e 3). No entanto, destaca-se uma tendência de maior ativação durante a RE em relação à PN e RI. Em contrapartida, são observados maiores níveis de ativação elétrica da PN e RI em relação à RE, durante a contração isométrica, apresentando maior atividade significante (p = .013) (^{Akima et al., 2019}; ^{Watanabe & Akima, 2009}).

Limitações

Fatores como as diferenças entre contrações dinâmicas e isométricas e, variações na magnitude de ativação através da mudança de ângulo do joelho, podem justificar a divergência dos resultados (^{Ando et al., 2018}). Condições limitantes do presente estudo podem ser descritas primeiramente, ao fato de ângulo do movimento durante a execução do exercício dinâmico na cadeira extensora não ter sido controlado, o que pode permitir a ausência de significância entre as posições dos pés. Em adição, sugere-se que a ativação muscular eletromiográfica seja examinada separadamente, durante as fases concêntricas e excêntricas do movimento, para verificar possíveis diferenças de atividade eletromiográfica para estas condições.

Conclusão

Em conclusão, os resultados do presente estudo sugerem que as variações nas rotações dos pés – interna ou externamente – durante a extensão de joelhos, na medida em que foram aplicados, não são eficazes para a seleção específica dos músculos que compõem o quadríceps femoral. Estes resultados demonstram que para as aplicações clínicas, as diferentes posições dos pés, na medida em que foram aplicados, não são suficientemente eficazes para aumentar seletivamente o desempenho de músculos do quadríceps, as condições ativam igualmente os músculos do quadríceps, não sendo necessárias variações nas rotações dos pés com o objetivo de manter em equilíbrio a tensão nos músculos e ligamentos responsáveis pelo movimento.

Responsabilidades éticas

Proteção de pessoas e animais: Os autores declaram que os procedimentos seguidos estavam de acordo com os regulamentos estabelecidos pelos responsáveis da Comissão de Investigação Clínica e ética e de acordo com os da Associação Médica Mundial e da Declaração de Helsinki.

Confidencialidade dos dados: Os autores declaram que não aparecem dados de pacientes neste artigo.

Direito à privacidade e consentimento escrito: Os autores declaram que não aparecem dados de pacientes neste artigo.

Conflito de interesses: Os autores declaram não haver conflito de interesses.