Contração Muscular: O impacto na fadiga neuromuscular

A contração musculo-esquelética pode ser classificada em três tipos fundamentais com base na relação entre a força gerada pelo músculo e o movimento que ele produz. São elas contração concêntrica, contração excêntrica e contração isométrica.

Contração concêntrica – ocorre quando o músculo se encurta enquanto gera tensão. A força produzida é inferior à resistência externa máxima que o músculo consegue vencer, permitindo que as pontes cruzadas de actina-miosina deslizem umas sobre as outras, encurtando o sarcómero (Lieber & Bodine-Fowler, 1993; Doss & Karpovich, 1965). Durante a contração concêntrica, a velocidade de encurtamento e a força seguem a clássica relação força-velocidade descrita por Hill, ou seja, quanto maior a velocidade, menor a força que o músculo consegue produzir (Lieber & Bodine-Fowler, 1993).

Contração excêntrica – ocorre quando o músculo é ativamente alongado enquanto há tensão a ser gerada. Isto acontece quando a carga externa excede a força que o músculo produz, forçando o alongamento das fibras musculares ativas (Lieber, 2018; Lieber & Bodine-Fowler, 1993). As contrações excêntricas caracterizam-se por forças muito elevadas, chegando a 120–130% da força isométrica máxima e até 140% acima da força concêntrica (Lieber, 2018; Doss & Karpovich, 1965). Mecanicamente, durante o alongamento ativo, as proteínas titina (que conectam os filamentos de miosina aos discos Z) desempenham um papel crucial na produção adicional de força passiva, somando-se à força das pontes cruzadas (Lieber, 2018). A relação força-velocidade na fase excêntrica é notavelmente diferente. A força aumenta abruptamente com o alongamento e é relativamente independente da velocidade de alongamento (Lieber, 2018; Lieber & Bodine-Fowler, 1993).

Contração isométrica – ocorre quando o músculo gera tensão sem alteração significativa no seu comprimento. A força gerada iguala a resistência externa, mas não a supera, portanto não há movimento articular. A produção de força isométrica depende criticamente do comprimento do sarcómero (relação comprimento-tensão). A força máxima é atingida quando há uma sobreposição ótima entre os filamentos de actina e miosina (comprimento de sarcómero de ~2,0–2,2 μm) (Wilson et al., 1994; Libier & Bodine-Fowler, 1993).

O que difere na capacidade de produção de força?

Estudos clássicos demonstraram que a força excêntrica é superior à força isométrica e concêntrica. Doss e Karpovich (1965) mediram a força máxima dos flexores do cotovelo e perceberam que a força excêntrica foi 13,5% maior que a isométrica e 39,7% maior que a concêntrica. Resultados similares foram reportados para outros grupos musculares (Yoshida et al., 2023; Lieber, 2018). Esta maior capacidade de produção de força durante contrações excêntricas deve-se, em parte, à contribuição da titina e dos elementos elásticos do complexo músculo-tendão, além de uma maior tensão de pontes cruzadas durante o alongamento (Yoshida et al., 2023; Lieber, 2018).

Por outro lado, a ativação neural durante contrações excêntricas máximas é menor do que durante contrações concêntricas, ou seja, o sistema nervoso recruta menos unidades motoras durante uma contração excêntrica máxima comparativamente a uma concêntrica, mesmo quando a força produzida é maior (Lieber, 2018; LaStayo et al., 2003). Isto cria uma "reserva" de unidades motoras que pode ser mobilizada durante a fadiga (Kay et al., 2000).

Quais os mecanismos de fadiga neuromuscular em cada tipo de contração?

A fadiga neuromuscular é definida como uma diminuição na capacidade de produção de força ou potência muscular, que se desenvolve gradualmente após o início de uma atividade sustentada (Kay et al., 2000; Pasquet et al., 2000). As origens da fadiga podem ser centrais (redução do drive neural para o músculo) ou periféricas (alterações no próprio músculo, como falhas no acoplamento excitação-contração, acúmulo de metabolitos e/ou depleção de ATP) (Babault et al., 2006; Kay et al., 2000).

Contração isométrica (a mais fatigante)

As contrações isométricas produzem a fadiga mais profunda e rápida entre os três tipos. Kay et al. (2000) demonstraram que durante 100 segundos de contração isométrica máxima dos extensores do joelho, o torque caiu para apenas 31% do valor inicial, acompanhado de uma redução drástica da atividade EMG integrada (IEMG) para 38% dos valores iniciais e compressão do espectro de frequência do EMG. Isto indica que a fadiga isométrica envolve uma forte componente central, pois o drive neural diminui significativamente.

Babault et al. (2006) compararam procedimentos fatigantes isométricos e concêntricos com quedas de torque equivalentes e encontraram perfis opostos de fadiga:

• Na contração isométrica, a fadiga central (redução do nível de ativação voluntária) desenvolveu-se primeiro e foi muito mais pronunciada (redução de ~36% no nível de ativação já na 3ª série). A fadiga periférica desenvolveu-se de forma mais progressiva e tardia.

• Na contração concêntrica, a fadiga periférica (redução da amplitude do duplo-twitch evocado) desenvolveu-se primeiro, seguida pela fadiga central, que foi menos pronunciada que na isométrica.

A fadiga central durante contrações isométricas está associada à isquemia causada pela elevada pressão intramuscular que oclui o fluxo sanguíneo, impedindo a remoção de metabolitos (H⁺, K⁺, Pi) e levando ao acúmulo de substâncias que ativam aferentes de pequeno diâmetro, inibindo o drive neural (Babault et al., 2006; Kay et al., 2000).

Contração concêntrica (fadiga periférica predominante)

Durante contrações concêntricas repetitivas, a queda de torque é substancial, mas o padrão de fadiga é diferente. Kay et al. (2000) reportaram que ao final de 100 segundos de contrações concêntricas máximas, o torque caiu para ~58% do valor inicial, com manutenção da atividade EMG mantida (95% dos valores iniciais), indicando que o drive neural foi preservado, mas houve uma compressão significativa do espectro de frequência (queda para 69%), sugerindo fadiga periférica com redução da velocidade de condução das fibras musculares.

Pasquet et al. (2000) também concluíram que as contrações concêntricas produziam uma maior perda de força (-31,6%) em comparação com as excêntricas (-23,8%), com maior redução da EMG (-26,4% vs. -17,5%). As alterações nas propriedades contráteis (redução do pico de twitch e lentificação do relaxamento) foram significativamente maiores nas concêntricas, indicando maior envolvimento de processos intracelulares de acoplamento excitação-contração, possivelmente associados ao maior requerimento energético (Pasquet et al., 2000).

A natureza intermitente das contrações concêntricas (alternando contração e movimento passivo) permite maior fluxo sanguíneo durante o movimento de retorno, facilitando a remoção de metabolitos, o que explica a menor fadiga central em comparação com a isométrica (Babault et al., 2006). No entanto, o maior gasto energético por contração (maior hidrólise de ATP) leva a um esgotamento mais rápido dos fosfatos de alta energia e maior acúmulo de metabolitos intracelulares (Pasquet et al., 2000).

Contração excêntrica (a mais resistente à fadiga)

As contrações excêntricas demonstram consistentemente a maior resistência à fadiga. Kay et al. (2000) mostraram que, surpreendentemente, após 100 segundos de contrações excêntricas máximas, o torque não diminuiu, isto é, manteve-se em 108,6% do valor inicial, com mínima alteração no espectro de frequência do EMG (MPFS em 93%). A atividade EMG integrada manteve-se em 93% dos valores iniciais.

Yoshida et al. (2023) confirmaram este padrão. Após 30 contrações máximas repetitivas dos flexores do cotovelo, a queda de torque foi significativamente menor nas excêntricas (-32,2%) do que nas concêntricas (-49,5%). Resultados semelhantes foram encontrados por Pasquet et al. (2000) nos dorsiflexores do tornozelo.

Vários mecanismos explicam esta resistência à fadiga excêntrica:

1. Menos requisição energética: as contrações excêntricas consomem menos ATP por unidade de força gerada, pois as pontes cruzadas são rompidas mecanicamente durante o alongamento, exigindo menos hidrólise de ATP (Yoshida et al., 2023; Lieber, 2018; Pasquet et al., 2000). Estima-se que o consumo de oxigénio durante exercício excêntrico seja cerca de 50% menor do que no concêntrico para a mesma carga de trabalho (Yoshida et al., 2023);

2. Contribuição da titina: a proteína titina contribui para a força durante o alongamento ativo sem consumo de ATP, funcionando como uma mola molecular que reduz a carga metabólica sobre as pontes cruzadas (Yoshida et al., 2023; Lieber, 2018);

3. Recrutamento neural incompleto: durante contrações excêntricas máximas, o sistema nervoso não ativa completamente o pool de unidades motoras, criando uma "reserva" de unidades motoras frescas que podem ser recrutadas à medida que a fadiga se instala (LaStayo et al., 2003; Kay et al., 2000).

4. Menor isquemia: as contrações excêntricas de natureza intermitente permitem melhor perfusão sanguínea (processo contínuo em que o sistema circulatório fornece sangue aos tecidos e órgãos), facilitando a remoção de metabolitos (Babault et al., 2006; Kay et al., 2000).

No entanto, é importante notar que, quando a fadiga é avaliada através da contração voluntária isométrica máxima (MVC-ISO) antes e depois dos protocolos fatigantes, as diferenças entre contrações excêntricas e concêntricas tendem a desaparecer. Yoshida et al. (2023) encontraram quedas similares na MVC-ISO de -40,7% e -43,6% após exercício excêntrico e concêntrico, respetivamente, sem diferença significativa. Isto sugere que a fadiga avaliada por MVC-ISO pode não refletir a fadiga específica observada durante cada tipo de contração dinâmica.

Então, qual é o tipo de contração que causa mais fadiga neuromuscular?

Com base na evidência científica disponível, a resposta é clara. A contração isométrica é a que causa a fadiga mais intensa e rápida. O torque isométrico cai para cerca de 30% do valor inicial em apenas 100 segundos de esforço máximo contínuo, com forte componente de fadiga central e periférica (Kay et al., 2000). A isquemia resultante da compressão dos vasos sanguíneos durante a contração sustentada impede o aporte de oxigénio e a remoção de metabolitos, acelerando drasticamente a instalação da fadiga.

A contração concêntrica produz fadiga moderada, de origem predominantemente periférica. A queda de torque é substancial (~50% após 30 repetições máximas), mas menos severa que a isométrica. O drive neural é preservado e a fadiga decorre principalmente de alterações intracelulares no acoplamento excitação-contração, com maior gasto energético e acúmulo de metabolitos (Yoshida et al., 2023; Pasquet et al., 2000).

A contração excêntrica é a mais resistente à fadiga. A manutenção ou mínima redução do torque durante repetições sucessivas máximas, combinada com menor atividade EMG e menor gasto metabólico, torna a contração excêntrica a menos fatigante dos três tipos (Yoshida et al., 2023; Kay et al., 2000; Pasquet et al., 2000).

Porque é importante saber isto?

Esta hierarquia de fadiga tem aplicações importantes:

• No treino de força e reabilitação: a baixa fatigabilidade das contrações excêntricas permite realizar maior volume de treino com maior sobrecarga mecânica, sendo particularmente útil para populações idosas ou com sarcopenia, que podem beneficiar do estímulo de alta força com menor perceção de fadiga (LaStayo et al., 2003).

• Na lesão muscular: embora as contrações excêntricas sejam menos fatigantes, são mais propensas a causar dano muscular estrutural (lesão dos sarcómeros, desmina e citoesqueleto) e dor muscular de início tardio (DOMS), especialmente quando o músculo não está adaptado a este tipo de esforço (Lieber, 2018; LaStayo et al., 2003).

• Na prevenção de quedas em idosos: a descida de escadas depende criticamente de contrações excêntricas controladas dos extensores do joelho. A capacidade reduzida de realizar contrações excêntricas submáximas controladas em idosos está associada ao maior risco de quedas (LaStayo et al., 2003).

• No planeamento de treino: o conhecimento de que contrações concêntricas e isométricas produzem fadiga mais rapidamente é fundamental para periodizar o treino e evitar o overtraining, enquanto as excêntricas podem ser usadas para sobrecarga progressiva com menor fadiga acumulada.

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Até ao próximo artigo, com mais ciência, prática e reflexão,

STRENGTH IN MOTION

by Sara Mendes S&C Coach

Referências

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Doss, W. S., & Karpovich, P. V. (1965). A comparison of concentric, eccentric, and isometric strength of elbow flexors. Journal of Applied Physiology, 20(2), 351–353. https://doi.org/10.1152/jappl.1965.20.2.351

Kay, D., St Clair Gibson, A., Mitchell, M. J., Lambert, M. I., & Noakes, T. D. (2000). Different neuromuscular recruitment patterns during eccentric, concentric and isometric contractions. Journal of Electromyography and Kinesiology, 10(6), 425–431. https://doi.org/10.1016/S1050-6411(00)00031-6

LaStayo, P. C., Woolf, J. M., Lewek, M. D., Snyder-Mackler, L., Reich, T., & Lindstedt, S. L. (2003). Eccentric muscle contractions: Their contribution to injury, prevention, rehabilitation, and sport. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy, 33(10), 557–571. https://doi.org/10.2519/jospt.2003.33.10.557

Lieber, R. L. (2018). Biomechanical response of skeletal muscle to eccentric contractions. Journal of Sport and Health Science, 7(3), 294–309. https://doi.org/10.1016/j.jshs.2018.06.005

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Yoshida, R., Kasahara, K., Murakami, Y., Sato, S., Nosaka, K., &  Nakamura, M. (2023). Less fatiguability in eccentric than concentric repetitive maximal muscle contractions. European Journal of Applied Physiology, 123(7), 1553–1565. https://doi.org/10.1007/s00421-023-05178-4