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L I V R O D E P E S Q U I S A S A G R A C I A D A S

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Resultados do XXVII Prêmio Jovem Cientista. – Rio de Janeiro : Fundação Roberto Marinho, 2013.314p. ; 23X28cm.ISBN 978-85-7484-592-0

1. Prêmio Jovem Cientista (27 : Brasília : 2013). 1. Esportes – Brasil -Prêmios. 2. Pesquisa - Brasil – Prêmios. 3. Inovações tecnológicas - Brasil - Prêmios.CDD- 796.0981

JOSÉ CARLOS DOS SANTOS MACEDO BIBLIOTECÁRIO CRB7 N. 3575

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Presidente Glaucius OlivaDiretores Liane Hentschke Guilherme Sales Soares de Azevedo Melo Ernesto Costa de PaulaServiço de Prêmios Rita de Cássia da Silva

Gerdau

Diretor-Presidente (CEO) André B. Gerdau JohannpeterPresidente do Instituto Gerdau Klaus Gerdau JohannpeterVice-Presidente do Instituto Gerdau Beatriz Gerdau JohannpeterDiretor do Instituto Gerdau José Paulo Soares Martins

GE

Presidente e CEO GE América Latina Reinaldo GarciaPresidente e CEO da GE Brasil Gilberto PeraltaLíder do Centro de Pesquisas da GE Brasil Kenneth Herd Diretor de Relações Institucionais GE América Latina Alexandre AlfredoLíder de Marca e Publicidade da GE América Latina Graziella Ferrari

Fundação Roberto Marinho

Presidente José Roberto MarinhoSecretário-Geral Hugo BarretoSuperintendente Executivo Nelson SavioliGerente de Desenvolvimento Institucional Flávia ConstantGerente de Meio Ambiente Andrea MargitCoordenador de Projetos Felipe Fernandes

Apresentação 5

Comissões Julgadoras 7

Resultado da categoria Graduado 9

Resultado da categoria Estudante do Ensino Superior 166

Resultado da categoria Estudante do Ensino Médio 264

Resultado da categoria Mérito Institucional 300

Resultado da categoria Menção Honrosa 306

Parceiros 310

sumário

LIVRO DE PESQUISAS

apresentAção

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APRE

SEN

TAÇÃ

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XXVI PRÊMIO JOVEM CIENTISTA

Copa 2014 e Jogos Olímpicos 2016: enquanto as notícias e as conversas de rua concentram-se na infraestrutura e nos prazos de entrega, a equipe do Prêmio Jovem Cientista foi aos centros de pesquisa e às escolas de ensino médio para estimular a discussão da Inovação Tecnológica nos Esportes.

Professores, estudantes e pesquisadores trabalharam as muitas facetas deste grande tema durante 2012, ampliando a pauta atual com ciência, conhecimento, ideias e soluções. Atingiram, com seu empenho, o principal propósito da parceria entre o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), a Fundação Roberto Marinho, a Gerdau e a GE: despertar e reconhecer o interesse de jovens cientistas em enfrentar velhos desafios com novas respostas, sem deixar de lado a resolução de questões inéditas com critério, método e pesquisa.

Dentre as questões que funcionaram como base para o XXVI Prêmio Jovem Cientista estão, como esses grandes eventos ajudarão o País a desenvolver novas metodologias, tecnologias e produtos capazes de formar melhor, treinar melhor ou cuidar melhor dos atletas olímpicos ou paralímpicos? O cidadão, a pessoa com deficiência, as crianças, os sedentários e os idosos estarão mais motivados a praticar atividades físicas? E saberão como fazê-lo de maneira saudável, segura e criativa? Entenderemos com mais profundidade o impacto dos grandes eventos esportivos sobre as cidades, a economia ou o meio ambiente? O esporte pode ajudar a imprimir um espírito mais colaborativo e tolerante em nossa sociedade? Essas indagações mobilizaram pesquisadores e estudantes de todo o País, resultando em 2.070 projetos inscritos, dos quais 197 são de pesquisadores graduados; 105 de estudantes do ensino superior e 1.768 de estudantes do ensino médio.

As comissões julgadoras, formadas por profissionais reconhecidos por sua produção científica no tema desta edição, selecionaram os três melhores trabalhos nas categorias jovem pesquisador Graduado, Estudante do Ensino Superior e Estudante do Ensino Médio. Os prêmios contemplam tanto os orientandos como seus orientadores e ainda incluem bolsas de estudos do CNPq como incentivo aos jovens que desejam prosseguir na carreira de pesquisa.

Três outras premiações celebram o caráter colaborativo da aprendizagem: duas por Mérito Institucional – Ensino Superior e Ensino Médio –, que são atribuídas às instituições com maior número de trabalhos com mérito científico inscritos nesta edição, e uma Menção Honrosa, homenagem à obra de um doutor, cuja trajetória profissional tenha se destacado na formação de novos pesquisadores.

Os prêmios são entregues pela Presidente da República. A cerimônia, em Brasília, reúne autoridades e grandes nomes da ciência e da tecnologia do Brasil. É uma oportunidade ímpar para se refletir sobre o impacto do esporte na promoção do bem-estar, tanto dos esportistas de alto desempenho quanto dos amadores, e como instrumento social, para se criar cultura e fortalecer a cidadania.

comissões julgadoras

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Comissão Julgadora das Categorias Graduado, Ensino Superior, do Mérito Institucional Ensino Superior e Menção Honrosa

Marcos Silva Palacios Universidade Federal da Bahia (UFBA)Presidente da Comissão

Leila RibeiroUniversidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)

Sergio Teixeira da FonsecaUniversidade Federal de Minas Gerais (UFMG)

Francisco de Assis MendonçaUniversidade Federal do Paraná (UFPR)

Roberto Carlos BuriniUniversidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (Unesp)

Vanessa Gomes da SilvaUniversidade Estadual de Campinas (Unicamp)

Comissão Julgadora das Categorias Ensino Médio e do Mérito Institucional Ensino Médio

Khosrow GhavamiPontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio)Presidente da Comissão

Alexandre Amorim dos Reis Universidade do Estado de Santa Catarina (Udesc)

Jeferson Fagundes LossUniversidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)

Elizabeth Regina Loiola da CruzUniversidade Federal da Bahia (UFBA)

Linda Maria de Pontes GondimUniversidade Federal do Ceará (UFC)

categoriagraduado

1º LugarRODRIGO GONÇALVES DIAS Universidade de São Paulo (USP)Avanços em genômica para diagnósticos moleculares no esporte

2º LugarCAETANO DECIAN LAZZARI Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)Desenvolvimento e estudo de uma plataforma biomecânica aplicada ao ciclismo

3º LugarEDUARDO PIMENTEL PIZARRO Universidade de São Paulo (USP)RIO 2016: uma oportunidade para o Brasil

Resultado da categoria Graduado

1ºlugar

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Avanços em genômica para diagnósticos moleculares no esporte: mecanismos moleculares da variante G894T do gene óxido nítrico sintase endotelial (eNOS) e transcriptoma do esporte

CATEGORIA GRADUADO

Autor Rodrigo Gonçalves Dias

Orientador Carlos Eduardo Negrão

Instituição de Vínculo Universidade de São Paulo (USP)

Instituição de Desenvolvimento da Pesquisa Instituto do Coração - InCor (HCFMUSP) Laboratório de Genética e Cardiologia Molecular Unidade de Reabilitação Cardiovascular e Fisiologia do Exercício

INTRODUÇÃO

Genoma, Músculo Esquelético e Óxido Nítrico

Estudos em genômica funcional vêm sendo aplicados ao esporte de alto rendimento, uma vez que a compreensão da relação existente entre genoma, transcriptoma e proteoma viria revolucionar o tratamento do sistema músculo esquelético (ME), por oferecer maior precisão no diagnóstico e na conduta terapêutica. No momento da elaboração do racional desta nossa investigação, os poucos estudos com fenótipos ME demonstravam que a susceptibilidade a lesões e a responsividade à terapêutica adotada podem variar expressivamente entre indivíduos, como consequência de variantes genéticas específicas (RADAK et al., 2012). No entanto, esses estudos de associação em genética são comumente questionados, uma vez que: 1) uma variante genética pode não ser a causa direta do fenótipo avaliado; 2) o mecanismo molecular pelo qual o fenótipo foi alterado não é demonstrado e; 3) um único gene pode ter de pequena a moderada influência em um fenótipo poligênico. Conscientes dessa dificuldade, porém incentivados pela possibilidade de expressiva contribuição num contexto pouco explorado, identificamos na literatura uma molécula com influência no reparo do ME. Encontra-se bem documentada a função do óxido nítrico (NO) na regulação da força, bem como na ativação das células satélites e, consequentemente, na recuperação de lesões do ME (RADAK et al., 2012). Em repouso, há biodisponibilidade de NO no ME, o que aumenta durante o exercício físico, como consequência parcial do shear stress (JOYNER e DIETZ, 1997). Foi verificado ainda NO aumentado em 30% após lesão causada por consecutivas contrações excêntricas (RADAK et al., 1999). Em adição, o NO parece mediar a sensação de dor no ME após lesão (RADAK et al., 2012).

Hipoteticamente, se as diferenças de susceptibilidade a lesões e posterior reparo do ME em atletas poderia sofrer influência de variações na biodisponibilidade do NO, este fato era desconhecido até a obtenção dos

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nossos resultados. Identificamos em 8% de uma população voluntária genotipada a presença em homozigose da variante G894T (rs1799983) do gene da isoforma endotelial da sintase de NO (eNOS). Essa variante resulta na substituição do aminoácido Glu por Asp na posição 298 da enzima eNOS. Sugestivamente, o fato de essa substituição acontecer no domínio oxidativo da eNOS poderia afetar sua atividade enzimática ou, quem sabe, torná-la mais susceptível à clivagem proteolítica. No entanto, estudos que utilizaram proteína recombinante revelaram não haver diferença na atividade enzimática entre as duas formas protéicas (HINGORANI, 2001). Tesauro et al. (2000) demonstraram que o resíduo Asp298 é mais susceptível à clivagem proteolítica, precisamente na posição Asp298-Pro299. Posteriormente, Fairchild et al. (2001) verificaram que o resultado do estudo anterior era um artefato dos métodos de preparação do experimento. Mesmo assim, não pode ser descartada a hipótese de que, in vivo, um desconhecido mecanismo de clivagem proteolítica ou um mecanismo de regulação pós-transcricional esteja sendo modulado pelo resíduo Asp298.

No sentido de comprovar a hipótese de que tal variante genética poderia ser funcional, elaboramos um racional representativo à única possibilidade, até o momento, de ser testada in vivo. Joyner e Dietz, (1997) demonstraram que parte da vasodilatação muscular durante o exercício é mediada por aumento na biodisponibilidade do NO. Baseado nesse contexto, nosso objetivo foi o de testar, a partir do bloqueio da atividade da eNOS no músculo (infusão intra-arterial), se haveria alteração na biodisponibilidade do NO e, consequentemente, na vasodilatação muscular, em indivíduos portadores do alelo 894T. Para a condução deste trabalho, foi necessário compreender em detalhes a relação entre NO, músculo esquelético e reatividade vascular, conforme descrito nos tópicos a seguir.

Na sequência, a partir da comprovação de que a variante G894T do gene eNOS está funcionalmente associada a uma prejudicada vasodilatação muscular em resposta à ativação simpática reflexa induzida pelo exercício, nosso objetivo foi o de investigar a natureza poligênica da relação

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“adaptações fisiológicas e treinamento físico”. As interações gene-gene e genes-ambiente são passíveis de serem analisadas a partir de plataformas exploratórias com possibilidade de visualização do genoma completo (genome-wide analysis). A investigação do transcriptoma responsivo ao treinamento físico por arrays de expressão gênica (Human GeneChip 1.0 ST-Affymetrix), com possibilidade de visualização de 28.869 transcritos, foi conduzida no sentido de identificarmos novos marcadores moleculares e que refletem a plasticidade do músculo esquelético em resposta ao estresse mecânico do exercício físico; informações essas com aplicação direta ao esporte de alto rendimento.

Óxido Nítrico e Sistema Cardiovascular

O NO, um intermediário gasoso atuante na sinalização de múltiplos processos biológicos, é um radical livre que apresenta um elétron desemparelhado na última camada e uma meia vida de 4 a 8 segundos em meio aquoso oxigenado (MONCADA et al., 1989; KOJDA e HARRISON, 1999). Considerado um gás lábil com livre difusão nas membranas celulares, tal característica confere a esta molécula uma alta atividade biológica (PALMER et al., 1987). O entendimento da complexidade da função endotelial e a dificuldade de se estudar cada um de seus componentes isoladamente vêm sendo aos poucos superados. Dentro deste contexto, foram desenvolvidos modelos animais capazes de reproduzir um estado fisiológico alterado, possibilitando, por exemplo, o funcionamento do sistema em condições de baixa ou aumentada biodisponibilidade de NO. Além disso, estudos in vivo em humanos, através da infusão intra-arterial de compostos com potencial de modular a função endotélio-dependente ou endotélio-independente, possibilitaram a investigação dos mecanismos moduladores da função vascular, em condições normais e patológicas.

Substrato, Sintases de Óxido Nítrico e Atividade Enzimática

Caracterizado como “aminoácido metabolicamente versátil” pelo

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reconhecimento de suas múltiplas funções, a L-arginina é ainda o substrato necessário para a síntese do NO. A disponibilidade desse substrato no interior das células do endotélio vascular é dependente, pelo menos em parte, de sua concentração extracelular e da sua captação para o interior das cavéolas, onde a enzima óxido nítrico sintase endotelial (eNOS) exerce sua função. Baseado na localização da isoforma 1 dos transportadores de aminoácidos catiônicos (CAT-1; gene SLC7A1) nas cavéolas, tal transportador é o principal responsável pelo suprimento de L-arginina para a eNOS e consequente catálise do NO (MCDONALD et al., 1997). A produção enzimática do NO a partir do aminoácido L-arginina é mediada por uma família de três sintases de óxido nítrico (NOS), codificadas por genes distintos (MARLETTA, 1994). As isoformas compartilham 50-60% de homologia na sequência de aminoácidos nos domínios oxidase e redutase (GOVERS e RABELINK, 2001). Essas isoformas exibem características distintas que refletem suas funções específicas in vivo (STUEHR, 1997). A óxido nítrico sintase endotelial (eNOS ou NOS III; 7q35-36) e a óxido nítrico sintase neuronal (nNOS ou NOS I; 12q24.2) possuem mecanismo de ativação constitutivo (cNOS). A isoforma induzida (iNOS ou NOS II; 17cen-q12) encontra-se expressa em processos celulares anormais, como na insuficiência cardíaca (FERREIRO et al., 2004), induzidas por citoquinas e agentes inflamatórios, o que resulta em alto fluxo de NO (ANDREW e MAYER, 1999; WANG & WANG, 2000).

A eNOS funciona como um dímero, constituída de dois monômeros idênticos que, por sua vez, podem ser divididos funcional e estruturalmente em dois domínios principais: um domínio C-terminal redutase, homólogo ao citocromo P450 e que contém sítios de ligação para NADPH, flavina mononucleotídeo (FMN) e flavina adenina dinucleotídeo (FAD) e um domínio N-terminal oxidase, que abstrai um elétron do substrato L-arginina e possui sítios de ligação para o ferro heme, para o cofator tetrahidrobiopterina (BH4) e para a L-arginina (ANDREW e MAYER, 1999; WANG e WANG, 2000). A reação de catálise das NOS constitutivas envolve dois estágios de

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oxidação: a hidroxilação da L-arginina em NG-hidroxi-L-arginina, seguida da oxidação desse intermediário, com utilização de um elétron da NADPH, formando L-citrulina e NO (ALBRECHT et al., 2003). Essa reação consome 1.5 mol de NADPH e 2 mol de oxigênio por mol de L-citrulina formada (GRIFFITH e STUEHR, 1995). Cofatores como ferro heme, BH4 e L-arginina têm sido particularmente estudados, e a baixa biodisponibilidade desses induz ao fenômeno de desacoplamento da eNOS (HARRISON, 1997; VASQUEZ-VIVAR et al., 1998). O ferro heme é essencial para a dimerização das três isoformas (KLATT et al., 1996); baixas concentrações ou ausência de L-arginina catalisam a redução do oxigênio em superóxido (O2.-) (MAYER et al., 1991; HEINZEL et al., 1992) e níveis diminuídos de BH4 levam à produção simultânea de NO e O2.-, produtos que reagem entre si formando peroxinitrito (ONOO-) (BECKMAN e KOPPENOL, 1996). Uma vez verificado que as células endoteliais contém uma concentração basal da proteína eNOS, o gene da eNOS foi considerado constitutivamente expresso. O mecanismo de ativação da eNOS tem sido descrito como o mais elaborado das três isoformas, refletindo a complexidade do controle fisiológico dos diferentes leitos vasculares (GOVERS e RABELINK, 2001; MICHEL e FERON, 1997). O mecanismo clássico de ativação das isoformas constitutivas é dependente do cálcio (Ca++), enquanto a iNOS independe da elevação das concentrações intracelulares de Ca++, devido à alta afinidade da ligação da enzima com a calmodulina (HARRISON, 1997). O principal mecanismo de ativação da eNOS se dá pela fosforilação do aminoácido serina na posição 1177 (SHIOJIMA e WALSH, 2002) pela enzima Akt kinase (ou proteína kinase B), o que aumenta a sensibilidade da eNOS às concentrações basais de Ca++/calmodulina (FULTON et al., 1999). A ativação tônica ou fásica da eNOS, em resposta ao fluxo sanguíneo, é independente das alterações na concentração do Ca++ e constitui-se do shear stress. Fulton et al. (1999) e Dimmeler et al. (1999) demonstraram que a troca do resíduo de serina1177/1179 pelo aminoácido alanina torna a eNOS resistente à fosforilação e ativação pela enzima Akt, uma via dependente de fosfatidilinositol-3 kinase (PI-3K). Embora a fosforilação do resíduo de serina1177 desempenhe um papel crucial na

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ativação enzimática da eNOS, é sabido que sua regulação é dependente do padrão de fosforilação de múltiplos sítios (MOUNT et al. 2007). A fosforilação do resíduo de serina633, localizado no domínio de ligação da flavina mononucleotídeo (FMN), também aumenta a atividade da eNOS e parece ser particularmente importante na manutenção da síntese de NO após a ativação por Ca++/calmodulina e fosforilação do resíduo de serina1177. Por outro lado, fosforilado pela proteína kinase C (PKC), o resíduo de treonina495 interfere no domínio de ligação da calmodulina, regulando negativamente a síntese do NO. Embora já se conheça a importância de múltiplos sítios de fosforilação na regulação da atividade da eNOS, os mecanismos de regulação envolvendo kinases e fosfatases ainda não estão totalmente elucidados.

Óxido nítrico, Tono Vascular e Vasodilatação Muscular

Após a verificação de que o NO é sintetizado pelas células endoteliais e que este participa da regulação hemodinâmica cardiovascular, o interesse concentrou-se na quantificação de sua participação na homeostasia desse sistema.

Estudos in vivo demonstraram que a administração intra-arterial de NG-monometil-L-arginina (L-NMMA), um bloqueador inespecífico da atividade das NOS, reduz o fluxo sanguíneo local entre 25% a 50% (JOYNER et al., 1997). Embora o tono vascular basal seja o produto das forças constritoras versus forças vasodilatadoras, estes resultados demonstram que o NO é, pelo menos em parte, o modulador do fenótipo em questão. Durante condições de estresse mental e exercício é observado, juntamente com a resposta taquicárdica e aumento da pressão arterial, vasodilatação em leito muscular esquelético como parte das respostas fisiológicas de ajuste do organismo. Foi postulado que parte dessa resposta vasodilatadora muscular seria modulada por um componente neural, o que ficou evidente posteriormente pela existência de fibras simpáticas colinérgicas para a musculatura esquelética de algumas espécies de mamíferos, com exceção

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de primatas e humanos. Foi verificado que a estimulação elétrica do nervo simpático provocava vasodilatação em leito muscular, quando a liberação pré-sináptica de noradrenalina era inibida pela infusão intra-arterial de fármacos. No entanto, essa resposta vasodilatadora mostrou-se atenuada quando um antagonista muscarínico foi administrado (ABRAHAMS et al. 1964, BOLME & FUXE, 1970). Posteriormente, ficou evidente que o NO era, pelo menos em parte, o modulador da resposta vasodilatadora verificada quando fibras simpáticas colinérgicas eram estimuladas (MATSUKAWA et al., 1993). Paralelamente, Blair et al. (1959) verificaram que, em humanos, a vasodilatação no antebraço durante manobras fisiológicas é também mediada por um componente neural. Durante a aplicação do estresse mental, o fluxo sanguíneo no membro simpatectomizado não se alterava, quando comparado ao fluxo sanguíneo no membro controle. Em adição, a infusão intra-arterial de atropina no membro controle reduzia em aproximadamente 50% o aumento no fluxo sanguíneo. Naquele momento, utilizando-se das evidências indiretas, os autores sugeriram a existência de inervação simpática colinérgica para a musculatura esquelética de humanos. Mimetizando os experimentos em animais, mais tarde os estudos de Dietz et al. (1994) e Dietz et al. (1997) deixaram evidente que parte da resposta vasodilatadora muscular, medida no antebraço, durante o estresse mental ou o exercício, é atenuada com o administrado intra-arterial do L-NMMA. Os mecanismos pelos quais a acetilcolina e o NO são sintetizados e liberados durante as reações de defesa do organismo não estão completamente elucidados em humanos. As evidências alcançadas com bloqueios farmacológicos permitem apenas sugerir a existência de fibras simpáticas colinérgicas para a musculatura esquelética. Decorrente de tais limitações, os autores não descartam a possibilidade de que a vasodilatação seja causada por uma combinação entre fatores circulantes e locais. Uma pequena parte das células endoteliais poderia sintetizar e liberar acetilcolina (MILNER et al. 1990). Além disso, a ativação de receptores ß2-adrenérgicos localizados no músculo liso vascular resultaria no relaxamento desse tecido e, em consequência, na vasodilatação. No entanto, Majmudar et al. (1999) verificaram que parte da vasodilatação

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resultante da ativação dos ß2-adrenoceptores é mediada pelo NO. Embora os autores não expliquem o mecanismo responsável por este fenômeno, aproximadamente 25% da vasodilatação observada no antebraço com a infusão de Ritodrine (agonista seletivo ß2-adrenérgico) foi atenuada quando L-NMMA é coinfundido. Esses resultados sugerem a existência dos ß2-adrenoceptores no endotélio vascular, contribuindo para o aumento da atividade da eNOS. Em adição, o aumento da estimulação mecânica do endotélio vascular resultaria em síntese aumentada de NO, via PI-3K-Akt kinase, com subsequente fosforilação do resíduo de serina1177.

Polimorfismos da eNOS e Estudos Funcionais da Variante G894T

Genotipada e sequenciada em 1993 por Marsden e colaboradores (GenBank D26607), a eNOS está localizada no cromossomo 7q35-36, e variações na sua sequência têm sido descritas na região promotora, exons e íntrons (Wang & Wang, 2000). O gene (21-22 kbp) compreende 26 exons e 25 íntrons com 133 kDa. A sequência polipeptídica gerada contém 1203 aminoácidos (MARSDEN et al., 1993). Já está descrito na literatura a existência de três polimorfismos de um único nucleotídeo (SNP) na região promotora, porém em localizações de não ligação de fatores de transcrição (KARANTZOULIS-FEGARAS-Fegaras et al., 1999). Dos polimorfismos encontrados nos exons 6 e 7, a substituição da base nitrogenada guanina por timina (G.T), na posição 894, localizada no exon 7, resulta na substituição do aminoácido glutamato (GAG) por aspartato (GAT) na posição 298 da sequência polipeptídica (PHILIP et al., 1999). Sugere-se que os polimorfismos localizados na região promotora do gene desempenham influência na transcrição do RNAm, enquanto os polimorfismos localizados em regiões codificadoras podem resultar em alteração de atividade enzimática (HINGORANI, 2001). O resíduo 298 está localizado externamente no domínio oxidase da enzima, sítios de ligação para L-arginina ou BH4. Estudos enzimáticos utilizando eNOS recombinante mostraram não haver diferença na constante de Michaelis (km) nem na Vmáx entre as duas formas da enzima (HINGORANI, 2001).

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Embora a atividade enzimática pareça não ser afetada pela forma Asp298 da enzima, Tesauro et al. (2000) mostraram que esta variante apresenta maior susceptibilidade à clivagem proteolítica em fragmentos de 100 e 35 KDa, precisamente na posição Asp298-Pro299, quando comparado à variante Glu298. No entanto, Fairchild et al. (2001) demonstraram que tal susceptibilidade proteolítica ocorria devido a um artefato da preparação do experimento. A inconsistência desses resultados não exclui a possibilidade de que, in vivo, um desconhecido mecanismo proteolítico ou até mesmo uma alteração na regulação pós-transcricional possa estar sendo modulada pela variante Asp298 da enzima.

Transcriptoma e Exercício Físico

O rastreamento dos “genes do exercício físico” tem envolvido, além da identificação de variantes no código de genes específicos, a análise do padrão de expressão gênica, a partir da extração do RNA (transcriptoma) e da quantificação da proteína e/ou atividade enzimática em tecidos específicos (CHARCHAR et al., 2008).

Alterações na quantificação do transcrito ou elementos pós-transcricionais de um único gene ou de um conjunto deles reflete a exposição a um determinado fator ambiental. Além disso, tais genes podem estar mais ou menos expressos como consequência de variantes genéticas com potencial de alterar sua responsividade a fatores nucleares transcricionais. A análise do transcriptoma e a consequente determinação das alterações no padrão de expressão em um conjunto de genes se traduzem em conhecimento necessário, uma vez que a combinação de múltiplas alterações moleculares é responsável em determinar o grau das respostas adaptativas dos diferentes sistemas ao exercício físico. Schmutz et al. (2006) analisaram as alterações no padrão de expressão de 229 genes associados à função muscular. Após uma única sessão de exercício físico, ocorreram alterações na expressão de 23 transcritos. O aumento foi verificado na expressão de genes envolvidos em vias metabólicas

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glicolíticas e oxidativas (GLUT4, ALDOC, PFKFB3, FABP3, LPL, ECH1, ACADL, CPT1, CYCS, SOD1, SOD3, SLC16A1), contração e arquitetura muscular (MYH4 e TUBA1), miogênese (MYOD1 e MEF2B), regulação do ciclo celular (IGFBP6 e IGF1) e estrutura celular (COL6A1). Após um período de seis semanas de treinamento em cicloergômetro, o padrão de expressão gênica foi alterado. Dentre os 23 genes com expressão aumentada no pré-treinamento, apenas 2 deles e mais 11 outros genes mostraram aumento na expressão. Os autores concluem que, principalmente para aqueles genes envolvidos nos processos metabólicos, a regulação transcricional é modificada dependendo do estado de aptidão física do indivíduo.

As diferenças de responsividade ao exercício e treinamento físico podem ser analisadas em nível molecular, uma vez que qualquer resposta fisiológica do organismo está diretamente ligada a alterações de expressão gênica. Parte do crescente interesse pelo método de microarray está relacionada à possibilidade de identificação de novos genes candidatos, previamente não associados com o fenótipo em questão. Em adição, a identificação de distintos padrões de expressão gênica entre indivíduos pode fornecer importantes informações que servirão como base para a adoção de terapias individualizadas. A análise completa do padrão de expressão gênica de indivíduos sedentários submetidos ao treinamento físico parece ser uma iniciativa plausível a partir do momento em que múltiplos genes agem em conjunto para induzir as adaptações em diferentes sistemas fisiológicos. Neste estudo, esta análise será conduzida em células leucocitárias no sentido de identificar um transcriptoma responsivo ao treinamento físico, com a possibilidade de identificação de novos marcadores moleculares com potencial de auxiliarem na prevenção e reabilitação de lesões em atletas.

Leucócitos como Sensores Biológicos do Exercício Físico

Durante o exercício físico, as diferentes funções exercidas por grupos de células ou tecidos específicos resultam na modulação da expressão

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de diferentes genes. Esta especificidade justificaria a necessidade de se compreender as respostas moleculares destes tecidos, diante do estresse fisiológico induzido pelo exercício físico. Em se tratando da investigação de fenótipos poligênicos, soma-se ao desafio da identificação dos genes e variantes genéticas candidatas a dificuldade de acesso a tecidos relevantes para a análise das possíveis alterações transcricionais ou pós-transcricionais. No campo da pesquisa genômica em cardiologia, por exemplo, Seo et al. (2006) atentam para o fato de que o seu lento avanço pode ser creditado à dificuldade de acesso a tecidos ditos “informativos”. No entanto, nos últimos anos, estudos com humanos têm investigado as bases moleculares das doenças cardiovasculares utilizando-se, para isso, de amostras de tecido de aorta, ventrículos e átrios. Para as pesquisas envolvendo exercício físico e alterações morfofuncionais, o maior interesse parece concentrar-se na musculatura esquelética. Não menos importante que as análises por biópsia do tecido muscular esquelético são as investigações celulares e moleculares das alterações que ocorrem em células sanguíneas em resposta ao exercício e ao treinamento físico.

O exercício físico tem demonstrado ser um fator regulador das células imunes e de suas funções. Existem evidências de que o estresse induzido pelo exercício evoca o sistema imune com a ativação de vias pró-inflamatórias e anti-inflamatórias (OSTROWSKI et al., 1999), vias estas envolvidas no reparo do músculo esquelético após lesão. Em adição, alterações podem ser observadas em biomarcadores vasoativos como, por exemplo, as catecolaminas, endotelina e angiotensina II. Em termos moleculares, o próprio estresse mecânico causado pela pressão sanguínea aumentada durante o exercício, somada aos efeitos do shear stress na parede do vaso, desencadeiam alterações no padrão de expressão gênica em células sanguíneas, fazendo com que estas sejam importantes fontes de informação genômica. Em resumo, leucócitos podem portar informações específicas relacionadas à circulação, servindo como sensores biológicos do ambiente sistêmico. Em adição, estas alterações moleculares em nível transcricional podem ser utilizadas tanto para o diagnóstico e prognóstico

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de fenótipos músculo esqueléticos quanto para o monitoramento do grau e resposta a intervenções específicas, como é o caso do esporte de alto rendimento. Este estudo propõe a análise do padrão de expressão gênica de células leucocitárias de indivíduos sedentários saudáveis, atentando para as possíveis alterações neste padrão de expressão em resposta ao treinamento físico.

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OBJETIVOS

Objetivo Geral

Este estudo teve como objetivo caracterizar a influência da variante G894T do gene da eNOS no fenótipo de vasodilatação muscular endotélio-dependente e uma assinatura molecular do treinamento físico. representativa do genoma completo.

Objetivos Específicos

Testar a hipótese de que:

1) o fluxo sanguíneo basal e/ou a vasodilatação muscular reflexa induzida pelo exercício estariam diminuídos em indivíduos portadores do alelo T894, quando comparados a indivíduos com pelo menos um alelo G894 do gene da eNOS;

2) a menor resposta vasodilatadora reflexa verificada nos indivíduos com genótipo TT seria, pelo menos em parte, mediada por uma biodisponibilidade reduzida do óxido nítrico e/ou um tônus simpático vasoconstritor aumentado;

3) como sensores biológicos do ambiente sistêmico, leucócitos podem portar um transcriptoma responsivo ao treinamento físico.

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MÉTODOS

Casuísticas

Duzentos e oitenta e sete indivíduos, pacientes do ambulatório do Instituto do Coração – InCor (HCFMUSP) de São Paulo, foram convidados a integrar o proposto estudo. Todos foram submetidos à coleta de sangue para subsequente extração e armazenamento do DNA, além de análises clínicas e laboratoriais para a certificação do estado e condição fisiológica. Após genotipagem para o polimorfismo G894T do gene da eNOS, os 287 indivíduos foram subdivididos, obedecendo a presença dos alelos G e T, ou seja, entre os genótipos GG (n=147; wild-type), GT (n=115) e TT (n=25). Na sequência, foi realizada uma cuidadosa seleção, determinada pelos critérios de inclusão e exclusão estabelecidos pelo estudo. Presença de sintomas e doenças cardiovasculares e metabólicas, uso de fármacos com potencial de afetar a função endotelial e fatores de risco como diabetes, dislipidemia, hipertensão arterial e tabagismo foram utilizados com fatores de exclusão, enquanto índice de massa corporal (IMC) < 27 e inatividade física por pelo menos seis meses foram utilizados como fatores de inclusão dos indivíduos na investigação. Do total, 15 indivíduos GG, 9 indivíduos GT e 9 indivíduos TT obedeceram aos critérios de seleção e concordaram com os procedimentos do estudo.

A partir de um banco de dados de 317 indivíduos pertencentes ao efetivo em processo de formação da Polícia Militar do Estado de São Paulo, do sexo masculino, na faixa etária entre 18 e 31 anos, 13 foram selecionados e seus respectivos RNAs utilizados para análise do transcriptoma. Este banco de dados é composto de indivíduos saudáveis (ECG repouso e glicemia de jejum normais – laudo do Hospital da Polícia Militar – HPM). Em adição, obrigatoriamente não engajados em atividade física regular (três a quatro vezes por semana) nos últimos seis meses; não usuários de fumo e ECG de esforço normal (avaliação ergoespirométrica realizada no início do protocolo de estudo). Os protocolos de pesquisa foram aprovados

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no mérito científico pela Comissão Científica e de Ética do Instituto do Coração recebendo, posteriormente, parecer positivo da Comissão de Ética para Análise de Projetos de Pesquisa (CAPPesq) da Diretoria Clínica do Hospital das Clínicas e da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (Protocolo Pesquisa nº 109/05 e Protocolo de Pesquisa nº 0714/10). Todos os indivíduos envolvidos no estudo foram informados sobre os procedimentos que seriam utilizados na investigação e assinaram um Termo de Consentimento Livre e Esclarecido.

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Métodos e Procedimentos

Coleta Sanguínea, Extração do DNA e RNA e Genotipagem

As amostras de sangue periférico (8 ml) foram coletadas em tubos contendo EDTA como agente anticoagulante. Para isso, uma solução de EDTA a 5,4 mm foi preparada e adicionada ao sangue total. Após a homogeneização do sangue, o DNA genômico foi extraído do sangue total seguindo os procedimentos padrões (PEREIRA et al., 2007). O material genômico foi armazenado a -70ºC e utilizado posteriormente para a genotipagem. A genotipagem foi realizada utilizando-se a técnica de Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP), onde o DNA genômico é submetido a uma reação de cadeia da polimerase (PCR) com os primers correspondentes à região alvo de amplificação. Posteriormente ao PCR, as amostras foram submetidas à digestão enzimática por enzima de restrição para a detecção do alelo mutante. A variante estudada, localizada no exon 7, consiste na troca do nucleotídeo guanina (G) por timina (T) na posição 894 do cDNA da eNOS. Tal mutação resulta na alteração do aminoácido glutamato (Glu) por aspartato (Asp) no codon 298 da enzima, recebendo, portanto, a denominação “Glu298Asp”. Os genótipos GG, GT e TT foram identificados por reação em cadeia da polimerase (PCR), seguidos por RFLP (Miyamoto et al., 1998). Resumidamente, os primers para PCR foram construídos para a amplificação de um fragmento de 248-pb, contendo a posição 894 do gene (sense and antisense primers; 5’-AAGGCAGGAGACAGTGGATGGA-3’ e 5’-CCCAGTCAATCCCTTTGGTGCTCA-3’, respectivamente). A mutação missense, resultante da presença do nucleotídeo T na posição 894, é reconhecida pela enzima de restrição MboI, gerando, portanto, dois fragmentos de 158-pb e 90-pb de comprimento. O produto da digestão foi posteriormente analisado em gel de agarose a 2%. Uma nova genotipagem randomizada com 150 amostras foi realizada posteriormente por outro técnico e nenhuma misgenotipagem foi detectada.

A extração do RNA total foi feita a partir leucócitos de sangue periférico

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isolados com o reagente TRIzol (Invitrogen®, USA), conforme descrito a seguir. O procedimento se inicia com a separação da fração mononuclear. O sangue total é homogeneizado e misturado a um volume de solução fisiológica na concentração 1:1. Em um tubo Falcon de 15 ml serão adicionados 3 ml de Ficoll. A solução soro/sangue será adicionada suavemente sobre o Ficoll, com o cuidado para não misturar. O sistema será submetido à centrifugação em temperatura ambiente a 3000 rpm por 30 minutos. Após a centrifugação, o sistema bifásico possuirá quatro fases: hemácias, Ficoll, fração mononuclear e plasma. A camada de Ficoll e a fração mononuclear serão colhidas juntas e submetidas à lavagem com soro duas vezes. O pellet, contendo a fração mononuclear, será [re]suspendido em 1ml de TRIzol®. Para extração do RNA, as células serão lisadas no TRIzol® por meio de pipetagem repetitiva. A amostra será incubada por 5 minutos à temperatura ambiente e, em seguida, será adicionado 0,2 ml de clorofórmio. Os tubos serão agitados vigorosamente por 15 segundos e incubados por 2 a 3 minutos em temperatura ambiente. Após a incubação, as amostras serão submetidas à centrifugação a no máximo 12 mil rpm a 4C por 15 minutos. Após a centrifugação, a mistura separa-se em uma camada vermelha, a fase fenol clorofórmio, uma interfase e uma fase superior aquosa incolor. O RNA permanece exclusivamente na fase aquosa. Essa fase será transferida para um tubo limpo e o RNA será precipitado misturando-se 0,5 ml de isopropanol. As amostras serão incubadas à temperatura ambiente por 10 minutos e submetidas à centrifugação a no máximo 11.500 rpm, a 4C, por 10 minutos. O sobrenadante será descartado e o pellet será lavado uma vez com 1 ml de etanol 75% gelado. A amostra será misturada em vórtex e centrifugada a no máximo 9000 rpm, a 4C, por 5 minutos. Ao final do procedimento, o RNA será seco, invertendo-se o tubo sobre papel filtro por 30 minutos, e será dissolvido em água ultrapura, livre de RNAse.

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Fluxo Sanguíneo Muscular

O fluxo sanguíneo muscular (ml de sangue/min/100 ml de tecido) foi avaliado pela técnica de pletismografia de oclusão venosa no antebraço. O antebraço avaliado era sempre o correspondente ao braço não dominante. Um manguito neonatal era posicionado na região do pulso e outro manguito na região do braço, aproximadamente 4 cm acima da fossa cubital. Durante o exame, o fluxo sanguíneo era totalmente obstruído para a região da mão, mediante insuflação suprassistólica do manguito posicionado na região do pulso. O manguito posicionado na região do braço era inflado e desinflado a uma pressão de 50 mmHg em ciclos de 8 segundos. Quando inflado, o retorno venoso era impedido e o aumento no perímetro do antebraço detectado por um tubo silástico preenchido com mercúrio. O aumento na tensão no tubo silástico refletia o aumento do volume do antebraço e, consequentemente, a vasodilatação. A condutância vascular no antebraço foi calculada como fluxo sanguíneo no antebraço/pressão arterial média x 100, e o resultado expresso em “unidades” (NEGRÃO et al., 2001; TROMBETTA et al., 2003).

Pressão Arterial e Frequência Cardíaca

A pressão arterial foi monitorada de forma não invasiva e intermitente, utilizando-se um manguito automático e oscilométrico (Dixtal, DX 2710; Brazil, Manaus), posicionado na perna. A frequência cardíaca foi monitorada continuamente por meio de registro eletrocardiográfico.

Durante o estudo invasivo, a pressão arterial foi monitorada de forma direta por meio de um transdutor de pressão com sensor hemodinâmico (Edwards Lifesciences LLC; Irvine, CA 92614-5686 USA), conectado a um cateter específico para punção arterial (Arrow RA-04220). O sinal da onda de pulso foi registrado por um computador (GATEWAY 2000 4 DX2-50V), por meio do programa AT/CODAS, numa frequência de 500Hz. A frequência cardíaca foi obtida continuamente por meio do registro da onda de pulso da pressão intra-arterial (NEGRÃO et al., 2001; TROMBETTA et al., 2003).

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Exercício de Handgrip O exercício de handgrip foi realizado por preensão da mão, utilizando-se um dinamômetro. O exercício foi sempre realizado com o braço dominante. Após a obtenção da máxima contração voluntária (MCV; média de três tentativas) foi calculado um valor correspondente a 30% do máximo (TROMBETTA et al., 2003). Este valor foi posteriormente utilizado durante os três minutos do exercício isométrico.

Punção Arterial e Infusão de Drogas

Para a infusão das drogas foi realizada a punção da artéria braquial sempre no membro superior não dominante. A punção foi realizada após ampla assepsia com Riodeine (Polivinil Pirroliona Iodo/PVP- 10% de iodo ativo/Rioquímica) e proteção da área manipulada com instrumentação esterilizada. Previamente à introdução do cateter, a região a ser puncionada era anestesiada utilizando-se lidocaína 2%. O cateter específico para punção arterial (Arrow RA-04220) era, então, introduzido e conectado a um cateter de dupla via e, subsequentemente, conectado a um equipo transdutor de pressão com sensor hemodinâmico (Edwards Lifesciences LLC; Irvine, CA 92614-5686 USA). Solução fisiológica e drogas foram administradas utilizando-se uma bomba de infusão contínua, conectada a uma das vias do cateter de dupla via.

Atividade Nervosa Simpática Muscular

A atividade nervosa simpática muscular (ANSM) foi avaliada diretamente utilizando-se a técnica de microneurografia. Esta consiste na implantação de um microeletrodo de tungstênio no nervo fibular (via pós-ganglionar) do indivíduo estudado. Após a impactação do nervo e captação do sinal nervoso, os disparos eram registrados por um polígrafo e o resultado apresentado por disparos ocorridos por minuto (NEGRÃO et al., 2001; TROMBETTA et al., 2003).

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Protocolos Experimentais

A padronização da preparação dos pacientes a partir do dia que antecede o exame foi determinada no sentido de minimizar a possibilidade de condições que pudessem vir a interferir na realização e nos resultados do estudo. Todos os pacientes avaliados no Protocolo I e os que retornaram para o Protocolo II foram avaliados no período da manhã e instruídos a proceder da seguinte forma:

» Dia que antecede o exame: não ingerir alimentos gordurosos durante a noite e não ingerir líquido em grande quantidade. Não realizar qualquer atividade física de média ou alta intensidade.

» Manhã do exame: não ingerir líquido em grande quantidade. Não ingerir produtos que contenham cafeína em sua composição. Não ingerir manteiga, margarina, requeijão ou qualquer outro produto que contenha alto teor de gordura em sua composição. Não realizar qualquer atividade física de média ou alta intensidade.

Protocolo I

Trinta e três indivíduos (15 GG, 9 GT e 9 TT; ver “Casuística” para detalhes da amostra populacional) foram avaliados. A preparação do paciente para a realização do protocolo experimental aconteceu da seguinte forma: foram colocados os eletrodos para a obtenção do sinal eletrocardiográfico e o indivíduo foi acomodado em uma maca na posição supina. O membro superior não dominante foi posicionado em extensão lateral e os acessórios do conjunto de pletismografia foram posicionados para a obtenção das curvas de fluxo sanguíneo no antebraço. Na sequência, um manguito foi posicionado e ajustado à perna para o registro do comportamento da pressão arterial. Decorridos quinze minutos da instrumentação, deu-se início ao protocolo experimental.

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O protocolo I está esquematizado na Figura 2. As variáveis fluxo sanguíneo no antebraço, pressão arterial e frequência cardíaca foram registradas no período basal (3 min.) e durante o exercício de handgrip, a 30% da máxima contração voluntária (3 min.).

Protocolo II

Quinze indivíduos (8 GG e 7 TT; ver “Casuística” para detalhes da amostra populacional) foram reavaliados. A preparação para a realização do protocolo experimental aconteceu da seguinte forma: foram colocados os eletrodos para a obtenção do sinal eletrocardiográfico e o indivíduo foi acomodado em uma maca na posição supina. O membro superior não dominante foi posicionado em extensão lateral e, após assepsia e anestesia subcutânea do local, foi realizada a punção da artéria braquial. Posteriormente à punção e conexão do cateter e do equipo transdutor de pressão, os acessórios do conjunto de pletismografia foram posicionados para a obtenção das curvas de fluxo sanguíneo no antebraço. Na sequência, a perna foi posicionada para a microneurografia. Caso a tentativa de aquisição de um sinal nervoso passível de análise excedesse 60 minutos, o exame era iniciado sem o registro do nervo. Decorridos 20minutos da instrumentação, deu-se início à sequência experimental. O Protocolo II, com suas respectivas sequências de administração das drogas, está esquematizado na Figura 2. (página seguinte).

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Figura 2 – Protocolos experimentais. Fluxo sanguíneo no antebraço (FSA); Pressão arterial (PA); Frequência cardíaca (FC); Atividade nervosa simpática muscular (ANSM).

No Experimento I, a infusão de solução fisiológica (NaCl a 0,9%; Baxter Hospitalar LTDA; São Paulo/Brasil) a 0,5 ml/min foi realizada como condição controle (DIETZ et al., 1997; NEGRÃO et al., 2000). Antes do início do registro das variáveis, foi realizada uma pré-infusão (5 min.). Na sequência, o registro foi feito no período basal (3 min.) e durante o exercício de handgrip, a 30% da máxima contração voluntária (3 min.), totalizando 11 minutos de infusão.

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No Experimento II, o inibidor não seletivo NG- monometil-L-arginina (L-NMMA) (Clinalfa AG, Laufelfingen, Switzerland) foi administrado para o bloqueio local das óxido nítrico sintases (4 mg/min.; 0,5 ml/min.) (DIETZ et al., 1994; DYKE et al., 1995; DIETZ at al., 1997; JOYNER e DIETZ, 1997; JOYNER e DIETZ, 2003). Se a diferença na resposta vasodilatadora reflexa entre os genótipos fosse consequência de alterações na biodisponibilidade do NO, a administração intra-arterial do L-NMMA iria abolir a diferença entre os genótipos GG e TT. Antes do início do registro das variáveis foi realizada uma pré-infusão (5 min.) para saturação do antebraço. Na sequência, o registro foi feito no período basal (3 min.) e durante o exercício de handgrip, a 30% da máxima contração voluntária (3 min.), totalizando 11 minutos de infusão.

No Experimento III, em associação com o L-NMMA (4 mg/min.; 0,5 ml/min.), o bloqueador seletivo fentolamina (Regitine®, Ciba Pharmaceutical Co., Summit, NJ, USA) foi administrado para o bloqueio local dos receptores adrenérgicos pós-sinápticos (100 .g/min.; 0,5 ml/min.) (DIETZ et al., 1997; JOYNER e DIETZ, 1997; JOYNER e DIETZ, 2003). Se a prejudicada resposta vasodilatadora reflexa observada no genótipo TT fosse consequência de uma atividade nervosa simpática aumentada, o duplo bloqueio iria abolir a diferença entre os genótipos. Antes do início do registro das variáveis, foi realizada uma pré-infusão (5 min.) para saturação do antebraço.

Na sequência, o registro foi feito no período basal (3 min.) e durante o exercício de handgrip, a 30% da máxima contração voluntária (3 min.), totalizando 11 minutos de infusão. As drogas foram manipuladas em meio esterilizado e a diluição realizada utilizando-se solução fisiológica (NaCl a 0,9%; Baxter Hospitalar LTDA; São Paulo/Brasil).

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Ensaios por Microarray

Os experimentos de “microarray” foram realizados utilizando a plataforma Affymetrix (Genechip Human Gene 1.0 Array Kit) para a análise de expressão de 28.869 genes, de acordo com instruções do fabricante. Este sistema baseia-se na preparação de moléculas de cRNA, marcadas com biotina, por meio do método de amplificação linear. A partir do RNA é realizada uma transcrição reversa para a obtenção de moléculas de cDNA. O cDNA sintetizado serve de molde para a reação de transcrição in vitro para a produção de cRNA, ocorrendo uma amplificação linear de aproximadamente mil a 5 mil vezes a quantidade de RNA mensageiro inicial. Em cada amostra inicial são adicionados RNAs mensageiros bacterianos que servem como controles da síntese de cDNA e da transcrição in vitro. Além disso, esses RNAs controles são utilizados no monitoramento quantitativo e na estimativa da sensibilidade da hibridização, uma vez que encontram-se representados nas lâminas utilizadas. Após a hibridização, as lâminas são lavadas para a retirada das moléculas não hibridizadas. Em seguida, é realizada a marcação com o conjugado Cy5 – streptavidina. Após lavagem, as lâminas são analisadas no Gene Pix Array Scanner. A obtenção dos dados refere-se à análise da imagem de cada lâmina para a extração dos valores de intensidade fluorescente em cada spot, os quais são medidas indiretas da abundância de transcritos de RNA dos genes representados pelas sondas. Para a normatização dos valores de expressão gênica foi utilizada regressão não-paramétrica denominada LOWESS. Esta estabiliza a relação entre o logaritmo da razão de intensidades e a média do logaritmo das intensidades em cada array. Na sequência, a significância entre genes diferentemente expressos entre os dois momentos que compreendem a estudo, pré e pós-treinamento físico, foi analisada utilizando-se a técnica de análise de variância (Anova) para dados de microarray.

Avaliação da Capacidade Funcional Cardiorrespiratória

A avaliação da capacidade cardiorrespiratória foi realizada no início

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e após 18 semanas de treinamento físico de predominância aeróbia. Todos os voluntários foram submetidos a teste ergoespirométrico, com um protocolo de rampa, em esteira ergométrica (Quinton Instruments Company, Seattle, Washington). O teste ergoespirométrico foi precedido de um eletrocardiograma de repouso, com o registro de 12 derivações simultâneas, realizado em ambiente com ar condicionado e temperatura controlada (21°C), pelo menos duas horas após uma refeição leve. A avaliação foi realizada em um sistema computadorizado (Sensor Medics, modelo Vmax 229, Buena Vista, CA, USA), para medida direta do consumo de oxigênio (VO2) pico, antes de iniciar o protocolo de treinamento e ao final desse período. Após posicionamento na esteira, os examinados são acoplados a uma válvula com transdutor de volume, ao mesmo tempo em que é realizada preensão nasal por meio de prendedor apropriado, para que os gases expirados sejam coletados continuamente por intermédio da referida válvula. A ventilação (VE), fração expirada de oxigênio (O2) e dióxido de carbono (CO2), é medida a cada ciclo respiratório por meio de sensores. A partir das análises da VE e das concentrações dos gases expirados são calculados o VO2 e a produção de dióxido de carbono. A determinação do VO2 pico foi feita considerando-se o VO2 obtido no pico do exercício, quando o paciente estava em exaustão e não conseguia mais manter o ritmo da corrida imposto pela esteira.

Determinação do Limiar Anaeróbio e Ponto de Compensação Respiratória

Além da determinação da capacidade funcional máxima, são determinados o limiar anaeróbio (LA) e o ponto de compensação respiratória (PCR) utilizados para a prescrição individualizada da intensidade de treinamento físico. O LA é considerado no minuto em que o paciente apresentar os valores de equivalente ventilatório de oxigênio (VE/VO2) e pressão parcial de oxigênio no final da expiração (PetO2) mais baixos, antes de esses valores iniciarem um aumento progressivo, além do incremento não linear do valor de razão de troca respiratória (RER). O PCR é considerado no minuto em que o paciente apresentar os valores de equivalente ventilatório

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de gás carbônico (VE/VCO2) mais baixos, antes de iniciarem um aumento progressivo, além dos valores de pressão parcial de gás carbônico no final da expiração (PetCO2) mais altos, antes de começarem a diminuir. Todos foram encorajados a realizar o exercício progressivo máximo, até que sintomas como dispneia, fadiga intensa ou dor muscular os tornaram inábeis para prosseguir com o teste. O esforço também foi interrompido na presença de arritmias complexas ou sinais de isquemia miocárdica. O período de recuperação foi de quatro minutos, numa velocidade de duas milhas por hora, com a esteira a zero grau de inclinação.

A pressão arterial e a frequência cardíaca foram monitoradas durante todo o teste ergoespirométrico. A pressão arterial foi aferida pelo método auscultatório, utilizando-se um esfigmomanômetro de coluna de mercúrio. As aferições foram realizadas no repouso, a cada dois minutos de exercício e no primeiro, segundo e quarto minutos da recuperação. A frequência cardíaca foi continuamente monitorada pelo sinal eletrocardiográfico e registrada ao final de cada minuto do exercício e recuperação.

Protocolo de Treinamento Físico

O treinamento físico foi realizado em pista de atletismo no Centro de Formação de Soldados “Coronel Eduardo Assumpção”, situado na Av. Dr. Felipe Pinel, 2859, Pirituba, São Paulo. O período de treinamento físico foi de 18 semanas (quatro meses e meio), com três sessões semanais de 60 a 90 minutos de duração. Cada sessão de treinamento consistirá em:

• Aquecimento: caminhada por cinco minutos;

• Alongamento: priorizando os membros inferiores, que são mantidos na posição de alongamento por 15 segundos, com duração total de 5 minutos;

• Exercícios de resistência muscular localizada: exercícios de caráter técnico/educativo para corrida, somados aos exercícios militares de rotina

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como flexão de tronco ou exercício abdominal, flexão de braços e barra fixa, com duração de 10 a 15 minutos;

• Corrida: 60 minutos de corrida, com frequência cardíaca correspondente à zona alvo de treinamento físico. O controle da intensidade de treinamento foi individual e realizado com a utilização de frequencímetro cardíaco;

• Alongamentos finais: priorizando os membros inferiores, mantidos na posição de alongamento por 20 segundos, com duração de 5 a 10 minutos.

O treinamento físico de corrida foi aplicado em grupo, porém, respeitando a faixa intermediária das frequências cardíacas correspondentes aos limiares ventilatórios individuais, determinados por teste cardiopulmonar. Na Fase I (1ª à 9ª semana), o treinamento físico foi de caráter progressivo em relação ao volume (tempo de corrida para cada sessão, em minutos). Cada sessão foi iniciada com 30 minutos de duração, progredindo até 60 minutos na 8ª semana (progressão de, aproximadamente, 10% a cada semana). Nesta fase, o treinamento físico de corrida foi conduzido numa intensidade correspondente ao Limiar Anaeróbio (LA) e monitorado por frequência cardíaca (monitor cardíaco marca Polar, modelo A1). Na Fase II (9ª a 10ª ou 20ª semana), o volume da corrida foi mantido em 60 minutos, mas com progressão da intensidade do treinamento físico. Nessa fase, a frequência cardíaca de treinamento corresponde ao ponto de compensação respiratório (PCR). Em uma ou duas sessões de treinamento físico realizadas por semana a frequência cardíaca pode ultrapassar o correspondente ao PCR.

Análise Estatística

Os dados estão expressos como média ± EPM. Para as características demográficas, parâmetros metabólicos e mensurações basais de fluxo sanguíneo no antebraço, pressão arterial média, condutância vascular no antebraço e atividade nervosa simpática muscular foi utilizado one-way

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Anova. Para as respostas ao exercício de handgrip, fluxo sanguíneo no antebraço, pressão arterial média, condutância vascular no antebraço e atividade nervosa simpática muscular, foi utilizado two-way Anova. Quando foi encontrada interação, utilizou-se o teste de Scheffé’s post-hoc. Valores de probabilidade menores que 0.05 foram considerados significantes.

Para os dados de microarray, após a sumarização e normalização dos dados por RMA (Robust Multchip Analysis), a diferença de expressão foi detectada em dChip (p valor menor ou igual a 0.05 e um fold change de 1.1 [10%]).

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RESULTADOS

Distribuição dos Alelos

As frequências alélica e genotípica dos 287 indivíduos genotipados para o polimorfismo G894T do gene da eNOS estão em equilíbrio de Hardy-Weinberg e são similares à distribuição verificada num estudo prévio realizado com a população brasileira (PEREIRAet al. 2005). A frequência encontrada para os alelos G e T foi de 71.3% e 28.7%, respectivamente. A frequência encontrada para os genótipos GG, GT e TT foi de 51.2%, 40.1% e 8.7%, respectivamente.

Medidas Basais

Na Tabela 1 estão representadas, por genótipo, as características demográficas e metabólicas dos 33 indivíduos avaliados no estudo. Idade, gênero, peso, altura e índice de massa corporal foram similares entre os indivíduos codificados como GG, GT e TT. Da mesma maneira, glicemia, colesterol total, LDL-colesterol, HDL-colesterol, VLDL-colesterol e triacilglicerol foram similares entre os genótipos.

As variáveis hemodinâmicas e neurovasculares basais estão apresentadas na Tabela 2. Entre os genótipos GG, GT e TT não houve diferença nos valores de frequência cardíaca, pressão arterial média, fluxo sanguíneo no antebraço e condutância vascular no antebraço.

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Tabela 1 – Variáveis demográficas e metabólicas em 33 indivíduos codificados como GG, GT e TT para o gene da eNOS.

GG GT TT p

n 15 9 9

Idade, anos 43 ± 3 41 ± 3 40 ± 4 0.76

Sexo, M/F 3/12 3/6 3/6 0.71

Peso, kg 60.2 ± 1.5 68.0 ± 2.4 61.6 ± 3.9 0.08

Altura, cm 162 ± 0.02 170 ± 0.03 161 ± 0.03 0.10

IMC, kg/m2 22.9 ± 0.3 23.7 ± 1.0 23.5 ± 0.9 0.63

Tabagismo, n 0 0 0 0.88

Glicose, mg/dL 92 ± 2 92 ± 4 84 ± 3 0.11

Colesterol Total, mg/dL 193 ± 10 177 ± 10 193 ± 7 0.48

LDL-colesterol, mg/dL 123 ± 8 121 ± 9 128 ± 6 0.86

HDL-colesterol, mg/dL 50 ± 3 41 ± 2 47 ± 3 0.13

VLDL-colesterol, mg/dL 20 ± 3 17 ±3 17 ± 3 0.67

Triacilglicerol, mg/dL 87 ± 7 87 ± 13 84 ± 13 0.97

Valores apresentados como média ± EPM. M, masculino; F, feminino; IMC, índice de massa corporal. One-way Anova.

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Tabela 2 - Valores basais e alterações absolutas da frequência cardíaca, pressão arterial média, fluxo sanguíneo no antebraço e condutância vascular no antebraço durante o exercício moderado de handgrip, a 30% da máxima contração voluntária, em 33 indivíduos codificados como GG, GT e TT para o gene da eNOS.

Variáveis hemodinâmicas

Exercício

Basal 1 min 2 min 3 min

FC, bpm

GG

GT

TT

69±2

69±4

63±3

3±1‡

4±1

4±1

6±1‡

7±2

8±2

10±1‡

11±1

12±1

PAM, mmHg

GG

GT

TT

91±3

94±2

95±3

3±1

1±1

3±1

8±2‡

8±2

9±2

15±2‡

12±2

14±2

Variáveis neurovasculares

Exercício


FSA,

mL.min-1.100 mL-1

GG

GT

TT

1.81±0.09

1.80±0.23

1.79±0.17

0.32±0.06

0.48±0.17

0.02±0.02

0.54±0.07

0.66±0.21

0.14±0.05†

0.87±0.08

0.89±0.24

0.31±0.12†

CVA, unidades

GG

GT

TT

2.03±0.12

1.90±0.24

1.89±0.17

0.29±0.09

0.46±0.16

-0.03±0.03

0.41±0.10

0.52±0.20

-0.02±0.08†

0.57±0.09

0.64±0.21

0.07±0.14†

FC= frequência cardíaca; PAM= pressão arterial média; FSA= fluxo sanguíneo no antebraço; CVA= condutância vascular no antebraço. Valores apresentados como média ± EPM. . diferente do basal; † diferente dos genótipos GG e GT; ‡ ambos os genótipos diferentes do basal. Two-way Anova seguido de Scheffé’s post-hoc. P<0.05

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Respostas Hemodinâmicas e Neurovasculares Durante o Exercício

O comportamento das variáveis hemodinâmicas e neurovasculares em resposta ao exercício estão apresentados na Tabela 2. Durante o exercício isométrico, a frequência cardíaca aumentou progressivamente e de forma significativa entre os genótipos GG, GT e TT, não havendo diferença entre eles. Este mesmo resultado foi observado na pressão arterial média. Durante o exercício isométrico, a pressão arterial média aumentou progressivamente e de forma semelhante entre os genótipos. As respostas reflexas de fluxo sanguíneo no antebraço e a condutância vascular no antebraço ao exercício dos indivíduos com genótipo GG, GT e TT estão representadas na Figura 3. Durante o exercício isométrico, o fluxo sanguíneo no antebraço contralateral aumentou progressivamente e de forma significativa nos genótipos GG e GT.

Figura 3 – Comportamento individual da resposta (variação absoluta) reflexa do fluxo sanguíneo no antebraço (FSA) e condutância vascular no antebraço (CVA) ao exercício de handgrip, a 30% da contração voluntária máxima (CVM) em indivíduos codificados com GG, GT e TT para o gene da

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eNOS. Observe que as respostas do FSA e da CVA são significativamente menores no genótipo TT quando comparado aos genótipos GG e GT. Two-way Anova seguido de Scheffé’s post-hoc. P<0.05 Em contraste, o fluxo sanguíneo no antebraço aumentou levemente nos indivíduos com genótipo TT. A comparação entre os genótipos mostrou que o aumento do fluxo sanguíneo no antebraço foi significativamente maior nos genótipos GG e GT, quando comparados ao genótipo TT. Valores similares aos de fluxo sanguíneo no antebraço foram encontrados quando a variável analisada foi a condutância vascular no antebraço. Durante o exercício isométrico, a condutância vascular no antebraço contralateral aumentou progressivamente e de forma significativa entre os genótipos GG e GT, sendo que esse aumento ocorreu de forma atenuada no genótipo TT. A comparação entre os genótipos mostrou que o aumento da condutância vascular no antebraço foi significativamente maior nos genótipos GG e GT, quando comparados ao genótipo TT.

Medidas Basais com Infusão de Drogas Vasoativas

Os valores basais de frequência cardíaca e pressão arterial média durante as três sequências de infusão estão apresentados na Tabela 3, e os valores basais de fluxo sanguíneo no antebraço, condutância vascular no antebraço e atividade nervosa simpática muscular na Tabela 4. A infusão de L-NMMA e L-NMMA + fentolamina não alterou a frequência cardíaca, a pressão arterial média e a atividade nervosa simpática muscular nos dois genótipos estudados. Os valores basais de fluxo sanguíneo no antebraço não foram diferentes entre os genótipos GG e TT. A infusão de L-NMMA reduziu o fluxo sanguíneo no antebraço, em média, 22% nos indivíduos com genótipo GG e 23% nos indivíduos com genótipo TT (Tabela 4; Figura 4). A infusão do L-NMMA associada à fentolamina, aumentou o fluxo sanguíneo no antebraço, em média, 51% nos indivíduos com genótipo GG e 38% nos indivíduos com genótipo TT, quando comparada à infusão de salina. Quando comparada à infusão de L-NMMA, a infusão de L-NMMA, associado à fentolamina, aumentou o fluxo sanguíneo no antebraço, em

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média, 92% (p<0.05) nos indivíduos com genótipo GG e 80% (p<0.05) nos indivíduos com genótipo TT (Figura 4).

Os valores basais de condutância vascular no antebraço não foram diferentes entre os genótipos GG e TT nas três sequências. A infusão de L-NMMA reduziu a condutância vascular no antebraço, em média, 23% nos indivíduos com genótipo GG e 24% nos indivíduos com genótipo TT. A infusão do L-NMMA associado à fentolamina aumentou a condutância vascular no antebraço, em média, 44% nos indivíduos com genótipo GG e 36% nos indivíduos com genótipo TT.

Quando comparada à infusão de L-NMMA, a infusão de L-NMMA associada à fentolamina aumentou a condutância vascular no antebraço, em média, 87% nos indivíduos com genótipo GG (p<0.05) e 79% nos indivíduos com genótipo TT (Figura 4).

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Frequência cardíaca, bpm

Exercício


SalinaGG

TT

70 ± 4

73 ± 3

3±1‡

6±1

6±2‡

10±2

4±1‡

7±3

L-NMMAGG

TT

68 ± 4

73 ± 2

5±1‡

8±2

9±2‡

8±2

7±2‡

5±2

L-NMMA + fentolamina

GG

TT

69 ± 5

73 ± 2

9±2‡

9±1

13±4‡

9±3

11±3‡

6±3

Pressão arterial media, mmHg

Exercício


SalinaGG

TT

86 ± 4

85 ± 6

6±1‡

8±3

10±2‡

12±2

11±2‡

9±3

L-NMMAGG

TT

87 ± 3

87 ± 7

7±1‡

11±3

14±2‡

14±3

10±2‡

8±4


GG

TT

89 ± 3

90 ± 7

8±2‡

12±3

14±2‡

13±3

10±2‡

6±4

Tabela 3 - Valores basais e alterações absolutas da frequência cardíaca

e da pressão arterial média durante o exercício moderado de handgrip,

a 30% da máxima contração voluntária, com infusão de salina, L-NMMA

e L-NMMA associada à fentolamina, em indivíduos codificados com GG

(n=8) e TT (n=7) para o gene da eNOS.

Valores apresentados como média ± EPM. ‡ ambos os genótipos diferentes do basal. Two-way Anova seguido de Scheffé’s post-hoc. P<0.05

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Respostas Hemodinâmicas e Neurovasculares Durante o Exercício com Infusão de Drogas Vasoativas

Os valores das variáveis frequência cardíaca e pressão arterial média em resposta ao exercício são apresentados na Tabela 3, e os valores das variáveis fluxo sanguíneo no antebraço, condutância vascular no antebraço e atividade nervosa simpática muscular em resposta ao exercício são apresentados na Tabela 4. A infusão de salina, L-NMMA e L-NMMA + fentolamina não alterou o comportamento da frequência cardíaca, pressão arterial média e atividade nervosa simpática muscular nos genótipos GG e TT. Durante o exercício isométrico, a frequência cardíaca aumentou de forma significativa nos genótipos GG e TT, não havendo diferença entre eles (Figura 5). Esse mesmo resultado foi observado na pressão arterial média. Durante o exercício isométrico, a pressão arterial média aumentou de forma significativa em ambos os genótipos, sendo o comportamento semelhante entre eles (Figura 5). A atividade nervosa simpática muscular aumentou de forma significativa durante o exercício isométrico nos genótipos GG e TT, não havendo diferença entre eles (Figura 6).

Figura 4 – Valores basais de fluxo sanguíneo no antebraço (FSA) e condutância vascular no antebraço (CVA) durante a infusão de salina, L-NMMA e L-NMMA + fentolamina em indivíduos codificados com GG (n=8) e TT (n=7) para o gene da eNOS. * vs. L-NMMA. One-way Anova. P<0.05.

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Durante a infusão de salina, o fluxo sanguíneo no antebraço contralateral aumentou progressivamente e de forma significativa no genótipo GG em resposta ao exercício isométrico. Em contraste, o fluxo sanguíneo no antebraço aumentou levemente nos indivíduos com genótipo TT (Figura 7). A comparação entre os genótipos mostrou que o aumento do fluxo sanguíneo no antebraço foi significativamente maior no genótipo GG quando comparado ao genótipo TT. Esses dados reproduzem os resultados previamente encontrados no Protocolo I. Durante a infusão do L-NMMA, o fluxo sanguíneo no antebraço contralateral não se alterou no genótipo TT, em resposta ao exercício isométrico. No entanto, o fluxo sanguíneo no antebraço contralateral foi significativamente reduzido no genótipo GG (em média 68% - valor de pico) para valores similares aos de fluxo sanguíneo no antebraço do genótipo TT. Durante a infusão do L-NMMA associado à fentolamina, o fluxo sanguíneo no antebraço contralateral aumentou simultaneamente em ambos os genótipos estudados (Figura 7).

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Fluxo sangüíneo no antebraço, ml.min-1.100 ml-1

Exercício


SalinaGGTT

1.48 ± 0.071.77 ± 0.14

0.65±0.11�

0.13±0.13†

0.84±0.11�

0.26±0.16†

0.81±0.11�

0.16±0.18†

L-NMMAGGTT

1.16 ± 0.041.36 ± 0.13

0.18±0.080.12±0.08

0.23±0.090.16±0.11

0.26±0.080.08±0.12


GGTT

2.23 ± 0.42*2.44 ± 0.33*

0.55±0.20‡

0.35±0.201.03±0.24‡

0.78±0.281.42±0.30‡

0.80±0.13

Condutância vascular no antebraço, unidades

Exercício


SalinaGGTT

1.73 ± 0.102.15 ± 0.29

0.59±0.11�

-0.07±0.23†

0.71±0.11�

-0.05±0.26†

0.79±0.14�

-0.05±0.20†

L-NMMAGGTT

1.34 ± 0.061.63 ± 0.23

0.08±0.09-0.07±0.16

0.04±0.09-0.11±0.21

0.14±0.09-0.09±0.18


GGTT

2.50 ± 0.42*2.92 ± 0.64

0.40±0.21‡

-0.07±0.230.67±0.19‡

0.26±0.501.16±0.26‡

0.56±0.24

Atividade nervosa simpática muscular, disparos/min.

Exercício


SalinaGG (n=4)TT (n=7)

13 ± 418 ± 5

2±13±1

5±1‡

6±28±2‡

11±2

L-NMMAGGTT

16 ± 418 ± 4

3±24±2

6±2‡

7±39±6‡

12±3


GGTT

16 ± 419 ± 5

6±35±2

6±2‡

9±514±5‡

10±2

Tabela 4 - Valores basais e alterações absolutas do fluxo sanguíneo no antebraço, condutância vascular no antebraço e atividade nervosa simpática muscular durante o exercício moderado de handgrip, a 30% da máxima contração voluntária, com infusão de salina, L-NMMA e L-NMMA associado à fentolamina em indivíduos codificados com GG (n=8) e TT (n=7) para o gene da eNOS.

Valores apresentados como média ± EPM. * vs. infusão de L-NMMA; diferente do basal; † diferente do genótipo GG; ‡ ambos os genótipos diferentes do basal. Two-way Anova seguido de Scheffé’s post-hoc. P<0.05.

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Figura 5 – Comportamento (variação absoluta) da frequência cardíaca (FC) e da pressão arterial média (PAM) em resposta ao exercício de handgrip, a 30% da contração voluntária máxima (CVM), com infusão de salina, L-NMMA e L-NMMA associado à fentolamina em indivíduos codificados com GG (n=8) e TT (n=7) para o gene da eNOS.

Valores similares aos de fluxo sanguíneo no antebraço foram encontrados quando a variável analisada foi a condutância vascular no antebraço. Durante a infusão de salina, a condutância vascular no antebraço contralateral aumentou progressivamente e de forma significativa no genótipo GG em resposta ao exercício isométrico. Em contraste, a condutância vascular no antebraço aumentou levemente nos indivíduos com genótipo TT (Figura 7). A comparação entre os genótipos mostrou que o aumento da condutância vascular no antebraço foi significativamente maior no genótipo GG quando comparado ao genótipo TT. Durante a infusão do L-NMMA, a condutância vascular no antebraço contralateral não se alterou no genótipo TT, em resposta ao exercício isométrico. No entanto, a condutância vascular no antebraço contralateral foi significativamente reduzida no genótipo GG (em média 82% - valor de pico), para valores similares aos valores de condutância vascular no antebraço do genótipo TT. Durante a infusão do L-NMMA associado à fentolamina, a CVA contralateral aumentou simultaneamente em ambos os genótipos estudados, não havendo

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diferença entre eles (Figura 7). As respostas de atividade nervosa simpática muscular foram semelhantes entre os dois genótipos estudados, tanto com a infusão de L-NMMA quanto com a infusão do L-NMMA associado à fentolamina (Figura 6).

Figura 6 – Comportamento (variação absoluta) da atividade nervosa simpática muscular (ANSM) em resposta ao exercício de handgrip, a 30% da contração voluntária máxima (CVM) com infusão de salina, L-NMMA e L-NMMA associado à fentolamina, em indivíduos codificados com GG e TT para o gene da eNOS. ‡ ambos os genótipos diferentes do basal. Two-way Anova seguido de Scheffé’s post-hoc. P<0.05.

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Transcriptoma Responsivo ao Treinamento Físico

O transcriptoma responsivo ao treinamento físico está representado na Figura 8. Dentre os 28.869 transcritos analisados e representativos do genoma completo, 2445 mostraram-se diferentemente expressos (p<0.05), em resposta ao treinamento físico (dados não mostrados). Destes, 121 apresentaram alteração de 10% ou mais (fold change 1.1), dos quais 62 sofreram downregulation e 59 upregulation. Quando esse painel de 121 transcritos é visualizado por cluster hierárquico para transcritos e indivíduos (Figura 8), observe que: 1) os transcritos que sofreram downregulation (vermelho para verde) ficaram dispostos na parte inferior no heatmap, enquanto aqueles que sofreram upregulation (verde para vermelho) ficaram dispostos na parte superior do heatmap; 2) os indivíduos no pré-

Figura 7 – Comportamento (variação absoluta) do fluxo sanguíneo no antebraço (FSA) e condutância vascular no antebraço (CVA) em resposta ao exercício de handgrip, a 30% da contração voluntária máxima (CVM) com infusão de salina, L-NMMA e L-NMMA associado à fentolamina, em indivíduos codificados com GG (n=8) e TT (n=7) para o gene da eNOS. diferente do basal; † diferente do genótipo GG; ‡ ambos os genótipos diferentes do basal. Two-way Anova seguido de Scheffé’s post-hoc. P<0.05.

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treinamento ficaram dispostos do lado direito do heatmap, enquanto no pós-treinamento os mesmos ficaram dispostos do lado esquerdo no heatmap. Interessantemente, os indivíduos “a” e “b” não mostraram alterações expressivas de expressão gênica no pós-treinamento, fato este passível de observação por suas permanências dentro do cluster representativo do pré-treinamento.

OBS. Como consequência do alto volume de anotações gerado para cada um dos genes identificados, a partir do software de análise, estes dados são comumente apresentados em material suplementar. A disponibilização destes dados neste projeto, com páginas limitadas, ultrapassaria o limite permitido. As informações sobre as anotações na íntegra podem ser solicitadas.

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Figura 8 – Heatmap representativo de transcritos diferentemente expressos (p=0.05; fold change 1.1). As letras de “a” a “m” representam os 13 indivíduos no pré “1” e no pós-treinamento “2”. Dos 121 transcritos representados (números [ID] dispostos do lado direito do painel), 62 sofreram downregulation (vermelho para verde) e 59 upregulation (verde para vermelho).

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DISCUSSÃO

O primeiro e relevante resultado do presente estudo é que o polimorfismo G894T do gene da eNOS está funcionalmente associado a uma diminuída vasodilatação muscular reflexa durante o exercício isométrico de handgrip. No entanto, esta diminuída resposta vasodilatadora reflexa só foi observada na presença dos dois alelos mutantes (TT), uma vez que a resposta vasodilatadora reflexa no genótipo GT mostrou-se semelhante à observada no genótipo GG. No genótipo heterozigoto (GT), a presença do alelo G894 parece ser suficiente para compensar a possível deficiência do alelo T894, sugerindo um aumento da transcrição do gene e/ou um aumento da atividade enzimática da eNOS. Além disso, os presentes resultados fornecem suficientes evidências de que a prejudicada vasodilatação muscular reflexa induzida pelo exercício não pode ser atribuída a diferenças no tráfego simpático vasoconstritor, uma vez que a atividade nervosa simpática muscular foi semelhante entre os genótipos.

Finalmente, os resultados sugerem que a diminuída vasodilatação muscular reflexa observada no genótipo TT é mediada por uma redução na biodisponibilidade de NO, podendo afetar a variabilidade fenotípica do sistema músculo esquelético em atletas.

Estudos prévios têm demonstrado o envolvimento do NO na modulação de inúmeros fenótipos cardiovasculares e o alelo T894 do gene da eNOS tem sido associado ao desenvolvimento de hipertensão arterial (MIYAMOTO et al., 1998; LACOLLEY et al., 1998), infarto agudo do miocárdio (HIBIi et al., 1998), espasmo coronário induzido por acetilcolina (YOSHIMURA et al., 1998), disfunção vasomotora coronariana (NABER et al., 2001), reduzida geração de vasos colaterais na oclusão coronariana crônica (LAMBLIN et al., 2005) e reestenose pós-stent coronário (SUZUKI et al., 2002). Os resultados do presente estudo estendem o conhecimento para o fato de que o alelo T894 em homozigose altera a função endotelial durante manobras fisiológicas em indivíduos saudáveis. Essa observação sugere

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que portadores do genótipo TT podem apresentar maior susceptibilidade a patologias cardiovasculares, uma vez que uma resposta vasodilatadora reflexa diminuída ao exercício pode caracterizar uma disfunção endotelial. Em adição, a menor biodisponibilidade do NO pode aumentar a susceptibilidade a lesão no esporte e dificultar a recuperação pós-lesão, uma vez que o NO está comprovadamente envolvido na regulação da geração de força muscular e na recuperação de lesões do músculo esquelético. Foi verificado aumento de 30% na produção basal de NO após lesão causada por consecutivas contrações excêntricas (RADAK et al., 1999), porém, esta biodisponibilidade aumentada pode estar reduzida em portadores do genótipo TT, resultando em alterações no tempo de recuperação e também no reparo da região lesada.

Em condições basais e durante manobras fisiológicas, incluindo o exercício físico, a reatividade vascular obedece ao comando antagônico das forças vasodilatadoras e vasoconstritoras. Embora este fenótipo obedeça ao controle de múltiplas vias de sinalização, parte da resposta vascular é mediada pela produção endotelial do NO e parte mediada pelo tono simpático vasoconstritor (JOYNER e DIETZ, 1997; SANTOS et al., 2005). Na condição de repouso, o NO participa da modulação do tônus vascular basal e o fluxo sanguíneo parece não ser afetado pela variante G894T do gene da eNOS. A infusão intra-arterial de L-NMMA reduziu o fluxo sanguíneo no antebraço, em média, 22%, e essa redução foi semelhante entre os genótipos GG e TT. A infusão do L-NMMA associado à fentolamina, quando comparada à infusão do L-NMMA isoladamente, aumentou o fluxo sanguíneo no antebraço, em média, 86%, e também de forma semelhante entre os genótipos.

Esses resultados evidenciam que a restrição vasodilatadora mediada pelo tono vasoconstritor simpático é significativamente maior do que a vasodilatação NO-dependente na regulação do tônus vascular basal. Estudos prévios demonstraram que, durante manobras fisiológicas, a vasodilatação muscular é mediada, pelo menos em parte, pelo aumento

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da produção do NO (DYETZ et al., 1997). Neste estudo, a resposta vasodilatadora reflexa diminuída ao exercício, observada no genótipo TT, não foi alterada com a infusão do L-NMMA. Em contraste, a infusão do L-NMMA aboliu a resposta vasodilatadora reflexa no genótipo GG para valores similares aos observados no genótipo TT, o que sugere que a resposta vasodilatadora muscular diminuída no genótipo TT é decorrente de uma menor biodisponibilidade de NO.

Parece improvável que a vasodilatação muscular reflexa alterada no genótipo TT seja explicada por uma hiperatividade nervosa simpática. A mensuração da descarga eferente simpática, avaliada de forma direta pela técnica de microneurografia, mostrou que os níveis de atividade nervosa simpática muscular não são diferentes entre os genótipos. A noradrenalina liberada na fenda sináptica atua sobre os receptores alfa-adrenérgicos, mediadores da contração do músculo liso vascular. Dietz et al. (1997) e Eklund & Kaijser (1976) demonstraram que a administração intra-arterial de antagonistas adrenérgicos elimina virtualmente a vasoconstrição em leito muscular.

Portanto, poderia ser questionado o fato de que, embora a atividade nervosa simpática muscular tenha mostrado ser semelhante entre os genótipos, uma alteração na expressão do gene do receptor alfa-adrenérgico e/ou alterações pós-transcricionais do mesmo poderiam estar envolvidas na modulação das diferentes respostas entre os genótipos. Para excluir esta possibilidade, foi adotada a estratégia de duplo bloqueio, ou seja, a infusão do L-NMMA associado à fentolamina. Este procedimento provocou aumento semelhante na resposta vasodilatadora reflexa em ambos os genótipos. Assim, esses resultados reforçam a ideia de que a reduzida vasodilatação reflexa observada no genótipo TT é consequência de uma redução na biodisponibilidade do NO, mas não de uma atividade nervosa simpática aumentada.

A regulação da reatividade vascular obedece ao comando de múltiplas moléculas e estas, por sua vez, estão na dependência do controle de seus

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respectivos genes. A estimulação dos receptores ß2-adrenérgicos do vaso induz o relaxamento do músculo liso vascular. Majmudar et al. (1999) demonstraram em humanos que parte desta vasodilatação é mediada pelo NO, uma vez que a administração do L-NMMA reduziu, em 25% a vasodilatação induzida por ritodrine.

Em adição, variantes genéticas na via ß-adrenérgica poderiam explicar parte da variabilidade encontrada no fenótipo de vasodilatação. Trombetta et al. (2003) verificaram que mulheres obesas e portadoras dos dois alelos Gly16/Glu27 para o receptor ß2-adrenérgico apresentavam vasodilatação muscular reflexa aumentada em resposta ao exercício. Esses resultados poderiam explicar, pelo menos em parte, a variabilidade na vasodilatação muscular reflexa quando os indivíduos são comparados dentro de cada genótipo (Figura 3). Essa variabilidade interindividual é passível de observação em fenótipos controlados por múltiplos genes, um fenômeno caracterizado como interação gene-gene.

O segundo relevante resultado do presente estudo é que leucócitos, como sensores biológicos do ambiente sistêmico, apresentam um transcriptoma responsivo a ciclos de contração e relaxamento do músculo esquelético, com uma “assinatura molecular” composta de 121 genes diferentemente expressos (p<0.05; fold change 1.1). A análise por cluster hierárquico permitiu verificar a existência de uma semelhança na expressão de um grupo de transcritos, entre indivíduos caracterizados como sedentários. Subsequentemente, verificou-se, para este mesmo grupo de transcritos, alterações semelhantes entre os indivíduos em resposta ao estímulo do treinamento físico. Interessantemente, embora tenha sido caracterizado um padrão na alteração de expressão desses transcritos numa amostra bastante homogênea (recrutas da Polícia Militar sob um mesmo regime de treinamento e estilo de vida), é evidente a variabilidade na resposta deste transcriptoma entre indivíduos. Este fato é caracterizado a partir da observação do comportamento do padrão transcricional dos indivíduos “a” e “b” que, diferentemente, não mostraram alterações expressivas de

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expressão gênica no pós-treinamento, fato este passível de observação por suas permanências dentro do cluster representativo do pré-treinamento. Essas diferenças de responsividade do transcriptoma a ciclos de contração e relaxamento do músculo esquelético são explicadas, pelo menos em parte, por variantes genéticas nestes 121 novos marcadores identificados. Estes novos marcadores identificados caracterizam-se, por sua vez, como potenciais preditores da susceptibilidade a lesões e da responsividade à terapêutica adotada.

Potenciais Limitações

Embora os resultados alcançados permitam apontar a biodisponibilidade reduzida do NO como a causa da redução na vasodilatação muscular reflexa observada no genótipo TT, apenas especulações podem ser feitas com relação às possíveis formas de modulação do fenótipo pelo polimorfismo G894T do gene da eNOS. Até o momento, os potenciais mecanismos moleculares envolvidos na disfunção da enzima eNOS não são totalmente compreendidos.

Variantes na sequência de bases do DNA podem afetar desde o processo de transcrição de um gene, até regulações pós-transcricionais e atividade enzimática. Hingorani (2001) sugere que alterações na sequência de bases na região promotora do gene afetariam a expressão do mesmo, enquanto alterações em regiões exônicas estariam envolvidas na modulação da atividade biológica da proteína. O RNAm transcrito pelo alelo T894 é traduzido numa sequência polipeptídica com o aminoácido aspartato na posição 298, uma vez que o alelo G894 gera uma sequência polipeptídica com o aminoácido glutamato nesta posição. Embora a substituição seja conservativa, o resíduo 298 está localizado externamente no domínio oxidativo da enzima, local onde se encontram os sítios de ligação da L-arginina e do cofator tetrahidrobiopterina (BH4). Estudos utilizando-se de proteína recombinante revelaram não haver diferença na atividade enzimática das duas formas protéicas (Hingorani, 2001).

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Embora a substituição do glutamato pelo aspartato no resíduo 298 da enzima pareça não afetar a atividade enzimática in vitro, Tesauro et al. (2000) demonstraram que o resíduo Asp298 é mais susceptível à clivagem proteolítica, precisamente na posição Asp298-Pro299.

Posteriormente, Fairchild et al. (2001) verificaram que o resultado do estudo anterior era um artefato dos métodos de preparação do experimento. Mesmo sob a luz de tais contradições, não pode ser descartada a hipótese de que, in vivo, um desconhecido mecanismo de clivagem proteolítica ou um mecanismo de regulação pós-transcricional esteja sendo modulado pelo resíduo Asp298. A reduzida biodisponibilidade do NO ainda pode ser resultante de um locus funcional em algum outro local do gene ou em sua vizinhança, que esteja em desequilíbrio de ligação com o polimorfismo G894T.

Mesmo não sendo este polimorfismo a causa direta do fenótipo caracterizado, isso não exclui a possibilidade de que tal variante genética seja utilizada como o marcador de um locus funcional.

Estudos de associação em genética não são de fácil interpretação, já que um único gene exerce apenas uma pequena ou moderada modulação num determinado fenótipo. Embora esse raciocínio seja particularmente verdadeiro no caso da reatividade vascular, um fenótipo modulado por um conjunto de genes, os resultados do presente estudo são consistentes com o fato de que a biodisponibilidade do NO está fundamentalmente envolvida na regulação do fluxo sanguíneo muscular no genótipo GG. A vasodilatação muscular reflexa foi abolida em resposta ao exercício isométrico de handgrip quando o L-NMMA foi administrado na artéria braquial. Esta evidência sugere uma alta funcionalidade do gene da eNOS na modulação da responsividade vascular no genótipo GG durante manobras fisiológicas. Por outro lado, a reduzida biodisponibilidade do NO parece explicar, pelo menos em parte, a prejudicada vasodilatação muscular reflexa no genótipo TT, uma vez que a administração de L-NMMA não alterou a reatividade

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vascular neste grupo. Em adição, a atividade nervosa simpática muscular está envolvida na regulação da pressão arterial e na perfusão tecidual, tanto em situações de repouso quanto durante manobras fisiológicas. Nesse caso, seria possível especular que o menor aumento do fluxo sanguíneo no antebraço, observado no genótipo TT, seria consequência de uma menor pressão de perfusão. Isso parece improvável, uma vez que o aumento na pressão arterial, mediada pelo exercício isométrico de handgrip, foi similar entre os genótipos GG e TT. Esses resultados sustentam a hipótese de que o aumento do fluxo sanguíneo no antebraço é mediado por vasodilatação local e não por aumento da pressão de perfusão. Além disso, a condutância vascular no antebraço leva em consideração os valores de fluxo sanguíneo e de pressão arterial média, evitando quaisquer confusões decorrentes de diferenças de pressão de perfusão entre os genótipos. Por outro lado, é pouco provável que o reduzido fluxo sanguíneo observado no genótipo TT seja consequência de um débito cardíaco diminuído. Embora o volume de ejeção sistólica não tenha sido analisado, a frequência cardíaca basal e o seu aumento durante o exercício foi semelhante entre os genótipos.

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CONCLUSÃO

O presente estudo mostrou que o polimorfismo G894T do gene da eNOS está funcionalmente envolvido na variabilidade vasodilatadora muscular reflexa induzida pelo exercício, e que a presença dos dois alelos T894 parece reduzir a biodisponibilidade do NO. Esses resultados sugerem que a carga genética pode influenciar, sobremaneira, a função vascular e músculo esquelética, e que a variante G894T do gene da eNOS pode ser uma candidata utilizada no rastreamento de maior susceptibilidade a doenças cardiovasculares e também no rastreamento de atletas com diferentes susceptibilidades ao desenvolvimento de lesões e responsividade à terapêutica adotada. Durante o exercício físico, parte da aumentada demanda energética muscular é sustentada por um incremento no débito cardíaco e na vasodilatação local. Neste caso, seria possível suspeitar que a capacidade aeróbia dos indivíduos portadores do genótipo TT fosse menor que a dos indivíduos com pelo menos um alelo G894. Como a geração de força muscular é, em parte, regulada negativamente pelo NO, a menor biodisponibilidade deste poderia resultar em geração de força acima do suportado pelas estruturas músculo esquelética e tendíneas, aumentando a possibilidade de ocorrência de lesões. Em adição, a menor biodisponibilidade do NO viria a afetar sobremaneira a recuperação do tecido lesado, uma vez que a ativação, a proliferação e a diferenciação das células satélites são mediadas, em parte, por este radical livre. Este racional é aplicável, principalmente, ao contexto do esporte de alto rendimento.

Embora tenhamos investido na caracterização da funcionalidade de um único gene em um fenótipo modulado por um conjunto deles, nossos resultados demonstraram, pela primeira vez, que o NO, isoladamente, é o responsável por ~90% da vasodilatação muscular em resposta à ativação simpática reflexa induzida pelo exercício. Mesmo assim, isso não significa que em outros fenótipos o mesmo NO possa exercer tão expressiva influência, como é o caso das lesões em músculo esquelético. Na tentativa de compreender como genes interagem entre si e com os fatores ambientais,

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utilizamos uma plataforma exploratória, livre de hipóteses. Identificamos, a partir da análise completa do genoma humano, 121 novos marcadores genéticos, caracterizando novos e potenciais alvos para serem rastreados na tentativa de identificação de variantes genéticas que, eventualmente, possam explicar, pelo menos em parte, a diferente susceptibilidade de atletas a lesões musculares, além de suas diferentes responsividades à terapêutica. Este estudo é o primeiro a caracterizar uma “assinatura molecular” do treinamento físico numa população extremamente bem controlada, servindo como base para uma possível adoção de terapias individualizadas para o esporte de alto rendimento.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABRAHAMS, V.C. & HILTON, S.M. (1964). The Role of Active Muscle Vasodilatation in the Alerting Stage of the Defence Reaction. J Physiol, 171, 189-202.

ALBRECHT, E.W., STEGEMAN, C.A., HEERINGA, P., HENNING, R.H. & VAN GOOR, H. (2003). Protective role of endothelial nitric oxide synthase. J Pathol, 199, 8-17.

ANDREW, P.J. & MAYER, B. (1999). Enzymatic function of nitric oxidesynthases. Cardiovasc Res, 43, 521-31.

BECKMAN, J.S. & KOPPENOL, W.H. (1996). Nitric oxide, superoxide, and peroxynitrite: the good, the bad, and ugly. Am J Physiol, 271, C1424-37.

BLAIR, D.A., GLOVER, W.E., GREENFIELD, A.D. & RODDIE, I.C. (1959). Excitation of cholinergic vasodilator nerves to human skeletal muscles during emotional stress. J Physiol, 148, 633-47.

BOLME, P. & FUXE, K. (1970). Adrenergic and cholinergic nerve terminals in skeletal muscle vessels. Acta Physiol Scand, 78, 52-9.

CHARCHAR, F., ZIMMERLI, L., TOMASZEWSKI, M. (2008). The pressure of finding human hypertension genes: new tools, old dilemmas. J Hum Hypertens, 22:821-8.

DIETZ, N.M., ENGELKE, K.A., SAMUEL, T.T., FIX, R.T. & JOYNER, M.J. (1997). Evidence for nitric oxide-mediated sympathetic forearm vasodiolatation in humans. J Physiol, 498 ( Pt 2), 531-40.

DIETZ, N.M., RIVERA, J.M., WARNER, D.O. & JOYNER, M.J. (1994). Is nitric oxide involved in cutaneous vasodilation during body heating in humans? J Appl Physiol, 76, 2047-53.

DIMMELER, S., FLEMING, I., FISSLTHALER, B., HERMANN, C., BUSSE, R. & ZEIHER, A.M. (1999). Activation of nitric oxide synthase in endothelial cells by Akt-dependent phosphorylation. Nature, 399, 601-5.

DYKE, C.K., PROCTOR, D.N., DIETZ, N.M. & JOYNER, M.J. (1995). Role of nitric oxide in exercise hyperaemia during prolonged rhythmic handgripping in humans. J Physiol, 488 ( Pt 1), 259-65.

EKLUND, B. & KAIJSER, L. (1976). Effect of regional alpha- and beta-adrenergic blockade on blood flow in the resting forearm during contralateral

64

CATE

GORI

A GR

ADUA

DO


isometric handgrip. J Physiol, 262, 39-50.

FAIRCHILD, T.A., FULTON, D., FONTANA, J.T., GRATTON, J.P., MCCABE, T.J. & SESSA, W.C. (2001). Acidic hydrolysis as a mechanism for the cleavage of the Glu(298)-->Asp variant of human endothelial nitric-oxide synthase. J Biol Chem, 276, 26674-9.

FERREIRO, C.R., CHAGAS, A.C., CARVALHO, M.H., DANTAS, A.P., SCAVONE, C., SOUZA, L.C., BUFFOLO, E. & DA LUZ, P.L. (2004). Expression of inducible nitric oxide synthase is increased in patients with heart failure due to ischemic disease. Braz J Med Biol Res, 37, 1313-20.

FULTON, D., GRATTON, J.P., MCCABE, T.J., FONTANA, J., FUJIO, Y., WALSH, K., FRANKE, T.F., PAPAPETROPOULOS, A. & SESSA, W.C. (1999). Regulation of endothelium-derived nitric oxide production by the protein kinase Akt. Nature, 399, 597-601.

GOVERS, R. & RABELINK, T.J. (2001). Cellular regulation of endothelial nitric oxide synthase. Am J Physiol Renal Physiol, 280, F193-206.

GRIFFITH, O.W. & STUEHR, D.J. (1995). Nitric oxide synthases: properties and catalytic mechanism. Annu Rev Physiol, 57, 707-36.

HARRISON, D.G. (1997). Cellular and molecular mechanisms of endothelial cell dysfunction. J Clin Invest, 100, 2153-7.

HEINZEL, B., JOHN, M., KLATT, P., BOHME, E. & MAYER, B. (1992).

Ca2+/calmodulin-dependent formation of hydrogen peroxide by brain nitric oxide synthase. Biochem J, 281 ( Pt 3), 627-30.

HIBI, K., ISHIGAMI, T., TAMURA, K., MIZUSHIMA, S., NYUI, N., FUJITA, T., OCHIAI, H., KOSUGE, M., WATANABE, Y., YOSHII, Y., KIHARA, M., KIMURA, K., ISHII, M. & UMEMURA, S. (1998). Endothelial nitric oxide synthase gene polymorphism and acute myocardial infarction. Hypertension, 32, 521-6.

HINGORANI, A.D. (2001). Polymorphisms in endothelial nitric oxide synthase and atherogenesis: John French Lecture 2000. Atherosclerosis, 154, 521-7.

HINGORANI, A.D., LIANG, C.F., FATIBENE, J., LYON, A., MONTEITH, S., PARSONS, A., HAYDOCK, S., HOPPER, R.V., STEPHENS, N.G., O’SHAUGHNESSY, K.M. & BROWN, M.J. (1999). A common variant of the endothelial nitric oxide synthase (Glu298-->Asp) is a major risk factor for coronary artery disease in the UK. Circulation, 100, 1515-20.

HUBAL, M.J. et al. (2010) CCL2 and CCR2 polymorphisms are associated

65

CATE

GORI

A GR

ADUA

DO


with markers of exercise-induced skeletal muscle damage. J Appl Physiol, 108(6):1651-8.

JOYNER, M.J. & DIETZ, N.M. (1997). Nitric oxide and vasodilation in human limbs. J Appl Physiol, 83, 1785-96.

JOYNER, M.J. & DIETZ, N.M. (2003). Sympathetic vasodilation in human muscle. Acta Physiol Scand, 177, 329-36.

KARANTZOULIS-FEGARAS, F., ANTONIOU, H., LAI, S.L., KULKARNI, G., D’ABREO, C., WONG, G.K., MILLER, T.L., CHAN, Y., ATKINS, J., WANG, Y. & MARSDEN, P.A. (1999). Characterization of the human endothelial nitric-oxide synthase promoter. J Biol Chem, 274, 3076-93.

KLATT, P., PFEIFFER, S., LIST, B.M., LEHNER, D., GLATTER, O., BACHINGER, H.P., WERNER, E.R., SCHMIDT, K. & MAYER, B. (1996). Characterization of heme-deficient neuronal nitric-oxide synthase reveals a role for heme in subunit dimerization and binding of the amino acid substrate and tetrahydrobiopterin. J Biol Chem, 271, 7336-42.

KOJDA, G. & HARRISON, D. (1999). Interactions between NO and reactive oxygen species: pathophysiological importance in atherosclerosis, hypertension, diabetes and heart failure. Cardiovasc Res, 43, 562-71.

LACOLLEY, P., GAUTIER, S., POIRIER, O., PANNIER, B., CAMBIEN, F. & BENETOS, A. (1998). Nitric oxide synthase gene polymorphisms, blood pressure and aortic stiffness in normotensive and hypertensive subjects. J Hypertens, 16, 31-5.

LAMBLIN, N., CUILLERET, F.J., HELBECQUE, N., DALLONGEVILLE, J., LABLANCHE, J.M., AMOUYEL, P., BAUTERS, C. & VAN BELLE, E. (2005). A common variant of endothelial nitric oxide synthase (Glu298Asp) is associated with collateral development in patients with chronic coronary occlusions. BMC Cardiovasc Disord, 5, 27.

MAJMUDAR, N.G., ANUMBA, D., ROBSON, S.C. & FORD, G.A. (1999). Contribution of nitric oxide to beta2-adrenoceptor mediated vasodilatation in human forearm arterial vasculature. Br J Clin Pharmacol, 47, 173-7.

MARLETTA, M.A. (1994). Nitric oxide synthase: aspects concerning structure and catalysis. Cell, 78, 927-30.

MARSDEN, P.A., HENG, H.H., SCHERER, S.W., STEWART, R.J., HALL, A.V., SHI, X.M., TSUI, L.C. & SCHAPPERT, K.T. (1993). Structure and chromosomal localization of the human constitutive endothelial nitric oxide

66

CATE

GORI

A GR

ADUA

DO


synthase gene. J Biol Chem, 268, 17478-88.

MATSUKAWA, K., SHINDO, T., SHIRAI, M. & NINOMIYA, I. (1993). Nitric oxide mediates cat hindlimb cholinergic vasodilation induced by stimulation of posterior hypothalamus. Jpn J Physiol, 43, 473-83.

MAYER, B., JOHN, M., HEINZEL, B., WERNER, E.R., WACHTER, H.,

SCHULTZ, G. & BOHME, E. (1991). Brain nitric oxide synthase is a biopterin-and flavin-containing multi-functional oxido-reductase. FEBS Lett, 288, 187-91.

MCDONALD, K.K., ZHARIKOV, S., BLOCK, E.R. & KILBERG, M.S. (1997). A caveolar complex between the cationic amino acid transporter 1 and endothelial nitric-oxide synthase may explain the “arginine paradox”. J Biol Chem, 272, 31213-6.

MICHEL, T. & FERON, O. (1997). Nitric oxide synthases: which, where, how, and why? J Clin Invest, 100, 2146-52.

MILNER, P., KIRKPATRICK, K.A., RALEVIC, V., TOOTHILL, V., PEARSON, J. & BURNSTOCK, G. (1990). Endothelial cells cultured from human umbilical vein release ATP, substance P and acetylcholine in response to increased flow. Proc Biol Sci, 241, 245-8.

MIYAMOTO, Y., SAITO, Y., KAJIYAMA, N., YOSHIMURA, M., SHIMASAKI, Y., NAKAYAMA, M., KAMITANI, S., HARADA, M., ISHIKAWA, M., KUWAHARA, K., OGAWA, E., HAMANAKA, I., TAKAHASHI, N., KANESHIGE, T., TERAOKA, H., AKAMIZU, T., AZUMA, N., YOSHIMASA, Y., YOSHIMASA, T., ITOH, H.,

MASUDA, I., YASUE, H. & NAKAO, K. (1998). Endothelial nitric oxide synthase gene is positively associated with essential hypertension. Hypertension, 32, 3-8.

MONCADA, S., PALMER, R.M. & HIGGS, E.A. (1989). The biological significance of nitric oxide formation from L-arginine. Biochem Soc Trans, 17, 642-4.

MOUNT, P.F., KEMP, B.E. & POWER, D.A. (2007). Regulation of endothelial and myocardial NO synthesis by multi-site eNOS phosphorylation. J Mol Cell Cardiol, 42, 271-9.

NABER, C.K., BAUMGART, D., ALTMANN, C., SIFFERT, W., ERBEL, R. &

HEUSCH, G. (2001). eNOS 894T allele and coronary blood flow at rest and

during adenosine-induced hyperemia. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 281,

67

CATE

GORI

A GR

ADUA

DO


H1908-12.

NEGRAO, C.E., HAMILTON, M.A., FONAROW, G.C., HAGE, A., MORIGUCHI, J.D. & MIDDLEKAUFF, H.R. (2000). Impaired endothelium-mediated vasodilation is not the principal cause of vasoconstriction in heart failure. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 278, H168-74.

NEGRAO, C.E., TROMBETTA, I.C., BATALHA, L.T., RIBEIRO, M.M., RONDON, M.U., TINUCCI, T., FORJAZ, C.L., BARRETTO, A.C., HALPERN, A. & VILLARES, S.M. (2001). Muscle metaboreflex control is diminished in normotensive obese women. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 281, H469-75.

OSTROWSKI, K., ROHDE, T., ASP, S., SCHJERLING, P., PEDERSEN, B.K (1999). Pro- and anti-inflammatory cytokine balance in strenuous exercise in humans. J Physiol, 515 ( Pt 1):287-91.

PALMER, R.M., FERRIGE, A.G. & MONCADA, S. (1987). Nitric oxide release accounts for the biological activity of endothelium-derived relaxing factor. Nature, 327, 524-6.

PHILIP, I., PLANTEFEVE, G., VUILLAUMIER-BARROT, S., VICAUT, E., LEMARIE, C., HENRION, D., POIRIER, O., LEVY, B.I., DESMONTS, J.M., DURAND, G. & BENESSIANO, J. (1999). G894T polymorphism in the endothelial nitric oxide synthase gene is associated with an enhanced vascular responsiveness to phenylephrine. Circulation, 99, 3096-8.

RADÁK, Z. et al (1999). Muscle soreness-induced reduction in force generation is accompanied by increased nitric oxide content and DNA damage in human skeletal muscle. Free Radic Biol Med, 26(7-8):1059-63.

RADAK, Z. et al (2012). Nitric oxide: is it the cause of muscle soreness? Nitric Oxide, 15;26(2):89-94.

SANTOS, A.C., ALVES, M.J., RONDON, M.U., BARRETTO, A.C., MIDDLEKAUFF, H.R. & NEGRAO, C.E. (2005). Sympathetic activation restrains endothelium-mediated muscle vasodilatation in heart failure patients. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 289, H593-9.

SEO, D., GINSBURG, G.S., GOLDSCHMIDT-CLERMONT, P.J (2006). Gene expression analysis of cardiovascular diseases: novel insights into biology and clinical applications. J Am Coll Cardiol, 48:227-35.

SCHMUTZ, S., DAPP, C., WITTWER, M., VOGT, M., HOPPELER, H., FLUCK, M (2006). Endurance training modulates the muscular transcriptome response to acute exercise. Pflugers Arch, 451:678-87.

68

CATE

GORI

A GR

ADUA

DO


SHIOJIMA, I. & WALSH, K. (2002). Role of Akt signaling in vascular homeostasis and angiogenesis. Circ Res, 90, 1243-50.

STUEHR, D.J. (1997). Structure-function aspects in the nitric oxide synthases. Annu Rev Pharmacol Toxicol, 37, 339-59.

SUZUKI, T., OKUMURA, K., SONE, T., KOSOKABE, T., TSUBOI, H., KONDO, J., MUKAWA, H., KAMIYA, H., TOMIDA, T., IMAI, H., MATSUI, H. & HAYAKAWA, T. (2002). The Glu298Asp polymorphism in endothelial nitric oxide synthase gene is associated with coronary in-stent restenosis. Int J Cardiol, 86, 71-6.

TESAURO, M., THOMPSON, W.C., ROGLIANI, P., QI, L., CHAUDHARY, P.P. & MOSS, J. (2000). Intracellular processing of endothelial nitric oxide synthase isoforms associated with differences in severity of cardiopulmonary diseases: cleavage of proteins with aspartate vs. glutamate at position 298. Proc NatlAcad Sci U S A, 97, 2832-5.

TROMBETTA, I.C., BATALHA, L.T., RONDON, M.U., LATERZA, M.C., KUNIYOSHI, F.H., GOWDAK, M.M., BARRETTO, A.C., HALPERN, A., VILLARES, S.M. & NEGRAO, C.E. (2003). Weight loss improves neurovascular and muscle metaboreflex control in obesity. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 285, H974-82.

VASQUEZ-VIVAR, J., KALYANARAMAN, B., MARTASEK, P., HOGG, N., MASTERS, B.S., KAROUI, H., TORDO, P. & PRITCHARD, K.A., JR. (1998). Superoxide generation by endothelial nitric oxide synthase: the influence of cofactors. Proc Natl Acad Sci USA, 95, 9220-5.

WANG, X.L. & WANG, J. (2000). Endothelial nitric oxide synthase gene sequence variations and vascular disease. Mol Genet Metab, 70, 241-51.

YAMIN, C. et al. (2008). IL6 (-174) and TNFA (-308) promoter polymorphisms are associated with systemic creatine kinase response to eccentric exercise . Eur J Appl Physiol, 104(3):579-86.

YOSHIMURA, M., YASUE, H., NAKAYAMA, M., SHIMASAKI, Y., SUMIDA, H., SUGIYAMA, S., KUGIYAMA, K., OGAWA, H., OGAWA, Y., SAITO, Y., MIYAMOTO, Y. & NAKAO, K. (1998). A missense Glu298Asp variant in the endothelial nitric oxide synthase gene is associated with coronary spasm in the Japanese. Hum Genet, 103, 65-9.

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Desenvolvimento e estudo de uma plataforma biomecânica aplicada ao ciclismo

CATEGORIA GRADUADO

Autor Caetano Decian Lazzari

Orientador Alexandre Balbinot

Instituição de Vínculo Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)

Instituição de Desenvolvimento da Pesquisa Departamento de Engenharia Elétrica Laboratório de Instrumentação Eletroeletrônica

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1. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS Em contribuição para o estudo da biomecânica, o presente trabalho apresenta o projeto, o desenvolvimento, a construção e a validação de uma célula de carga para estudo de fenômenos dinamométricos relacionados à coordenação das forças atuantes sobre o pedal. O sistema desenvolvido é baseado em um pedivela forjado em liga de alumínio, permitindo compatibilidade com pedais e/ou eixos de movimento central convencionais para uma bicicleta de estrada.

O ciclismo é uma das modalidades onde a biomecânica encontra vasta aplicação, pois as características que influenciam no desempenho dos atletas são extremamente técnicas e grande parte das variáveis envolvidas são mensuráveis.

Entre as principais variáveis de estudo estão a cadência, a orientação da força aplicada e a posição ergonômica do guidão, selim e pedais. Os ensaios biomecânicos também são facilitados pela posição semiestática do atleta nas bicicletas ergométricas ou equipadas com rolo, permitindo condições de ensaio reprodutíveis. O estudo da descrição do movimento, assim como a medição de força, é facilitado pela posição do quadril, que pode ser considerada estática em algumas condições.

No ambiente descrito, o estudo da potência mecânica gerada, tal como o estudo da força aplicada em cada nó, tem vital importância. A partir da caracterização de força, obtém-se parâmetros que podem ser utilizados em ensaios biomecânicos com fins diversos, como por exemplo, avaliação de simetria entre forças, influência postural, efeitos da cadência, avaliação de novos componentes e relações entre fatores fisiológicos (SMAK et al., 1999; HULL et al., 1990; BERTUCCI et al., 2005; KONINCKX et al., 2008; DIEFENTHAELER et al., 2008).

Apesar de a indústria já disponibilizar equipamentos capazes de medir a potência resultante produzida pelo atleta, os equipamentos comerciais

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disponíveis não atendem plenamente às necessidades identificadas pelos profissionais da área (BOYD et al., 1996; ALVAREZ et al., 1996). Justificado por esta carência de equipamentos dinamométricos, o objetivo principal deste trabalho é desenvolver uma célula de carga para o estudo de fenômenos dinamométricos relacionados à coordenação da pedalada para uma bicicleta de estrada.

Para isso, será necessário dimensionar corretamente a estrutura mecânica e, para realizá-la, pretende-se efetuar estudos simulados acerca de seus comportamentos estático e dinâmico. Validados esses estudos, serão efetuados novos testes com a estrutura mecânica escolhida para que os resultados possam ser comparados.

Adicionalmente, será necessária a construção de um circuito específico para condicionamento de sinais elétricos, permitindo a interface com um sistema de aquisição de dados comercial sem fio.

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2. CONTEXTO TEÓRICO O desempenho do movimento humano pode ser melhorado de muitas maneiras, visto que a eficácia do movimento envolve fatores anatômicos, capacidades fisiológicas, psicológicas e habilidades cognitivas. A biomecânica, ciência que estuda a descrição do movimento e suas causas nas criaturas vivas, costuma ser a área que apresenta o maior número de recursos para estudo e avaliação do desempenho em atividades onde a técnica prevalece sobre a estrutura física ou a capacidade fisiológica, tal como no ciclismo (KNUDSON, 2007).

O grupo dos principais equipamentos de laboratório utilizados para avaliar o desempenho do ciclista é constituído por aparatos dinamométricos, capazes defornecer as componentes de força aplicada, e equipamentos videográficos, que, com uma câmera de alta definição e marcadores reflexivos, são capazes de descrever a trajetória dos segmentos dos membros inferiores.

Em auxílio aos estudos biomecânicos, variáveis fisiológicas também fornecem parâmetros interessantes. Por exemplo, sinais mioelétricos, capturados no ensaio de eletromiografia (EMG), podem ser úteis no estudo da coordenação motora, como no estudo realizado por Neptune et al. (2000), que relaciona sinais eletromiográficos ao momento instantâneo de força aplicada. O índice (V O2) do indivíduo, mensurado pelo espirógrafo, mede a quantidade de energia aeróbica total produzida pelo atleta. Há também a atividade muscular elétrica do coração, mensurada nos ensaios de eletrocardiografia (ECG), que identifica o regime cardiovascular em que se encontra o atleta.

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Figura 2.1: Variáveis de interesse.

Considerando-se os aparatos citados, apenas equipamentos capazes de medir a força aplicada não encontram uma versão comercial disponível, cabendo aos laboratórios de pesquisa seu projeto e desenvolvimento. A seguir, serão apresentados conceitos relevantes sobre as células de carga aplicadas ao ciclismo, iniciando pelo estudo da importância da força aplicada ao pedal e pela potência mecânica (seções 2.1 e 2.2). Em seguida, serão apresentados os princípios básicos que regem a dinamometria (seção 2.3) e, finalmente, convergindo entre os temas tratados, serão detalhadas as alternativas construtivas para células de carga (seção 2.4).

2.1 Estudo da força aplicada ao pedal O estudo da força aplicada ao pedal desperta curiosidade desde o começo do século XX, quando surgiram os primeiros aparatos dotados de molas. No entanto, somente a partir dos estudos de Hull et al. (1981), quando este propôs uma célula de carga capaz de medir as componentes de força em três dimensões, é que este tipo de estudo biomecânico popularizou-

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se, permitindo a elaboração de modelos cinéticos mais avançados. Nesse mesmo estudo, é proposto um modelo a fim de avaliar a aplicação de forças em um plano sagital, representado pela Figura 2.2. Sendo:

Figura 2.2 Plano de ação de forças.

• F a força aplicada; • FT a componente de força que atua perpendicularmente à pedivela, sendo a componente efetiva da força, capaz de produzir momento sobre o eixo do movimento central; • F// é a componente de força que atua paralelamente à pedivela. Esta componente de força não é efetiva. Sendo o índice de efetividade r descrito pela razão adimensional: r = FT /F

Este índice, avaliado ao longo do ciclo de giro da pedivela, pode assumir valores entre -1 (caso menos eficaz, força FT com módulo igual a F, porém em sentido contrário ao movimento) e 1 (caso mais eficaz, força FT com módulo igual a F, no mesmo sentido do movimento). Sendo que a literatura

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comprova que o índice de efetividade obtido ao longo da fase de propulsão está relacionado diretamente ao desempenho dos atletas, diferenciando os atletas de elite dos demais (CANDOTTI, 2003; ERICSON et al., 1988; GREGOR, 2000).

Já na fase de recuperação, a literatura reporta resultados divergentes sobre a importância de “puxar” ou não o pedal. Os estudos de Gregor (2000) apontam que o mais importante para um desempenho eficaz na fase de recuperação é minimizar o efeito das forças inefetivas, tal como ilustrado pela Figura 2.3(a). Já os estudos de Candotti (2003) indicam que ciclistas apresentam melhor técnica de pedalada do que triatletas, atribuindo-se ao fato diferenças no comportamento do músculo tibial anterior, verificando a importância de se “puxar” o pedal, tal como exemplificado pela Figura 2.3(b).

Figura 2.3: Orientação da força na fase de recuperação.

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Além do estudo sobre a orientação de forças ao longo do ciclo em si, este tipo de análise também é decisiva para a determinação e o estudo da diferença entre a força produzida pelos membros esquerdo e direito.

A assimetria bilateral entre as forças atuantes tem significância estatisticamente comprovada, sendo que diversos estudos sobre dominância entre membros já foram relatados. A literatura cita assimetria típica entre forças de 5 a 20 %, podendo chegar a 40% em alguns casos (CARPES et al., 2008; MORNIEUX et al., 2007; SANDERSON et al., 2000; SMAK et al., 1999).

A identificação da perna dominante pode auxiliar na prevenção de lesões e na elaboração de programas individuais de treinamento. O estudo da orientação de forças individuais mostra-se importante também para que possam ser investigados os efeitos da coordenação motora. Em particular, o sobreuso de um membro pode ser uma causa comum de lesão no joelho, devido à consequente sobrecarga no mesmo, o que afeta esportistas amadores e profissionais.

Recentes dispositivos comerciais capazes de medir o momento instantâneo, tais como a pedivela instrumentada SRM, cujas características estão descritas na Seção 2.4, permitiram que estudos fossem realizados em campo e que a existência da assimetria fosse comprovada.

Entretanto, este procedimento de pesquisa encontra limitações, uma vez que são as forças individuais atuantes no pedal que ditam a carga de esforço intersegmental nas articulações, e não seu simples resultado combinado. A simples medida do momento resultante, portanto, não é suficiente para o estudo da coordenação motora e para o desenvolvimento de novos modelos matemáticos (SMAK et al., 1999).

Particularmente sobre o ciclismo de escalada, segundo Bertucci et al. (2005), a carência de pesquisa na área se deve à dificuldade em obter-

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se dados coletados em campo sob condições de corrida. Praticamente a totalidade dos estudos sobre orientação de forças são conduzidos em bicicletas estáticas inclinadas.

Ainda segundo Diefenthaeler et al. (2008), a queda do fator motivacional que ocorre em longos protocolos de ensaio realizados em bicicletas estacionárias pode vir a influenciar o resultado. Os casos citados comprovam a importância do estudo da força aplicada e motivam o desenvolvimento de novos sistemas para medir as componentes individuais da força capazes de realizar estudos em campo.

2.2 Potência mecânica A potência média é definida como a quantidade de energia produzida pelo atleta em um determinado tempo. De acordo com Neptune et al. (1998), muitas técnicas experimentais têm sido desenvolvidas para quantificar a energia despendida no movimento, podendo ser medida de diferentes maneiras e levando a diferentes resultados. A Figura 2.4 ilustra a hierarquia presente entre a energia metabólica produzida, a energia despendida pelos músculos e a energia mecânica disponível.

Figura 2.4: Hierarquia entre energias.

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Por exemplo, pode-se medir a energia metabólica produzida pelo atleta, supondo-se que esta esteja correlacionada com a taxa de consumo de oxigênio (V O2). Apesar de essa taxa estar correlacionada com a energia necessária para realizar movimento, existem sérias restrições que dificultam a validade desta medida. Por exemplo, este tipo de ensaio só é válido quando o metabolismo do indivíduo encontra-se abaixo do limiar anaeróbio, situação na qual a principal fonte de energia é aeróbica.

Adicionalmente, a taxa de oxigênio é uma medida energética global, dificultando que diferentes componentes do sistema sejam isolados, tais como a energia provida individualmente pelos músculos.

Mas também é possível relacionar o trabalho realizado por meio de técnicas da mecânica clássica, onde diversos métodos podem ser empregados, tais como o modelo cinemático, o modelo da carga externa e o modelo cinético.

O modelo cinemático obtém a potência gerada a partir da descrição do movimento realizado. Tal movimento é geralmente capturado através de câmeras, com o auxílio de marcadores reflexivos, tais como observa-se na Figura 2.5. É gerado então um modelo cinemático do corpo humano, como o ilustrado pela Figura 2.6, para o qual são estimadas as distâncias entre segmentos e centros de massa dos músculos. Então, a partir da variação da energia potencial e da cinética dos elementos constituintes do sistema, é estimada a potência mecânica produzida por cada um dos músculos envolvidos, aplicando-se as leis de Newton pertinentes (HULL et al., 1989).

O modelo da carga externa consiste em obter-se a energia mecânica por meio da comparação entre o esforço realizado para movimentar uma carga externa conhecida e a carga medida. Cita-se o exemplo de uma bicicleta ergométrica baseada em rolo de fricção, cuja potência necessária para movimentá-lo a uma dada velocidade é definida (MORIN et al., 2004).

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Já o modelo cinético, baseado na dinâmica reversa, estima o trabalho realizado a partir dos momentos e forças obtidos pelo sistema. Para isso, faz-se uso de equipamentos dinamométricos, como pedais ou pedivelas instrumentados.

A potência mecânica produzida pelo atleta, que pode ser obtida com base nos dois últimos modelos descritos, é um dos parâmetros base na maioria dos ensaios ergométricos realizados. No campo de estudo do ciclismo, a importância da potência média como parâmetro de desempenho é comprovada por Smith et al. (2001), possibilitando a investigação dos efeitos provenientes dos diversos tratamentos na análise do desempenho do atleta.

Figura 2.5: Teste de V O2, ensaio cinemático e ensaio cinético. | Fonte: (CARPES et al., 2008)

Figura 2.6: Modelo cinemático. Fonte: (BAKER, 2010)

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2.3 Dinamometria e extensometria A dinamometria designa-se como todo tipo de processo cujo objetivo é a medição de forças, assim como a medição da distribuição de pressões. O grupo dos sensores costumeiramente utilizados para mensuração de força incluem transdutores de força piezoelétricos, transdutores de força capacitivos e extensômetros de resistência elétrica.

Segundo Balbinot e Brusamarello (2007), nos quais esta seção está baseada, este estudo tem início no século XVII, com Galileu, continuado por Isaac Newton e Robert Hook que, em 1678, estabeleceu a relação existente entre tensões e deformações de corpos submetidos a esforços mecânicos. Quando uma força é aplicada longitudinalmente em uma mola, ocorre uma deflexão descrita pela lei de Hooke:

F = kx

sendo, F [N] a força, x[m] a deflexão mecânica e k[M/m] a constante de rigidez da mola.

Normalizando:

s

sendo s[N/m2] a tensão mecânica, e o módulo de Young e a deformação relativa, definida por:

Estas relações são válidas para pequenos deslocamentos, para o domínio elástico do material. A Figura 2.7 ilustra a deformação típica para materiais dúcteis, onde se observa a linearidade para o domínio elástico.

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Figura 2.7: Curva tensão X deformação.

A extensometria utiliza a relação entre tensão e deformação descrita para a medição de forças. Seu princípio de funcionamento baseia-se nas descobertas de Kelvin, quando este, em 1856, verificou que fios de cobre e ferro sofriam alterações na resistência elétrica quando submetidos a deformações.

Esta relação se dá por meio de uma constante K, definida como “fator gage”. O fator gage caracteriza a sensibilidade do sensor, considerando como sinal de entrada a variação no comprimento e como sinal de saída a variação em sua resistência elétrica.

A Figura 2.8 ilustra um extensômetro do tipo folha. Este tipo de extensômetro pode ser encontrado numa ampla gama de geometrias e de comprimentos, variando desde 0,2mm até mais de 100mm.

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Figura 2.10: Diagrama de ligação para ponte de Wheatstone: (a) ponte completa (b) meia ponte (c) 1/4 de ponte

Figura 2.9: Viga sob carga. Fonte: (BALBINOT & BRUSAMARELLO, 2007).

A Figura 2.9 ilustra a disposição para uma viga engastada com extensômetros colados em faces opostas. Para esta configuração, tem-se que a deformação local, no ponto de aplicação do extensômetro, resulta em uma variação na resistência, para ambos extensômetros.

A Figura 2.10 propõe um esquema elétrico capaz de realizar o primeiro estágio de condicionamento dos sinais, para diferentes configurações. Uma variação na resistência dos extensômetros causaria um desequilíbrio na ponte, resultando em um sinal de saída VOUT proporcional a esta variação.

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2.4 Alternativas de construção para células de carga

A literatura tem proposto diversas alternativas para o estudo dos componentes individuais de força. A abordagem clássica para o desenvolvimento de uma célula de carga para este tipo de aplicação consiste na utilização de pedais instrumentados com tecnologia extensométrica (ALVAREZ et al., 1996; BOYD et al., 1996; HULL et al., 1981). No entanto, é possível, além da utilização de outros elementos sensores, implementar a célula de carga na pedivela ou braços de sua coroa.

A Figura 2.11 ilustra um típico pedal instrumentado, compatível com tacos convencionais Look e conexão com cabos. Um dos principais desafios para o desenvolvimento de um pedal instrumentado envolve as características dinâmicas da estrutura. A célula de carga, assim como o encoder e os circuitos associados, demandam espaço, tornando um desafio a construção de um pedal com geometria típica.

As características dinâmicas da estrutura não podem ser negligenciadas, na medida em que estudos comprovam que a geometria do pedal está diretamente ligada ao desempenho, prejudicando nos casos onde esta não é respeitada, a validade experimental da medida (KONINCKX et al., 2008; HULL et al., 1990).

Figura 2.11: Pedal instrumentado. Fonte: (ALVAREZ et al., 1996)

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Segundo Knudson (2007), os avanços da biomecânica tendem a ficar defasados diante das mudanças que ocorrem naturalmente nos esportes. Verifica-se este fato no ciclismo, onde é cada vez menos comum, por parte dos atletas de elite, a adoção de pedais compatíveis com o padrão Look clássico, usualmente utilizado nos ensaios biomecânicos, pois diversos modelos de novos pedais são lançados a todo instante, com materiais e geometrias inovadoras.

A utilização de uma pedivela instrumentada surge como uma alternativa, permitindo que os novos modelos de pedais possam tornar-se compatíveis com a plataforma e, inclusive, ter sua eficácia avaliada. A pedivela é uma estrutura ordinária, tipicamente construída em alumínio ou em fibra de carbono, cuja característica nominal é a distância entre eixos (movimento central/pedal), difundida tipicamente em modelos de 170mm, 172,5mm, 175mm e 179mm.

No entanto, para sua utilização surgem novos desafios. O mais notável é que a pedivela gira em torno do próprio eixo, impedindo a utilização de cabos para sua interface. Embora Ericson et al. (1988) cite a possibilidade de utilização do braço da pedivela como elemento base, o número de artigos reportados utilizando esse tipo de plataforma ainda é pequeno. Existem, sim, sistemas comerciais tais como a pedivela instrumentada SRM, ilustrada na Figura 2.12, cujo elemento ativo são os braços da coroa, permitindo a medida do momento instantâneo aplicado, combinado por todas as forças atuantes em ambos os pedais. Tal modelo é capaz de operar no sistema ANT+Sport, com taxa de aquisição ajustável entre 0,5 Hz a 200 Hz, com resolução de oito bits por mensagem.

Figura 2.12: SRM Training System. Fonte: Schoberer Rad Messtechnik (SRM), 2010

Esse sistema tem sido amplamente adotado por equipes de ponta, tal como a equipe nacional da França, e vem servindo como base para a telemetria das condições de corrida (BERTUCCI et al., 2005).

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3. MATERIAIS E MÉTODOS O sistema a ser desenvolvido deve permitir que os requisitos estabelecidos nas seções 2.1 e 2.2 sejam satisfeitos. Este estudo terá início com a comparação das alternativas construtivas detalhadas na seção 2.4 e a escolha do elemento base dentre estas. A seguir, será detalhado o projeto da célula de carga, enfatizando sua análise estrutural. Finalmente, serão demonstradas as etapas de projeto do circuito eletrônico, desde a etapa de condicionamento até a de aquisição de dados.

Espera-se que, com esses passos, seja possível obter uma célula de carga cujo erro máximo de não linearidade esteja dentro da faixa reportada pela literatura. Tais erros são reportados, geralmente, entre 0,5 a 5% da amplitude de faixa (WOOLES et al., 2005).

3.1 Análise das alternativas de construção

A Figura 3.1 ilustra como se dá o processo de decomposição da força, comparando-o para as diferentes estruturas citadas na seção 2.4. Por meio dos braços da coroa, não existe a possibilidade de mensurar as componentes individuais de força, requisito estabelecido para este projeto. Logo, esta alternativa foi descartada por já existirem equipamentos comerciais que realizam esta função.

Figura 3.1: Decomposição de forças para diferentes estruturas de célula de carga. (a) pedal instrumentado (b) pedivela instrumentada (c) braços de coroa instrumentados

(a) (b) (c)

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A adoção de um braço de pedivela como elemento ativo, em comparação com um pedal, permite que as componentes de força normal FT e paralela F// sejam mensuradas diretamente. Dessa maneira, não é necessária a decomposição de forças para tal, reduzindo também a propagação de erros provocados pela incerteza da medida do ângulo.

Estes fatores, associados à crescente diversificação da geometria dos pedais, levam à escolha por um sistema baseado em uma estrutura formada pelos braços da pedivela.

Acredita-se que a principal dificuldade associada a esta escolha seja a necessidade de um sistema de transmissão sem fio, podendo ser superada com o emprego de um rádio transceptor comercial de baixo custo destinado à substituição de cabos.

A Figura 3.2 ilustra os elementos constituintes do sistema proposto neste trabalho.

A aplicação de força na pedivela causa um desbalanço na ponte extensométrica, mensurado pelo circuito condicionador de sinais. Conectado à saída deste circuito está um sistema de comunicação sem fio, ligado a um computador pessoal, onde os dados são coletados e armazenados.

Já a Tabela 3.1 ilustra as principais características funcionais dos sistemas descritos, comparando-as ao sistema aqui proposto. O principal destaque do sistema proposto é agregar portabilidade sem fio, geralmente presente apenas nos sistema comerciais de 1GDL, às plataformas de força. Nota-se também que a adoção de uma pedivela como elemento base da estrutura permite compatibilidade com pedais tradicionais. O mesmo é válido para o pedal como base, permitindo compatibilidade com pedivelas tradicionais.

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Figura 3.2: Diagrama de blocos do sistema experimental.

Tabela 3.1: Comparação entre sistemas.

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3.2 Projeto da célula de carga Para implementar a estrutura base da célula de carga foram consideradas duas alternativas: usinar a estrutura ou adaptá-la a partir de uma pedivela comercial. Ao longo desta seção serão detalhadas as vantagens e desvantagens associadas a cada uma das alternativas, a justificativa para opção a selecionada e os métodos escolhidos para o projeto da célula de carga.

A usinagem de uma peça específica para a função descrita permite uma série de vantagens, pois por meio de um projeto mecânico específico é possível ter maior controle sobre os níveis de deformação da estrutura, permitindo que os extensômetros trabalhem em sua faixa ideal para a carga solicitada. Pode-se esperar também que o comportamento final desta estrutura seja mais linear, afinal, pedivelas comerciais dificilmente apresentam regiões perfeitamente simétricas, que favoreçam o posicionamento paralelo e/ou ortogonal dos extensômetros.

Outra vantagem é que, neste caso, seria possível prever os locais ideais para o posicionamento dos extensômetros, de fixação para as placas de circuito e para as proteções da célula de carga.

No entanto, existem algumas restrições à utilização de uma peça usinada, visto que esta altera o comportamento dinâmico da estrutura, devido ao emprego de geometrias e materiais incomuns a esta peça. Além disso, pesa contra também o fator custo, associado tanto ao protótipo quanto à possível produção de novas peças, pois o processo de usinagem costuma ser mais oneroso que o de forja, costumeiramente empregado na fabricação de pedivelas. Existiria também, neste caso, uma preocupação referente à durabilidade da peça, pois sua geometria seria atípica e haveria risco de deformar a peça durante ensaios de campo.

Portanto, neste projeto optou-se pelo emprego de uma pedivela comercial, pois, além de não alterar o comportamento da estrutura, fornece uma

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estrutura cuja resistência mecânica está garantida pelos diversos testes

realizados ao longo dos diversos lotes produzidos.

Para o desenvolvimento deste projeto foi escolhida uma pedivela comercial

de características especiais, modelo Dahon 170mm, em liga de alumínio

AL6061, ilustrada pela Figura 3.3. A escolha é justificada pelo custo, baixa

influência na dinâmica do sistema a ser agregado à peça, características

de resistência mecânica e resultados satisfatórios já reportados para uma

estrutura similar.

Figura 3.3: Pedivela Dahon 170mm em liga de alumínio AL6061.

Para que esta pedivela comercial possa ser empregada adequadamente

como célula de carga, algumas características foram observadas. É preciso

conhecer o material empregado na peça, já que nem todos os fabricantes

divulgam a liga empregada em seus produtos. A estrutura precisa ter

geometria simétrica, preferencialmente com faces opostas paralelas

ao longo do eixo longitudinal, permitindo um comportamento linear.

Costumeiramente, a pedivela que detém a coroa apresenta geometria

diferenciada.

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Todavia, neste trabalho deu-se preferência para pedivelas simétricas, reduzindo o esforço de projeto. Embora se conheça que a estrutura possui rigidez mecânica suficiente para as condições a que esta peça será imposta, é preciso ainda determinar se existe algum ponto na estrutura que favoreça a aplicação dos extensômetros. Considerando-se a vida útil dos extensômetros utilizados (Modelo Kyowa KFG-5-120-C1-23), estabeleceu-se que a deformação relativa no ponto de aplicação dos mesmos deve ser inferior a 0,1%, para qualquer caso típico possível.

Além disso, é preciso avaliar o comportamento dinâmico ressonante da estrutura, verificando se este é responsável ou não por influenciar significativamente as variáveis de saída da célula de carga.

Para avaliar essas questões, foram gerados modelos sólidos em três dimensões para realizar a análise por elementos finitos do comportamento da peça.

Posteriormente, foram realizados ensaios de impacto com acelerômetros, validando o comportamento da estrutura.

3.3 Procedimentos para a modelagem A seguir será descrito o processo básico utilizado para a construção do modelo tridimensional. Trata-se da ferramenta Loft, disponibilizada pelo software Solidworks. Com esta ferramenta, é possível gerar um recurso sólido a partir da interconexão dos perfis chaves do modelo. A Figura 3.4 ilustra este processo por meio de alguns perfis genéricos.

Figura 3.4: Modelagem por Loft.

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Foram definidos três contornos fechados ao longo de planos paralelos. Em

seguida, esses contornos deram origem a superfícies fechadas em duas

dimensões (a ferramenta é capaz de realizar esta etapa automaticamente).

Finalmente, essas superfícies foram unidas por meio de uma malha que

conecta os vértices dos perfis pelo caminho mais simples encontrado por

aproximações numéricas do tipo Spline.

No entanto, para intersecções onde a geometria desejada não é plenamente

simétrica, é interessante que haja um controle maior sobre o caminho

entre as conexões. Isto é possível com a utilização de linhas guias, que

definem conexões estratégicas entre os vértices e deixam o restante do

trabalho para o algoritmo de aproximação. Para o mesmo caso, a Figura

3.5 demonstra como o controle sobre as linhas guias pode ser útil.

Figura 3.5: Modelagem por Loft com linhas guias.

O processo de modelagem descrito foi utilizado na peça em questão. Foram construídos 15 perfis ao longo do eixo longitudinal da peça, descrevendo a principal região de interesse da célula de carga. A Figura 3.6 ilustra dois dos perfis criados, sendo que suas interconexões podem ser observadas na Figura 3.7.

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Figura 3.4: Exemplos de perfis. *Todas as dimensões em mm.

Figura 3.7: Modelagem por Loft: unindo perfis longitudinais.

Esta técnica foi empregada para descrever satisfatoriamente a maior parte da peça, do eixo principal até 130mm, dos 170mm totais. Para o restante da peça uma técnica de modelagem similar foi utilizada, porém, nesta os

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perfis dão lugar a superfícies tridimensionais. A Figura 3.8 exemplifica esse

processo e a Figura 3.9 apresenta o modelo sólido finalizado. Esse modelo

pode ser comparado, em qualidade, ao modelo real da Figura 3.3.

Figura 3.8: Modelagem por Loft: unindo superfícies tridimensionais.

Figura 3.9: Modelo sólido finalizado.

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3.4 Análise estrutural

Para que uma célula de carga possa ser confiável, existe uma série de restrições mecânicas que devem ser satisfeitas. Entre os pontos a serem observados encontram-se o dimensionamento adequado para que a célula não sofra danos, passando pela otimização dos níveis de tensão e deformação para máxima excursão do sensor, até a verificação do comportamento dinâmico da peça, a fim de que este não influencie no resultado do sistema.

Para tal, em um primeiro momento serão simulados os níveis de tensão e deformação para os diversos carregamentos que a célula poderá vir a receber. Essa simulação se dará por meio da análise de tensões e deformações, baseada em um modelo de elementos finitos, gerado com base no sólido anteriormente modelado.

Sabendo que a força total aplicada a cada pedal dificilmente supera o peso total do ciclista (SANDERSON et al., 2000; SMAK et al., 1999), estipulou-se um carregamento de 1.000N, correspondente ao caso limite de um atleta cuja massa aproximada é de 102 quilos.

Este carregamento foi aplicado a diferentes direções e sentidos, permitindo verificar se a peça está corretamente dimensionada, operando dentro de seu domínio elástico. O resultado deste ensaio, reportado na seção 4.2 e ao longo do Anexo B, também indica o ponto ideal para a aplicação dos extensômetros, pois deformação em excesso pode danificá-los e reduzida deformação prejudicaria a relação sinal/ruído do circuito.

Outro ponto que não pode ser negligenciado no dimensionamento da célula é seu comportamento dinâmico. Aplicar uma carga oscilatória a uma célula de carga cuja frequência esteja próxima a um de seus modos principais de ressonância pode danificar a célula de carga. E mesmo que esta carga não seja capaz de romper a estrutura da peça, poderia influenciar a resposta

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da célula, devendo a faixa de operação da célula de carga permanecer

abaixo do primeiro modo de ressonância.

As simulações realizadas indicam os cinco primeiros modos de ressonância

da estrutura. Seus resultados estão detalhados na Seção 4.2, sendo que

seus perfis modais podem ser observados em detalhe ao longo do Anexo C.

Validando os estudos simulados, realizou-se um ensaio de resposta ao

impacto da peça. Para este ensaio, a peça foi engastada em posição similar

à de operação, conforme ilustra a Figura 3.10, e, em seguida, aplicou-se

um golpe com um martelo de borracha.

Figura 3.10: Ensaio dinâmico: pedivela engastada com acelerômetro triaxial Delta Tron 4520.

Espera-se que resposta da peça a este evento corresponda a uma

oscilação, atenuada ao longo do tempo, cujas componentes espectrais

correspondam aos principais modos de ressonância simulados.

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Para aquisição dos dados de ensaios, utilizou-se um sistema específico

para acelerometria, da empresa National Instruments, composto pelos

módulos NI SCXI 1000, NI SCXI 1530 e NI SCXI 1600. A Figura 3.11

apresenta a foto do sistema utilizado.

Os resultados deste ensaio e suas implicações sobre as limitações gerais

do sistema podem ser observados na seção 4.2.

Figura 3.11: Sistema de condicionamento NI SCXI 1530 e de aquisição NI SCXI 1600.

3.5 Cadeia de medida proposta

A Figura 3.12 apresenta a cadeia de medida proposta para este trabalho. O sistema é projetado para que a faixa de esforços de -600N a 600N corresponda à máxima excursão do conversor analógico digital. As etapas do condicionamento e aquisição digital de dados serão detalhadas ao longo das seções 3.6 e 3.7.

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Figura 3.12: Cadeia de medida proposta.

3.6 Extensometria, condicionamento e calibração

Extensometria

Para a aplicação em questão, dentre as topologias descritas na seção 2.3,

a melhor opção seria a utilização de ponte completa na configuração quatro

fios. Essa topologia permitiria minimizar o ruído térmico causado pelos

resistores que compõem a ponte, minimizar e auxiliar na compensação

do efeito de expansão térmica, compensar alguns tipos de deformações

não lineares e também tornaria o sistema mais imune a ruídos externos.

No entanto, devido a limitações de espaço físico na peça, foi possível

implementar apenas um sistema de meia ponte com os extensômetros

disponíveis no laboratório (Kyowa KFG-5-120-C1-23).

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A Figura 3.13 mostra a foto de um dos extensômetros já cimentados na peça.

O procedimento para realizar esta tarefa foi realizado segundo a metodologia

proposta por Hoffmann (1989), cujos passos principais são:

• marcar o local de aplicação do extensômetro;

• remover oxidação presente na peça utilizando uma lixa fina e palha de aço;

• remover gordura e detritos do processo anterior utilizando uma gaze

embebida em álcool isopropílico;

• secar a peça;

• aplicar a cola ao extensômetro (utilizada cola à base de etil-cianoacrilato);

• posicionar o extensômetro no local adequado;

• pressionar o extensômetro por cerca de um minuto;

• verificar a integridade e isolamento do extensômetro com um multímetro;

• repetir os quatro últimos passos para adesivar os terminais;

• soldar os terminais aos extensômetros e fios.

Figura 3.13: Extensômetro cimentado à estrutura.

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Condicionamento

Conforme descrito, a base do circuito condicionador, para cada canal, é uma ponte de Wheatstone constituída por dois extensômetros de 120 O e dois resistores de precisão (1%) igualmente de 120 O. O ideal seriam resistores da faixa de 0,1% ou ainda menores. O primeiro estágio de ganho é realizado por um amplificador de instrumentação INA126, sendo que os elementos ativos de todos os demais estágios são amplificadores operacionais OPA2604. O diagrama elétrico do circuito condicionador pode ser observado na Figura 3.14.

Figura 3.14: Diagrama elétrico do circuito condicionador.

Os dois primeiros estágios são responsáveis por dar um ganho de G1 = 50 e G2 = 10, totalizando um ganho total de G = 500 para este sistema. Entre esses estágios existe buffer para casamento de impedância. A seguir, um filtro de segunda ordem, cuja frequência de corte é de 40Hz, remove as componentes espectrais de alta frequência. Por fim, é somado ao sinal um offset de V ref /2, a fim de normalizar esse sinal para a entrada do conversor analógico-digital, ajustado para V ref. A Figura 3.15 mostra uma foto do sistema já com o condicionador posicionado na pedivela.

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Figura 3.15: Circuito condicionador de sinais fixado à pedivela esquerda.

Calibração

Devido à dificuldade de se calibrar uma célula de carga como esta

dinamicamente, nas condições mais próximas possíveis da operação, o

procedimento mais comum é realizar o ensaio de calibração estaticamente

(WOOLES et al., 2005).

Para isso foram realizadas 3 séries de medidas, sorteadas aleatoriamente,

num total de 17 medidas, variando de 0 a 40kgf. Foram utilizados durante

esse procedimento os pesos padrões apresentados na Figura 3.16, sendo

que sua disposição durante o ensaio pode ser observada na Figura 3.17.

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Para validar este procedimento, foi realizado um Projeto de Experimentos com um fator controlável, 17 níveis e 3 repetições para verificar a significância da variável de resposta. Seus resultados são apresentados na seção 4.3.

3.7 Sistema de aquisição de dados

Conforme descrito na seção 3.1, o sistema deve ser capaz de transmitir remotamente os sinais gerados pelo circuito condicionador de sinais. Para essa tarefa são utilizados dois dispositivos, um microcontrolador Microchip PIC16F877A com saída serial e um módulo Bluetooth.

O microcontrolador adquire os dados de suas portas analógicas por meio do chaveamento de um conversor analógico digital (ADC) de 10 bits. Para evitar flutuações e realizar uma maior excursão de sinal, optou-se pela utilização da entrada referência de tensão externa, conectada à saída da referência de tensão utilizada, Intersil ILS6002 de 0,6V. A rotina implementada é simples: a cada 10 ou 50 ms, dependendo do modo de operação, é realizada uma leitura nos canais do ADC e o resultado é transmitido serialmente por sua porta USART a uma taxa de 57600 bps. A rotina escrita em linguagem C (compatível com o compilador CCS) é apresentada no Anexo F.

Figura 3.16: Pesos padrão utilizados na calibração estática.

Figura 3.17: Procedimento para ensaio de calibração.

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O Módulo Bluetooth BlueSMiRF Gold WRL-00582, escolhido para esta aplicação em função de disponibilidade e funcionamento, é ilustrado pela Figura 3.18, sendo uma solução para a substituição de cabos seriais, podendo trabalhar em qualquer taxa usual entre 2400 e 115200 bps. Mesmo com suas dimensões reduzidas (5,1 x 1,5 x 0,6 cm), sua antena interna provê alcance de até 100 metros em visada direta. Operando na banda de frequência entre 2,4 e 2,524 GHz, o módulo é capaz de funcionar em ambiente de RF hostil, contendo dispositivos como WiFi, 802.11g e ZigBee graças à tecnologia de salto de frequência (RN-41 - CLASS 1 BLUETOOTH MODULE, 2009).

Figura 3.18: Módulo Bluetooth: BlueSMiRF Gold WRL-00582.

Quando este módulo é ligado, envia sinais para que seja identificado e emparelhado pelos demais dispositivos Bluetooth, tais como computadores e celulares (a menos que o modo invisível esteja ativado). Após emparelhado, é possível iniciar o serviço Serial Port Profile (SPP), que emula uma conexão serial virtual entre os dois dispositivos.

O fluxograma desse sistema é apresentado na Figura 3.19. É importante ressaltar que tanto o microcontrolador quanto o módulo bluetooth foram previamente testados, individualmente, em um canal de comunicação serial RS232 sob a taxa escolhida de 57600bps. Desta maneira é possível identificar isoladamente possíveis fontes de erro.

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Figura 3.19: Fluxograma para aquisição de dados.

Uma vez estabelecida a ligação entre ambos, foram efetuados testes de

integridade para os dados transmitidos. Isso foi feito transmitindo-se,

em vez de dados correspondentes aos canais do ADC, uma sequência

numérica de “00” a “99”, totalizando 300 dados de 8 bits (um por dígito

mais um correspondente ao espaço).

Essa sequência pôde ser observada no monitor serial Docklight, que permite

alinhamento dos pacotes. Considerando que a sequência contém 300

dados, a probabilidade de que o link de dados seja interrompido e retorne

no mesmo pacote, levando a equívocos neste processo de verificação, é

de 0,3%. Os resultados desses testes são reportados na seção 4.4.

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4. RESULTADOS DA PESQUISA E DISCUSSÃO

4.1 Condições gerais das simulações realizadas

Para realização do algoritmo de processamento foi utilizado um computador pessoal dotado de processador Intel Dual Core 2,0 GHz, com 2,0 GBytes de memória RAM e com sistema operacional Windows XP 32 bits.

A base para a os ensaios de tensão e deformação realizados por meio da técnica de cálculo de elementos finitos é uma malha sólida formada por 7903 elementos, cujo tamanho médio é de 4,3 mm conectados a 12906 nós, ilustrada na Figura 4.1 e detalhada na Tabela 4.1. Para essas condições, o desvio máximo entre o modelo gerado e o simulado é de 0,22 mm.

Figura 4.1: Malha sólida utilizada nas simulações estáticas e dinâmicas.

Tabela 4.1: Características da malha.

Fonte: Dassault Systèmes SolidWorks Corporation

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Este limiar foi definido por ser similar à diferença encontrada entre as duas peças adquiridas. Além disso, o refinamento da malha a partir deste ponto poderia elevar significativamente o tempo de execução, que chegou a aproximadamente 5 minutos para as simulações dinâmicas.

Fundamentais na determinação do resultado, os parâmetros do material simulado correspondem à liga de alumínio AL6061, empregada na construção da peça.

Utilizaram-se os parâmetros pré-determinados fornecidos pela empresa Dassault Systèmes SolidWorks Corporation, descritos na Tabela 4.2.

Tabela 4.2: Propriedades do material.

Fonte: Dassault Systèmes SolidWorks Corporation

4.2 Resultados da análise estrutural

A Figura 4.2 apresenta resultado para a simulação do principal carregamento

a que a estrutura será submetida, uma carga normal ao seu eixo longitudinal.

Essa figura e as demais, que representam diferentes esforços, estão

detalhadas no Anexo B. Para todos os casos, a deformação relativa na

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região central da peça permanece entre a faixa de 0,01 a 0,1%, identificando a região como ideal para o posicionamento dos extensômetros.

Figura 4.2: Esforço normal ao eixo longitudinal: deformação e tensão.

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A análise de integridade da estrutura revela, para a condição mais crítica, onde os esforços de tensão poderiam chegar a 91MPa, que este valor fica abaixo do limite de resistência a fadiga do material, que é de 95Mpa. No entanto, nota-se que o coeficiente de segurança desta estrutura é de apenas 4%.

A Tabela 4.3 apresenta os principais modos da frequência de ressonância para os ensaios simulados. O modo fundamental de ressonância é de cerca de 337 Hz. Os demais modos podem ser observados na Tabela 4.3.

Em comparação, a Tabela 4.4 apresenta as principais componentes espectrais capturadas pelo ensaio de vibração realizado com o acelerômetro. A Figura 4.3 ilustra o sinal adquirido tanto para o domínio tempo como para o domínio frequência, permitindo visualizar o amortecimento da estrutura e as frequências de ressonância.

Nota-se que existe concordância entre o resultado esperado e obtido para o primeiro modo de vibração, o mais importante. No entanto, para os demais modos houve divergências. Muito provavelmente, o método de fixação, que no ensaio real tem sua idealidade comprometida por folgas no contato eixo/pedivela, intervém nesse resultado.

Tabela 4.3: Modos de frequência: ensaio simulado.

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Tabela 4.4: Modos de frequência: principais componentes espectrais do ensaio realizado com o acelerômetro.

Verifica-se também que, para o primeiro modo de vibração, seu valor fica acima da frequência de excitação primária gerada pelo atleta (0,5Hz - 2 Hz) (ERICSON et al., 1988) e o contato entre pinos dos dentes das correias e coroa, para um pedal de 40 dentes (20Hz - 80Hz).

Figura 4.3: Resultados para o teste de impacto: domínio tempo e frequência.

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4.3 Validação experimental da célula de carga

A Tabela 4.5 apresenta o resultado para a os ensaios de calibração realizados. Foram efetuadas três séries de medidas, realizadas aleatoriamente para cada célula, sendo a variável de resposta Tensão Elétrica dada em mV, mensurada por meio de um multímetro digital Minipa ET-2076 de 3 ½.

A Tabela 4.6 apresenta o resultado para a Análise de Variância. Observa-se que o fator carga é significativo, conforme esperado, e também que ambas as células apresentam diferenças significativas entre si, demandando diferentes curvas de calibração. A interação entre ambos os fatores também é significativa, embora não haja nenhuma implicação prática associada.

Para o ajuste de curvas, realizado por meio do método da regressão linear, observa-se, para a célula de carga 1, cuja curva de calibração é representada na Figura 4.4, que o erro máximo de não linearidade encontrado para a saída foi de 5,6mV, encontrado para a medida c16, correspondente a um erro na entrada de 1,1kgf. Já o erro quadrático médio observado é de 2,2mV, correspondente a um erro na entrada de 0,45kgf.

Tabela 4.5: Calibração estática.

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Analogamente, na célula 2, cuja curva de calibração é representada na

Figura 4.5, o erro máximo de não linearidade encontrado para a saída foi

de 5,125mV, encontrado para a medida f14, correspondente a um erro na

entrada de 1,2kgf, sendo o erro quadrático médio observado de 3,4mV,

correspondente a um erro na entrada de 0,81kgf.

Tabela 4.6: Resultados do Projeto de Experimentos.

Figura 4.4: Curva de calibração estática para célula de carga esquerda.

Figura 4.5: Curva de calibração estática para célula de carga direita.

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4.4 Teste e funcionamento do sistema

A pedivela que contém a coroa (lado direito) detém, além de seu circuito condicionador, o módulo bluetooth e o microcontrolador, conforme descrito na Figura 4.6. Com o sistema já montado, verificou-se a integridade dos dados recebidos por meio do teste descrito na seção 3.7.

Figura 4.6: Pedivela instrumentada, lado direito.

Para os cerca de 1000 pacotes transmitidos, verificou-se que, uma vez

estabelecido o link de comunicação, não houve perdas. Esse resultado se

repetiu nos três ensaios realizados, sendo o primeiro estático, o segundo

dinamicamente, porém ainda fora da bicicleta, e o terceiro na condição de

operação com a bicicleta em movimento.

Conclui-se então que o radio transceptor é confiável, mesmo nas condições

impostas. Para que seja feita a conexão com a saída provida pelo circuito

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condicionador da pedivela esquerda, utiliza-se um eixo adaptado, dotado de um cabo transmissor, conforme as Figuras 4.7 e 4.8.

Figura 4.7: Eixo com cabo transmissor.

Figura 4.8: Eixo com cabo transmissor acoplado ao movimento central.

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O sistema completo, instalado em uma bicicleta de estrada, pode ser observado nas Figuras 4.9 e 4.10. É importante salientar que esse procedimento não alterou a geometria da pedivela e que os componentes agregados alteraram a massa do sistema de forma desprezível, permitindo afirmar que o modo de vibração resultante é praticamente o mesmo.

Figura 4.9: Sistema instalado em uma bicicleta de estrada.

Figura 4.10: Sistema em uso.

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Com esse sistema foi possível realizar um ensaio biomecânico demonstrativo, avaliando as componentes de força normal direita e esquerda. Os resultados desse ensaio podem ser acompanhados na Figura 4.11.

Figura 4.11: Ensaio biomecânico: análise das componentes de força.

Figura 4.12: Ensaio biomecânico: análise da potência instantânea.

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A partir desses dados é possível obter parâmetros típicos a este tipo de ensaio (SMAK et al., 1999):

• a cadência é de 93 RPM, ou 9,73 rad/s; • o pico de força da perda esquerda é de 497 N; • o pico de força da perda direita é de 453 N; • a assimetria entre forças (critério de pico) é de 9,3%.

Também é possível avaliar a potência instantânea, produzida individualmente por cada perna ou combinadas, conforme a Figura 4.12. De onde se obtém que:

• a potência média para o ciclo em questão é de 570W; • a potência média para o ciclo em questão, produzida pela perna esquerda,

é de 280W; • a potência média para o ciclo em questão, produzida pela perna direita, é

de 290W; • a assimetria entre forças (critério de potência gerada) é de 3,6%.

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5. CONCLUSÕES

A partir dos resultados obtidos, é possível concluir que o principal objetivo desta pesquisa, o desenvolvimento de uma célula de carga aplicada ao ciclismo, foi satisfeito. Destaca-se o erro máximo de não linearidade obtido, de 2,8% e 2,1% para as células direita e esquerda, respectivamente, ficando abaixo do limiar estabelecido de 5%. E também a resposta dinâmica da estrutura, cujo primeiro modo ressonante é de cerca de 340 Hz, ficando significativamente acima da frequência mais alta prevista para operação, de cerca de 80 Hz.

Norteado pelo objetivo principal descrito, os objetivos específicos foram decisivos para a realização deste projeto. A análise mecânica da estrutura permitiu à célula de carga, mesmo operando em uma topologia de meia ponte, ter uma boa resposta devido à excursão do elemento sensor. O circuito condicionador pôde ser construído e portado para um espaço reduzido e, justamente com o sistema de aquisição sem fio, permitiu uma implementação plenamente funcional da estrutura.

Este trabalho abre perspectivas para estudos na área, permitindo a realização de ensaios biomecânicos em campo. Destaca-se que este trabalho gerou inovações baseadas em alguns recursos amplamente difundidos, como por exemplo a tecnologia Bluetooth, reduzindo custos e aumentando sua operabilidade. O sistema poderia ser, por exemplo, facilmente portado para um telefone celular ou demais dispositivos baseados nesse padrão.

Adicionalmente, também poderá vir a servir como base para o desenvolvimento um aparato mais complexo, que necessite de outras variáveis mecânicas ou fisiológicas, permitindo estudar a relação entre elas.

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ALVAREZ, G.; VINYOLAS, J. A. “New Bicycle Pedal Design for On-Road Measurements of Cycling Forces” In: Journal of Applied Biomechanics, [S.l.], v.12, p.130–142, 1996.

BAKER, M. J. EuclideanSpace: building a 3d world. www.euclideanspace.com: [s.n.], 2010.

BALBINOT, A.; BRUSAMARELLO, V. J. Instrumentação e Fundamentos de Medidas. V.2 1ª.ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2007.

BERTUCCI, W.; GRAPPE, F.; GIRARD, A.; BETIK, A.; ROUILLON, J. D. “Effects on the Crank Torque Profile When Changing Pedalling Cadence in Level Ground and Uphill Road Cycling” In: Journal of Biomechanics, [S.l.], v.38, p.1003–1010, 2005.

BOYD, T.; HULL, M. L.; WOOTTEN, D. “An Improved Accuracy Six-Load Component Pedal Dynamometer for Cycling” In: Journal of Biomechanics, [S.l.], v.29, p.1105–1110, 1996.

CANDOTTI, C. T. Características Biomecânicas e Fisiológicas da Técnica de Pedalada de Ciclistas e Triatletas. Tese de Doutorado em Ciências do Movimento Humano. Porto Alegre: UFRGS, 2003.

CARPES, F. P.; ROSSATO, M.; FARIA, I. E.; MOTA, C. B. “Bilateral Pedaling Asymmetry During a Simulated 40-km Cycling Time-Trial” In: The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness, [S.l.], v.47, p.45–51, 2008.

DIEFENTHAELER, F.; VAZ, M. A. “Aspectos Relacionados à Fadiga Durante o Ciclismo: uma abordagem biomecânica” In: Revista Brasileira de Medicina do Esporte, [S.l.], v.14, n.5, p.472–477, 2008.

118

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DO


ERICSON, M. O.; NISELL, R. “Efficiency of Pedal Forces During Ergometer Cycling” In: International Journal of Sports Medicine, [S.l.], v.9, n.1, p.118–122, 1988.

GREGOR, R. J. “Biomechanics of Cycling” In: Exercise and Sport Science, [S.l.], 2000.

HOFFMANN, K. An Introduction to Measurements Using Strain Gages. 1.ed. Alsbach: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Darmstadt, 1989.

HULL, M. L.; DAVIS, R. R. “Measurement of Pedal Loading in Bicycling: 1. Instrumentation” In: Journal of Biomechanics, [S.l.], v.14, p.843–855, 1981.

HULL, M. L.; GONZALEZ, H. “Multivariable Optimization of Cycling Biomechanics” In: Journal of Biomechanics, [S.l.], v.22, p.15–41, 1989.

HULL, M. L.; GONZALEZ, H. K. “The Effect of Pedal Platform Height on Cycling Biomechanics” In: International Journal of Sport Biomechanics, [S.l.], v.6, n.1, p.117, 1990.

KNUDSON, D. Fundamentals of Biomechanics. V.1 2.ed. California: Springer, 2007.KONINCKX, E.; LEEMPUTTE, M. V.; HESPEL, P. “Effect of a Novel Pedal Design on Maximal Power Output and Mechanical Efficiency in Well Trained Cyclists” In: Journal of Sports Sciences, [S.l.], v.26, n.1, p.1015–1023, 2008.

MORIN, J.-B.; BELLI, A. “A Simple Method for Measurement of Maximal Downstroke Power on Friction-Loaded Cycle Ergometer” In: Journal of Biomechanics, [S.l.], v.37, p.141–145, 2004.

MORNIEUX, G.; GUENETTE, J. A.; SHEEL, W. A.; SANDERSON, D. J.

119

CATE

GORI

A GR

ADUA

DO


“Influence of Cadence, Power Output and Hypoxia on the Joint Moments

Distribution During Cycling” In: European Journal of Applied Physiology,

[S.l.], v.102, p.11–18, 2007.

NEPTUNE, R.; HERZOG, W. “Adaptation of Muscle Coordination to Altered

Task Mechanics During Steady-State Cycling” In: Journal of Biomechanics,

[S.l.], v.33, p.165–172, 2000.

NEPTUNE, R. R.; BOGERT, A. J. van den. “Standard Mechanical Energy

Analyses Do Not Correlate With Muscle Work in Cycling” In: Journal of

Biomechanics, [S.l.], v.31, p.239–245, 1998.

RN-41 -Class 1 Bluetooth Module. Roving Networks. www.rovingnetworks.

com: [s.n.], 2009.

SANDERSON, D. J.; HENNIG, E. M.; BLACK, A. H. “The Influence of

Cadence and Power Output on Force Application and in-Shoe Pressure

Distribution During Cycling by Competitive and Recreational Cyclists” In:

Journal of Sports Sciences, [S.l.], v.18, p.173– 181, 2000.

SMAK, W.; NEPTUNE, R.; HULL, M. “The Influence of Pedaling Rate on

Bilateral Asymmetry in Cycling” In: Journal of Biomechanics, [S.l.], v.32,

n.899-906, p.1–17, 1999.

SMITH, M. F.; DAVIDSON, R. C. R.; BALMER, J.; BIRD, S. R. “Reliability

of Mean Power Recorded During Indoor and Outdoor Self-Paced 40 km

Cycling Time Trials” In: International Journal of Sports Medicine, [S.l.], v.22,

n.1, p.270–274, 2001.

WOOLES, A. L.; ROBINSON, A. J.; KEEN, P. S. “A Static Method for Obtaining

a Calibration For SRM Bicycle Power Cranks” In: Sports Engineering, [S.l.],

v.8, p.137 –144, 2005.

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RIO 2016: uma oportunidade para o Brasil

CATEGORIA GRADUADO

Autor Eduardo Pimentel Pizarro

Orientador Silvio Soares Macedo

Instituição de Vínculo Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo

Instituição de Desenvolvimento da PesquisaFaculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo

3ºlugar

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1. INTRODUÇÃO

1.1 Tema

O presente trabalho científico é “filho”, trabalho diferente, decorrente e desenvolvido a partir do projeto intitulado “RIO 2016: uma oportunidade de projeto’’, apresentado como Trabalho Final de Graduação junto à Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo, em 2011.

O trabalho apresenta como objeto de estudo e proposição um efetivo desafio nacional para os próximos anos, a ser debatido e a se tornar alvo de projeto, pensando-se nos interesses da população brasileira de um modo geral, em suas diversas escalas.

Trata-se do contexto da cidade do Rio de Janeiro, quando da proposição, implantação, realização e apropriação dos Jogos Olímpicos de 2016.

Os Jogos Olímpicos, assim como a Copa do Mundo de 2014, a serem realizados em cidades brasileiras, constituem megaeventos. E esse termo traz consigo uma série de questões: qual o seu impacto em cidades dos países em desenvolvimento? Sobre quais custos ambientais, sociais e financeiros os megaeventos se apoiam? Os megaeventos são pensados por e para quem? Por fim, colocando-se numa balança, qual o saldo, positivo ou negativo, em se considerando o país e sua população como um todo?

A realização dos megaeventos, principalmente a partir das Olimpíadas de 1992 em Barcelona, tem estado associada a projetos de requalificação urbana, sistemas de transporte, equipamentos esportivos e de lazer, além de investimentos habitacionais, em vias de constituírem, efetivamente, um legado pós-jogos, a ser absorvido e apropriado por um coletivo urbano.

Todavia, experiências anteriores, como da Copa do Mundo de 2010 na África do Sul e dos Commonwealth Games de 2010 na Índia, e até mesmo as obras

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em andamento no Rio de Janeiro, mostram como esses megaeventos podem

ser, potencialmente, insustentáveis, ao refletir interesses de empreendedores

privados nacionais e/ou internacionais, em detrimento da cidade como um

todo e, principalmente, da parcela de população menos favorecida, que

habita áreas de risco ou de interesse dos detentores de poder.

Os megaventos, portanto, podem ser simples “lonas de circo”, que chegam de

repente, de fora, instalam-se em locais privilegiados até então desocupados

ou que se fizeram desocupar, muitas vezes forçosamente e sem explicações,

assim servem à realização controlada de atividades pré-estabelecidas, por

um curto período de tempo, ao final do qual a lona é desmontada e o circo vai

embora, deixando para trás o terreno vazio e sujo, dinheiro e reconhecimento

nas mãos dos promotores circenses, abandono e incertezas no restante da

população.

Essa metáfora inquieta o autor e o instiga, portanto, a discutir e propor novas e

melhores interações a serem estabelecidas entre os megaeventos esportivos

e a educação, o meio ambiente e o desenvolvimento sustentável das cidades

brasileiras de um modo geral.

É preciso explorar, ao máximo, as potencialidades da realização de um

megaevento internacional em um país em desenvolvimento, como é o caso

do Brasil.

Ao longo da introdução, de modo a conduzir e justificar o objeto de estudo e

proposição, serão traçados panoramas sintéticos do contexto que abrange

essa questão, o contexto da cidade do Rio de Janeiro, o contexto dos Jogos

Olímpicos e, por fim, o projeto dos Jogos Olímpicos do Rio em 2016, em si,

em processo de implantação.

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1.2 Contexto carioca

1.2.1 Localização/inserção

O Município do Rio de Janeiro é localizado na região sul do Estado de mesmo

nome, junto ao Oceano Atlântico e à Baía de Guanabara. A articulação deste

município ao restante do Estado do Rio de Janeiro e aos demais estados

federativos brasileiros se dá principalmente por linhas de transporte rodoviário,

como Rodovia Presidente Dutra) e a Rodovia Rio-Santos, que conectam São

Paulo ao Rio, a Rodovia Washington Luiz, que liga Brasília ao Rio de Janeiro,

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passando pelos Estados de Goiás e Minas Gerais, além das Rodovias de Divisa Interestadual, BR 356, entre Minas Gerais e Rio de Janeiro, e BR 393, na divisa com Minas Gerais e Espírito Santo.

O Transporte Ferroviário Interestadual, assim como no restante do país, é hoje, 2011, incipiente e voltado principalmente ao transporte de cargas. Na história do Rio de Janeiro foi demasiado importante, contudo, a Estrada de Ferro Central do Brasil.

Este panorama pode se alterar com a implantação da Linha de Transporte Ferroviário Interestadual de Alta Velocidade, o denominado TAV, interligando as Regiões Metropolitanas de Campinas, São Paulo e Rio de Janeiro. A linha de alta velocidade, com trens de passageiros que podem ultrapassar a velocidade de 200 km/h, atravessa 38 municípios, com parada em 8 deles, Campinas, Jundiaí, São Paulo, São José dos Campos, Aparecida, Resende, Volta Redonda/Barra Mansa e Rio de Janeiro. Este projeto está em fase de estudos de viabilidade e é questionável pelos longos prazos de implantação, cerca de 10 anos, altos investimentos, R$ 34,6 bilhões estimados, e impacto ambiental e social, com eliminação de mais de 600 ha de mata nativa e desapropriação de aproximadamente 1.000 famílias. Tudo isto em favor de uma linha ferroviária exclusivamente de passageiros que interliga de modo expresso os principais centros econômicos nacionais, não configurando uma verdadeira rede ferroviária nacional, possivelmente mais relevante e necessária ao contexto brasileiro atual (2011). Discussão semelhante é pertinente à execução de obras para a Copa do Mundo em 2014 e para os Jogos Olímpicos em 2016.

No que diz respeito ao transporte aéreo, o Rio de Janeiro é servido por dois aeroportos comerciais de grande porte, o Aeroporto Nacional Santos Dumont, locado na área central da cidade, e o Aeroporto Internacional Tom Jobim, também chamado de Galeão, na Ilha do Governador. Do Município de São Paulo, a partir dos Aeroportos de Guarulhos ou Congonhas, é possível chegar ao Rio por meio do Galeão ou Santos Dumont.

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Assim como o transporte ferroviário, o transporte hidroviário, no Brasil é negligenciado. O Município do Rio de Janeiro faz parte do roteiro de diversos Cruzeiros Marítimos Internacionais ao longo da Costa Marítima Brasileira. Ademais o transporte Marítimo de Lazer, há Transporte Hidroviário de transposição entre o Município do Rio de Janeiro e Niterói.

1.2.2 População

A população do Município do Rio de Janeiro, segundo o censo de 2010 do IBGE, é de 6.323.037 habitantes, sendo 53,2% do gênero feminino e 46,8% do masculino. Já a população da Região Metropolitana do Rio de Janeiro, composta por 19 municípios, é de 11.838.752 habitantes, número um pouco superior à população recenseada apenas no Município de São Paulo, 11.244.369 habitantes.

O crescimento demográfico entre os anos de 2000 e 2010 é superior no Município de São Paulo, 13,5%, frente a 7,9% no Rio de Janeiro. Provavelmente, o Censo Demográfico a ser realizado em 2020, após a realização a apropriação das intervenções urbanas cariocas dos próximos anos, mostrará uma taxa de crescimento demográfico carioca mais expressiva, fundamentalmente relacionada à migração populacional, em busca de emprego, oportunidades ou mudança de vida. Surge uma questão: como absorver esse excedente populacional de forma adequada e condizente a um desenvolvimento sustentável?

Ainda segundo o Censo de 2010, a população do Município do Rio de Janeiro é 100% urbana. Este índice deve ser observado com cuidado, uma vez que é denominada população urbana a que está instalada dentro dos limites urbanos delimitados. Não quer dizer, todavia, que esta população ocupe áreas formalizadas, seguras, com acesso a serviços públicos urbanos, como água tratada, esgoto, energia elétrica, transporte e equipamentos públicos.

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O município do Rio de Janeiro ocupa uma área total de 1.224,56 km² (122.456ha). Entretanto, parte deste território não é urbanizado, com 337,38 km² de florestas e bosques, compostos principalmente pelos Maciços da Tijuca com 105,9 km², da Pedra Branca com 152,1 km² e Gericinó com 35,7 km², além de 40,21 km² de mangues e 8,81 km² de áreas de restinga.

A densidade demográfica bruta do município carioca é, portanto, 51,6 habitantes/ha, ou, aproximadamente, 5.348 hab/km². Descontando-se as áreas não urbanizadas, a densidade passa ao valor de 71,3 habitantes/ha.

Vale comparar a densidade do Rio com outras cidades ao redor do Mundo: Beijing, 11.500 hab/km²; Mumbai, 29,650 hab/km²; Cidade do México, 8.400 hab/km²; Las Vegas, 1.750 hab/km² (www.citymayors.com).

Os dados referentes à densidade demográfica municipal média devem ser encarados de forma cautelosa, uma vez que, no caso do Rio, por exemplo, a Barra da Tijuca, segundo Censo de 2000, possui densidade demográfica de menos de 50 hab/ha, ao passo que Copacabana, possui densidade de mais de 250 hab/ha.

Além disso, a densidade, quando encarada apenas como um número, sem qualquer referência espacial, não quer dizer nada. É possível um trecho urbano com densidade elevada e alta qualidade espacial, ao mesmo tempo em que uma densidade considerada baixa pode representar um espaço urbano desqualificado. Até mesmo os termos densidade alta e densidade baixa são relativos.

O IDH, Índice de Desenvolvimento Humano, do município do Rio de Janeiro, é de 0,842, um índice considerado bom se comparado ao nacional, 0,771 (IBGE, 2000). Este valor de IDH não quer dizer, contudo, que este seja um município sem deficiências infraestruturais ou desigualdades.

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1.2.3 Aspectos socioeconômicos

A cidade do Rio de Janeiro, assim como São Paulo, é responsável por consideráveis parcelas da produção de riqueza nacional.

Segundo levantamento do IBGE, em 2008, o PIB do município carioca é de R$ 154.777 milhões, que corresponde a um PIB per capita de R$ 25.122,00, representando 45,1% do PIB Estadual e 5,1% do PIB Nacional.

O Município de São Paulo, apresenta um PIB de R$ 357.116 milhões, correspondente a 11,8% do Nacional.

O principal motor do PIB carioca, assim como em São Paulo, é o Setor Terciário, responsável por 87,89%, seguido pelo Setor Secundário, com 12,07%, e pelo Setor Primário, com apenas 0,04%. No Setor Terciário, destaca-se a prestação de serviços relacionados a telecomunicações e tecnologia da informação, além de comércio e turismo.

O Setor da Construção Civil e do Mercado Imobiliário no Rio de Janeiro, como no restante do país, está aquecido, com elevado número de lançamentos residenciais ou corporativos, que são rapidamente vendidos. Talvez não seja o momento oportuno, mas uma sintética leitura da produção imobiliária dos últimos 5 anos em São Paulo e no Rio de Janeiro pode ser muito interessante e permite compreender como são, efetivamente, construídas as cidades brasileiras.

Dentro de um universo de construtoras atuando no Rio de Janeiro, pode-se destacar como as de maior relevância CHL, Rossi, Cyrela, Calçada, João Fortes Engenharia, Gafisa, Brookfield, Agenco e Carvalho Hosken.

Os empreendimentos recentemente lançados ou já totalmente vendidos por estas construtoras se concentram em regiões específicas da cidade, como Barra da Tijuca, Jacarepaguá, Méier e Botafogo. Rogério Zylbersztajn,

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vice-presidente da RJZ Cyrela, destaca, a partir de 2010, a abertura ou intensificação de novas áreas para a expansão do mercado imobiliário. Segundo Zylbersztajn, com as UPPs, por exemplo, Tijuca e São Cristóvão passaram a ter um novo valor. Em relação aos Jogos Olímpicos de 2016, Zylbersztajn aponta que desde outubro (2010), o número de visitas aos estandes da empresa quadruplicaram na região da Barra da Tijuca, onde vai ser construída a Vila Olímpica (Revista Cyrella, Novembro de 2010).

O padrão edilício e de implantação seguido pelo Mercado Imobiliário Carioca é muito semelhante ao do paulistano, tanto para empreendimentos residenciais, quanto para comerciais. São propostos condomínios compostos por torres isoladas, cercadas de verde e itens de lazer ou outras amenidades. São exploradas ao máximo as oportunidades permitidas pela legislação e os empreendimentos são completamente revestidos por ideais, símbolos e referências, meros instrumentos de marketing. O que principalmente diferencia a produção carioca da paulistana é o uso da água, que é levada no Rio de Janeiro e, em especial na Barra da Tijuca, ao extremo, com grandes lagos e piscinas na área central dos condomínios-clube.

1.2.4 Aspectos políticos

O Município do Rio de Janeiro é estruturado administrativamente em cinco Áreas de Planejamento (AP), 33 Regiões Administrativas (RA) e 160 Bairros. Estas subdivisões sobrepostas, desde que coordenadas por níveis de poder articulados, constituem uma estratégia interessante de gestão do espaço urbano, pois orquestram, em diferentes escalas, as diversas necessidades, demandas, iniciativas e intervenções.

A cidade é subdividida popularmente em Zona Sul (Copacabana, Lagoa Rodrigo de Freitas, Leblon, Ipanema...), Centro (área portuária, ...), Zona Oeste (Barra da Tijuca, Jacarepaguá, Recreio...) e Zona Norte (Penha...).

O Poder Executivo fica a cargo do Prefeito Eduardo da Costa Paes, afiliado ao PMDB, com mandato de 1 de Janeiro de 2009 até 31 de Dezembro de 2012.

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Junto ao Prefeito, é importante o papel específico desempenhado por cada uma das 23 Secretarias, uma delas voltada, inclusive, para os megaeventos da Copa de 2014 e Rio 2016 (SERIO).

O Estado do Rio de Janeiro é governado por Sérgio Cabral, também do partido PMDB, reeleito, com mandato até Dezembro de 2014.

A mesma filiação partidária do prefeito e governador permite uma melhor interação entre diferentes esferas de poder, possibilitando ações conjuntas que levem à concretização das metas estabelecidas, como é o caso dos projetos e obras envolvidos com a Copa de 2014 e os Jogos Olímpicos de 2016.

1.2.5 Sistema de Transportes

A locomoção no espaço intra-urbano do Município do Rio de Janeiro pode ser feita por linhas rodoviárias, metroviárias, ferroviárias e até mesmo hidroviárias. Até hoje, 2011, o sistema rodoviário é o único que constitui uma verdadeira rede de transportes que permite o acesso a diferentes regiões da cidade. Os demais sistemas de transporte concentram-se basicamente na Região Central do Rio, conectando-se a norte e/ou sul.

O Sistema Rodoviário do Rio é estruturado basicamente por: um eixo leste-oeste, a Avenida Brasil, desde a Baía de Guanabara até o extremo oeste do município; um eixo norte-sul, a Linha Vermelha, desde a Rodovia Presidente Dutra no Município de João de Meriti, passando pela Ilha do Governador, onde está localizado o Aeroporto Internacional do Galeão, até a Região Portuária; um eixo sudoeste-nordeste, a Linha Amarela, que em continuidade à Avenida Ayrton Senna, interliga a Barra da Tijuca e Jacarepaguá até a Universidade Federal do Rio de Janeiro. Junto à Região Portuária, a Linha Amarela intercepta a Linha Vermelha e a Avenida Brasil, permitindo a articulação direta destes eixos.

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Apesar de se tratar de um eixo viário intermunicipal, a Ponte Rio-Niterói, Ponte Costa e Silva e Elevado da Perimetral, interferem significativamente no espaço intraurbano da cidade do Rio de Janeiro. Ao mesmo tempo em que este sistema rodoviário transpõe a Baía de Guanabara, constitui obstáculos urbanos para a orla carioca.

As avenidas da orla marítima também apresentam notável importância estrutural, principalmente na Região Sul da cidade. O percurso da praia, seja ele feito à pé, de bicicleta, ou em veículos motorizados, é interessante, pois explora o potencial visual/paisagístico da cidade, ao mesmo tempo em que constitui um percurso de fácil apreensão, principalmente por parte do turista.

Os principais terminais rodoviários, Terminal Menezes Cortes, Terminal Praça Mauá, Terminal Américo Fontenelle e Rodoviária Novo Rio, concentram-se na Região Central, assim como demais nós de transporte.

O Sistema Rodoviário será complementado, ou otimizado, até 2016, por um sistema expresso de vias exclusivas para ônibus de alta velocidade, o denominado BRT, Bus Rapid Transport, sistema inspirado no de Curitiba e Bogotá. São quatro linhas propostas, que buscam articular regiões da cidade carentes de acesso por transporte público de maior capacidade e velocidade. Este sistema não se compara à eficiência do Metroviário, mas torna-se vantajoso pelos custos e prazos de implementação menores. O BRT, apesar de incentivar o transporte público, continua a enfatizar o caráter rodoviarista tão pregado e reproduzido no Brasil, ao mesmo tempo em que reforça a construção de vias expressas que configuram verdadeiros obstáculos urbanos.

Três das quatro linhas de BRT partem da Barra da Tijuca. São elas a Transcarioca, Transolímpica e Transoeste. Estas Linhas de BRT são instaladas, em grande parte, sobre eixos viários existentes. Estes deverão, entretanto, ser readequados para comportar as vias segregadas do BRT, suas estações e transposições. As obras já foram iniciadas e, com elas, começaram também

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as desapropriações, nem sempre amistosas, de faixas lindeiras a trechos das vias a serem alargadas.

O Sistema de Transporte Ferroviário no espaço intraurbano da Cidade do Rio de Janeiro concentra-se nas Regiões Central e Norte, com apenas um ramal de conexão leste-oeste, entre as bases militares de Campo dos Afonsos e Santa Cruz, o denominado Ramal Itaguaí (Santa Cruz), com 30km de extensão e 15 estações.

O Sistema Ferroviário de passageiros do Rio de Janeiro não atende a toda a área urbana e não foi projetado e nem se configura como uma efetiva Rede de Transportes, uma vez que não existem muitas conexões e transferências entre as linhas que, em grande parte de seus percursos, correm quase que paralelas umas às outras em direção ao Centro do Rio.

O Sistema de Transporte Metroviário carioca é estruturado principalmente por duas linhas. A Linha 1 serve a Zona Sul e a Região Central do Rio, desde a Estação Uruguai até a Ipanema/Gal Osório, num percurso com vinte estações. A linha 2 conecta a Zona Norte, ao Centro e à Zona Sul, desde Pavuna até Botafogo, em um total de 26 estações. A transferência entre estas linhas de Metrô é realizada apenas nas Estações Central e Botafogo. Além disso, há outras duas linhas de Metrô, de superfície, entretanto, que conectam a Estação de Botafogo e a de Ipanema à Estação da PUC. Na verdade, este denominado Metrô de Superfície são linhas de ônibus gerenciadas pelo Metrô. Ao longo das linhas de Metrô, algumas estações permitem conexão com trens urbanos, ônibus e ciclovias.

O Transporte Hidroviário no Município do Rio de Janeiro é praticado em pequena escala, por meio de aerobarcos e catamarãs, na transposição da Baía de Guanabara.

Assim como em São Paulo, mesmo com a oferta de transporte público, ainda que ineficiente ou insuficiente, é reforçada a primazia do transporte individual

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na cidade do Rio de Janeiro, principalmente nas regiões em que a cidade foi pensada na escala do carro e não na escala do homem, como é o caso da Barra da Tijuca. Na verdade, no caso carioca, o próprio contexto paisagístico e turístico do Rio parece contribuir para que as vias de pedestres e ciclovias sejam mais intensamente usadas do que em São Paulo, seja por turistas, por moradores aos fins de semana ou no dia-a-dia. Além disso, os espaços públicos do Rio, principalmente as praias, espaços livres públicos realmente democráticos, parecem ser mais vivos que os paulistanos.

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1.2.6 Condições climáticas

O Município do Rio de Janeiro está situado na Latitude 22,6° Sul e Longitude 43,1°, com área urbanizada predominantemente em relevo plano, próximo ao nível do mar. Estas condições determinam seu clima, Tropical Atlântico, ou Tropical Semi-úmido, caracterizado por verões quentes e chuvosos e invernos mais secos.

De modo técnico e preciso, com base em dados do Software Climaticus, desenvolvido em 2005 pelo Labaut-Fauusp, a Temperatura Absoluta Máxima no Verão, em Novembro, é 38,2°C. A Temperatura Absoluta Mínima no Inverno, em Maio, é 11,1°C.

Com relação à insolação e acesso ao sol, subjetivamente, em conversas com moradores, diferentemente do caso de São Paulo, unidades habitacionais voltadas para sul, por exemplo, não são tão desagradáveis ambientalmente. O mais importante é garantir insolação a partir de Leste, durante a manhã, e oferecer varandas abertas e sombreadas nos quais os moradores da unidade passarão grande parte do tempo. No que diz respeito aos banheiros, assim como é em grande parte dos edifícios do Centro e da Zona Sul carioca, não há estrita necessidade de ventilação e iluminação natural. Esta alternativa não é, todavia, condizente com a busca de um meio urbano mais sustentável.

De acordo com o Método Givoni de Diagnóstico Cilmático, o Município do Rio de Janeiro está em Zona de Conforto Ambiental em apenas 2,8% do ano. Para atingir condições de conforto ambiental, o diagnóstico prevê que o uso de ventilação natural é suficiente para 44,1% do ano, sendo que em outros 53,5% do ano é necessário uso de condicionamento artificial, passivo ou ativo.

De forma resumida, simplificada e coloquial, para se atingir conforto ambiental no Rio de Janeiro é preciso, fundamentalmente, cores claras, sombreamento e ventilação.

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1.2.7 O que é a cidade do Rio de Janeiro?

O entendimento da vida carioca, sua cultura, sua música, suas festas, suas comidas, sua moda, sua literatura, seus lugares, etc, é demasiado importante para este processo de projeto, uma vez que quer se fazer um projeto urbano para o Rio de Janeiro, e não um projeto qualquer, que possa estar em São Paulo, Nova Iorque, Londres, Mumbai ou Xangai.

1.3 Contexto olímpico

1.3.1 Conceitos olímpicos

Antes de qualquer consideração, é preciso desfazer um equívoco conceitual/terminológico recorrente acerca do tema olímpico. Jogos Olímpicos e Olimpíadas não são a mesma coisa. Os Jogos Olímpicos dizem respeito ao evento esportivo em si, como, por exemplo, os Jogos Olímpicos do Rio de Janeiro em 2016. Já as Olimpíadas são o intervalo entre duas edições consecutivas dos Jogos Olímpicos, por exemplo, as Olimpíadas que vão desde os Jogos de Londres (2012) até os do Rio (2016).

Os Jogos Olímpicos e as Olimpíadas são estruturados por uma série de ideologias, conceitos, símbolos, cerimoniais e órgãos a níveis nacional e internacional.

A instituição das Olimpíadas e dos Jogos Olímpicos é respaldada pelo Olimpismo, uma filosofia que encara o esporte como estratégia de promoção da educação, do intercâmbio cultural, da compreensão internacional, do espírito coletivo, possibilitando a construção de um mundo mais unido, democrático, igualitário, pacifista, humanitário, saudável e ecológico.

Apesar de reconhecida a importância do esporte e, de modo especial, das Olimpíadas e dos Jogos Olímpicos, para a criação de uma atmosfera mundial diferenciada, mais harmônica, mais entusiasta, mais ideal, deve-se atentar ao

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fato de que, muitas vezes, para alcançar estes objetivos, os Jogos Olímpicos,

quando da instalação das cidades-sede, promovem desunião, conflitos,

priorizando interesses de alguns em detrimento de outros, que chegam a

ser expulsos de seus locais de origem durante os jogos, e, definitivamente,

no período pós-jogos, uma vez que a falta de incentivos governamentais e

a valorização imobiliária decorrente dos investimentos público-privados,

impossibilitam uma esfera de igualdade e humanidade no espaço urbano.

Todavia, não é intenção criticar ou menosprezar o poder do Olimpismo, que

percorre a história da Humanidade. Pelo contrário, é necessário estudar

e propor alternativas que contribuam para uma melhor concretização dos

conceitos olímpicos.

O principal símbolo olímpico é aquele formado por cinco aros circulares

entrelaçados, cada um de uma cor, azul, amarelo, preto, verde e vermelho,

sobre fundo branco. Este signo de comando foi proposto em 1914, em

uma competição aberta à participação igualitária de todos. Apesar do que

comumente é relatado, é falsa a afirmação de que cada um dos arcos

representa um continente participante.

Citius, Altius, Fortius (o mais rápido, o mais alto, o mais forte) é o Lema dos

Jogos Olímpicos, indicando a meta de superação do atleta frente a si mesmo,

sempre levando em conta os valores olímpicos da Excelência, Amizade e

Respeito.

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O Hino Olímpico e o Juramento constituem, junto ao lema e ao símbolo olímpico, os principais elementos cerimoniais. O Hino foi composto em 1896 e adotado pelos organizadores do evento em 1958, sendo reproduzido em todas as cerimônias olímpicas oficiais, exaltando a união e o espírito olímpico:

Oh! arcaico espírito imortal, imaculado pai dabeleza, da grandeza e da veracidade,desça, se faça presente e faça brilhar aqui emais além, na Glória de sua Terra e Céu.

Na corrida, na luta e no arremesso, façabrilhar o ímpeto das nobres competições,modelando com aço e dignidade o corpo,coroando-o com a imperecível rama do louro.

Campos, montanhas e mares se vão contigo talcomo um alvi-rubro magno templo, para oqual se conduz aqui como seu peregrino, oh!arcaico espírito imortal, cada nação.

A Mascote Olímpica também pode ser encarada como um especial instrumento de promoção comercial e estabelecimento de um elo afetivo entre os jogos, seus participantes e espectadores.

Todas estas estratégias, todo este discurso, consolidam e permitem a continuação dos Jogos Olímpicos, que são, contudo, muito mais do que simples jogos. Este evento pode ser encarado como uma máquina, que por um lado promove o esporte, a união, a saúde, a igualdade, mas por outro, orquestra ou privilegia interesses, movimenta altíssimos capitais e pode impactar negativamente, de forma irreversível, nas dinâmicas e apropriação do espaço urbano em que se instala.

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1.3.2 Estrutura olímpica

Pautado pela definição de Olimpismo, junto aos Valores Olímpicos de Excelência, Amizade e Respeito, é fundamentado o Movimento Olímpico, estruturado pelo Comitê Olímpico Internacional (COI), os Comitês Olímpicos Nacionais (CON), as organizações esportivas e atletas, todos regulamentados pela Carta Olímpica.

O Comitê Olímpico Internacional (COI), sediado em Lausanne, Suíça, é uma ONG, sem fins lucrativos, responsável pela organização dos Jogos Olímpicos de Verão e Inverno, além dos Jogos da Juventude, também de Verão e Inverno.

O COI, sob presidência do belga Jacques Rogge desde 2001, congrega 205 Comitês Olímpicos Nacionais, inclusive o brasileiro, e é composto por 110 membros, dois deles brasileiros, João Havelange (Presidente de Honra da FIFA e membro do COI desde 1963) e Arthur Nuzman, eleito em 2000 como Presidente do Comitê Olímpico Brasileiro.

É interessante destacar que a escolha da cidade-sede se dá sete anos antes da realização dos jogos, por meio de votação envolvendo todos os membros do COI.

O Comitê Olímpico Brasileiro (COB), fundado em 1914, apresenta múltiplas responsabilidades, em relação ao COI e ao esporte nacional em si. O COB representa o país frente ao COI, além de organizar as delegações brasileiras para os Jogos Sul-Americanos, Pan-americanos e Olímpicos, e fomentar o desenvolvimento do esporte nacional, sempre norteado pelos valores olímpicos.

Dentro do COB, opera a AOB, Academia Olímpica Brasileira, que, junto à Academia Olímpica Internacional (IOA), objetiva a produção e divulgação de conhecimento olímpico.

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Os Jogos Paraolímpicos tiveram sua primeira edição em 1960, em Roma. Contudo, o Comitê Paraolímpico Internacional só foi realmente criado em 1989. A intenção em se criar estes jogos vem do contexto histórico europeu do pós-Segunda Guerra Mundial, quando a busca pelo esporte como forma de reabilitação físico/social de veteranos de Guerra foi testada pelo neurocirurgião alemão Ludwig Guttmann.

O Comitê Paraolímpico Brasileiro (CPB) foi fundado em 1995, com sede em Brasília.

A instituição dos Jogos Paraolímpicos constitui, hoje (2011), uma das tantas iniciativas relacionadas à inclusão do indivíduo com restrições físicas e/ou mentais na sociedade, como o estabelecimento de normas de acessibilidade urbana e edilícia e políticas de inserção no mercado de trabalho. Na verdade, os Jogos Paraolímpicos garantem visibilidade a esta questão e incitam sua resolução.

1.3.3 Histórico Olímpico

Os registros mais antigos de Jogos Olímpicos datam de 776 a.C., referentes aos jogos realizados pelos gregos em Olímpia, homenageando Zeus.

Os jogos já ocorriam a cada quatro anos, num período em que se proclamava trégua entre os povos, com cessar de guerras e conflitos. Eram excluídos dos jogos estrangeiros, escravos e mulheres, sendo que estas nem poderiam assistir às disputas. Aos vencedores eram oferecidas coroas de ramos de oliveira.

Os jogos gregos se desenvolvem até 393 d.C., quando a dominação do Imperador Romano Teodósio impôs o seu fim.

A prática dos Jogos Olímpicos só voltou 1.500 anos depois, por especial incentivo do Barão Pierre de Coubertin, pedagogo e esportista francês,

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que lança mão do esporte e dos valores olímpicos como estratégia de aprimoramento do ensino educacional.

Coubertin defende a criação de um órgão que unificasse e promovesse os jogos, fundado em 1894, com a denominação de Comitê Olímpico Internacional (COI). Já em 1896, ocorre a primeira edição dos Jogos Olímpicos da Era Moderna, em Atenas. Em 1924, ocorre o desmembramento do evento em Jogos de Verão e de Inverno, a serem realizados no mesmo ano. A partir de 1994, os Jogos de Verão e Inverno, continuam a ocorrer a cada quatro anos, embora de forma alternada. Por exemplo, os Jogos de Verão acontecerão em 2012 em Londres, os de Inverno em 2014 em Sochi e o de Verão em 2016 no Rio.

Até 1936, as cidades-sede dos Jogos Olímpicos se concentravam em países europeus e norte-americanos, devido, provavelmente, ao fato de que, até então, as cidades-sede eram localizada no país vencedor dos jogos anteriores. Os Jogos Olímpicos de Verão de 1940, o primeiro evento a ser sediado em Tóquio, foram cancelados devido à 2ª Guerra Mundial. Por fim, apenas em 1964, aconteceram os primeiros jogos fora da Europa e EUA, em Tóquio.

Ao longo de mais de um século, contando com os Jogos de Londres, são 30 edições dos Jogos Olímpicos. Os Jogos do Rio serão o trigésimo primeiro.

1.3.4 Brasil nos Jogos Olímpicos

A história do Brasil nos Jogos Olímpicos começa em 1920, nos Jogos Olímpicos da Antuérpia, Bélgica. A partir de então, o Brasil já participou de 20 das 21 edições, excetuando-se os Jogos Olímpicos de Verão de 1928, em Amsterdam, Holanda.

Nesta trajetória de quase 100 anos de participação, o saldo de medalhas brasileiras é de 20 medalhas de ouro, 25 de prata e 46 de bronze, totalizando 91 medalhas. Mesmo levando-se em conta o tamanho reduzido das delegações olímpicas brasileiras, que em 2008, para as Olimpíadas de Beijing,

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era de 144 homens e 133 mulheres (277 atletas), o saldo total brasileiro de medalhas pode ser considerado pouco expressivo se comparado ao quadro de medalhas da China apenas nos Jogos Olímpicos de Beijing, 51 de ouro, 21 de prata e 28 de bronze, totalizando 100 medalhas, quando contou com uma delegação de 639 atletas.

Estes dados são interessantes para mostrar o quanto o Brasil ainda tem de se desenvolver nos campos da educação e do esporte. Para tanto, torna-se demasiado importante pensar nos Jogos Olímpicos do Rio de Janeiro como uma oportunidade de fazer com que as instalações esportivas não se tornem, no período pós-jogos, um simples amontoado de complexos de convenções e eventos, mas que permitam o efetivo desenvolvimento de atividades esportivas, recreativas e educacionais, acessíveis e direcionadas à sociedade como um todo. Esta intenção, contudo, depende desde a inserção dos equipamentos no espaço urbano até a modalidade de parceria entre agentes público/privados que possibilitou sua construção/reabilitação.

Além disso, o Brasil, em 2016, irá entrar definitivamente para a História dos Jogos Olímpicos, com a cidade-sede do Rio de Janeiro, a primeira sul-americana, a segunda latino-americana (a primeira foi a Cidade do México, em 1968) e a segunda representando um país do Terceiro Mundo (a primeira foi Beijng, na China, em 2008). Grande é a carga de ansiedade e esperança depositada na realização dos Jogos Olímpicos do Rio. Por isso, esta problemática deve ser muito pensada e, a partir disto, muito bem projetada, para que este megaevento venha a coroar os novos panoramas brasileiros que vêm sendo traçados, buscando minimizar impactos e otimizar o aproveitamento das infraestruturas como legado coletivo urbano.

1.4 O projeto olímpico Rio 2016

O projeto olímpico oficial para os Jogos de 2016 na cidade do Rio de Janeiro foi disponibilizado, a nível de estudo preliminar, no Caderno Oficial da Candidatura Rio 2016. A partir dele se faz, a leitura das intervenções propostas, uma vez

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que os projetos executivos finais não são, por políticas de sigilo e direitos autorais, divulgados.

A distribuição do programa olímpico no espaço urbano carioca se¬gue, em grande medida, a mesma do Pan de 2007. Uma premissa de projeto seria o aproveitamento de estruturas e instalações pré-existentes, inclusive as construídas para os Jogos Pan-americanos de 2007. Apesar do discurso, algumas dessas instalações terão de ser readequadas ou substituídas, atendendo aos padrões olímpicos.

As instalações olímpicas organizam-se, portanto, em quatro zonas, as Regiões do Maracanã, Deodoro, Copacabana e Barra da Tijuca.

Na Região do Maracanã concentram-se as atividades esportivas olímpicas de futebol, voleibol, atletismo (maratona) e tiro com arco, e as atividades paraolímpicas de tiro com arco e atletismo. As principais instalações a serem usadas nesta região são o Estádio do Maracanã, para as cerimônias de abertura e encerramento, o Estádio João Havelange e o Sambódromo do Rio.

A Região de Deodoro, por meio de sete instalações, prevê o desen¬volvimento de diversas atividades jovens e radicais, como hipismo, tiro esportivo, esgrima, tentatlon, mountian bike e ciclismo BMX. Estes equipa¬mentos, na forma de legado, devem incentivar a prática de espor¬tes, principalmente voltados à juventude carioca.

Na Região de Copacabana as atividades esportivas, assim como no Pan, distribuem-se pela Praia de Copacabana, Aterro do Flamengo e Lagoa Rodrigo de Freitas, grande parte em instalações esportivas temporárias.

Assim como nos Jogos Pan-americanos e Parapan-americanos de 2007, a maior concentração de instalações esportivas, além de Vila dos Atletas, para Jogos Olímpicos de 2016, ocorre na Barra da Tijuca, Zona Oeste do Rio.

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Os pavilhões do Rio Centro, pré-existentes e propostos, são empregados para o desenvolvimento de algumas modalidades esportivas, com competições de Boxe, Tênis de Mesa, Badminton e levantamento de Peso Olímpico e Halterofilismo Paraolímpico.

O Autódromo de Jacarepaguá, também denominado Autódromo Nelson Piquet, será removido de uma península que ocupa junto à Lagoa de Jacarepaguá. Nessa península é prevista a manutenção de algumas instalações esportivas pré-existentes, como a Arena Olímpica do Rio, o Centro Aquático Maria Lenk e o Velódromo do Rio, acrescida de outras instalações esportivas, como o Centro Olímpico de Treinamento (COT) e o Estádio Olímpico de Desportos Aquáticos, além de instalações não-esportivas, como o Centro de Imprensa (IBC-MPC).

Junto à Lagoa de Jacarepaguá e ao RioCentro, é locada a Vila Olímpi¬ca dos atletas e delegações técnicas, à qual se articulam o Parque da Vila Olímpica e

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o Centro de Treinamento da Vila Olímpica.

Antes de tratar da Vila Olímpica da Barra de modo específico, é pre¬ciso abordar uma quinta Região Olímpica, não descrita no Caderno da Candidatura, o Projeto Porto Maravilha, iniciativa da cidade do Rio de Janeiro de usar os Jogos Olímpicos como catalisador de re¬qualificação de zona portuária, a ser reinserida nas dinâmicas urba¬nas cariocas.

A Região Portuária, compreende uma área de 500ha, abrangendo três bairros inteiros, Santo Cristo, Gamboa e Saúde, além de parte dos bairros de São Cristóvão, Centro e Cidade Nova, atingindo uma população de aproximadamente 22 mil habitantes (IPP, 2000).

A requalificação prevê recuperação de infraestrutura de transportes e meio ambiente, recuperação do Patrimônio Histórico e Artístico, articulado a novos equipamentos culturais e de entretenimento, inserção de aproximadamente mais 80 mil habitantes, além de incentivo a instalação de empresas de tecnologia e inovação. Existe inclusive a intenção de trazer para a Zona Portuária, a Vila de Mídia, originalmente pensada na Barra da Tijuca.

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Além destas cinco regiões de concentração olímpica, são propos¬tas as Cidades do Futebol: Belo Horizonte, com o Estádio do Mi¬neirão; Brasília, com o Estádio Mané Garrin¬cha; Salvador, com o Estádio da Fonte Nova; e São Paulo, com o Estádio do Morumbi.

A iniciativa de dispersão das competições de futebol, esporte tão re¬lacionado à realidade brasileira, pelas principais capitais estaduais, com certeza permite, ao visitante ou às delegações participantes, uma visão mais geral e plural do Brasil como um todo. É uma forma também de, mesmo em pequena escala, irradiar o reconhecimento, os investimentos e os lucros dos Jogos Olímpicos, centralizados na cidade do Rio de Janeiro.

Voltando às Vilas Olímpicas da Barra da Tijuca, são propostas duas, uma delas voltada para os atletas e outra para a mídia e imprensa. A Vila de Mídia, inicialmente prevista para a Barra, foi transferida, em partes para a área do Porto Maravilha.

A Vila Olímpica dos atletas será construída em um terreno de 75ha, aos pés do Parque Nacional da Pedra Branca e às margens da Lagoa de Jacarepaguá, entre a Estrada dos Bandeirantes e a Avenida Salvador Allende.

O terreno é de propriedade da Construtora Carvalho Hosken, res¬ponsável por muitos dos projetos de condomínios residenciais ver¬ticais na Barra da Tijuca, como os condomínios Península, Rio 2 e Cidade Jardim.

Talvez por coincidência, a responsável pelo empreendimento da Vila Olímpica de 2016, contando com Financiamento pela Caixa Econô¬mica Federal com taxas de juros preferenciais, é a própria Construtora Carva¬lho Hosken. As intervenções relativas à infraestrutura de transpor¬tes, serviços e recuperação ambiental (das Lagoas de Jacarepaguá e da Barra, em especial) serão custeadas por capitais públicos.

A construtora estabelece um contrato de locação da Vila Olímpica para

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o Comitê Olímpico Nacional, durante o período dos jogos, por um valor de até 18,9 milhões de dólares. Passados os Jogos, as uni¬dades serão comercializadas pela construtora para quem puder pa¬gar. A expectativa é de vendas relâmpago, assim como ocorreu com a Vila do Pan de 2007, concretizada pela Construtora Agenco.

O custo total aproximado das instalações permanentes da Vila Olím¬pica é 427 milhões de dólares, e 139,7 milhões de dólares para as instalações temporárias. O custo da Vila Olímpica é equivalente a mais de duas vezes o custo estimado para a construção do Estádio João Havelange, para o Pan de 2007.

Não foi calculado ou divulgado ainda o VGV (Valor Geral de Vendas) do empreendimento. Entretanto, fazendo uma estimativa com os 391.968m² de área construída, a um preço de R$ 6.405,00/m² na Barra da Tijuca (Ibiubi, 2011), o VGV deve chegar a 2,5 bilhões de reais.

Fazendo alguns cálculos, com investimento de quase 500 milhões de dólares, equivalentes a mais de 800 milhões de reais (1 dólar = 1,9 reais, cotação do dólar de agosto de 2007, segundo portalbrasil.net), a construtora receberá mais de 35 milhões de reais pela loca¬ção da Vila para os Jogos e mais 2,5 bilhões pela venda das unida¬des. O saldo positivo estimado para a construtora é de mais de 1,7 bilhão de reais. Que maravilha!! Não há intenção de fazer um le¬vantamento de custos e valores imobiliários estritamente preciso. A intenção é, por meio de aproximações um tanto simplificadas, sentir a escala do capital envolvido.

Realmente, com tanto capital em jogo, as Vilas Olímpicas deveriam buscar, mostrar e fomentar novas alternativas, ao invés de apenas reproduzir o que tanto já se fez e o que vai, com certeza, continuar a ser feito nos próximos anos, na construção das cidades brasileiras.

É importante ter em mente que há algum tempo e ainda hoje, 2011, a cidade

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é produzida, em grande parte, pelo Mercado Imobiliário, seguindo uma receita para o sucesso de vendas, deixando de lado questões urbanas, sociais e ambientais.

No que diz respeito à inserção urbana da Vila Olímpica, ela está em meio a áreas de preservação e de urba¬nização incipiente. Portanto, a Vila em nada se articula com o tecido urbano existente.

A Vila Olímpica do Rio 2016 é composta por zonas, a Zona Internacional, Zona de Serviços, Zona de Transportes e Zona Residencial.

A Zona Internacional ocupa uma área de 8ha, junto à Estrada dos Bandeirantes, com a principal função de receber visitantes.

A Zona de Operações, com uma área de 13ha, adjacente à Zona Internacional, concentra as funções de Logística, Governança, Limpeza e Manejo de Resíduos.

A Zona de Transportes possui uma área de 6ha, abrigando estacionamentos e terminais de transporte.

A Zona Residencial possui uma área de 48ha, para uso habitacional junto a outros equipamentos, relacio¬nados a alimentação, entretenimento e serviços. A Vila Olímpica do Rio é composta por 34 edifícios habitacionais. Cada um deles possui um pavimento semi-enterrado, térreo e 12 pavimentos habitacionais tipo, com 6 unidades habitacionais por andar. Dos 34 edifícios, 11 possuem unidades habitacionais de três dormitórios e 21, de quatro dormitórios. A Vila Olímpica, portanto, é formada por 2.248 unidade habitacionais. A capacidade habitacio¬nal estimada para a Vila é de 17.700 pessoas.

A Zona Residencial da Vila Olímpica do Rio 2016 é pensada como uma quadra-condomínio, e, por agregar múltiplas funções de recre¬ação e lazer em seus espaços livres internos, pode ser também cha¬mada de condomínio-clube. Definitivamente, no período de legado, a Vila será completamente cercada e se

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tornará mais um grande condomínio fechado da Barra da Tijuca, estruturada por um grande espaço aberto central, repleto de itens de lazer sem qualquer uso, rodeado por torres padrão, compostas por unidades habitacionais com dependências de empregados, terraço gourmet, etc.

No que toca à sua inserção urbana, implantação, tipo edilício, diversidade habitacional restrita, além de fatores intrínsecos de projeto, a Vila Olímpica do Rio para 2016, simplesmente, reproduz o que os engenheiros e arquitetos brasileiros estão acostumados a construir e vender. A Vila Olímpica pode ser encarada como uma simples ampliação do projeto da Vila do Pan de 2007, seguindo sua estrutura geral, sem adicionar grandes modificações que contribuam para a criação de habitação de qualidade num meio urbano eficiente, confortável, sustentável e vivo.

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2. OBJETIVOS

A realização dos Jogos Olímpicos na cidade do Rio de Janeiro em 2016, junto às transformações inerentes a um megaevento, configura uma grande oportunidade ao Brasil como um todo. Oportunidade para parar, pensar, discutir e projetar a cidade brasileira, para que esta possa ser mais eficiente, mais funcional, mais segura, mais igualitária, mais “sustentável”, mais bonita e, fundamentalmente, mais humana.

As intervenções impostas pelos Jogos Olímpicos ao espaço urbano carioca vão desde programas governamentais até obras viárias de grande porte, complexos esportivos, parque e vilas olímpicas. É demasiado importante avaliar o modo pelo qual estas novas infraestruturas se articulam ao existente, se otimizando-o ou, até mesmo, destruindo-o. Além disso, é preciso entender como se opera o processo de apropriação destes equipamentos pelo coletivo da população carioca no período pós-jogos, permitindo a real configuração de um legado econômico/social/cultural à cidade e à nação brasileira como um todo.

Para tanto, com o objetivo de pensar a construção das cidades brasileiras de uma forma diferente, este trabalho científico foca o estudo, projeto e discussão da Vila Olímpica dos Atletas, que, relacionada ao direito humano à moradia, constitui um dos principais legados arquitetônico-urbanísticos, envolvidas, entretanto, em jogos de poder e influências, críticas e debates.

E este objetivo fundamentalmente transcende a esfera carioca. O objetivo final é que, mesmo que parcial e/ou gradualmente, os conceitos e os modos de se produzir cidade, espaços públicos e habitação, seja no Oiapoque ou no Chuí, passem por mudanças. As dinâmicas urbanas e as dinâmicas de produção urbana precisam mudar! A Vila Olímpica carioca constitui uma oportunidade única para se fazer valer dos grandes investimentos financeiros e dos olhos a ela voltados, para servir de modelo e de fomento ao desenvolvimento urbano sustentável ao longo de todo o território brasileiro, refletindo-se, dessa forma, na vida de todos.

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A principal ferramenta que nós, arquitetos, urbanistas e paisagistas, dispomos é, sem dúvida, o desenho. Pautada, dessa forma, pelo desenho e pela prática projetual, essa pesquisa busca oferecer uma resposta, ou até mesmo uma despretensiosa provocação, ao modo pelo qual a cidade olímpica está sendo pensada, projetada e implantada.

Não é de se esperar, todavia, que um desenho, que um traço a grafite ou a naquim venha a mudar o mundo, sua forma de virar, mas pode-se dizer que se o mundo continua a girar, gira porque é movido pelos sonhos. E este trabalho pede, com as devidas licenças, permissão para sonhar, não para sonhar um mundo perfeito, mas para sonhar algo mais.

Vamos tentar sonhar.

3. MATERIAL E MÉTODOS

O Método da pesquisa é, basicamente, empírico, pautado pela leitura, observação e avaliação do existente, isto é, dos contextos que abrangem o objeto de estudo, além de experiências anteriores de Vilas Olímpicas, a partir das quais vem a prática projetual, encarada como mecanismo de pesquisa, de discussão e experimentação.

O trabalho, portanto, encaixa-se na modalidade denominada Design Research. A pesquisa tem como foco e como objetivo final a prática projetual, empregando-a, inclusive, como ferramenta de pesquisa, em si.

Em Arquitetura e Urbanismo, discussões acima de discussões resultam em superficialidade, subjetividade e equívocos. Isto posto, é preciso aproximar posicionamentos e fundamentações teóricas o máximo possível da realidade, de modo a testar, propriamente, sua debilidade ou efetividade. E esta aproximação se faz pelo design, pelo desenho, que é real, é concreto, e não deixa lugar a dúvidas e incertezas. O desenho expressa, efetivamente e, instantaneamente, o que se quer dizer.

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Para o processo de análise de experiências anteriores de Vilas Olímpicas, assim como sua experimentação e proposição, alguns cuidados devem ser ressaltados. Em primeiro lugar, desenho não é desenho por si só, não é só cor, não é só textura, não é só forma, não é só beleza. Desenho é ferramenta de estudo e projeto, em duas e em três dimensões. Ademais, é imprescindível que essas diferentes dimensões sejam pensadas de forma casada. Não é possível fazer e entender projeto só com plantas, ou só com cortes, ou só com volumetrias. Segundo, é fundamental a leitura e proposição em diferentes escalas, escalas estas sobrepostas e inter-relacionadas. Esta preocupação conduz a uma visão holística do problema, conduzindo a uma resposta ou a uma alternativa mais pertinentes. Terceiro, para esse tipo de pesquisa não há limites, seja de número de casos avaliados, seja de desenhos e suas respectivas dimensões. O próprio processo determinará estes fatores. Além disso, a prática projetual e, por conseguinte, a pesquisa projetual, é marcada pelo constante movimento de vai-e-volta, de erro e acerto. E é exatamente nessas sobreposições e nesse dinamismo que reside a o cerne, a luz, a inovação e a significância dessa pesquisa.


4.1 Pressupostos, ideais e reflexões

Esse trabalho científico, portanto, busca, por meio de uma pesquisa de projeto, questionar e propor alternativas à Vila Olímpica dos Atletas, em implantação na Barra da Tijuca, para os Jogos Olímpicos de 2016 na cidade do Rio de Janeiro, como forma de discussão da produção das cidades brasileiras como um todo, em busca de um desenvolvimento sustentável.

Para o processo de pesquisa e experimentação de projeto são essenciais alguns pressupostos e ideais, assinalados como meta.

Por exemplo, é preciso enfatizar que a Vila Olímpica é encarada como um projeto urbano de exceção, que deve questionar o status quo e experimentar

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novas alternativas que possam vir a ser absorvidas, gradativamente, pela produção urbana, paisagística e arquitetônica brasileira.

Importante também destacar que a Vila Olímpica não é um trecho qualquer de cidade, na medida em que requer uma série de especificidades no seu programa de necessidades. Por outro lado, a Vila Olímpica tem de ser, no período pós-jogos, absorvida e apropriada, como legado, pela população comum. Portanto, nem toda cidade é Vila Olímpica, mas toda Vila Olímpica tem de ser cidade. Atender a este requisito é um dos grandes desafios e uma das maiores contribuições que um megaevento pode oferecer ao desenvolvimento sustentável de uma nação.

A principal diretriz de pesquisa e proposição é inserir na Barra da Tijuca e, indiretamente, nas cidades brasileiras, uma nova urbanidade, pautada por novos conceitos, sistemas, ideologias. Logo, o espaço urbano deve ser pensado e projetado levando em conta as diversas escalas envolvidas nas dinâmicas e na vida urbana, a escala do pedestre, do ciclista, do transporte público, seja este um sistema de ônibus, metrô, VLT, navegação fluvial ou, até mesmo, o transporte motorizado individual. É reconhecida a importância do transporte individual no presente e ainda no futuro, principalmente na Barra da Tijuca. Entretanto, a intenção de projeto é restringi-lo, controlando seu acesso a alguns pontos principais e até mesmo limitando o número de vagas para veículos particulares nas garagens dos edifícios, priorizando estacionamentos rotativos ou com compensações ambientais, e acessos apenas para veículos públicos, caminhão de bombeiros, ambulâncias, etc.

Cada um destes layers urbanos de mobilidade atende a diferentes públicos em diferentes circunstâncias. De modo a permitir a criação de um espaço urbano vivo, diverso e plural, é importante a coexistência pacífica de todos eles, articulados de modo que um otimize o outro, deixando de configurar barreiras ou entraves aos demais.

Para tanto, o verdadeiro estruturador urbano, a despeito da prática rodoviarista

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nacional, tem de ser um Sistema de Espaços Livres Públicos, Semi-públicos e, até mesmo, privados.

Os espaços livres assumem as mais diversas formas, dimensões e funções no espaço urbano. Abrangem desde Parques de Preservação e de Conservação Ambiental com dezenas de hectares, Parques Urbanos voltados ao uso recreativo de fins de semana, Parques Lineares junto a corpos d’água ou sistema viário, Praças de bairro, pocket parks, até jardins de edifícios, calçadas e ruas. Não se pode esquecer de que as ruas são, em sua essência, espaços de uso e vida públicos, embora em grande parte dos casos, estas vias não sejam projetadas e usadas como tal.

Cada qual com suas especificidades, os espaços livres possuem, em uma visão sistêmica, uma especial capacidade de alinhavar brechas e barreiras urbanas, articulando o novo ao velho, o urbano ao natural, além dos diversos usos, de transporte, equipamentos, comércio, habitação, conferindo, finalmente, vitalidade ao espaço urbano.

Determinar o Sistema de Espaços Livres é, dessa maneira, o primeiro passo de um desenho urbano, evidentemente após leituras do local, de suas potencialidades, conflitos e demandas.

O Sistema de Espaços Livres, desde que adequadamente projetado e apropriado é uma real infraestrutura urbana. No caso da Barra da Tijuca, é essencial, além da articulação entre fragmentos urbanos, a articulação física, visual e funcional da cidade com seus pontos notáveis naturais. É preciso voltar a Barra para a água, para as suas lagoas, como as de Jacarepaguá, da Tijuca e Marapendi. As margens, o waterfront, dessas lagoas, devem ser desenhadas como um percurso, uma sucessão de espaços livres diversificados que, por fim, se articulam à cidade.

A partir dessas diretrizes de projeto, torna-se evidente que o principal problema das cidades, hoje, se resume à palavra Articulação. Este conceito

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não é tão simples e tampouco, facilmente, alcançado. As cidades possuem, sim, espaços de qualidade estética, ambiental, humana. Todavia, em grande parte dos casos, esses espaços são apenas fragmentos, sem qualquer articulação, ou simplesmente conectados por vias de passagem expressas, características e propulsoras de uma vida urbana demasiadamente acelerada e alienada. Nesta medida, esses fragmentos urbanos bons são desfrutados por ninguém ou apenas por segmentos específicos da sociedade. Dessa forma, não basta apenas articulação, são necessárias redes diversificadas, sobrepostas e coexistentes, atendendo a diferentes interesses e tornando a cidade um verdadeiro palco dos acontecimentos, palco de uma genuína vida urbana. E nada mais diversificado e moldável do que um sistema de espaços livres, uma infraestrutura verde.

Relacionada a essas reflexões, outra preocupação de pesquisa e projeto reside no termo Sustentabilidade, com arquitetos, urbanistas e paisagistas à procura do tal espaço urbano sustentável. Vale lembrar que sustentabilidade não significa autossuficiência, não é um simples objetivo a ser alcançado e não é garantida por um selo ou certificação, muito menos se essa garantia é simplesmente importada de outro país. A dita sustentabilidade se estrutura a partir de um tripé, composto pelas esferas ambiental, social e econômica, todas com o mesmo peso. Além disso, não existe qualquer projeto que seja completamente sustentável, mas sim projetos que, por meio de algumas alternativas adotadas, tornam-se mais sustentáveis.

Em busca desta maior sustentabilidade, é pensado um meio urbano mais compacto, de maior densidade, com sistema de transporte limpo e eficiente, sistema de manejo de resíduos à vácuo, estações distritais de tratamento de água e esgoto além de produção de energia limpa, sempre pautados pelo reaproveitamento de recursos, desenvolvimento de agricultura urbana e demais atividades e espaços urbanos que permitam a criação de comunidades populacionais coesas, com reflexos positivos em suas dinâmicas educacional, econômica, social e humana.

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Porém, é importante destacar que, assim como na área de projeto de uma forma geral, não existe uma receita sustentável a ser seguida.

No que diz respeito ao conjunto construído, tenciona-se uma diversidade de usos, de tipos, de implantação, forma, volumetria, acessos e circulações, de modo a refletir e permitir a apropriação destes espaços públicos, semi-públicos e privados por múltiplos tipos populacionais, com diferentes demandas e anseios.

Em se tratando dessa diversidade no conjunto edilício, são propostas residências unifamiliares justapostas, vilas urbanas, vilas flutuantes, edifícios lâmina articulados, crescentes, edifícios-quadra, torres isoladas. Essa diversidade articulada contribui para que não sejam conformados clusters homogêneos que desestimulem a interação social e a vida urbana.

Assim como o espaço livre, o espaço construído, deve refletir o jeito de morar local, neste caso, o jeito carioca. Dessa forma, são levadas em conta questões climáticas, históricas, comportamentais.

Ao se observar o conjunto da produção edilícia nacional, fica patente que o projeto, em raras exceções, reflete, especificamente e, adequadamente, o seu morador. Um mesmo edifício poderia ser implantado em Manaus, Fortaleza, São Paulo ou Porto Alegre. As cidades são hoje construídas a partir da acelerada proliferação de edifícios, que nada mais são do que simples produtos de mercado, aos quais são de maior pertinência os estudos do mercado imobiliário e das brechas legislativas, que estudos do entorno edilício, do impacto e da qualidade ambiental e social.

As cidades são resultado da constante substituição, sobreposição e adição de elementos, por parte de diferentes promotores, públicos e/ou privados. Apesar de reconhecida a importância de cada um deles, essa não deve desconsiderar, afetar negativamente ou sobrepujar o conjunto, a cidade. Desse modo, a implantação, os recuos, gabaritos e volumetria de cada um

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dos elementos urbanos devem ser meticulosamente pensados, enfatizando-se visuais e percursos urbanos, favorecendo a ventilação e insolação.

Em se tratando de produção habitacional, além de questões de desenho, são fundamentais reflexões acerca dos mecanismos de promoção e distribuição. Vale a pena observar o Velho Mundo a busca de exemplos e modelos. Em países da Europa, a nossa habitação social é definida como affordable housing. Lá fora, são implantadas diferentes estratégias para que uma população removida seja realocada no local, além de políticas de distribuição de determinadas porcentagens de unidades habitacionais para a população desfavorecida. Dessa forma, não há o prédio dos ricos e o prédio dos pobres. Cada prédio, pensado inclusive em sua inserção urbana, absorve e constrói uma comunidade interna diversificada e, por isso mesmo, muito interessante e viva.

A sobreposição dessas premissas de pesquisa e projeto articulam os três eixos estruturais do desenvolvimento sustentável, isto é, desenvolvimento ambiental, desenvolvimento social e desenvolvimento econômico. Ainda mais importante que reconhecer esses princípios é experimentar, na prática, pelo desenho, sua aplicação. A este fim é destinado o item a seguir.

4.1.1 Resultados = Projeto e Desenhos

Por se tratar de Design Research, o desenho é empregado como ferramenta desde as primeiras pesquisas, dos contextos e dos estudos de caso nacionais e internacionais. Contudo, o clímax é alcançado quando da experimentação e proposição.

O projeto alternativo à Vila Olímpica dos Atletas para os Jogos Olímpicos do Rio em 2016 é, desse modo, ao mesmo tempo, processo e fim, pesquisa e resultado.

Nas próximas páginas são estruturados os desenhos essenciais para o

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entendimento do processo e da proposição.

Vale ressaltar, novamente, que os desenhos não são simples representações, os desenhos, junto a pequenos detalhes e anotações, constituem efetivas ferramentas para reflexão, discussão, questionamento e, por fim, proposição.

Diagramas - Diretrizes de projeto em macroescala. Articulação entre fragmentos

urbanos e a Lagoa de Jacarepaguá, na Barra da Tijuca, Rio de Janeiro.

Fonte: trabalho gráfico do autor sobre base Google Earth.

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5. CONCLUSÕES

O projeto e pesquisa de projeto, assim como pesquisa de um modo geral, não se esgota por si só. É possível, sempre, dar continuidade, aprofundar, aglutinar diferentes opiniões e posicionamentos. Para isso o Prêmio Jovem Cientista se torna imprescindível.

Essa pesquisa é, até então, resultado de uma visão unívoca, pensando a cidade do Rio de Janeiro como um possível reflexo das cidades de todo o Brasil. O prêmio constitui, efetivamente, uma grande oportunidade para divulgação, discussão e consolidação de ideais, com, até mesmo, possibilidade de intervenção na realidade.

A pesquisa traz como resultados os produtos processuais e finais do design research. Para esse método de pesquisa não há uma avaliação ou quantificação pré-estabelecidos para os resultados. A leitura desses fica a par de cada um, com seus próprios princípios, ideais, opiniões.

A forma mais consistente de mensuração e avaliação dos resultados, em seus erros e acertos, alcançados pela pesquisa seria, efetivamente, em maior ou menor escala, aplicar os conceitos experimentados à realidade. Somente a experimentação aplicada permite uma real apreensão de sua validade, pertinência.

Na verdade, esse é o sonho de todo arquiteto urbanista, principalmente os recém-graduados. Vontade louca e desmedida de caminhar sobre as calçadas que desenhou, repousar sob as árvores de seus parques, dormir nas unidades habitacionais que projetou, vivenciar a vida com que, ao longo do processo de projeto, tanto sonhou.

Neste ponto surge a questão, qual o papel do arquiteto urbanista? Muito já se discutiu, ao longo de séculos, mas a indagação persiste. A principal função do arquiteto é mediar. Mediar conflitos, interesses, alternativas. Como fazer

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isso em um mundo de desigualdades e jogos de poder?

Importante ressaltar que nós, arquitetos urbanistas, sofremos de uma grave doença. Somos todos portadores crônicos da pretensão de mudar o mundo e mudar a vida das pessoas com nossos projetos, nossos desenhos.

Infelizmente ou, felizmente, para esta doença não há cura, o paciente tem de aprender a conviver com seus sintomas, seus altos e baixos.

Pensando melhor, aprender a viver com essa doença significa encontrar um ponto de equilíbrio.

É frustrante sonhar um mundo aplicável apenas a Marte ou a qualquer outro planeta ainda desconhecido. Porém, frustante também é, como um leproso, esconder dos outros e de si mesmo, essa gana nata de pensar e de sonhar o diferente, o novo.

É preciso, portanto, um pé na realidade, nas instituições, processos e mecanismos comumente brasileiros, mas é também fundamental manter, ainda que sobre controle, o vírus que faz a nós, arquitetos, sonhar, questionar e propor. Este sim, parece ser o nosso papel.

Peço desculpas se, ao longo deste processo de pesquisa e projeto, por alguns momentos deixei de tomar meus medicamentos de controle, mas afirmo, por fim, que, ao meu ver, o que é aqui pesquisado e proposto, levando-se em conta as vontades políticas e o dinheiro envolvidos, não é fruto de uma baixa na minha imunidade, é, sim, algo extremamente pertinente, necessário e possível.

Como facilmente se vê nas diferentes linhas de pesquisa do prêmio, o esporte estende seus tentáculos sobre diversas áreas, sempre em busca de algo melhor, seja na educação, na saúde, na vida dos brasileiros.

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Eis o momento que o esporte precisava para fazer o Brasil e seu povo despontarem, como nação consciente, engajada, inovadora, discutindo o seu habitat, a cidade, em seus reflexos em diferentes escalas e pelas gerações que estão por vir.

Não se sabe qual a efetividade da proposta explicitada aqui, como seria operada sua apropriação, se seria promovida a tal diversidade e vida urbana, se esta intervenção serviria, efetivamente, ao eixo de articulação urbana da Barra da Tijuca.

Uma coisa é o que se pretende e outra coisa é o que realmente acontece. Por exemplo, em praças públicas com grande fluxo de transeuntes, é recorrente a criação de um caminho informal de terra, desenvolvido ao longo do tempo pelos usuários do espaço, em detrimento do percurso projetado pelo arquiteto. Na verdade isso pode decorrer de dois fatores, ou o projeto não fez uma leitura adequada do local e de suas necessidades, ou o contexto no qual o projeto se insere passou por modificações e os usuários do espaço se encarregaram de readequá-lo.

É certo, contudo, que essa proposta configura uma resposta mais preocupada, adequada, inovadora e sincera ao tempo, ao local, ao clima, à população, às suas necessidades, aos seus anseios e às possibilidades de mudança. Constitui uma resposta mais sincera a essa grande oportunidade descortinada, pela realização dos Jogos Olímpicos de 2016, ao Brasil.

Provavelmente, um ponto a ser colocado em xeque na leitura das proposições diz respeito à viabilidade, seja ela técnica, ambiental, legislativa e/ou econômica.

A Vila Olímpica constitui, com total certeza, um projeto de exceção e deve ser encarada como um laboratório, no qual estas viabilidades serão experimentadas e avaliadas livremente, possibilitando, a partir dos acertos e ganhos constatados, representar e justificar avanços nesses panoramas técnico, ambiental, legislativo e econômico. A Vila Olímpica não é feita para seguir as normas praticadas, mas para questioná-las e propor algo mais.

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Este trabalho tem como objetivo fundamental questionar os sistemas vigentes e mostrar que, com ideias e intervenções das mais simples às mais complexas, é possível, sim, ao menos tentar algo diferente, algo novo. E este é o momento!

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6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Livros e teses voltados para a discussão da cidade do Rio de Janeiro em suas diversas escalas, inserção regional, município e subdivisões, com ênfase na Barra da Tijuca, “coração dos jogos de 2016”, inclusive da Vila Olímpica:ABREU, Maurício de A. Evolução urbana do Rio de Janeiro. 3ª ed. Rio de Janeiro: Iplanrio, 1997.CAMPOS, Ana Cecília Mattei de Arruda; MACEDO, Silvio Soares (orient). Alphaville-Tamboré e Barra da Tijuca: as ações programadas e a estruturação do sistema de espaços livres. São Paulo: 2008.TÂNGARI, Vera Regina; MACEDO, Silvio Soares (orient). Um outro lado do Rio. São Paulo: 1999.

Livros e artigos voltados para o debate acerca do modo pelo qual são realizados os jogos olímpicos, como lidar com seus impactos e pensar na estruturação de um legado:MARICATO, Ermínia; BONDUKI, Nabil Georges. “De olho nas Olimpíadas”. In: Jornal Em Pauta. São Paulo: 15 abr. 2010., p. 7.ROLNIK, Raquel. “Olimpíadas truculentas”. In: Minha Cidade. São Paulo, 2011. <http://www.vitruvius.com.br/revistas/read/minhacidade/11.126/3728>.

Livros e artigos que tratam de referências de projeto, relacionados aos jogos ou não, mas que, de alguma forma, tratam de questões pertinentes a qualquer projeto de arquitetura e cidade:GUIMARAENS, Ceca de (coord); SEGAWA, Hugo (recomp). Luis Paulo Conde, un arquitecto carioca. Santafe de Bogota: Escala, 1994.CHACEL, Fernando Magalhães. Paisagismo e ecogênese. Rio de Janeiro: Fraiha, 2004.

Sites e documentos relacionados às Olimpíadas e cidades-sede, como referenciais de projetos anteriores ou do Rio 2016:www.olympic.org;en.beijing2008.cn;www.london2012.com;www.rio2016.org.br;

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http://www.imtl.org/montreal/building/Village-Olympique-1.phphttp://multimedia.olympic.org/pdf/en_report_122.pdf;Dossiê de Candidatura do Rio de Janeiro a Sede dos Jogos Olímpicos de 2016. Agradecimento à Professora Raquel Rolnik.BINGHAM-HALL, Patrick. Olympic Architexture Building. Sydney: 2000.BEIJING INSTITUTE OF ARCHITECTURE, Olympic Architecture: Beijing 2008;Jogos Olímpicos (18: 1964: Tokyo). Official bulletin n.7 and n.8. Tokyo, Committee for the Games Xviii Olympiad, 1964. 2v;THOMSOM, Graham (trad). La villa olimpica. Barcelona 92 arquitetura, parques, puerto deportivo. Barcelona, Gili, 1991;

Sites acerca do Rio de Janeiro, com informações e imagens da cidade em si, além de legislação, programas habitacionais, planos de legado:www.rio.rj.gov.brmapas.rio.rj.gov.br/?frame=1

Sites dos agentes envolvidos nos Jogos Olímpicos Rio 2016, em tentativa de entrar em contato e conseguir informações e desenhos necessários para a compreensão dos projetos:www.carvalhohosken.com.br;www.bcmfarquitetos.com;www.sergiosantana.com.br;www.planesporte.com.br;www.alphaville.com.br;

Sites para pesquisa de artigos e revistas. Fontes interessantes para adquirir referências, principalmente projetuais:riba.sirsidynix.net.uk;www.vpn.usp.br; Sites de discussão acerca dos megaeventos, para estar a par dos acontecimentos relacionados à realização das obras no Rio e seus respectivos impactos:raquelrolnik.wordpress.com;direitoamoradia.org/pt/noticias/blog/megaeventos/rio-de-janeiro/;www.iabrj.org.br;

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categoriaensino superior

1º LugarPRISCILA ARIANE LOSCHI Universidade do Estado de Minas Gerais (UEMG)Materiais de mudança de fase aplicados ao design de tecidos inteligentes

2º LugarHENRIQUE DOS SANTOS FELIPETTO Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)Sistema de auxílio à navegação adaptado para o treinamento de atletas cegos em pista de atletismo

3º LugarTHIAGO TAVARES MAGALHÃES Faculdade de Educação Tecnológica do Estado do Rio de Janeiro (Faeterj) / Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC-MCTI)Predição da gravidade de lesões em atletas via programação genética

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Materiais de mudança de fases aplicados no design de tecidos inteligentes

CATEGORIA ENSINO SUPERIOR

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Autor Priscila Ariane Loschi

Orientadora Eliane Ayres

Instituição de Vínculo Universidade do Estado de Minas Gerais (UEMG)

Instituição de Desenvolvimento da Pesquisa Escola de Design

Endereço: Av. Antônio Carlos, 7545 Bairro São Luiz Belo Horizonte – MG Cep: 31270-010 Tel: 31 3439 6520 E Mail: [email protected]

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1. INTRODUÇÃO

Quando a temperatura do corpo se afasta mais de 3ºC da sua temperatura ideal, o corpo humano não se sente confortável. A principal finalidade do design de vestuário é proteger a pele do usuário de aumentos ou quedas excessivas da temperatura. O ideal seria se, em alta temperatura, o excesso de calor produzido pela pessoa pudesse ser estocado no vestuário e, quando a temperatura começasse a cair, esse mesmo calor pudesse ser liberado. Materiais de mudança de fases (PCM) têm a função de regular as flutuações de temperatura. Eles absorvem ou liberam calor sem que sua temperatura sofra qualquer variação.

O PCM é uma substância com alto calor de fusão que, quando muda de fase em determinada temperatura, é capaz de armazenar ou liberar grande quantidade de energia [1]. Inicialmente, materiais desse tipo comportam-se como materiais de armazenagem convencionais sensíveis ao calor (SHS), isto é, à medida que há absorção de calor, a temperatura do material se eleva. Ao contrário do SHS, entretanto, quando PCMs alcançam a temperatura na qual ocorre a mudança de fases, absorvem grandes quantidades de calor à temperatura praticamente constante. O PCM continua a absorver calor sem variar a temperatura até que a mudança de fases tenha ocorrido completamente. Quando a temperatura ambiente nas vizinhanças do material cai, o PCM retorna ao estado inicial, liberando o calor latente armazenado.

A mudança de fases pode ocorrer nas seguintes formas: sólido-sólido, sólido-líquido, sólido-gás, líquido-gás e vice versa, sendo sólido-líquido a mais utilizada [1]. Para que um material possa ser empregado para armazenagem de calor latente (PCM) é preciso que possua propriedades: termodinâmicas, cinéticas e químicas bem específicas [1]. A Figura 1 representa os diferentes tipos de materiais que podem ser utilizados como PCMs.

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Figura 1. Classificação de PCMs Fonte: A. Sharma et al. (2009).

O termograma de aquecimento, obtido por meio de calorimetria exploratória diferencial para a fusão de um PCM, está ilustrado no esquema da Figura 2.

Figura 2. Esquema de termograma de DSC para aquecimento de PCM. Fonte: Mondal et al. (2008).

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Os PCMs que mudam de fase em uma faixa de temperatura ligeiramente acima e

abaixo da temperatura da pele humana são adequados para aplicação em têxteis. Essa

propriedade é interessante para aplicação em tecidos termorreguláveis que podem ser

utilizados em roupas apropriadas para diversas atividades esportivas. Neste caso, o

tecido deve proporcionar o equilíbrio entre o calor gerado pelo corpo e o calor liberado

para o ambiente enquanto se pratica a atividade física (Figura 3). Roupas para escalada,

ciclismo e corrida são alguns exemplos dessa utilização.

Figura 3. Esquema ilustrativo da atuação de PCMs.

A incorporação de PCMs na matriz têxtil pode ser feita por meio da incorporação do PCM nas fibras têxteis, aplicação de um revestimento polimérico contendo o PCM no substrato têxtil ou recobrimento do substrato têxtil com um filme polimérico fino por meio de laminação [2].

Uma vez que o processo de mudança de fases é dinâmico, os materiais mudam constantemente de um estado para outro, dependendo do nível de atividade do corpo e da temperatura exterior. Portanto, qualquer que seja a técnica de incorporação na matriz têxtil, o PCM de transição de fases sólido líquido precisa, de alguma forma, de encapsulamento, para evitar o vazamento da forma líquida.

PCMs podem ser protegidos quando encapsulados em microcápsulas poliméricas com morfologia do tipo núcleo-casca (Figura 4).

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Figura 4. Microcápsulas com morfologia tipo núcleo-casca. Material térmico dissolvido no núcleo.

Segundo Mondal (2008), os custos para o encapsulamento, a falta de estabilidade durante o uso e a dificuldade de incorporação das cápsulas na estrutura têxtil, além da redução do calor de fusão e condutividade térmica do PCM, foram citados como limitações. Além disso, tais cápsulas adicionam “peso morto” ao material ativo.

O polietileno glicol (PEG) é um dos materiais de mudança de fases (PCM) mais estudados. Ele possui temperatura de fusão que abrange uma faixa entre 3,20C e 68,70C, dependendo de sua massa molar, além de um valor alto de entalpia de mudança de fases [3]. Utilizando-se o PEG, pode-se preparar um PCM com transição de fases do tipo sólido-sólido. Quando comparados com PCMs sólido-líquido, PCMs sólido-sólido sofrem pequena variação de volume, não necessitam de selagem e não geram líquido ou gás.

Q. Cao et al. (2006) propuseram como alternativa ao encapsulamento do polietileno glicol (PEG) a utilização de um poliuretano hiper-ramificado, obtido com PEG, cuja transição de fases é do tipo sólido-sólido. Basicamente, os autores usaram como estratégia de síntese um pré-polímero à base de PEG e MDI, no qual fizeram a reação de extensão de cadeia com um poliéster hiper-ramificado. O bom resultado para o comportamento de armazenagem de energia do material obtido foi creditado à transição de fases reversível entre a fase amorfa e a fase cristalina dos segmentos macios de PEG. O segmento rígido do material, que serve de esqueleto, restringiu o movimento livre dos segmentos de PEG à temperatura mais alta. Portanto, o material conservou-se sólido durante a transição.

Em outro estudo, PEGs de diferentes massas molares foram impregnados em espuma comercial de poliuretano [5]. Neste processo, uma solução aquosa de PEG (30% em massa) foi misturada com solução aquosa de gliceraldeído (GA) (0,1 M), usado como ligante. A solução foi então gotejada sobre a amostra de espuma.

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A análise de DSC dos compósitos PU-PEG revelou valores altos de entalpia em certos intervalos de temperatura, indicando que a capacidade de absorção/liberação de calor das espumas de poliuretano foi aumentada com a incorporação de PEG. A análise térmica também comprovou que os materiais desenvolvidos continham PCMs ativos. A imobilização do PEG no interior da espuma evitou vazamento da fase líquida e, por isso, os autores propõem o método como uma alternativa promissora para aplicações industriais.

A pesquisa de W. Wang et al. (2009) envolveu a preparação de um compósito PEG (10.000) / sílica.

As micrografias de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET) mostraram o PEG disperso na rede de dióxido de silício sólido. Os resultados indicaram que o compósito permanecia sólido para teor de dióxido de silício maior que 15%. Nesse caso, a sílica serviu de material de suporte para o PEG e proporcionou resistência estrutural suficiente para evitar que houvesse vazamento do PEG fundido.

Seguindo o mesmo princípio, J. Waschull e T. Gulemann (2007) também desenvolveram um compósito com PEG (3.400) e grãos de cerâmica porosa. A técnica consistiu em impregnar a cerâmica porosa com PEG e uma posterior selagem do grão. Os melhores resultados foram para o revestimento do grão com poliuretano obtido in situ, isto é, selagem do grão com poliisocianato que, ao reagir com o PEG, produz a selagem de poliuretano. A Figura 5 mostra o resultado obtido pelos autores com grão de corderita impregnado com PEG e selado com poliuretano.

Figura 5. Grãos de corderita: à esquerda, puro; no meio, impregnado com PEG; à direita, impregnado com PEG e revestido com poliuretano. Fonte: J. Waschull e T. Gulemann (2007) e Q. Meng e J. Hu (2008) utilizaram a própria definição de elastômero de poliuretano (TPU) para produzir o dispositivo de armazenagem de calor à base de PEG.

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O PEG 3400 foi usado para construir os segmentos macios de um poliuretano (PU). A transição de fases de tais segmentos, entre a fase amorfa e a fase cristalina, foi responsável pela armazenagem e liberação de calor do PEG-PU. Os segmentos rígidos do PU serviram de ligações cruzadas físicas que restringiram o movimento dos segmentos macios de PEG. Como resultado, mesmo a uma temperatura acima do ponto de fusão de PEG, o PEG-PU ainda se manteve sólido.

Chen et al. (2011) prepararam fibras ultrafinas de acetato de celulose (AC) e teores variados de PEG via eletrofiação. Neste caso, o AC atuou como material de suporte e matriz para a formação das fibras tendo o PEG como PCM. As imagens das fibras de CA/PEG eletrofiadas foram apresentadas pelos autores conforme a ilustração da Figura 6.

Figura 6. Imagem das fibras CA/PEG obtidas por eletrofiação coletadas por: (a) folha de alumínio e (b) tambor rotatório.

Sentürk et al. (2011) prepararam PCMs com a forma estabilizada, por meio do

encapsulamento de PEG em matriz de celulose, agarose e quitosana, isto é, preparando

blendas de PEG com tais polímeros. De acordo com os autores, as blendas conservaram

suas formas quando o PCM sofreu a mudança de fase de sólido para líquido. Isto foi

atribuído ao fato de o PEG estar ligado a cada um dos polímeros naturais usados por

meio de ligações de hidrogênio.

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O objetivo desta pesquisa é a produção de revestimento polimérico, com a utilização do PEG como material de mudança de fases (PCM) para aplicação em tecidos termorreguláveis que podem ser utilizados em roupas apropriadas para diversas atividades esportivas.

O revestimento polimérico desenvolvido foi baseado na formação de complexos entre PEG (600, 1000 e 1450) e o poli (ácido itacônico) (PIA). A associação entre ácidos policarboxílicos e polímeros não iônicos via ligações de hidrogênio resulta na formação de complexos poliméricos [11]. Os ácidos mais comuns para preparar tais complexos são o ácido acrílico e o ácido metacrílico [11].

A principal vantagem do uso do ácido itacônico (IA) para substituir os ácidos mencionados é o fato de que ele pode ser obtido a partir de fontes renováveis, isto é, a partir da fermentação de carboidratos, tais como melaço de cana e amido hidrolisado [12]. Além disso, o IA é conhecido por sua propriedade de melhorar a fixação de cores nas fibras têxteis.

Até onde sabemos, esta pesquisa é o primeiro exemplo de utilização destes complexos poliméricos para essa aplicação. Tais complexos são amplamente usados para aplicações farmacêuticas [11].

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2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1. Materiais

Polietileno glicol (Mn 600, 1000 e 1450) (PEG), ácido itacônico (IA), tetra etileno glicol dimetacrilato (TEGDMA) e persulfato de amônio (APS) foram adquiridos na Aldrich (Sigma-Aldrich, MO, USA). Os reagentes foram utilizados conforme recebidos, isto é, sem qualquer tratamento prévio de purificação.

2.2. Síntese do complexo

A síntese do complexo foi realizada pelo método “template”, no qual a polimerização do segundo monômero (PIA) ocorre na presença de um polímero pré-formado, que serve de matriz (PEG).2.3. Espectroscopia de Infravermelho com transformada de Fourier (FTIR)

Os experimentos de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier foram realizados em um espectrofotômetro Nicolet modelo 6700. Os espectros foram obtidos com filmes secos, utilizando-se a técnica de ATR (reflexão total atenuada), em que as amostras foram pressionadas contra um cristal de ZnSe. Os espectros foram obtidos a partir de 32 varreduras com uma resolução de 4 cm-1.

2.4. Termogravimetria (TG)

A termogravimetria (TG) foi realizada em uma termobalança Seiko-SII Nanotechnology Inc. modelo Exstar 7200, em atmosfera de nitrogênio com vazão de 20 ml min-1. Foram utilizados pequenos pedaços dos filmes com cerca de 10 mg. O aquecimento foi efetuado a uma razão de 20ºC min-1 a partir da temperatura ambiente até 900ºC.

2.5. Calorimetria exploratória diferencial (DSC)

Os ensaios de calorimetria exploratória diferencial foram realizados utilizando-se um equipamento Seiko-SII Nanotechnology Inc. modelo Exstar 7200, sob atmosfera de nitrogênio com vazão de 50 ml min-1. Pequenas amostras, com as mesmas características daquelas usadas para os ensaios de TG, foram pesadas em um cadinho de alumínio, o qual foi tampado. As amostras foram submetidas a um primeiro aquecimento até 100ºC

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(razão de aquecimento = 20ºC min-1) para eliminação de eventuais voláteis residuais. Em seguida, as amostras foram resfriadas até uma temperatura de aproximadamente -100ºC. A partir desta temperatura, as amostras foram aquecidas até 200ºC usando-se a mesma razão de aquecimento.

2.6. Termografia de infravermelho (IRT)

Foi usada uma câmera de visão térmica Thermocam Flir modelo P 640 High. Esse dispositivo permite obter imagens térmicas e visuais na faixa entre -20 e 250ºC . As imagens foram interpretadas por meio do software CAMTM Quick Report 1.2 SP1 Flir Systems, 2009.

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3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Complexos poliméricos formados por meio de ligações de hidrogênio podem ser obtidos misturando-se os dois polímeros em um solvente comum a ambos ou por um processo chamado reação de polimerização na matriz. Neste último, a polimerização de um polímero ocorre na presença de outro polímero pré-formado (matriz), adicionado ao sistema de reação. Esse foi o processo usado para obtenção dos complexos desta pesquisa, que visaram dar ao PEG, o material de mudança de fases escolhido para este estudo, uma forma estabilizada, para sua utilização na elaboração de tecidos termorreguláveis.

De acordo com Tomic et al. (2004), a formação do complexo entre PEG e PIA é atribuída às ligações de hidrogênio entre os grupos carboxila do PIA (doador de prótons) e os grupos éter do PEG (aceptor de prótons). O FTIR foi usado para identificar as ligações de hidrogênio presentes e caracterizar a formação dos complexos.

Os espectros de FTIR dos complexos PCM 600, PCM 1000 e PCM 1450 são apresentados na Figura 7. A primeira observação é que eles se mostraram idênticos, independente da massa molar do PEG usado. Desse resultado, pode-se inferir que a massa molar do PEG não tem influência na formação do complexo.

Figura 7. Espectros FTIR dos complexos obtidos: (a) PCM 600; (b) PCM 1000; (c) PCM 1450.

Segundo Krušic et al. (2004), os espectros de complexos interpolímeros apresentam deslocamentos nas posições das bandas em relação aos espectros dos homopolímeros. De acordo com eles, em decorrência das ligações de hidrogênio, as ligações covalentes,

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tanto do doador como do aceptor de prótons, ficam mais fracas, ao passo que a barreira de energia para deformação angular aumenta.

Portanto, nos grupos envolvidos na formação de ligações de hidrogênio a frequência das vibrações de valência diminui com o aumento simultâneo na frequência das vibrações de deformação.

Devido à formação de ligações de hidrogênio fortes, os ácidos carboxílicos existem como dímeros. A grande contribuição da estrutura de ressonância iônica explica a força da ligação de hidrogênio, anormalmente alta. Isso faz com que a vibração de deformação axial da hidroxila livre (que ocorre mais ou menos em 3520 cm-1) só seja observada em solução muito diluída em solventes apolares ou em fase vapor [14]. Devido a este fato, mesmo para o PIA puro, esta banda aparece deslocada para número de onda mais baixo e não se pode inferir a formação do complexo baseando-se apenas no deslocamento desta banda. Krušic et al. (2004) reportaram o valor de 3430 cm-1 para a absorção do grupo OH do PIA puro.

Na formação do complexo, a ligação de hidrogênio tem uma influência mais forte sobre o doador (neste caso, o O-H do poliácido), e a absorção máxima da vibração de estiramento se desloca para número de onda mais baixo quando comparado com aquele relativo ao poliácido puro [12].

Tomic et al. (2004) reportaram o valor de 3424 cm-1 para a absorção do grupo OH do complexo PEG/PIA. El-Hamshary (2007) reportou o valor de 3200 cm-1 para a mesma absorção no copolímero poli (acrilamida-co-ácido itacônico). Em vista disso, é razoável pensar que o valor encontrado no espectro da Figura 6 (3409 cm-1) é indicativo da formação do complexo. A banda em 2921 cm-1 foi atribuída à deformação axial do grupo C-H [14].

A banda correspondente à absorção em 1709 cm-1 foi atribuída ao estiramento da carbonila dos grupos COOH [14]. O estiramento C-O se acopla com o dobramento do O-H resultando em duas bandas, uma em 1420 cm-1 e a segunda na faixa de 1300-1200 cm-1 [12]. A banda em 1420 cm-1 aparece bem acentuada nos espectros da Figura 6, além de absorções em 1251 e 1191 cm-1.

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A banda em 1347 cm-1 foi atribuída à deformação angular no plano do grupo C-O-H e ocorre na mesma região em que se observa a vibração de deformação angular simétrica no plano de CH2, adjacente à carbonila [14].

Uma das bandas características do espectro dos dímeros dos ácidos carboxílicos provém da deformação angular fora do plano do grupo O-H em ligação de hidrogênio e aparece próxima a 920 cm-1[14].

Na Figura 7, pode-se observar uma banda nessa região em 950 cm-1.

A vibração mais característica do espectro dos éteres alifáticos é uma banda intensa, que ocorre entre 1150 e 1085 cm-1, e acontece por causa da deformação axial assimétrica do grupo C-O-C [14]. Tal banda caracteriza a presença do PEG e aparece nos espectros da Figura 7 em 1082 cm-1.

Os alquenos monosubstituídos, isto é, que contém grupos vinila, absorvem próximo a 1640 cm-1 [14]. A ausência de bandas nessa região indica o sucesso da reação de polimerização do ácido itacônico.

O estudo da estabilidade térmica é um fator importante para aplicação de PCMs. A termogravimetria (TG) foi utilizada para medir a estabilidade térmica dos complexos de PEG produzidos (forma estabilizada). As Figuras 8, 9 e 10 mostram as curvas termogravimétricas e suas derivadas para PCM 600, 1000 e 1450, respectivamente.

Conforme pode ser observado nas Figuras 8, 9 e 10, a degradação térmica dos complexos poliméricos ocorre em três estágios, apresenta uma massa residual em torno de 17% e está de acordo com a caracterização de formação de complexos de PEG com poliácidos, conforme relatado na literatura.

Tomic et al. (2004), por exemplo, relataram curvas de degradação térmica para complexos PEG/PIA em três estágios, com massa residual de 17% após 650 0C.

Segundo esses autores, o PEG puro apresenta somente um estágio de degradação térmica, na faixa de temperatura entre 250ºC e 450ºC, com perda final de massa quase total. O PIA puro mostra quatro estágios de degradação na faixa de temperatura entre 50ºC e 650ºC, com massa residual de 24%. De acordo com eles, na região de temperatura entre 120ºC e 270ºC, foram detectados dois processos: o primeiro é atribuído à eliminação de água adsorvida ao polímero hidrofílico, e o segundo à formação do anel anidrido na cadeia de PIA.

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Na região de temperatura entre 270ºC e 450ºC, foram percebidos dois estágios de degradação, provavelmente relacionados com processos de descarboxilação e carbonização.

Figura 8. Curvas TG e DTG para PCM 600.



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A Figura 11 mostra as curvas de DSC dos três complexos obtidos e a Figura 12 apresenta

a curva de DSC relativa ao aquecimento e ao resfriamento do PEG 1000.

Figura 11. Curvas DSC para: (a) PCM 600; (b) PCM 1000 e (c) PCM 1450.

Figura 12. Curva DSC de aquecimento e resfriamento para PEG 1000 puro.

De acordo com a Figura 11, não foi possível detectar nenhuma transição térmica do PEG. Tal resultado pode ser indicativo da formação do complexo entre o PEG e o PIA. Os picos endotérmicos da Figura 11 sugerem picos de degradação do PIA.

De acordo com a literatura, a temperatura de fusão do PEG aumenta com o aumento da massa molar do PEG. Também o calor de fusão cresce com o aumento da massa molar do PEG (exceto para o PEG 20.000) [16]. A Tabela 2 ilustra esta tendência. Pode-se observar que o PEG 1000 exibe o ponto de fusão adequado para a aplicação em tecidos inteligentes.

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Tabela 2. Comportamento de mudança de fases do PEG, de acordo com sua massa molar Fonte: Adaptado de Sarier et al. (2012).

Alkan et al. (2012) utilizaram PEGs com diferentes massas molares para produzir formas

estabilizadas de PCMs. Para isso, acoplaram o PEG com diferentes diisocianatos para

obter poliuretanos.

Segundo os autores, as temperaturas de mudança de fases dos poliuretanos costumam

ser mais baixas do que do PEG puro. Os segmentos próximos aos segmentos rígidos

ficam confinados após a reação dos grupos hidroxila terminais do PEG com o diisocianato.

Consequentemente, o arranjo e a orientação das moléculas de PEG ficam parcialmente

prejudicados e as regiões cristalinas se tornam menores. Esse fato faz com que o ponto

de transição e a entalpia apresentem valores mais baixos [18].

Feng et al. (2012) produziram a forma estabilizada de PCMs de PEG usando carbono

ativo mesoporoso (AC) como suporte. De acordo com eles, os poros muito pequenos

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impedem a mobilidade das cadeias de PEG e a capacidade de armazenagem de calor latente fica menor. Nos poros muito grandes a força capilar não é suficiente para reter a forma líquida.

Segundo esses autores, geralmente, à medida que a massa molar do PEG aumenta, as cadeias de PEG encontram mais facilidade para se empacotar, formando cristais. Entretanto, quando a massa molar é muito alta (Mw>6000), as cadeias de PEG tendem a se emaranhar, levando a um declínio na cristalinidade.

Em relação às curvas de DSC apresentadas pelos autores para as formas estabilizadas, cujo teor de PEG variava entre 30% e 70%, não foram observados picos endotérmicos ou exotérmicos para 30% de PEG. Conforme ressaltado pelos autores, tal resultado sugere que, quando o teor de PEG fica abaixo de 30% na forma estabilizada, ele não consegue se cristalizar.

Nesta pesquisa, o teor de PEG sobre o total PEG + PIA é de 36%, sugerindo que talvez esse teor de PEG esteja abaixo do requerido para que seja observada a cristalização. Também as ligações de hidrogênio decorrentes da formação do complexo podem estar limitando o movimento das cadeias e impedindo o empacotamento necessário para que ocorra a cristalização.

Por outro lado, é sabido que o PIA possui estabilidade térmica muito baixa. A temperatura de transição vítrea do PIA não pode ser medida porque sua degradação se inicia primeiro com amplos picos endotérmicos no termograma de DSC [12]. De acordo com estudos prévios [12], o primeiro processo de degradação do poli (ácido itacônico) é a formação de anidrido, com a eliminação de água a partir dos dois grupos carboxílicos.

Quando há a formação de complexos, os grupos carboxílicos estão envolvidos em ligações de hidrogênio. Por isso, a primeira etapa antes da formação de anidrido deverá ser a quebra de tais ligações de hidrogênio. Logo, é razoável pensar que o pico relativo à formação de anidrido deverá se apresentar deslocado para temperaturas mais altas, e o valor do deslocamento deverá ser proporcional à quantidade de ligações de hidrogênio formadas que deverão ser quebradas.

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No caso de complexos de poli (ácido itacônico e poliacrilamida (PIA/PAAm), o pico relativo

à formação de anidrido se deslocou de 147ºC para 164,7ºC [12].

Em relação às curvas de DSC da Figura 11, observam-se picos endotérmicos que

podem ser atribuídos ao processo de degradação do PIA no complexo. Entretanto, tais

picos só são visíveis na curva referente ao PCM 1450. Para tentar visualizar possíveis

picos também nos outros PCMs, foi realizado o tratamento matemático da curva de DSC

(diferencial) (Figura 13).

Figura 13. Diferencial da Curva DSC (DDSC) para PCM 600.

Diferenciando-se a curva DSC do PCM 600, foi possível observar um pequeno pico endotérmico, em torno de 119ºC, indicativo de degradação do PIA, além de dois pequenos picos exotérmicos, provavelmente decorrentes de processos de decomposição. Para examinar o efeito termorregulador das amostras de tecidos modificados, foi usada a técnica de termografia por infravermelho (IR), utilizando-se uma câmera termográfica (Figura 14). Os termovisores ou câmeras termográficas possibilitam adequar o campo de visão do aparelho às necessidades específicas de cada observação. Dessa forma, elas captam, por meio de lentes intercambiáveis, a radiação infravermelha que é emitida pelo objeto analisado e a decodificam, por meio de algoritmos, em cores. Das temperaturas mais altas para as mais baixas, as cores são branco, vermelho, amarelo, verde e azul.

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Figura 14. Câmera de infravermelho (termovisor P640). Fonte: Flir Systems (2009)

A termografia é um processo no qual as diferenças de temperatura podem ser mapeadas em uma imagem bidimensional. O processo detecta a radiação eletromagnética emitida por corpos ou líquidos que estão em temperaturas mais altas e é baseado na lei de Boltzmann. Essa lei estabelece que a radiação térmica emitida por um corpo é proporcional à quarta potência daquela emitida pelo corpo e à quarta potência daquela emitida nas suas vizinhanças [20]. Isso faz da termografia uma poderosa ferramenta para detectar pequenas diferenças na temperatura.

Existem três tipos de termografia: termografia de cristal líquido (LCT), termografia de infravermelho (IRT) e termografia de micro-ondas (MWT) [20]. A termografia LCT baseia-se no princípio de que certos compostos orgânicos são opticamente anisotrópicos na fase líquida, e que a variação de cor está associada à mudança de temperatura. Por outro lado, as termografias IRT e MWT permitem a observação e a detecção da luz emitida por objetos quentes nas regiões do infravermelho e micro-ondas do espectro eletromagnético, respectivamente.

Foram realizadas algumas experiências de termografia com a forma estabilizada produzida com PEG 1000 (PCM 1000), que sofre a mudança de fases na faixa adequada para aplicação em tecidos. A Figura 15 ilustra a termografia inicial das amostras de tecido utilizadas para os experimentos, isto é, amostras de tecido sem PCM (controle) e com PCM à temperatura ambiente.

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Controle PCM

Figura 15. Imagens de termografia das amostras do tecido controle e com PCM 1000.

O primeiro experimento foi realizado colocando-se as duas amostras de tecido no interior de uma estufa de laboratório à temperatura de 60ºC durante 5 min. Após esse tempo, as amostras foram retiradas para a temperatura ambiente e observou-se a diferença de comportamento entre o controle e o tecido com PCM. A Figura 16 mostra o momento em que as amostras foram retiradas do ambiente aquecido e colocadas em temperatura ambiente.

Conforme pode ser observado na Figura 16, o tecido com PCM possui grande capacidade de absorver calor.

Ao contrário do tecido controle, o tecido com PCM absorveu calor do ambiente (estufa) e mudou drasticamente a sua temperatura. Tal resultado demonstrou que o tecido não teve uma boa capacidade de regular sua temperatura interior à medida que a temperatura ambiente se altera. Ou seja, o tecido não foi capaz de estocar a energia térmica cedida pelo ambiente sem alterar a sua temperatura.

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Figura 16. Imagens de termografia das amostras do tecido: (a) controle e (b) com PCM 1000.

Conforme mostrado na Tabela 2, o PEG 1000 funde em 35ºC e absorve 150 Kj Kg-1 de calor enquanto funde. Fica claro que o calor cedido ao tecido com PCM ultrapassou a capacidade de estocagem de calor do PEG 1000, e que o excesso foi usado para aumentar a sua temperatura. Na revisão feita por Sarier et al. (2012), foi apresentado um resultado similar no qual os autores citados reportaram microcápsulas de poliestireno contendo cera de parafina como PCM. Tais microcápsulas foram aplicadas por meio da técnica de revestimento do tecido, assim como a presente pesquisa. Conforme a Figura 17, o tecido com PCM, dos referidos autores, também apresentou aumento da temperatura em relação ao tecido controle.

De acordo com Sarier et al. (2012), além do intervalo de temperatura para mudança de Figura 17. Imagens de termografia apresentadas por Sarier et al. (2012).

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fases, a condutividade térmica é um dos parâmetros mais importantes para um PCM aplicado em armazenamento de energia. Segundo eles, a maioria dos PCMs orgânicos tem baixa condutividade térmica, fato que acarreta a redução das taxas de armazenagem e a liberação de calor durante os processos de fusão e solidificação dos PCMs, restringindo seu limite de aplicabilidade prática. Por outro lado, o microencapsulamento de PCMs também pode causar resistência ao calor, entre outros inconvenientes.

Tais observações sugerem que o sistema proposto, de complexar o PEG com um polímero, tem potencial para funcionar como PCM. No entanto, estudos adicionais ainda precisam ser realizados para que se possa controlar suas variáveis.

A Figura 18 ilustra uma sequência de termografias que registrou o comportamento das amostras durante o resfriamento da temperatura ambiente após a retirada das mesmas da estufa.

Figura 18. Imagens de termografia da sequência do resfriamento após a saída das amostras da estufa.

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É nítida a diferença de comportamento entre as duas amostras. A amostra com PCM 1000 absorveu e transferiu calor rapidamente para o ambiente. Já a amostra de tecido controle manteve as características isolantes do algodão, apresentando uma transferência de calor mais equilibrada tanto na absorção de calor dentro da estufa quanto na perda de calor para o ambiente ao sair da estufa.

Para observar melhor o comportamento das amostras de tecido, foi realizado um experimento no qual elas foram colocadas em um refrigerador por cinco minutos e retiradas para a temperatura ambiente. A Figura 19 mostra o momento em que as amostras foram retiradas do ambiente frio e colocadas em temperatura ambiente.

Figura 19. Imagens de termografia das amostras do tecido controle (a) e com PCM 1000

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Como pode ser observado, ao contrário do tecido controle, o tecido com PCM perdeu calor para o ambiente (refrigerador) e mudou drasticamente a sua temperatura. Novamente, o tecido com PCM demonstrou não ter uma boa capacidade de regular sua temperatura interior à medida que a temperatura ambiente se altera. Ou seja, o tecido não foi capaz de liberar a energia térmica para o ambiente sem alterar a sua temperatura.

A Figura 20 ilustra uma sequência de termografias que registrou o comportamento das amostras durante o aquecimento na temperatura ambiente, após saírem do refrigerador. A diferença de comportamento entre as duas amostras se manteve durante o aquecimento. A amostra com PCM 1000 perdeu calor rapidamente no refrigerador e absorveu calor rapidamente do ambiente. Já a amostra de tecido controle perdeu bem menos calor no refrigerador e, ao sair para temperatura ambiente, foi absorvendo calor de maneira mais controlada do que a amostra de tecido com PCM.

A amostra de controle comportou-se conforme o esperado tanto durante o aquecimento como no resfriamento. Tecidos tradicionais tais como algodão, lã, linho e poliéster, entre outros, são isolantes térmicos passivos [17]. Tal comportamento não está relacionado com as fibras propriamente ditas e sim com as bolsas de ar presentes entre as fibras, já que o ar remanescente funciona como um excelente isolante devido a sua baixa condutividade térmica.

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Figura 20. Imagens de termografia da sequência do aquecimento após a saída das amostras do refrigerador.

Quando um tecido é incorporado com materiais termicamente ativos, tais como os PCMs, devem fornecer um aumento extra da capacidade térmica, além daquela já existente devido ao isolamento térmico passivo da própria fibra. Sarier et al. (2012) ressaltam que tais materiais devem absorver calor do corpo humano ou do ambiente durante altos graus de atividade física e/ou condições climáticas quentes. Da mesma forma, devem redistribuir e liberar calor em ambientes frios. Devem, portanto, agir como tampões contra as variações de temperatura.

Foram realizados experimentos com termografia para verificar o comportamento do tecido com PCM 1000 quando em contato com a pele. A Figura 21 mostra o início do experimento, com o usuário em repouso, à sombra.

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Figura 21. Imagem de termografia do início do experimento com usuário: braço esquerdo (tecido com PCM) e braço direito (tecido controle).

A diferença de temperatura inicial entre os dois tecidos em contato com a pele foi atribuída

à posição do usuário em relação ao vento. À medida que o tempo de contato dos tecidos

com a pele aumenta, a temperatura tende a se estabilizar, conforme mostra a Figura 22.

Figura 22. Imagens de termografia com 5 minutos e 10 minutos após o início do experimento com usuário. Tecido controle (25,9ºC e 25,8ºC) e tecido com PCM (26,1ºC e 26,2ºC).

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Após o início dos experimentos, o usuário foi exposto ao sol, onde permaneceu por cinco minutos. A termografia da Figura 23 mostra o comportamento do tecido em contato com o usuário nessa situação.

Figura 23. Imagem de termografia do usuário exposto ao sol por cinco minutos: braço esquerdo (tecido com PCM) e braço direito (tecido controle).

Segundo Sarier et al. (2012), uma das funções fundamentais do vestuário é criar um microclima estável próximo à pele, a fim de manter o sistema, a termorregularidade do corpo, mesmo quando o ambiente externo ou o nível de atividade física variam muito.

Portanto, a vestimenta é essencial para conservar o corpo humano em um ambiente térmico apropriado e para auxiliar na manutenção do balanço térmico sob as várias combinações de condições ambientais e atividades físicas.

As propriedades térmicas dos materiais têxteis para vestuário envolvem condutividade térmica, isolamento térmico, e a transferência de calor entre o corpo vestido e o ambiente. O conforto térmico é proporcionado pela transferência rápida de calor e umidade entre o corpo, o tecido e o meio ambiente.

Conforme pode ser observado, o comportamento do tecido com PCM em contato com o usuário é o mesmo demonstrado nos primeiros experimentos, isto é, demonstra uma rápida capacidade de absorção de calor. Da mesma forma, o tecido perde muito rapidamente o calor que absorveu quando o usuário é colocado novamente à sombra (Figura 24).

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Figura 24. Imagens de termografia da sequência de resfriamento dos tecidos após a saída do usuário do sol e volta para a sombra.

Em relação ao acompanhamento do comportamento do tecido com PCM em contato com a pele do usuário, pode-se concluir que o PCM não contribuiu para o aumento da capacidade térmica passiva do tecido. Tal resultado pode estar relacionado com o caráter polimérico da forma estabilizada do PCM. O PCM foi aplicado ao tecido pela técnica de recobrimento, portanto, pode estar alterando muito as características da superfície do tecido.

A fim de realizar um estudo preliminar das possíveis alterações da superfície do tecido com a incorporação do PCM, foi feito um teste de molhabilidade do tecido por meio da medida do ângulo de contato da superfície do tecido com a água. A Figura 25 mostra o momento em que a gota se desprende da microsseringa usada no goniômetro e toca a superfície do tecido.

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Figura 25. Ângulo de contato da água com a superfície do tecido controle (superior) e com PCM 100 (inferior). Valor do ângulo de contato T= 68ºC.

Não foi possível medir o ângulo de contato do tecido controle, pois a gota de água era rapidamente absorvida pelo tecido de algodão. Conforme ilustrado na Figura 25, o recobrimento do tecido com a forma estabilizada do PCM alterou drasticamente a característica da superfície do tecido, tornando-a mais hidrofóbica.

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4. CONCLUSÕES

Foram desenvolvidos revestimentos poliméricos baseados na formação de complexos entre o PEG (600, 1000 e 1450) e o poli (ácido itacônico) (PIA). A associação entre ácidos policarboxílicos e polímeros não iônicos via ligações de hidrogênio resultou na formação de complexos poliméricos.

Tais complexos foram propostos para utilização como forma estabilizada do PEG, que foi usado como material de mudança de fases (PCM). Materiais de mudança de fases (PCM) têm a função de regular as flutuações de temperatura. Eles absorvem ou liberam calor sem que sua temperatura sofra qualquer variação.

PEG 1000 é um material que possui as características adequadas para ser usado como PCM em aplicações têxteis. Possui a faixa de mudança de fases próxima às variações de temperatura que podem ocorrer no corpo humano e, além disso, é muito usado como biomaterial por não causar nenhum tipo de reação quando em contato com a pele.

Os complexos foram chamados de PCM 600, 1000 e 1450 e foram desenvolvidos para o design de materiais têxteis inteligentes, principalmente aqueles aplicados no vestuário esportivo.

Os PCMs produzidos foram caracterizados por meio de FTIR, TG e DSC. As análises de FTIR indicaram que ocorreu a formação do complexo entre o PEG e o PIA. As análises térmicas (TG e DSC) não foram conclusivas devido à facilidade de degradação do PIA.

Em todos os experimentos com termografia (IR) realizados com o PCM 1000, observou-se que o material proposto se comporta como os materiais de armazenagem convencionais sensíveis ao calor (SHS), isto é, à medida que há absorção de calor, a temperatura do material se eleva.

Estudos futuros devem ser realizados para investigação do potencial desse material como PCM.

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[1] A. Sharma; V. V. Tyagi; C. R. Chen; D. Buddhi. Renewable & Sustainable Energy Reviews. 2009, 13, 318. [2] S. Mondal Applied Thermal Engineering. 2008, 28, 1536. [3] J.Hu; H. Meng; Y. Zhu; Y. Liu. Carbohidrate Polymers. 2010, DOI 10.1016. [4] Q. Cao; P. Liu. European Polymer Journal. 2006, 42, 2931. [5] N. Sarier; E. Onder. Thermochimica Acta. 2008, 475, 15. [6] W. Wang; X. Yang; Y. Fang; J. Ding. Applied Energy. 2009, 86, 170. [7] J. Waschull; T. Guhlemann. 2nd International Renewable Energy Storage Conference (IRES II), 19-21 nov. 2007. Bonn, Germany. [8] Q. Meng; J. Hu. Solar Energy Materials & Solar Cells. 2008, 92, 1260. [9] C. Chen; L. Wang; Y. Huang. Applied Energy. 2011, 88, 3133. [10] SB. Sentürk; D. Kahraman; C. Alkan; I. Gökçe. Carbohydrate Polymers. 2011, 84, 141. [11] VV. Khutoryanskiy. International Journal of Pharmaceutics. 2007, 334, 15. [12] MK. Krušic; E. Džunuzovic; S. Trifunovic; J. Filipovic. European Polymer Journal. 2004, 40, 793. [13] S. L. J. Tomic; JM. Filipovic. Polymer Bulletin. 2004, 52, 355. [14] R.M. Silverstein; F.X. Webster. Identificação Espectrométrica de Compostos Orgânicos. Editora LTC, 2000. [15] H. El-Hamshary. European Polymer Journal. 2007, 43, 4830. [16] K. Pielichowski; K. Flejtuch. Polymers for Advanced Technologies. 2002, 13, 690. [17] N. Sarier; E. Onder. Thermochimica Acta. 2012, 540, 7. [18] C. Alkan; E. Günther; S. Hiebler; O.F. Ensari; D. Kahraman. Solar Energy. 2012, 86, 1761. [19] L. Feng; J. Zheng; H. Yang; Y. Guo; W. Li; X. Li. Solar Energy Materials & Sollar Cells. 2011, 95, 644. [20] A.K. Saxena; G.H. Willital. European Journal of Pediatrics. 2008, 167, 757.

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Sistema de auxílio à navegação adaptado para o treinamento de atletas cegos em pista de atletismo


2ºlugar

Autor Henrique dos Santos Felipetto

Orientador Adão Robson Elias

Instituição de Vínculo Universidade Federal de Santa Maria

Instituição de Desenvolvimento da Pesquisa Colégio Politécnico da UFSM

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LISTA DE SIGLAS

AVL: Automatic Vehicle Location CBDC: Confederação Brasileira de Desportos para Cegos EB: Estação Base EM: Estação Móvel FEF: Faculdade de Educação Física GPRS: General Packet Radio Service GPS: Global Position Systems GSM: Global System for Mobile IAAF: Federação Internacional de Atletismo IBSA: International Blind Sports Federation ITS: Instituto de Tecnologia Social MCT: Ministério da Ciência e Tecnologia PC: Personal Computer Sanmor: Sistema de Auxilio à Navegação com Monitoramento e Orientação Remota Secis: Secretaria de Ciência e Tecnologia para Inclusão Social SIG: Sistema de Informações Geográficas TA: Tecnologia Assistiva UFSM: Universidade Federal de Santa Maria Unicamp: Universidade Estadual de Campinas UTM: Universal Transversa de Mercator VHF: Very High Frequency

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Localização da Estação Móvel em relação à Estação Base Figura 2: Estação Móvel Figura 3: Fluxo simplificado do Sistema de Auxílio à Navegação com Monitoramento e Orientação Remota (Sanmor) Figura 4: Base Cartográfica Existente Figura 5: Mapa de Risco Figura 6: Atleta portando o equipamento Figura 7: Atleta portando o rádio comunicador, fone de ouvido e microfone Figura 8: Ajustes feitos no rádio e entrosamento atleta-monitor Figura 9: Exemplo de visualização, em tempo real, do deslocamento do atleta Figura 10: Relatório parcial do turno da manhã Figura 11: Relatório parcial do turno da tarde

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1.INTRODUÇÃO E ANTECEDENTES NA LITERATURA

Segundo a Confederação Brasileira de Desportos para Cegos (CBDC 2007), o atletismo é hoje o esporte mais praticado nos mais de 70 países filiados à Federação Internacional de Desportos para Cegos - International Blind Sports Federation (IBSA). Além dos Jogos Paraolímpicos, fazem parte de seu calendário maratonas, jogos mundiais e campeonatos mundiais para jovens. Entretanto, o que contribui para a difusão da modalidade é o fácil acesso e a naturalidade dos movimentos, já que correr, saltar, nadar, lançar e arremessar são ações que proporcionam a sobrevivência do homem. Ainda segundo a CBDC (2007), o atletismo para deficientes visuais é constituído basicamente por quase todas as provas que compõem as regras oficiais da Federação Internacional de Atletismo (IAAF), com exceção de salto com vara, lançamento de martelo, corridas com barreira e obstáculos.

Conforme Filho et al. (2004), o atletismo para pessoas com deficiência visual segue a mesma lógica do esporte convencional. No entanto, suas regras são alteradas somente para possibilitar a participação das pessoas que não recebem ou recebem de maneira muito limitada as informações visuais. Portanto, o atletismo para deficientes visuais tem as seguintes provas: corridas de velocidade (100, 200 e 400 metros), corridas de meio fundo (800 e 1,5 mil metros), corridas de fundo (5 mil e 10 mil metros), corridas de revezamento (4x100 e 4x400 metros), corridas de pedestrianismo (provas de rua e maratona), saltos (triplo, a distância e em altura), arremessos e lançamentos (peso, dardo e disco) e provas combinadas (pentatlon – disco, peso, 100 metros, 1,5 mil metros e distância).

As provas são divididas por grau de deficiência visual (B1, B2 e B3) e as regras são adaptadas para os atletas B1 e B2. Para esses, é permitido o uso de sinais sonoros e de um guia, que corre junto com o competidor para orientá-lo. Eles são unidos por uma corda presa às mãos e o atleta deve estar sempre à frente. As modalidades para os competidores B3 seguem as mesmas regras do atletismo regular. Segundo a CBDC (2007), a classificação oftalmológica é a formatação escolhida pela Federação Internacional de Esportes para Cegos (IBSA) para legitimar ou não a participação de uma pessoa nas competições oficiais para cegos e deficientes visuais regidas pela Federação e por suas filiadas.

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As classes visuais reconhecidas pela IBSA são as seguintes: B1: De nenhuma percepção luminosa em ambos os olhos até a percepção de luz, mas com incapacidade de reconhecer o formato de uma mão em qualquer distância ou direção; B2: Da capacidade de reconhecer a forma de uma mão até a acuidade visual de 2/60 e/ou campo visual inferior a 5 graus; B3: Da acuidade visual de 2/60 à acuidade visual de 6/60 e/ou campo visual de mais de 5 graus e menos de 20 graus.

Todas as classes considerando o melhor olho, com a melhor correção, ou seja, todos os atletas que utilizem lentes de contato ou lentes corretivas deverão usá-las para enquadramento nas classes que pretendam competir, usando-as ou não.

A atividade física para o deficiente visual é de suma importância para seu desenvolvimento corporal, colaborando sobremaneira para sua integração social. Sua prática atua em diversos campos, sendo os principais o motor, o afetivo e o social. A ativação do campo motor destina-se ao aprimoramento da locomoção, do equilíbrio, da agilidade e da amplitude de movimentos, etc. A parte afetiva é ativada pela prática do exercício, por meio de aspectos como realização pessoal, melhora de autoestima, autoconfiança, etc. Por fim, no campo social, o deficiente visual é beneficiado pela prática da atividade física devido à oportunidade que esta traz de convívio com pessoas num meio lúdico e agradável (MONTEIRO, 2005).

Apesar dos benefícios que a atividade física pode trazer para as pessoas de um modo geral, as pessoas cegas normalmente apresentam um nível menor de estímulos, pois têm medo do desconhecido e, consequentemente, de se machucar. Na verdade, elas não se arriscam sem ter o auxílio de um guia ou conhecer muito bem o meio que vão percorrer, o que reflete em menores oportunidades de ações e, consequentemente, em um nível acentuado de sedentarismo (FILHO et al., 2004).

No atletismo adaptado para atletas deficientes visuais, os atletas B1 e B2 têm o direito de correr em duas raias, unidos por uma guia de 5 cm a 50cm, ao atleta-guia. O atleta-guia poderá passar instruções de colocação e posição nas raias para o atleta, mas

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estará impedido de dar orientações técnicas e de pronunciar palavras de motivação aos atletas deficientes visuais (IBSA, 2007). Entretanto, se fosse desenvolvida uma tecnologia assistiva (TA) para adaptação do treinamento autônomo em pista de atletismo, de forma a orientar a navegação de atletas cegos em corridas de velocidade, meio fundo e fundo, essa atividade poderia ser viabilizada. Isso porque, segundo a Secretaria de Ciência e Tecnologia para Inclusão Social (Secis), a tecnologia assistiva (TA) é um termo que, de modo geral, vem sendo empregado para designar qualquer produto utilizado por pessoas com deficiências e/ou pessoas idosas, com a função de melhorar a autonomia e a qualidade de vida. É um termo amplo, que envolve inúmeras possibilidades do desempenho humano, em tarefas básicas de autocuidado (como mobilidade, comunicação, preparo de alimentos) até atividades mais complexas de lazer e de trabalho (ASSISTIVA, 2006).

Dessa forma, a navegação com orientação remota em pistas de atletismo poderia ser baseada em pontos de referência, constituída por informações auditivas – como comandos de voz –, olfativas ou táteis, pois, segundo Loomis, Klatzky e Golledge (2001), o Patch Integration, que traduzido significa “integração do caminho”, constitui um meio eficaz que permite ao indivíduo aventurar-se no ambiente, integrando as informações fragmentadas de pontos de referência exteriores a uma representação coerente do ambiente.

Mediante essa problemática da adaptação de recursos, surgiu a ideia desta pesquisa, de desenvolver uma tecnologia assistiva para o monitoramento, navegação e orientação remota adaptada, com a utilização do Global Positioning System (GPS). Este pode oferecer ao atleta deficiente visual uma situação de independência durante o seu treinamento, pois o monitor orientador poderá acompanhar o cego por um programa de Automatic Vehicle Location (AVL), adaptado para orientá-lo durante sua navegação, com o método de posicionamento absoluto em tempo real, com uma margem de erro, segundo Monico (2000), de 95% do tempo abaixo de 10 metros. Dessa forma, Elias (2003) afirma, em suas pesquisas, que o erro médio obtido em uma coleta de aproximadamente 20 pontos foi de 1,339 m, precisão aceitável para a orientação na prática de atletismo.

Outra tecnologia embarcada nesse sistema é o General Packet Radio Service (GRPS) que, de acordo com Pinheiro (2004), nada mais é do que uma tecnologia baseada em

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uma rede de pacotes (suportando IP e X.25) para o tráfego de dados em redes de comunicações móveis como, por exemplo, redes GSM, e não um padrão de tecnologia de redes sem fio que requer equipamentos proprietários.

Pinheiro (2004) afirma ainda que o grande atrativo da tecnologia GPRS está na possibilidade de se manter uma conexão “permanente” de dados (always on) e, assim, os usuários não precisam conectar o sistema toda vez que necessitarem de acesso aos serviços. Outra vantagem é que a tarifação é feita apenas sobre os dados efetivamente transmitidos e, dessa forma, o usuário não paga pelo tempo de conexão.

Essa tecnologia oferece grande vantagem ao sistema de auxílio à navegação com monitoramento e orientação remota adaptados para o treinamento de atletas cegos em pista de atletismo porque permite monitorá-lo de qualquer lugar, desde que se tenha sinal de celular e sinal GPS.

Conforme Monico (2000), têm-se verificado outras aplicações do GPS, tanto científicas quanto de caráter prático. No que concerne ao último aspecto, pode-se citar o uso do GPS no controle de frotas de veículos (AVL).

Na realidade, o GPS é apenas um componente do sistema, mas essencial, pois fornecerá ao interessado o trajeto realizado pelo veículo ou pelo indivíduo monitorado. Se essas informações estiverem integradas a um Sistema de Informação Geográfica (SIG) apropriado, várias decisões podem ser tomadas de forma otimizada, como, por exemplo, sobre o melhor caminho a ser seguido. Essa é uma resposta que pode auxiliar no salvamento de vidas (no caso de ambulâncias, bombeiros, viaturas policiais), no turismo, no lazer e em práticas esportivas (locação de veículo, pessoas e cartas de navegação), etc.

A integração dos sistemas de GPS, AVL, SIG e GPRS proporcionam o monitoramento e a orientação remota, até mesmo sem nenhum contato visual, o que dá ao atleta uma autonomia no seu treinamento, além de garantir as condições de segurança no caso de perda de rota e possíveis incidentes nos quais necessite o auxílio do monitor.

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Para amenizar e prever possíveis incidentes e problemas referentes à segurança dos atletas, o monitor do treinamento deverá ter consigo um mapa de risco que, segundo Poli (2006), consiste na visualização gráfica dos riscos existentes nos ambientes de trabalho, esporte e lazer, por meio de cores específicas.

Todas as empresas ou lugares públicos, independente do grau de risco e da quantidade de funcionários ou visitantes, devem possuir o mapa de risco. No mapa, os riscos são caracterizados graficamente por cores e círculos. As cores definem o tipo de risco, enquanto a dimensão do círculo define sua gravidade, com o maior tamanho significando o maior risco. Quanto à relação entre cores e riscos, tem-se que: verde representa risco físico; vermelho, químico; marrom, biológico; amarelo, ergonômico; e azul, mecânico.

Mediante o referencial teórico apresentado até aqui, considerou-se a hipótese de que é possível proporcionar ao atleta deficiente visual autonomia em seus treinamentos em pista de atletismo, em corridas de velocidade, meio fundo e fundo, a partir de um monitoramento da navegação do atleta e orientação remota adaptada para cegos, proporcionando o aspecto motivacional da autonomia de treinamento.

Segundo pesquisa bibliográfica preliminar em periódicos, revistas científicas e outros meios de pesquisa, nenhum trabalho foi encontrado no intuito de desenvolver tecnologia assistiva para dar autonomia aos deficientes visuais da classe B1 nos treinamentos em pistas de atletismo. Existem alguns trabalhos referentes à tecnologia assistiva para navegação autônoma de cegos, mas todos voltados para o deslocamento em áreas urbanas. Entretanto, o que se pretende nesta pesquisa é dar autonomia de treinamento ao atleta deficiente visual B1 em pistas de atletismo. Portanto, esta pesquisa justifica a sua operacionalização, pois se trata de um estudo de caráter científico, autêntico e relevante.

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2. OBJETIVOS

Esta pesquisa teve como objetivo primordial implementar uma tecnologia assistiva para a navegação de atletas cegos de categoria B1, com o auxílio de GPS, monitorando seu deslocamento nos treinamentos em pista de atletismo com a possibilidade de orientação remota quando e se necessário. Portanto, pretendeu-se dar autonomia de treinamento para esses atletas, de forma que não necessitassem ser acompanhados por atletas-guia.

Para atingir o objetivo principal desta pesquisa, foram estabelecidos e, consequentemente, atingidos os seguintes objetivos: - elaboração de uma base cartográfica digital detalhada da pista de atletismo utilizada para o treinamento; - elaboração do mapa de risco da pista de atletismo de forma que o atleta pudesse ser monitorado e orientado com segurança durante o seu treinamento; - implementação de uma solução AVL adaptada para o monitoramento, a navegação e a orientação de atletas deficientes visuais de categoria B1 em treinamento de corridas em pistas de atletismo.3. SUJEITOS, MATERIAL E MÉTODOS

3.1. Sujeitos

Participou do experimento o atleta velocista Thiago Lima de Souza, 23 anos, portador de necessidades especiais visuais da classe B1. Apesar de atualmente não fazer parte da equipe nacional, já teve experiências internacionais e possui uma base motora considerada “ótima” pelos especialistas em jogos paraolímpicos, o que inclui uma boa percepção espacial. Sua principal atividade esportiva é o atletismo, mais especificamente corridas de velocidade e, portanto, possui intimidade com o espaço explorado no teste. O participante foi recrutado na Faculdade de Educação Física da Unicamp, em caráter voluntário.

Também participaram do experimento os alunos da Faculdade de Educação Física da Unicamp (FEF) Diego Henrique Gamero e Thiago Pinguelli Magalhães, que atuaram

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como monitores-guia para a segurança do atleta caso houvesse uma possível falha no equipamento.

3.2 Material

Para execução da pesquisa foram utilizados os seguintes materiais: a) 1 computador portátil (Estação Base); b) 1 receptor GPS de posicionamento absoluto (GPS de navegação); c) 1 celular GSM/GPRS para transmissão de dados; d) software TrackMaker PRO 4.1; e) 1 fone de ouvidos; f) 2 rádios comunicadores VHF.

O experimento foi realizado na cidade de Campinas, nas dependências da FEF, na pista de atletismo.

3.3. Método

3.3.1 Fases do projeto: O projeto foi articulado em quatro fases:

Fase 1: Levantamento bibliográfico e de tecnologias compatíveis para implementação do projeto.

Foi realizada uma pesquisa bibliográfica aprofundada sobre a temática do projeto. Também foram desenvolvidos um levantamento e uma avaliação técnica dos sistemas AVL disponíveis no Brasil, a fim de encontrar aquele que melhor se adequasse à tecnologia assistiva proposta pelo projeto. Para tanto, foram realizadas visitas técnicas às empresas desenvolvedoras e fabricantes dos sistemas AVL.

O modelo de AVL escolhido foi o Rastreador Tracker II, por ser um equipamento relativamente barato e por sua capacidade de armazenamento de pontos, ou seja, ele pode armazenar mais de 250 mil pontos com registro de posição, tempo, velocidade e pontos de parada.

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Também foi adaptado ao sistema GPRS um chip de telefone de uma operadora de celular, tendo o cuidado para que ela tivesse um bom sinal na pista de atletismo onde aconteceu o experimento.

Fase 2: Elaboração da base cartográfica digital detalhada da pista de atletismo.

Nesta fase, utilizou-se a base cartográfica já existente da própria Unicamp. Esse mapa base foi incorporado ao software AVL, instalado no servidor. Sendo assim, ficou disponível em qualquer lugar onde houvesse acesso à internet e dispensou a instalação do software no computador da Estação Base de monitoramento do atleta. Com essa base cartográfica digital detalhada, foi possível planejar, de forma mais adequada, a trajetória que o atleta correu, assim como elaborar o mapa de risco.

Fase 3: Elaboração do mapa de risco da pista de atletismo.

Foi elaborado um mapa de risco da pista, com o intuito de alertar o monitor do treinamento dos limites estabelecidos para a faixa de segurança em que o atleta com deficiência visual poderia correr. Portanto, o monitor-orientador poderia conduzir a navegação (corrida) do atleta ao se aproximar das extremidades da faixa de segurança, de forma a evitar que ele ultrapasse ou invadisse os limites das raias vizinhas.

Para a elaboração do mapa de risco, o atleta percorreu a pista nos limites de segurança, interno e externo, ou seja, percorreu a primeira volta no limite interno e, a segunda, no externo, acompanhado dos monitores-guia.

Fase 4: Implementação de tecnologia assistiva com base numa solução AVL adaptada para monitoramento, navegação e orientação de deficientes visuais de categoria B1, para treinamento de corridas em pistas de atletismo.

A partir de um sistema AVL, originalmente concebido para monitoramento de veículos, foi adaptada uma tecnologia assistiva para monitoramento, navegação e orientação de deficientes visuais.

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O sistema foi composto por uma Estação Base (EB) e por uma Estação Móvel (EM).

A EB foi composta por um computador portátil, um celular GSM/GPRS, um rádio VHF e um monitor, ou seja, um professor de educação física (com prática na área de esportes adaptados) foi responsável pela monitoração e orientação remota do treinamento do atleta deficiente visual. A EB ficou próxima ao local onde foi desenvolvido o treinamento, numa distância aproximada de 220 metros, dentro de uma das salas da FEF (Figura 1). O computador base acessou, via internet, um servidor no Colégio Politécnico da UFSM, em Santa Maria/RS, o qual tem instalado o software TrackMaker PRO 4.1, um programa adaptado para receber dados de AVL, como telemetria de navegação do GPS, ou seja, coordenadas, direção de deslocamento, velocidade e tempo de deslocamento, entre outros. Portanto, a EB poderia estar em qualquer lugar do mundo, desde que estivesse conectada à internet. A EB também transmitiu comandos de voz via rádio VHF para a EM.

Figura 1 – Localização da Estação Móvel em relação à Estação Base

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A EM foi composta pelo equipamento AVL móvel, o qual o deficiente visual utilizou para realização da navegação orientada durante o seu treinamento na pista de atletismo. Ver Figura 2.

A EM (Figura 1) foi adaptada com um kit de AVL (móvel), adaptado ao experimento, contendo os seguintes componentes:

- um colete para fixação (adaptação) dos componentes do AVL móvel junto ao atleta;

- um rádio comunicador VHF com fone de ouvido e microfone.

Figura 2 – Estação Móvel

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3.3.2. Funcionamento simplificado.

O deficiente visual percorreu (navegou) a pista de atletismo transportando a EM, que recebeu os dados de posicionamento pelos satélites GPS. Em seguida, o sistema da EM processou estes dados e os transmitiu, via GPRS, para um servidor na UFSM e, em seguida, para a EB.

A Figura 3 apresenta, de forma simplificada, o funcionamento da tecnologia assistiva adaptada para o monitoramento e a orientação (navegação) de atletas deficientes visuais em pista de atletismo.

Figura 3 – Fluxo simplificado do Sistema de Auxílio à Navegação com Monitoramento e Orientação Remota (Sanmor).

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Os satélites GPS (I) enviam os sinais de posicionamento global para a antena GPS (II), que está com o atleta próximo ao módulo AVL (EM). Ainda na EM, os dados são enviados, via GPRS, para uma antena GSM (III). Nela, os dados são transmitidos ao servidor (IV), via internet. No servidor, os dados são representados na interface gráfica do software AVL. O monitor (V) da EB acessa os dados no servidor, via internet, e visualiza as informações do atleta em tempo real. Com base nessas informações, orienta o atleta, por rádio (VHF).

Para esta pesquisa, foi utilizado um servidor da Universidade Federal de Santa Maria. Portanto, o monitor orientador estava perto da pista de atletismo em Campinas (SP), e de lá acessava o servidor em Santa Maria (RS). Tudo isso foi feito em tempo real, com uma taxa de atualização do mapa de aproximadamente dois segundos. Assim, o atleta deficiente visual foi orientado/guiado em seu treinamento.

3.3.3. Procedimentos O experimento foi realizado, de forma individual com apenas um atleta cego da classe B1. Foram realizadas duas voltas na pista, com o auxílio dos monitores-guia, para mapear as áreas de risco na pista. Após essas voltas, obteve-se o mapa de risco e procedeu-se com o treinamento do atleta, auxiliado apenas pelo equipamento.

Durante o treinamento orientado pelo equipamento, o monitor fez duas paradas durante a corrida para que o atleta fizesse alguma observação. Este, no entanto, não relatou nenhuma situação de risco nas sessões de corrida.

Foram realizadas duas sessões de teste, uma pela manhã e outra à tarde, ambas com condições climáticas excelentes. Esse procedimento foi realizado para detectar algum tipo de mudança na geometria dos satélites e verificar se isso interferia na precisão do posicionamento.

Para garantir as condições de segurança durante todo o experimento, o atleta foi acompanhado de dois monitores-guia. Esses foram orientados a não fornecer nenhum tipo de informação, bem como não tocar no atleta, a não ser que acontecesse alguma anomalia. Na ocasião, não foi realizado nenhum tipo de simulação de prova, e sim de situações cotidianas de treino.

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Ao final da navegação, o participante foi conduzido para a EB, onde respondeu verbalmente a um roteiro de entrevista, visando investigar as informações mais relevantes e a impressão geral da atividade.

Para documentação e ilustração das atividades, alguns momentos foram fotografados e filmados, tomando o cuidado ético de não expor os participantes de forma vexatória.

Os produtos produzidos pelo sistema a partir da pesquisa de campo, mapas e relatórios foram analisados em um aplicativo de Sistema de Informação Geográfica (SIG), com o intuito de avaliar a qualidade das informações geradas no decorrer da pesquisa. Essas informações foram analisadas e discutidas entre os membros do projeto, com a finalidade de avaliar e validar a pesquisa, além de propor novas aplicações e o aprimoramento do método utilizado.

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4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Colaboraram, para o êxito desta pesquisa, diversos fatores, entre os quais se destaca a base cartográfica (Figura 4) já existente na instituição onde se desenvolveu a pesquisa (Unicamp). Esse mapa base detalhado serviu, num primeiro momento, para o planejamento do experimento e, posteriormente, para a identificação de pontos de risco físico para o atleta durante o percurso, o que resultou no mapa de risco (Figura 4).

Figura 4 – Base Cartográfica Existente

De posse da base cartográfica existente, constatou-se que esta não estava totalmente atualizada de acordo com a realidade da pista de atletismo, ou seja, faltavam alguns elementos que proporcionassem mais detalhes.

Antes da realização do experimento, a base cartográfica foi atualizada, e o atleta fez duas voltas de reconhecimento; uma pelo limite interno da pista e outra pelo limite externo da pista. De imediato, foi gerado o mapa de risco (Figura 5) para prosseguir com o treinamento.

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Figura 5 – Mapa de Risco

A definição das áreas de risco, as quais estão em verde no mapa, se deram com base na espacialização dos cordões interno e externo da pista. O atleta percorreu o limite de segurança orientado pelos monitores-guias. Com esse limite, gerou-se um limite com uma margem de segurança de dois metros, por meio da ferramenta “buffer”, do software SIG, que coincidiu com o limite interno da pista. Estabeleceu-se também que a área segura para o atleta seria de cinco metros (em branco no mapa), e as áreas remanescentes da pista, perto do cordão externo, também foram classificadas como áreas de risco físico (em verde no mapa). Não foi considerada para esse mapa a parte interna da pista (em cinza), por não oferecer riscos ao treinamento, pois o atleta não seria levado até este local.

Todos os dispositivos móveis foram acoplados a um colete (Figura 6) que o atleta carregou, cujo peso líquido é de aproximadamente 950 g. Esse colete ainda deve sofrer modificações, pois não está totalmente confortável.

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Figura 6 – Atleta portando o equipamento.

Com base nas informações contidas na base cartográfica atualizada e no mapa de risco, deu-se início, às 10 horas e 14 minutos, a primeira volta na pista, com o auxílio do equipamento e a orientação do monitor na Estação Base. O atleta percorreu 200 metros e foi orientado a fazer uma pausa para que fizesse alguma observação ou constatação de anomalia no sistema. O corredor relatou, via rádio, que estava tudo funcionando em perfeitas condições, o que pôde ser confirmado mais tarde com os monitores-guia, que fizeram o acompanhamento do atleta voluntário. O atleta percorreu os 200 metros da pista restantes, sem nenhuma interrupção.

Toda a orientação do atleta foi realizada via rádio VHF, o qual tem interligado um fone de ouvido e um microfone incorporado ao sistema, conforme a Figura 6. Esse rádio tem um alcance de aproximadamente 20 quilômetros de distância, mas pode sofrer interferências dependendo dos obstáculos existentes entre as bases de comunicação. Entretanto, dependendo da necessidade ou particularidades do treinamento, outros

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sistemas de comunicação podem ser usados, como a telefonia móvel e sistemas de comunicação via internet, dentre outros.

Figura 7 – Atleta portando o rádio comunicador, fone de ouvido e microfone.

Antes da realização dos testes, procederam-se os testes de comunicação via rádio, ou seja, foram ajustados a frequência e o volume (Figura 8). Também nessa ocasião, foi combinado como seriam feitos os comandos de voz, a fim de se ter um bom entrosamento entre atleta e monitor.

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Figura 8 – Ajustes feitos no rádio e entrosamento entre atleta e monitor.

Ao longo da atividade experimental, em alguns momentos o atleta se aproximou e até mesmo entrou na área de risco, o que foi imediatamente constatado pela Estação Base (Figura 9). O atleta foi, então, orientado a retornar para a área destinada para correr com segurança. Durante o turno da manhã, foi realizada uma simulação de treino, sem paradas. A velocidade média do corredor nessa simulação, registrada pelo equipamento, foi de 5 km/h, percorrendo assim os 400 metros da pista em 4 minutos e 48 segundos. No turno da tarde, foi realizada a mesma simulação de treino do turno da manhã.

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Entretanto, no treino do turno da tarde, foi observada uma pequena discrepância em relação ao turno da manhã, devido à mudança de geometria dos satélites. Apesar disso, essa alteração não foi suficiente para interferir na navegação do atleta. Entretanto, ressalta-se que o melhor método a ser adotado é fazer um levantamento dos limites da pista antes do início de cada treino. Esse pode ser feito com o auxílio de qualquer pessoa, sendo possível apenas uma caminhada, o que dispensa o técnico de atletismo. As duas trajetórias podem ser observadas na Figura 9.

Figura 9 – Exemplo de visualização em tempo real do deslocamento do atleta.

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Figura 9: Trajetos realizados pelo atleta nos turnos da manhã e da tarde.

Outra constatação bastante relevante desse experimento é a análise estatística que ele permite. No software SIG da Estação Base ficam registradas todas as informações de tempo, deslocamento, velocidade média, etc. Com isso, é possível calcular, de forma mais precisa, diversas informações pertinentes ao exercício, como calorias perdidas por exemplo. Essas informações ficam armazenadas em forma de relatório (Figuras 10 e 11) e podem ser posteriormente exportadas e editadas em planilhas eletrônicas.

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Figura 10 - Relatório parcial do turno da manhã.

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Figura 11 – Relatório parcial do turno da tarde.

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O relatório do software AVL, armazena informações relevantes em uma “taxa de rastreio”, ou seja, a cada tempo pré-determinado ele armazena um ponto da trajetória do corredor. Como pode ser observada nas Figura 10 e 11, a coluna A é o número de identificação de cada ponto. No caso, os 55 pontos são referentes à metade do treino realizado no turno da tarde. A coluna B armazena informações da zona e do fuso, do sistema de referência adotado. No caso, utilizou-se o sistema de coordenadas Universal Transverse de Mercator (UTM), cuja zona da área de estudo é a K, e o fuso é o 23 sul. As colunas C e D armazenam, respectivamente, as coordenadas UTM “Este” e “Norte”. Na coluna E, temos a informação altimétrica do ponto, ou seja, sua altitude elipsoidal. A coluna F grava as informações de data e hora. Na coluna G são gravadas as informações do comprimento do segmento de reta que está sendo mostrada na interface do programa. E, por fim, as colunas H e I registram o azimute da grade UTM (ângulo formado entre o norte da quadrícula e a direção do trajeto) e a velocidade média do corredor naquele instante, respectivamente.

Nenhum tipo de incidente foi relatado pelos monitores-guias que atuaram supervisionando o atleta durante todo o percurso da pista de atletismo.

Segundo o corredor, o equipamento foi bastante útil em seu treino. Ele salientou que ficou curioso e apreensivo antes de iniciar a atividade, mas que depois de alguns instantes adquiriu confiança e conseguiu ser guiado sem nenhum problema pelo monitor da Estação Base, mesmo sabendo que ele não estava próximo e nem mesmo vendo, in loco, sua atividade na pista. O atleta também observou que é bastante importante para o corredor ter um entrosamento com o orientador/treinador da Estação Base, pois o este não pode ficar “nervoso” se o atleta estiver entrando em uma área de risco, e sim corrigir o trajeto, com tranquilidade.

Foram feitas algumas sugestões ao equipamento pelo corredor, como a diminuição da quantidade de fios, e a melhora ergonômica do colete, que no meio do treino fica solto em relação ao corpo.

De forma geral, o atleta ficou bastante satisfeito com a possibilidade de treinar sem a presença física de um atleta-guia, pois se sentiu mais livre (solto) e com mais agilidade nos movimentos.

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O Sistema de Auxilio à Navegação com Monitoramento e Orientação Remota mostrou-se, portanto, uma ferramenta eficiente e eficaz para o treinamento de atletas cegos da classe B1. Com auxílio do técnico que fez a orientação por rádio na Estação Base, o atleta pôde percorrer a pista de forma independente, o que proporcionou um grande ganho a sua autoestima.

Devido à eficácia do equipamento, os professores de educação física, participantes dessa pesquisa sugeriram a implementação do sistema em outras modalidades de atletismo em pistas, como por exemplo, a marcha atlética.

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5. CONCLUSÕES

Os resultados obtidos nesta pesquisa, nas condições em que o experimento foi realizado e com o método utilizado, permitiram chegar às conclusões relatadas nos parágrafos seguintes.

Este trabalho foi o início de uma pesquisa que ainda pode e deve ser ampliada, a fim de promover melhorias ao sistema, tais como: melhora estética e ergonômica, diminuição da quantidade de fios e placas eletrônicas, diminuição do tamanho, peso, etc. Ao relatório emitido pelo sistema, pretende-se ainda incorporar mais informações, para que estas sejam vinculadas a estudos mais aprofundados do desempenho e da saúde do atleta, como temperatura corporal, pressão arterial, batimentos cardíacos, entre outras.

O estudo apresentou-se como uma excelente ferramenta de inovação tecnológica para a prática de esportes para deficientes visuais da classe B1. Em pesquisa bibliográfica complementar, não foi encontrado nenhum trabalho com o intuito de desenvolver tecnologia assistiva para dar autonomia para deficientes da classe B1 nos treinamentos em pistas de atletismo, o que comprova o caráter inovador dessa pesquisa.

Essa pesquisa teve como objetivo primordial implementar uma tecnologia assistiva para a navegação de atletas cegos da classe B1, com o auxílio da tecnologia GPS, monitorando seu deslocamento nos treinamentos em pistas de atletismo com a possibilidade de orientação remota quando e se necessário, pois, segundo o atleta participante, um dos principais problemas para a prática do atletismo por atletas cegos é a disponibilidade de atletas-guia, uma vez que os guias geralmente não participam dos treinamentos e, em alguns casos, são conhecidos somente no momento da prova. A partir dessas observações, cabe afirmar que esse sistema trouxe grande autonomia ao atleta, uma vez que o técnico pode guiá-lo na pista mesmo estando em outro lugar e sem contato visual in loco com o ele, utilizando apenas um computador com acesso à internet e um rádio de comunicação. Essas condições deram ao atleta deficiente visual independência em seu treinamento em pistas de atletismo, em corridas de velocidade, meio fundo, fundo, entre outras.

Portanto, conclui-se que o objetivo principal desta pesquisa foi atingido, pois deu autonomia de treinamento para o atleta deficiente visual B1, de forma que este não necessitou ser acompanhado por um atleta-guia..

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ASSISTIVA, 2006. http://www.assistiva.org.br/ta.php?mdl=textosobre. Acessado em 15 de novembro de 2006.

CDBC, 2007. http://www.cdbc.org.br/. Acessado em 4 de abril de 2007.

ELIAS, Adão Robson. 2003. Técnicas de Geoprocessamento na Avaliação de Métodos de Levantamento de Dados a Campo para Agricultura de Precisão. Tese de Doutorado, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho.

FILHO, C. W. O.; MATSUI, R.; CARVALHO, A. J. S.; ALMEIDA, J. J. G. Iniciação ao atletismo para pessoas cegas e com baixa visão. http://www.efdeportes.com/ Revista Digital – Buenos Aires – Ano 10, nº 75, agosto de 2004.

IBSA, 2007. http://www.ibsabrasil2007.org.br/page32012233.aspx. Acessado em 3 de abril de 2007.

LOOMIS, J. M.; KLATZKY, R. L.; GOLLEDGE, R. G. Navigating without vision: basic and applied research In: “Optometry and Vision Science”, v. 78, n. 5, p. 282-289, 2001.

MONICO, J. F. G. Posicionamento pelo NAVSTAR-GPS: Descrição, fundamentos e aplicações. São Paulo: Editora Unesp, 2000.

MONTEIRO, L. M. F. S. Considerações Sobre os Aspectos Psicomotores da Criança Deficiente Visual. Artigo, 2005. pág 22.

PINHEIRO, J. M. S. 2004. Comunicações Móveis no PC. http://www.projetoderedes.com.br/artigos/artigo_comunicacoes_moveis.php Acessado em 23 de agosto de 2012.

POLI, 2006. http://www.poli.usp.br/cipa/mapasr.htm. Acessado em 21 de novembro de 2006.

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Predição da gravidade de lesões em atletas via programação genética


3ºlugar

Autor Thiago Tavares Magalhães

Orientador Eduardo Krempser da Silva

Instituição de Vínculo Instituto Superior de Tecnologia em Ciências da Computação de Petrópolis

Instituição de Desenvolvimento da Pesquisa Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC)

Endereço: Av. Getúlio Vargas, 333 Bairro Quitandinha, Petrópolis, RJ CEP: 25651-075 / Telefone: (24) 2233-6000E-mail: [email protected]

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1. INTRODUÇÃO

Atualmente, é evidente que a prática esportiva, seja por questões de lazer, de manutenção do condicionamento físico ou de saúde, é interesse comum a um número cada vez mais expressivo de pessoas em todo o mundo (FONG, 2007). Essa crescente democratização do esporte é resultado, em grande parte, do interesse da mídia de massa em torná-lo um vigoroso braço da indústria do entretenimento (TIMPKA et al., 2006). O fato real e visível é que, se hoje o esporte perdeu muito do seu ideal interligado ao naturalismo, à valorização do homem e ao lazer, caraterístico dos séculos 18 e 19, para dar lugar a sentidos especialmente econômicos (Betti, 1997), hoje o desporto influencia uma grande parcela da humanidade, não apenas geograficamente, mas atingindo, direta ou indiretamente, as mais distintas idades e culturas ao redor do mundo, alcançando, inclusive, o patamar de ferramenta eficiente e fiel para análises históricas, sociais, políticas, culturais e econômicas.

Segundo a literatura da área, a prática esportiva é vista, hoje, como fator indispensável à qualidade de vida por estar associada a um número expressivo de benefícios, tanto físicos quanto psicológicos, não apenas para a população em geral, mas até mesmo grupos específicos. Há estudos, por exemplo, que demonstram que um programa de exercícios regulares é eficaz em otimizar o perfil lipídico de pacientes com diabetes tipo 1, independentemente do controle glicêmico (KHAWALI et al., 2003); que confirmam que a atividade física é tida como um agente capaz de minimizar o sofrimento psíquico de idosos deprimidos e oferecer-lhes a possibilidade de envolvimento psicossocial, elevação da autoestima e implementação das funções cognitivas, culminando, possivelmente, na saída do quadro depressivo (STELLA et al., 2002), e há também estudos que mostram que as vantagens da atividade física, adequada e supervisionada, são perceptíveis inclusive em gestantes, independentemente das divergências quanto ao período de início ideal para sua prática (SKINER, 1991).

Entretanto, a despeito de todos os benefícios citados, é importante ressaltar a íntima relação existente entre o esporte e a possibilidade de lesões, que acontecem tanto em níveis competitivos quanto recreativos (OLSEN et al., 2005; COHEN e ABDALLA, 2002).

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Para ser mais exato, o desporto é, atualmente, uma das principais causas de lesões, podendo ser comparado, inclusive, com acidentes domésticos, acidentes de viação ou com a violência (FONG, 2007).

À medida que se fala da prática esportiva de alto-rendimento, no entanto, as lesões são ainda mais comuns e significativas. No meio profissional, a elevada exigência física, bem como a repetição constante do gesto técnico e o desgaste de uma atividade intensiva aumentam a probabilidade da incidência de lesões (ATALAIA et al., 2008), e essas estão ainda interligadas a fatores exteriores à saúde e ao atleta acometido. Se para os praticantes amadores uma lesão pode apenas comprometer em parte suas tarefas diárias (ATALAIA et al., 2008), no caso de atletas de elite as lesões apresentam tratamento difícil, consomem tempo, motivação, recursos econômicos, desagradam a patrocinadores e a torcedores, podendo ainda desvalorizar eventos dos mais diversos âmbitos e/ou prejudicar (e por vezes findar) a carreira dos próprios atletas (KUJALA et al., 2003).

Nesse contexto, em que o mero surgimento da lesão acompanha tantos problemas, torna-se visível que os aspectos preventivos devem ser encarados como prioridade pelos profissionais da área esportiva (FONTANA, 1999), já que, a despeito dos tratamentos existentes, os prejuízos decorrentes de uma lesão estão sempre presentes, apesar de indesejados, podendo, em alguns casos, ser irreparáveis e altamente comprometedores.

O entendimento dos fatores que levam aos danos tem despertado, portanto, um grande e crescente interesse de pesquisadores em biomecânica do esporte, como Valiant (VALIANT e CAVANAGH, 1985), Stacoff (STACOFF et al., 1988), Pastre (PASTRE et al., 2007), entre muitos outros. Isso se deve, especialmente, ao fato de que uma fonte estrategicamente importante para os tão indispensáveis meios de prevenção de lesões é perceber quais e a que nível fatores distintos de risco podem influenciar na ocorrência e/ou na gravidade das avarias (VANDERLEI, 2011). Esses fatores são muitos, podendo dividir-se ainda em diversos grupos (CAINE et al., 2008), e não existe um consenso acerca de quais influenciam, de fato, a ocorrência das lesões; o que dificulta os diagnósticos; a prevenção; a dosagem de variáveis como níveis de carga e horas de treino; e as recomendações da saúde pública para atividades físicas e esportivas em nível amador.

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Em meio a todo esse contexto, surgem trabalhos de diversos pesquisadores como Marques (VANDERLEI, 2011), Arena (ARENA e CARAZZATO, 2007), Guedes (GUEDES, 2010) e muitos outros com o intuito de coletar informações de entrada sobre atletas ou situações de treinamento para, valendo-se de análises matemáticas, estatísticas descritivas e comparativas, descobrirem suas relações com informações acerca do diagnóstico das mais diversas lesões desportivas.

Esclarecidas a relevância e a dificuldade do tema, deve-se destacar as propostas científicas que visem à análise classificatória de dados provenientes do desporto. No entanto, à medida que o esporte se populariza, mais se destaca a dificuldade de obtenção de análises relacionadas com esse assunto que avancem além das linhas da estatística e da matemática descritiva.

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2. OBJETIVOS

Dado o complexo cenário apresentado, a proposta deste trabalho é mostrar a relevante descoberta das relações existentes entre distintos fatores, extrínsecos e intrínsecos, que podem ser determinantes na ocorrência das lesões, não estatisticamente, como já feito, mas utilizando uma técnica importante de inteligência computacional, baseada na teoria da evolução de Darwin, denominada Programação Genética.

Acredita-se que, a partir do sucesso na determinação de qualquer variável específica (como o nível de gravidade de lesões, por exemplo), será possível demonstrar a eficiência da técnica para inúmeras variáveis (como a possibilidade do surgimento de lesões), mesmo com a entrada de dados diferentes ou mais detalhados. Haja vista a imensa adaptabilidade da Programação Genética a diferentes situações, a mesma técnica é aplicável, ainda, a todo tipo de desportista, seja amador ou de elite, seja recreativo ou profissional.

No decorrer dos próximos capítulos, abordaremos os materiais utilizados neste trabalho, desde o algoritmo evolucionista escolhido até a base de dados obtida. Explicaremos, também, o processo prático de aplicação da técnica e analisaremos, finalmente, os diversos resultados obtidos, com o intuito de confirmar a possibilidade do uso eficaz da Programação Genética como ferramenta auxiliar no tão desejado e necessário conhecimento dos fatores específicos que levam às lesões desportivas em atletas dos mais distintos níveis. Por fim, objetivamos , ainda, a discussão acerca das relações entre fatores variáveis e a integridade física dos atletas.

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3. MATERIAL E MÉTODOS

Neste capítulo serão descritos os métodos empregados durante a realização da pesquisa e os materiais e as fontes de informação utilizados. Passaremos, portanto, por uma explicação da técnica de maneira geral, por esclarecimentos referentes ao algoritmo específico empregado, citaremos a base de dados utilizada e justificaremos a sua escolha e findaremos o capítulo abordando partes relevantes do processo prático de aplicação da Programação Genética à mencionada base de dados.

3.1 A Programação Genética

Para uma abordagem satisfatória e didática dessa importante técnica de programação, são necessárias algumas considerações. Assim, nesta seção teremos, inicialmente, um breve comentário acerca da Teoria da Evolução por seleção natural, de Darwin, uma abordagem geral da Programação Genética e explicações aprofundadas acerca de cada uma das etapas que a compõem.

3.1.1 A Teoria Darwiniana

A principal base da Programação Genética, a Teoria da Evolução das Espécies por meio da seleção natural foi proposta por Charles Darwin a partir do livro “A origem das espécies através da seleção natural”, publicado em Londres, em 1859.

Filho do médico Robert Darwin, Charles Darwin decidiu não seguir a mesma carreira do pai, mas tonar-se teólogo e pastor anglicano. Depois de matricular-se no bacharelado em Artes, conforme exigido (PINHEIRO, 2009), Darwin interessou-se em pelos livros de teologia do pastor Willian Paley, que apresentava como prova da existência de Deus a complexidade dos seres vivos. Influenciado pelos livros de Paley, Darwin se tornou um estudioso da Biologia e, tempos depois, abandonou a Teologia (PINHEIRO, 2009) para tornar-se um aplicado naturalista, estudioso de Zoologia, Botânica e Geologia.

Finalmente, inspirado pelas viagens que fez pelo globo terrestre com o objetivo de estudar a relação das espécies com o meio ambiente, Darwin concluiu que a competição

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comumente encontrada na natureza é uma das responsáveis diretas por selecionar organismos mais adaptados que outros em meio à população total existente que disputa determinados recursos.

Segundo a teoria proposta por Darwin, em um ambiente competitivo, em que a fonte predominante de alimentação herbívora seria representada pelas copas das árvores mais altas, por exemplo, as girafas, com pescoços longos, teriam mais chances de conseguir acesso à alimentação abundante, de sobreviver e, finalmente, de se reproduzir, perpetuando assim seus genes e contribuindo para a disseminação das características que foram responsáveis pela sobrevivência no seu habitat, nesse caso, transmitindo a característica de pescoços longos.

Assim, com o passar do tempo, a seleção natural tenderia a criar indivíduos cada vez mais adaptados aos seus ambientes, sendo as gerações mais recentes probabilisticamente mais adaptadas que as gerações passadas. Segundo Darwin, a existência do homem e de todas as demais formas de vida encontradas nos dias atuais é resultado de uma série de acidentes que ocorreram no curso da existência da vida na Terra, e que foram responsáveis por, aleatoriamente, oferecer atributos cada vez mais úteis à sobrevivência de cada um dos seres vivos que formam a gigantesca teia evolutiva que prossegue em crescente ampliação.

A teoria evolucionista de Darwin, especialmente fortalecida a partir dos resultados de estudos com ervilhas relativos à genética dos seres vivos, divulgados pelo monge agostiniano Gregory Mendel, em 1868, alcançou ampla aceitação e, atualmente, exerce influência em âmbitos científicos e sociais, desde a psicologia e a sociologia até a biologia e a programação de computadores. A partir de suas ideias centrais de seleção natural e adaptação ao longo de gerações desenvolveu-se a técnica utilizada no presente trabalho, denominada Programação Genética.

3.1.2 Definições gerais e aplicações

A Programação Genética, cujo desenvolvimento é atribuído a Koza (1992) e à qual nos referiremos apenas por PG, é uma meta-heurística estocástica de otimização global,

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baseada no aprendizado supervisionado (supervised learning) e no princípio darwiniano da seleção natural, sendo, portanto, uma abordagem da computação evolucionária.

De fato, a PG é uma técnica bastante ambiciosa por ser, dentre inúmeros fatores, a implementação plena da sonhada capacidade de programar dizendo ao computador, frente à tarefa alvo, apenas o resultado final que se quer alcançar, sem, no entanto, especificar detalhadamente cada um dos passos necessários para que a máquina atinja seus objetivos (AUGUSTO, 2009), sonho que teve como maior barreira, seguramente, a natureza altamente determinística das pesquisas científicas, que geralmente obedecem a sete princípios comuns: o uso de abordagens corretas, consistentes, justificáveis, determinísticas, ordenáveis, parcimoniosas e decisivas (KOZA, 2000). A relação da PG com cada um desses fatores é explicitada a seguir:

• Correto: a ciência geralmente objetiva a solução exata para o problema proposto, algo que não é aplicável à PG. É comum, entretanto, a percepção de muitas situações em que a utilidade prática real de um resultado não está ligada, necessariamente, a uma precisão exata, mas a uma proximidade satisfatória do exato (Carneiro, 2009). Como exemplos, podemos citar as pequenas imprecisões em máquinas de cálculo e as aproximações em equações da engenharia e análises de equações matemáticas.

• Consistente: ao contrário do que se espera na ciência convencional, a PG utiliza abordagens inconsistentes e/ou contraditórias como parte da solução dos problemas.

• Justificável: este é o princípio também conhecido como “motivação lógica”. A despeito desse princípio, a PG não produz soluções a partir de um fluxo lógico de raciocínio.

• Determinístico: a PG é predominantemente probabilística e não determinística.

• Ordenamento: ao contrário do que se observa nos métodos científicos tradicionais, a desordem é um fator altamente presente na natureza. Semelhantemente, a PG também não está comprometida com a ordem.

• Parcimônia: a PG não está necessariamente comprometida com soluções simples.

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• Decisivo: os processos biológicos naturais não apresentam a definição clara de um critério de fim. A PG segue, portanto, esse mesmo princípio.

Como demonstrado, a técnica não segue nenhum dos sete quesitos tradicionais descritos, já que a evolução, em seu estado natural, também não está comprometida com nenhum deles. Tanto para essa meta-heurística quanto para a natureza, o importante é a aptidão do indivíduo (CARNEIRO, 2009), que, no caso da PG, é definida de acordo com a proximidade da solução ao resultado esperado, por meio de uma função de avaliação.

Ao ignorar esses princípios tradicionais, a técnica consiste na construção automática de programas de computador que, otimizando ao longo de várias gerações estruturas computacionais capazes de realizar operações lógicas, aritméticas, condicionais e de desvio, são capazes de, a partir de um conjunto de entradas, determinar o conjunto correspondente e correto de saídas. Primeiramente, gera-se uma população inicial contendo um número determinado de programas (indivíduos) candidatos criados aleatoriamente. Com base nisso, surge um processo contínuo e repetitivo, responsável por selecionar os indivíduos mais promissores (capazes de chegar o mais próximo possível do resultado esperado) dentro da população, efetuar a troca de material genético entre eles – por meio de operadores genéticos, como os diferentes tipos de cruzamentos e mutações –, e, finalmente, inserir os seus descendentes dentro da população, dando início à próxima geração e reiniciando o processo, não mais a partir da população inicial, mas partindo da geração mais recente. Ao longo do processo, conforme ocorre o surgimento automático de mais gerações, probabilisticamente a PG tende a produzir soluções cada vez mais adaptadas, ou seja, cada vez mais próximas de atingir os objetivos exatos almejados.

As etapas que, basicamente, compõem a estrutura de funcionamento da técnica estão representadas na Figura 1 e serão brevemente abordadas abaixo, sendo, porém, discutidas mais profundamente no decorrer deste capítulo:

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Figura 1: Fluxograma das etapas da PG. . Criação da População Inicial: cria, de forma basicamente aleatória, os primeiros indivíduos candidatos (população inicial) sobre os quais atuará o processo evolutivo. Para isso, devem estar definidos a representação dos programas (estrutura funcional que será alvo da atuação do processo evolutivo) e os conjuntos primitivos de funções e terminais (instruções de programação básica que podem ser utilizadas para o alcance de uma solução).

• Avaliação dos novos indivíduos: avaliação da aptidão dos indivíduos por meio da função de avaliação, que é a função responsável por medir a qualidade com a qual cada indivíduo executa a tarefa do problema.

• Critério de parada: ocorre um teste que verifica se a condição de parada pré-estabelecida foi satisfeita. Normalmente, o critério de parada é um número específico máximo de gerações, um tempo máximo de execução ou a obtenção de um resultado satisfatório.

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• Seleção dos indivíduos mais promissores: faz-se a seleção dos indivíduos mais adaptados em meio à população total a partir de esquemas de seleção que definem como esses indivíduos são favorecidos na disputa pela procriação.

• Aplicação dos operadores genéticos: criam-se novos indivíduos com base no material genético de seus genitores. Para isso são utilizados, probabilisticamente, dois tipos de operadores genéticos: cruzamento e mutação.

• Inserção dos novos indivíduos: os descendentes gerados a partir da etapa anterior são inseridos na população.

Estruturada dessa forma, a PG mostra-se perfeitamente aplicável à situação das lesões esportivas, por ser baseada no aprendizado supervisionado, definido como o exercício de encontrar saídas satisfatórias a partir de um conjunto de entradas que podem influenciar uma ou mais saídas (AUGUSTO, 2009), e por uma de suas características fundamentais: a pouca exigência de conhecimento sobre o domínio, já que ao programador não é requerido um grande conhecimento sobre o assunto que será alvo de aplicação da PG, uma vez que a função de classificação, que, por fim, encontrará os resultados corretos, será realizada automaticamente por meio da inteligência computacional e não por meio de conhecimentos específicos do profissional que utilizou a técnica.

Essa característica da pouca exigência de conhecimento sobre o domínio é essencial quando nos referimos às lesões esportivas, devido à dificuldade existente até mesmo entre os especialistas em determinar quais fatores e em que nível eles influenciam, de fato, na ocorrência e na gravidade dos danos decorrentes da prática do desporto, conforme já mencionado. A PG oferece, nesse sentido, uma boa alternativa tanto para a classificação dos dados quanto para a descoberta dos níveis de influência das variáveis específicas no resultado final, em qualquer aplicação em que essa percepção gere dificuldade e desacordo entre os estudiosos da área.

Entretanto, é importante ressaltar ainda outras características positivas típicas da PG: a técnica é robusta, já que o modelo populacional e o processo estocástico existentes por trás da programação são responsáveis pela solidificação e pela tolerância a ruídos; as

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soluções obtidas com base na PG são imediatamente legíveis e interpretáveis (“código-fonte disponível”), devido à atuação direta do processo evolutivo no nível simbólico das estruturas; a PG possui paralelismo natural, o que significa dizer que as altas demandas computacionais podem ser facilmente particionadas em vários níveis, possibilitando, assim, a redução no tempo de execução e/ou a execução sobre problemas muito mais complexos; a técnica é, ainda, facilmente extensível e modificável, por ser uma meta-heurística extremamente versátil, admitindo hibridizações (funcionamento com outra técnicas), interação de diversos modelos evolucionistas e as mais diversas representações e linguagens para os programas finais.

Por tudo isso, para que a PG seja aplicável e possa ser candidata a encontrar, por si mesma, a solução para um problema, esse deve atender a apenas duas condições básicas (AUGUSTO, 2009):

• que a solução possa ser expressa por um programa de computador em uma dada linguagem;

• que seja possível definir, entre duas soluções candidatas, qual delas é a que melhor se aproxima do objetivo proposto (“função de avaliação”).

Sendo assim, a técnica possui um leque muito abrangente de usabilidade, tendo sido aplicada de forma bem-sucedida em diversas situações. Temos, por exemplos:

• Reconhecimento de Padrões: procura-se a evolução de programas capazes de identificar, dentro de complexas massas de dados, a existência de padrões específicos. A aplicação no diagnóstico de lesões esportivas é um bom exemplo desse caso. Entre outros, temos o diagnóstico de doenças com base em exames médicos, como a classificação de um tumor em maligno ou benigno (AUGUSTO, 2004), por exemplo; o reconhecimento de caracteres ópticos e digitais para diversos fins e a análise de certas possibilidades com base em fatores históricos;

• Regressão Simbólica: descoberta de expressões matemáticas. Aplica-se em ajustes de curvas, indução de sequências, derivação e integração simbólica, descoberta de identidades matemáticas, previsão de séries temporais, entre outras (BERNARDINO e BARBOSA, 2009);

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• Robótica: desenvolvimento de programas que controlem, precisamente, as ações de robôs em diversas tarefas, como automação industrial, competições, entre outras (MAIA e BIANCHI, 2000);

• Simulação de Estratégias Inteligentes: simulam-se estratégias para jogos, por exemplo, que tendem a decidir, dado um conjunto extenso de variáveis, qual é a melhor jogada para um momento específico. Também é aplicável a quaisquer tipos de dispositivos que necessitem tomar decisões, tendo em conta fatores variáveis. Como exemplo de aplicabilidade da técnica há, ainda, os variados tipos de pilotos-automáticos que necessitam de algum tipo de inteligência computacional para desempenharem suas tarefas (THORPE et al., 1991).

• Processamento de Imagens e Áudios: envolve a compactação de imagens e/ou áudios, ou seja, a descoberta de programas capazes de recriar a imagem ou o áudio original da forma mais compacta possível.

• Arte: evolução de programas responsáveis por codificar artificialmente pinturas, por exemplo.

Sendo, portanto, uma técnica comprovadamente eficaz e muito útil em vários âmbitos, devido às suas características principais e à implementação artificial de conceitos da genética e da evolução por seleção natural, a PG é aplicável a praticamente quaisquer problemas que requerem uma solução sem, no entanto, deixarem minimamente claro um caminho para que se encontre a solução esperada.

3.1.3 Representação

Inicialmente, é interessante realçar a variedade de estruturas capazes de representar o algoritmo de um programa de computador construído a partir da PG. Dentre as formas de representação da estrutura , normalmente chamada de código genético ou cromossomo, de cada um desses programas, conhecidos como indivíduos, três são consideradas principais e mais comuns: linear (OLTEAN et al., 2009), por árvore (KOZA, 1992) ou por grafos (POLI, 1999; TELLER, 1996; MILLER e SMITH, 2006).

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Dentre todas essas, a representação por árvore é a mais popular e, tradicionalmente, a mais utilizada na PG, possivelmente devido à facilidade na expressão de programas e à facilidade na leitura dos respectivos códigos genéticos, sendo ainda, uma representação naturalmente hierárquica. Essa representação, no entanto, é meramente conceitual, diferindo da representação computacional, em que as árvores podem ser demonstradas de maneira linear sem perderem suas propriedades (PELIKAN et al., 1997; AUGUSTO e BARBOSA, 2000).

Para a explicação de conceitos específicos da técnica, neste trabalho os indivíduos candidatos têm o cromossomo demonstrado a partir de árvores genéricas, formadas por conexões, nomeadas nós, contendo funções ou terminais e apresentando tamanhos e complexidades diferentes, visto que a massa de indivíduos é necessariamente disforme para que possa ocorrer o processo evolutivo.

Para explicitar melhor o conceito de árvores em PG, seguem-se as representações de dois indivíduos. O primeiro apresenta a seguinte equação:

x2 + b + cos(y)

O segundo representa a seguinte expressão lógica:

Se b > 10 então 3, senão y2

Figura 2: Representação de cromossomos por árvore.

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Pode-se perceber, pela Figura 2, as propriedades hierárquicas e recursivas da representação por meio de árvore. A árvore à esquerda representa o indivíduo cujo cromossomo é a equação citada anteriormente, e tem como raiz o nó que contém a função de soma. Já a árvore à direita representa o indivíduo cujo cromossomo é a expressão lógica, também citada, tendo como sua raiz a função decisiva de teste se-então-senão.

Essas estruturas são capazes, enfim, de permitir a visualização simples de qualquer algoritmo de programação obtido a partir da programação genética sendo, consequentemente, muito favoráveis para explicitar vários âmbitos e tópicos da técnica.

Os conceitos de funções e terminais, relacionados com as representações por árvore, serão abordados a seguir.

3.1.4 Conjuntos primitivos de funções e terminais

Uma vez definido o tipo de representação utilizada, deve-se, antes da criação da população inicial, definir-se o conjunto de funções e terminais que podem ser explorados pelo processo evolutivo.

Como foi visto anteriormente, a PG é utilizada com sucesso em problemas com as mais diversas características e das mais distintas áreas de conhecimento. Desse modo, a técnica pode, potencialmente, alcançar a solução desde problemas na área de regressão, que envolvem equações matemáticas para representar determinados tipos de curvas, até problemas classificatórios, como os que requerem o reconhecimento de padrões em uma massa determinada de dados distintos.

A resposta encontrada pela inteligência computacional deve apresentar, claramente, características correspondentes ao tipo de problema abordado. Para um problema determinantemente lógico, por exemplo, faz sentindo que a solução contenha operadores lógicos como e, ou, negação, ou exclusivo, e ainda verdadeiro ou falso, por exemplo. Para um problema puramente matemático e regressivo, por sua vez, faz-se necessária a inclusão de operadores aritméticos como multiplicação, divisão, subtração, adição e resto.

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Por esse motivo, a PG possui dois conjuntos fundamentais distintos: o conjunto de terminais e o conjunto de funções. São esses dois grupos que devem ser definidos com base na natureza do problema e que determinam que ferramentas a PG poderá explorar dentro de todas as possibilidades existentes, ou seja, definem o espaço de busca para que o processo evolutivo encontre a solução correspondente ao tipo de problema proposto.

O conjunto de terminais deve conter variáveis, constantes e funções que não requeiram argumentos; que não causem, por si só, a necessidade de ligações com outros nós. Em outras palavras, que sejam findais. Como exemplos de possíveis conjuntos de terminais poderíamos citar:

T = {1, 5, 10, x, y, z, salário, idade, verdadeiro, falso}

T = {virar à esquerda, virar à direita, avançar, recuar}

Já o conjunto de funções deve conter operações que requeiram argumentos. Pode-se dizer, portanto, que um nó que possui uma função necessariamente gera, de imediato, a necessidade da existência de determinado número de outros nós na árvore, que podem conter, por sua vez, um terminal ou outra função. Como exemplos de conjuntos de funções poderíamos citar:

F = {+, -, seno, cosseno, tangente}

F = {faça-enquanto, se-então-senão, <, >}

Os conjuntos primitivos de funções e terminais podem ser combinados livremente, desde que sejam obedecidas as aridades específicas, isto é, desde que, a cada função, seja atribuída exatamente a quantidade de argumentos necessários. Se determinado operador requer n argumentos, o nó que o contém terá exatamente n nós filhos, cada um constituindo um argumento para o nó pai.

A partir desses conceitos, qualquer algoritmo obtido necessariamente com base na PG,

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independentemente da sua área de domínio, é uma combinação entre funções e terminais obtida a partir do processo evolutivo simulado. Na Figura 2 temos, ilustrativamente, à esquerda, a combinação entre um conjunto de terminais T = {Y, B, X, ...} e um conjunto de funções F = {+, x, cosseno, ...}. Ainda na figura 2, à direita, há a combinação entre um conjunto de terminais T = {B, 10, 3, Y, ...} e um conjunto de funções F = {se-então-senão, >, x, ...}. No entanto, é importante que, para que esses dois conjuntos possam ser manipulados e combinados pelo computador, sejam obedecidas duas condições:

• Suficiência: visto que qualquer solução em PG é uma combinação entre os conjuntos F e T, há a necessidade de que a solução esperada possa, de fato, ser representada a partir desses conjuntos F e T determinados. Essa constatação, aparentemente simples e óbvia, deve ser analisada cuidadosamente na prática, já que em problemas reais ou mais complexos, especialmente, nem sempre é possível a absoluta certeza a respeito de quais funções e terminais específicos serão realmente utilizados ou não na solução do problema. Nessas condições, uma alternativa é aumentar o espaço de busca cuidadosamente para não degradar o processo evolucionário.

• Consistência: definida também como condição de integralidade, é a condição que determina que qualquer função deve ser flexível o suficiente para aceitar como argumento qualquer elemento existente dentro do espaço de busca, ou seja, qualquer elemento existente dentro do conjunto de funções ou dentro do conjunto de terminais. No entanto, em casos reais essa condição deve ser relaxada por meio de restrições na possibilidade das relações. Deve-se, por exemplo, impossibilitar que o segundo argumento de uma função de divisão seja a constante zero, e deve-se evitar a multiplicação entre terminais booleanos, o que não faria sentido, entre outras restrições possivelmente necessárias.

3.1.5 Criação da população inicial

Logicamente, para que possa acontecer o processo evolutivo é necessária a existência de uma população inicial de indivíduos que serão comparados e evoluídos por meio da seleção natural simulada. Essa população inicial não deve apresentar tendenciosidades e deve ser formada por indivíduos diferentes, ainda que esses indivíduos sejam simples e não especializados.

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Apesar dos diferentes métodos criados com o objetivo de garantir uma população inicial adequada e que possibilite um espaço considerável de busca para a atuação da PG, a criação dessa população é basicamente aleatória, desde que se respeitem as aridades dos operadores.

3.1.6 Avaliação dos indivíduos

A função de avaliação dos indivíduos é a função responsável por definir a aptidão de cada programa e, portanto, é indispensável ao processo evolutivo, visto que esse é totalmente baseado no conceito de seleção de indivíduos melhor adaptados em meio à população.

Uma vez que a PG atua em diversos domínios, dos mais variados tipos, e a função de avaliação é sempre específica para o problema em questão, seria impossível descrever todas as funções de avaliação existentes.

No entanto, um aspecto comum ao processo de formação das funções de avaliação é a existência de uma base de dados para treinamento. Essa base de dados, necessariamente relativa ao problema em questão, contém resultados ideais previamente conhecidos. Para um problema classificatório, por exemplo, em que se deseja diagnosticar uma determinada doença com base em dados clínicos, inicialmente a PG atuaria sobre os dados médicos de um determinado número de pacientes, cujos diagnósticos já foram finalizados. A função de avaliação, nesse caso, definiria a que distância os resultados obtidos pela utilização de cada cromossomo produzido pela técnica estão dos resultados previamente conhecidos, com o objetivo de eliminar aqueles cromossomos mais distantes das respostas esperadas e, a partir do processo evolutivo, alcançar um cromossomo satisfatório para classificação da massa de dados de treino. Somente a partir daí o programa encontrado por meio da PG seria responsável por receber dados clínicos de pacientes com diagnósticos não conhecidos e, valendo-se da árvore mais satisfatória encontrada, classificá-los em um dos tipos de diagnósticos possíveis.

Vale ainda salientar que, em determinados casos, pode-se incluir dentro da função de avaliação penalidades objetivando especificidades. Um exemplo seria a inclusão de um coeficiente de penalização por complexidade, em que uma solução seria considerada menos apta conforme sua extensão crescesse além do desejado.

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3.1.7 Critério de parada

O critério de parada define em que momento o ciclo da evolução simulada será terminado.

Em princípio, existe o ideal de que a evolução somente deve terminar no momento em que é obtido, a partir do processo evolutivo, o indivíduo ideal, ou seja, aquele indivíduo cujo cromossoma atinja exatamente o resultado esperado. No entanto, para muitos casos essa condição deve ser relaxada. Problemas muito complexos ou recursos computacionais limitados são exemplos desses casos. Ainda no âmbito da classificação de dados, há o fato de que, caso uma solução tenha uma taxa porcentual de acertos excessivamente alta para uma dada base de treino, isso pode significar um ajuste demasiado à base específica de dados utilizada para treinamento, o que pode comprometer futuras classificações.

Assim, visto que a busca pelo cromossomo ideal nem sempre é viável, adota-se a busca pelo cromossomo satisfatório e, com base nesse conceito, surgem sugestões acerca de diferentes critérios de parada: aptidão dentro da faixa aceitável, limite pré-estabelecido de número de gerações, limite pré-estabelecido de tempo de execução ou, ainda, a estagnação do processo evolutivo – quando a partir de certo momento o processo evolutivo simulado não é capaz de encontrar soluções mais aptas.

3.1.8 Esquemas de seleção

Os esquemas de seleção tratam da maneira como ocorre, dentro da população, a seleção de determinados indivíduos mais promissores para a troca de material genético. Uma vez aplicada a função de avaliação, os diferentes programas candidatos são ranqueados de acordo com a aptidão de seus cromossomos. A partir daí, o esquema de seleção é responsável por conduzir o processo evolutivo para espaços mais promissores, garantindo a conservação da diversidade e garantindo que os códigos genéticos mais adaptados consigam perpetuar descendentes, já que a transmissão de bom material genético tende a produzir indivíduos cada vez mais aptos.

A probabilidade de seleção de indivíduos mal adaptados, bem como a porcentagem de indivíduos selecionados dentro da população são definidas pela pressão de seleção.

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Assim, uma pressão demasiadamente alta, em que apenas um seleto grupo de indivíduos mais aptos é escolhido, garante que, de fato, apenas os melhores indivíduos alcancem a reprodução, mas isso pode prejudicar a diversidade. Em contrapartida, uma pressão exageradamente baixa garante uma boa diversidade, com grande espaço de busca, mas pode degradar o processo evolutivo por selecionar muitos indivíduos pouco promissores.

3.1.9 Operadores genéticos

Os operadores genéticos tratam da criação de novos indivíduos derivados de indivíduos anteriores. É por meio dos processos de recombinação e modificação de árvores ou de fragmentos de árvores que novos cromossomos surgem, e o espaço de busca é explorado com a finalidade da obtenção de soluções cada vez mais satisfatórias. Dois exemplos de operadores genéticos mais utilizados são o cruzamento e a mutação.

O operador de cruzamento, cuja probabilidade de ocorrência é comumente maior, forma indivíduos diferentes a partir de dois indivíduos previamente existentes. Esse operador seleciona aleatoriamente subárvores de cada um dos indivíduos e as recombina, explorando, assim, um novo espaço de busca, conforme ilustrado na Figura 3, em que os indivíduos A e B passam por cruzamento, gerando os indivíduos A’ e B’.

Já o operador de mutação modifica a estrutura de um único indivíduo, gerando, assim, outro indivíduo. Geralmente, essas mudanças tendem à sutileza, podendo ser definidas, por isso, apenas como perturbações. Na mutação padrão, uma subárvore de um indivíduo é escolhida aleatoriamente e substituída por uma nova subárvore, criada também aleatoriamente, conforme a Figura 4.

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Figura 3: Cruzamento dos indivíduos A e B

Figura 4: Mutação padrão do indivíduo A

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3.2 A implementação da Programação Genética (gpclassifier)

No processo prático de aplicação da programação genética na base de dados, que será posteriormente abordada, foi utilizado, com o apoio direto do autor, o gpclassifier (Genetic Programming Classifier). Desenvolvido por Douglas Augusto (AUGUSTO, 2009), o gpclassifier pode ser definido como um classificador de dados em constante desenvolvimento, criado para a implementação da PG em computação de alto desempenho, explorando-a por meio de conceitos multipopulacionais e da computação massivamente paralela, decorrente da evolução simultânea de diversas populações semi-isoladas. Para atender aos elevados, ainda que distribuídos, custos computacionais da técnica de aprendizado supervisionado, foi utilizada a infraestrutura tecnológica do Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), localizado em Petrópolis, no Rio de Janeiro.

O gpclassifier está disponibilizado livremente, sendo, portanto, classificado como software livre, e pode ser obtido sem quaisquer restrições de uso no seguinte endereço eletrônico:

http://sourceforge.net/projects/gpclassifier

Inicialmente, foram submetidos ao software os conjuntos de funções e terminais referentes ao problema sugerido. A partir deste momento, começa o processo evolutivo empregando-se a mutação e o cruzamento em suas versões tradicionais. Também foi utilizada a chamada topologia em ilhas. Nesse conceito, várias populações, menores e independentes, evoluem simultaneamente, cruzando apenas entre si. Eventualmente há a migração de indivíduos entre as ilhas e, portanto, a mistura de materiais genéticos provenientes de populações diferentes e separadas.

Durante os testes necessários ao trabalho proposto, foram realizados experimentos com cerca de 10 mil indivíduos em cada ilha, e a quantidade de ilhas variava entre 16 e 64. Assim, em determinados experimentos trabalhou-se com uma população inicial contabilizada em torno de 640 mil indivíduos. O número de gerações criadas até um resultado satisfatório variou entre mil e 10 mil gerações.

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Comparando-se os resultados obtidos por cada árvore classificadora com os previamente conhecidos, a partir da base de dados utilizada, foi definida a eficiência de cada cromossomo obtido pela PG e, finalmente, os mais satisfatórios já puderam ser impressos, fato que demonstra uma das características da PG mais interessantes à proposta deste trabalho: a leitura e a interpretação imediatas e diretas, possibilitando o aprendizado relativo ao problema sugerido.

3.3 A base de dados

Uma das tarefas iniciais e mais complexas de trabalhos dependentes de bases de dados acerca de atletas é a obtenção dos dados propriamente ditos. Dada a impossibilidade da criação de uma base de dados própria, específica e ideal, recorreu-se a uma base de dados previamente existente e razoavelmente capaz de atender aos objetivos almejados.

Assim, o processo evolutivo foi aplicado à base de dados obtida por Franciele Marques Vanderlei (VANDERLEI, 2011), como parte da dissertação apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT/Unesp), campus de Presidente Prudente, como requisito para a obtenção do título de Mestre no Programa de Pós-Graduação em Fisioterapia. A amostra utilizada contém dados de 1.311 crianças e adolescentes, de ambos os sexos, com idades variáveis entre 4 e 21 anos, praticantes de esportes oferecidos pela Secretaria Municipal de Esportes de Presidente Prudente. Cada praticante do esporte se relaciona, além do número de identificação, com as seguintes variáveis individuais: modalidade, categoria (variando entre iniciação, aperfeiçoamento ou treinamento), posicionamento (com valores coerentes com a modalidade praticada), dominância (destro, canhoto ou ambidestro), gênero, idade, peso, estatura, IMC, tempo de prática, horas semanais de treino e ocorrência ou não de lesão. Os atletas que têm como valor da última variável citada uma resposta positiva ainda preenchem as seguintes variáveis: local anatômico da lesão, mecanismo (contato direto, sem contato ou overuse), momento da lesão (variando entre treinamento ou competição), gravidade da lesão, retorno às atividades normais (variando entre assintomático, sintomático ou não retorno) e, finalmente, recidivas (informa se houve repetição da lesão). As modalidades representadas na base de dados são: atletismo, basquetebol, futebol, futsal, ginástica artística, karatê, kung-fu, tênis de mesa, natação e voleibol.

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A variável “gravidade da lesão” foi definida como a incógnita, ou seja, como a resposta almejada, devido à sua intensa ligação com a maioria das variáveis disponíveis na base de dados, e devido à grande importância econômica, esportiva e medicinal do entendimento das relações entre fatores capazes de agravar ou não uma lesão. Portanto, foram excluídos do processo os atletas que não sofreram nenhum tipo de lesão ao longo de sua trajetória esportiva, sendo submetidos ao processo evolucionista os registros de 261 praticantes, com idades entre 8 e 18 anos.

O mais importante, ainda, é o fato de que exatamente a mesma técnica e exatamente os mesmos procedimentos tecnológicos são aplicáveis a bases de dados envolvendo atletas de todos os níveis esportivos e de todas as idades. Este trabalho, portanto, não trata da aplicabilidade da PG como auxiliar à categoria infantojuvenil ou amadora, mas da aplicabilidade da técnica a quaisquer bases de dados de lesões esportivas, independentemente de modalidade, idade ou nível competitivo. Adicionalmente, demonstra essa eficácia diante de uma base de dados exemplo, composta por atletas de determinado perfil. Os mesmos procedimentos aqui descritos são válidos e eficazes, consequentemente, tanto a atletas jovens quanto a atletas idosos, e tanto a atletas amadores quanto a atletas de elite.

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Este capítulo tem o objetivo de apresentar algumas das mais aptas árvores finais obtidas a partir dos métodos descritos no capítulo anterior e discutir as relações propostas por essas estruturas. Nesse sentido, é importante realçar novamente que cada árvore foi obtida a partir da aplicação da PG, utilizando-se como alvo de aprendizado a base de dados já especificada e que, portanto, todas as relações descritas a seguir foram descobertas por meio da implementação de operadores genéticos, funções e terminais, seguindo exclusivamente as técnicas do processo evolucionista descritas na sessão 3.1, independentemente de qualquer conhecimento científico aprofundado sobre qualquer nicho da medicina esportiva.

4.1 Cromossomos obtidos e pseudocódigos

Os algoritmos a seguir representam três árvores de classificação formadas por constantes, variáveis, operadores aritméticos, operadores lógicos e operadores condicionais (SE e SENÃO) que, por sua vez, conduzem a leitura rumo a determinados campos. Na Tabela 1, por exemplo, caso a condição da linha 1 não seja satisfeita, será executado o código da linha 10, que conclui,finalmente, que a lesão é leve. Na mesma tabela, se a condição da linha 1 for verdadeira, será testada a condição presente na linha 2, que se verdadeira levará à execução da linha 3 e, se falsa, levará à execução da linha 5. Nesses casos, é necessária a interpretação de acordo com a endentação do texto, que oferece a possibilidade de uma visão hierárquica simples.

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Tabela 1 representando algoritmo classificador obtido



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4.2 Análise dos cromossomos

É importante ressaltar, inicialmente, que cada uma das três árvores representadas por algoritmos nas Tabelas 1, 2 e 3 obtiveram taxas de acertos iguais a 88,1%, 88,5% e 88,5%, respectivamente, quando testadas suas aptidões para a definição da gravidade das lesões explicitadas na base de dados utilizada neste trabalho. A partir dessa alta acurácia e da robustez da técnica, foi possível a extração de confiáveis, interessantes e, por vezes, inesperadas correlações entre os diversos fatores que potencialmente estão ligados à gravidade de lesões em atletas de todos os níveis competitivos, a despeito de qualquer carência de conhecimento prévio sobre medicina esportiva.

4.2.1 Peso e IMC

A primeira relação que fica evidente nos três indivíduos, por exemplo, é a forte influência do peso no que se refere à gravidade das lesões. Em todos os três algoritmos a comparação do peso do atleta com uma constante em quilogramas é determinante para o resultado final. Constante essa que, apesar de não ter sido pré-definida em momento algum, apresenta valores muito próximos nos três algoritmos, chegando inclusive à igualdade nas três casas decimais nas Tabelas 1 e 3 (linha 1 em ambas as tabelas). As três tabelas sugerem, portanto, que a probabilidade da ocorrência de uma lesão moderada ou grave é consideravelmente maior em atletas com alto peso corporal, o que pode ser mais facilmente visualizado na Tabela 1. Segundo essa tabela, exceto em praticantes de atletismo, para que o atleta possa ser acometido por lesões moderadas ou graves, seu peso deve ser necessariamente maior do que a constante (na Tabela 1, só é possível obter os resultados das linhas 6 ou 8, caso a condição da linha 1 seja verdadeira), exceto em praticantes do atletismo. Existem, ainda, estudos de especialistas que abordam a relação entre alto peso corporal e lesões graves em atletas, embasando a possibilidade de relação entre esses dois fatores (DOMINGUES et al., 2005; CAMARGO et al., 2009). Dando prosseguimento às relações envolvendo exclusivamente o peso, as linhas 7 e 8 da Tabela 2 sugerem, inesperadamente, que um Índice de Massa Corporal relativamente baixo, ainda que sensivelmente, também pode estar relacionado com lesões de alta gravidade. É possível que essa sugestão se justifique quando se analisam

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as questões referentes ao desenvolvimento muscular na base de dados utilizada. Em crianças ou adolescentes, o IMC sensivelmente baixo pode estar relacionado com um desenvolvimento muscular incompleto ou pouco satisfatório, o que pode ser responsável, em alguns casos, por gerar um Índice de Massa Corporal menos elevado e, ao mesmo tempo, aumentar a exposição às lesões, algo que justifica os reforços musculares a que são submetidos inclusive atletas de nível profissional. Ao mesmo tempo, as linhas 5, 7 e 8 da Tabela 1 ainda relacionam taxas de IMC sensivelmente superiores com lesões moderadas no tornozelo, o que pode demonstrar que quanto maior é o IMC de um atleta, maiores são o impacto e a pressão exercidos sobre esta parte específica do corpo.

4.2.2 Atletismo

Quanto à especificação de modalidades, entretanto, as únicas menções encontradas nas árvores são referentes ao atletismo. Nas primeiras linhas das Tabelas 1 e 3, o praticante de atletismo tem a possibilidade de sofrer lesões de maior gravidade unicamente por ser praticante de tal modalidade. Mais radicalmente, na primeira linha da Tabela 1, por exemplo, o praticante de atletismo é equivalido a um desportista com peso corporal superior a 100 quilogramas, para a possiblidade de lesões de alta gravidade: “Se peso maior ou igual a 101,429 ou modalidade igual a atletismo”. Nas linhas 4 e 5 da Tabela 2 pode-se perceber que atletas praticantes de quaisquer modalidades diferentes de atletismo têm mais possibilidades de obter lesões leves (visto uma das condições que devem ser satisfeitas para que o algoritmo siga para a linha 5 e classifique a lesão como leve: “Se [...] ou modalidade é diferente de atletismo”). Essa relação aparentemente mais próxima entre o atletismo e as lesões de maior gravidade é explicitada estatisticamente no trabalho de Marques Vanderlei (VANDERLEI, 2011), o que colabora para a credibilidade dos resultados obtidos por meio da PG.

4.2.3 Gênero

Um dado igualmente interessante é a ausência de qualquer tipo de relação explícita entre as lesões e um determinado gênero em qualquer um dos três algoritmos, algo que concorda perfeitamente com diversos trabalhos de especialistas em medicina esportiva (DOMINGUES et al., 2005, CONTE et al., 2002, HOOTMAN et al., 2002).

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4.2.4 Tempo de treinamento e horas semanais de treino

Presente nos três cromossomos apresentados, a relação entre o tempo de treinamento (quantidade de anos que um atleta pratica determinada modalidade), as horas semanais de treino e a gravidade de lesões está definida de três formas diferentes nas linhas 2, 4 e 2 das Tabelas 1, 2 e 3, respectivamente. Inicialmente, nota-se, de maneira clara, que esses dois fatores estão sempre associados a uma constante, cujos valores variam minimamente, sempre em torno de 9 ou 10. Partindo de uma interpretação mais atenta, ainda é possível perceber que em todos os três indivíduos, caso a condição entre tempo de treinamento, horas semanais de treino e a mencionada constante seja satisfeita, isto é, seja dita verdadeira, qualquer possibilidade de lesão moderada ou grave é imediatamente descartada e o algoritmo classificatório define o resultado final como “lesão leve”. Partindo da interpretação das multiplicações sugeridas pelas Tabelas 1 e 3, também se verifica que, quanto maior qualquer uma das duas variáveis, menor é a possibilidade de lesões leves (o que, por sua vez, abre possibilidade para lesões moderadas ou graves). Verifica-se, ainda, que as duas grandezas são igualmente importantes, visto que uma variável não influencia mais o resultado final do que a outra. Igualmente, na Tabela 2, apesar da representação de uma divisão, ainda é notória a relação inversa que deve existir entre as duas grandezas para que o atleta em questão seja acometido por lesões apenas leves. Segundo os três cromossomos, novamente unânimes, se o atleta é praticante do desporto por mais tempo, a quantidade de treinos semanal deve ser menor, e vice-versa. Para avaliarmos a constante, entretanto, é necessário considerar o fato de que a base de dados específica utilizada para treinamento pelo processo evolucionista compreende atletas jovens, com uma média de tempos de treinamento em torno de apenas três anos. Isso porque, para atletas mais experientes, se o limite entre a multiplicação das duas variáveis deve ser menor que um valor próximo de 10 (Tabela 1, linha 2), a satisfação dessa condição seria inviável. No entanto, para um atleta menos experiente, que pratica certa modalidade há três anos, por exemplo, o tempo semanal de treino não deveria exceder pouco mais de três horas, um valor moderadamente plausível. Deve-se considerar, além de tudo, que atletas que praticam o esporte por pouco tempo, especialmente no primeiro ano de atividade, tendem a ser submetidos a níveis e cargas de treino mais leves e iniciais, o que contribui muito para que quanto menor o tempo de prática de um atleta, menor seja o risco do surgimento de lesões graves. No entanto, na medida em que um atleta

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se torna mais experiente, seu treinamento tende a atingir um nível mais intenso e a exigir maior tempo de recuperação física, o que poderia justificar a recomendação de poucas horas semanais de treino a atletas com maior tempo de prática esportiva. Finalmente, é importante observar, mais uma vez, que a satisfação dessa condição elimina totalmente (segundo os cromossomos obtidos) qualquer possibilidade de lesões moderadas ou graves, e que, por isso, a condição deve ser naturalmente mais rígida e difícil de se alcançar, o que justifica o valor relativamente baixo da constante a ela relacionada.

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5. CONCLUSÕES

Após a abordagem da relevância do descobrimento das relações entre fatores de influência na gravidade de possíveis lesões de atletas, esse trabalho conclui, primeiramente, que a meta-heurística denominada Programação Genética é uma aliada potencialmente eficaz no estudo do tema, especialmente devido a uma das suas principais características: a pouca exigência de conhecimento sobre o domínio estudado.

Para tanto, além de demonstrar teoricamente a técnica e justificar a sua escolha, foram feitos experimentos sobre uma base de dados exemplo, destacando-se, porém, a usabilidade da mesma técnica para outras bases de dados, algo que resultará em saídas adaptadas à base utilizada. A Programação Genética, futuramente poderá ser utilizada com dados mais abrangentes e mais próximos do ideal, com uma única modalidade alvo de estudo, ou ainda, almejando o melhor entendimento acerca de uma relação específica.

Dentre as relações encontradas nos algoritmos classificadores mais eficazes, algumas foram destacadas. Primeiramente, percebeu-se que processo evolucionista descobriu automaticamente uma intensa relação entre o peso corporal e o IMC dos atletas e as diferentes gravidades de suas lesões, algo com o qual concordam diversos pesquisadores especializados no assunto, conforme demonstrado. Os algoritmos foram responsáveis, ainda, por dedicar atenção especial ao atletismo, dentre todas as dez modalidades representadas, sugerindo a maior probabilidade de os praticantes dessa modalidade específica sofrerem lesões de diferentes gravidades, apoiando, também, o que já foi constatado estatisticamente por pesquisadores anteriormente citados. Destaca-se, ainda, que não houve nenhum tipo de relações entre gêneros e lesões, concordando novamente com outros estudos. Algo que merece mais apreço, entretanto, foi a descoberta das relações entre tempo de treinamento, horas semanais de treino e a gravidade de lesões. Segundo os indivíduos obtidos a partir da Programação Genética, para que o atleta tenha menos chances de sofrer lesões graves ou moderadas, os valores da quantidade de anos de esporte praticados por um atleta e o número de horas de treino devem seguir rígidas relações e, passando por operações matemáticas simples, não devem atingir certas constantes pré-definidas.

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Por tudo isso, este trabalho contribuiu para explicitar a técnica conhecida como Programação Genética e demonstrar a sua eficácia com relação ao tema proposto, confirmando diversas relações científicas entre fatores de influência na gravidade de lesões de atletas e sugerindo outras; algo de elevada importância para oo esporte. Ressalta-se, finalmente, que não foram encontrados outros trabalhos com o intuito de demonstrar a predição da gravidade de lesões em atletas utilizando-se a Programação Genética, e que, portanto, este artigo abre possibilidades e sugestões para novas pesquisas nessa área.

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ARENA, S.S., CARAZZATO, J.G. 2007. “A relação entre o acompanhamento médico e a incidência de lesões esportivas em atletas jovens de São Paulo” In: Rev. Bras. Med. Esporte. 13(4).

ATALAIA, T., PEDRO, R., SANTOS, C. 2008. “Definição de Lesão Desportiva – Uma Revisão da Literatura” In: Rev. Portuguesa de Fisioterapia no Desporto, 3(2), 13-21.

AUGUSTO, D.A. 2004. Co-evolução amostra-classificador integrada à programação genética gramatical para a classificação de dados. Dissertação de Mestrado em Ciências em Engenharia Civil. Universidade Federal do Rio de Janeiro.AUGUSTO, D.A., BARBOSA, H.J.C. “Programação Genética” In: GASPAR-CUNHA, A.; TAKAHASHI, R.H.C.; ANTUNES, C.H.. 2009. Manual de Computação Evolutiva e Metaheurística. 67-85.

AUGUSTO, D.A. 2009. Programação Genética multipopulacional e co-evolucionária para classificação de dados. Tese de Doutorado em Engenharia Civil. Universidade Federal do Rio de Janeiro.

AUGUSTO, D.A.; BARBOSA, H.J.C. 2000. “Symbolic regression via genetic programming”. In: Proceedings of the VI Brazilian Symposium on Neural Networks, IEEE Computer Society, 173.BERNARDINO, H.S.; BARBOSA, H.J.C. 2009. “Grammar-Based Immune Programming for Symbolic Regression” In: 8th International Conference on Artificial Immune System - ICARIS, 274-287.

BETTI, M. 1997. A janela de vidro: esporte, televisão e educação física. Tese de Doutorado em Educação. Faculdade de Educação da Universidade Estadual de Campinas.

CAINE, D., MAFFULLI, N.; CAINE, C. 2008. “Epidemiology of injury in child and adolescent sports: injury rates, risk factors, and prevention” In: Clin. Sports Med. 27(1), 19-50.

DE CAMARGO, P.; LEME, G.; EUGÊNIO, L. 2009. “Revisão de artigos de ortopedia e

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medicina esportiva publicados em periódicos brasileiros” In: Acta Ortopédica Brasileira, 17(6), 344-349.

CARNEIRO, M.L. Programação Genética aplicada à programação de controladores lógicos programáveis. 2009. Dissertação de Mestrado em Engenharia Elétrica e da Computação. Universidade Federal de Goiás.

COHEN, M.; ABDALLA, R.J. 2002. “Lesões nos esportes: diagnóstico, prevenção e tratamento” In: Revinter, 139-152.

CONTE, M.; MATIELLO Jr.E.; CHALIT, L.V.A.S.; GONÇALVES, A. 2002. “Exploração de Fatores de Risco de Lesões Desportivas entre Universitários de Educação Física: estudo a partir de estudantes de Sorocaba/SP” In: Rev. Bras. Med. Esporte, 8(4) 151-156.

DOMINGUES, A.P.T., MARCELO, C.; MÁS, E.F.; RAMALHO, L.C.B.; GODOI, V.J.; TEIXEIRA, L.F.M.; RIYIS, M.T.; FERMI, J.P. 2005. “Implicações do nível de aptidão física na gênese de lesões esportivas” In: Rev. Bras. Cineantropom. Desempenho. Hum. 7(2), 29-35.

FONG, D.; HONG, Y.; CHAN, L.; YUNG, P.; CHAN, K. A. 2007. “Systematic Review on Ankle Injury and Ankle Sprain in Sports” In: Sports Med., 37(1), 73-94.

FONTANA, R.F. 1999. “O papel da fisioterapia na performance do atleta” In: Rev. de Fisioterapia da Universidade de São Paulo, 6.

GUEDES, J.M. 2010. “Lesões em Tenistas Competitivos” In: Rev. Bras. Cienc. Esporte, Campinas, 31(3), 217-229.

HOOTMAN, J.M.; MACERA, C.A.; AINSWORTH, B.E.; ADDY, C.L.; MARTIN, M.M.; BLAIR S.N. 2002. “Epidemiology of musculoskeletal injuries among sedentary and physically active adults” In: Med. Sci. Sports Exerc., 34(5), 838-844.

KHAWALI, C.; ANDRIOLO A.; FERREIRA, S.R.G. 2003. “Benefícios da Atividade Física

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no Perfil Lipídico de Pacientes Com Diabetes Tipo 1” In: Arq. Bras. Endocrinol. Metab. 47(1).

KOZA, J.R. 1992. “Genetic Programming: On the Programming of Computers by Means of Natural Selection” In: The MIT Press.

KOZA, J.R. 2000. “Genetic Programming, on the programming of computers by means of natural selection” In: The MIT press.

KUJALA, U.; ORAVA, S.; PARKKARI, J.; KAPRIO, J.; SARNA, S. 2003. “Sports Career-Related Musculoskeletal Injuries: Long-Therm Health Effects on Former Athletes” In: Sports Medicine. 33(12), 869-875.

MAIA, L.; BIANCHI, R.A.C. 2000. “Evoluindo Agentes Jogadores de Futebol” In: Workcomp’2000. CTA/ITA, 113-119.

MILLER, J.F. and SMITH, S.L. 2006. “Redundancy and computational efficiency in cartesian genetic programming” In: IEEE Transactions on Evolutionary Computation. 10(2), 167-174.

OLSEN, O.; MYKLEBUST, G.; ENGEBRETSEN, L.; HOLME, I.; BAHR, R. 2005. “Exercises to prevent lower limb injuries in youth sports: cluster randomised controlled trial” In: BMJ, 330-449. OLTEAN, M.; GROSAN, C.; DIOSAN, L.; MIHAILA, C. 2009. “Genetic programming with linear representation: a survey” In: International Journal on Artificial Intelligence Tools. 18(2), 197-238. PASTRE, C.M.; CARVALHO FILHO, G.; MONTEIRO, H.L.; NETTO JÚNIOR, J.; PADOVANI, C.R.; GARCÍA, B.A. 2007. “Exploração de fatores de risco para lesões no atletismo de alta performance” In: Rev. Bras. Med. Esporte 13(3), 200-204.

PELIKAN, M.; KVASNICKA, V.; POSPICHAL, J. 1997. “Read’s linear codes and genetic programming” In: KOZA, J.R.; DEB, K.; DORIGO, M.; FOGEL, D.B.; GARZON, M.; IBA, H.; RIOLO, R. L. 1997. Genetic Programming Proceedings of the Second Annual Conference. Morgan Kaufmann, Stanford University, 268.

263

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PINHEIRO, J. 2009. “Darwin e sua presença na teologia” In: Revista Espaço Acadêmico, 95.

POLI, R. “Parallel distributed genetic programming” In: CORNE, D.; DORIGO, M. and GLOVER, F. 1999. New Ideas in Optimization, Advanced Topics in Computer Science, 27, 403-431.SKINER, J.S. 1991. “Prova de Esforço e Prescrição de Exercício Físico para casos específicos - Bases Teóricas e Aplicações Clínicas” In: Revinter.

STACOFF, A.; DENOTH, J.; KAELIN, X.; STUESSI, E. 1988. “Running injuries and shoe construction: some possible relationships” In: Int. J. Sport Biom. 4, 342-357.

STELLA, F.; GOBBI, S.; ICASSATTI, D.C.; RIANI, J.L.C. 2003. “Depressão no Idoso: Diagnóstico, Tratamento e Benefícios da Atividade Física” In: III Congresso Internacional de Educação Física e Motricidade Humana e IX Simpósio Paulista de Educação Física. Rio Claro, 8(3), 91-98.

TELLER, A. “Evolving programmers: The co-evolution of intelligent recombination operators” In: ANGELINE, P.J.; KINNEAR, K.E. 1996. “Advances in Genetic Programming 2” In: MIT Press, 3, 45-68.THORPE, C.; HERBERT, M.; KANADE, T. 1991. “Toward autonomous driving: the CMU Navlab. I. Perception.” In: IEEE Expert, 6(4), 31-42.

TIMPKA, T.; EKSTRAND, J.; SVANSTRÖM, L. 2006. “From Sports Injury Prevention to Safety Promotion in Sports” In: Sports Med., 36(9), 733-745.

VALIANT, G.A.; CAVANAGH, P.R. 1985. “A study of landing from a jump: implications for the design of a basketball shoe” In: Biomechanics IX-B, Champaign, Illinois: Human Kinetics.

VANDERLEI, F.M. 2011. Lesões em crianças e adolescentes praticantes de diferentes modalidades esportivas. Dissertação de Mestrado em Fisioterapia. Faculdade de Ciências e Tecnologia (Unesp).

categoriaensino médio

Resultado da categoria ensino médio1º LugarJOÃO PEDRO VITAL BRASIL WIELAND Colégio de Aplicação da Universidade Federal do Rio de Janeiro (CAP-UFRJ)Aplicativo de celular para controlar o exercício físico

2º LugarIZABEL SOUZA DE JESUS BARBOSAInstituto de Aplicação Fernando Rodrigues da Silveira (CAP-Uerj) O esporte no combate ao bullying nas escolas

3º LugarBIANCA VALEGUZKI DE OLIVEIRAColégio Presbiteriano de Juína (MT)Elaboração de farinhas integrais enriquecidas com fruto do Cerrado (baru), visando atender às necessidades nutricionais de atletas de alto desempenho

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Aplicativo de celular para controlar o exercício físico

CATEGORIA ENSINO MÉDIO

1ºlugar

Autor João Pedro Vital Brasil Wieland

Orientadora Maria de Fátima dos Santos Galvão

Instituição de Vínculo Colégio de Aplicação da Universidade Federal do Rio de Janeiro

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RESUMO

É fácil observar em corredores o uso de tocadores de MP3 durante um treino nas ruas. E com o passar do tempo, o número de pessoas que usam celulares como tocadores de MP3 vem crescendo. Pesquisas confirmam que a música pode intensificar ou diminuir o ritmo da passada. Para determinar se ela é estimulante ou relaxadora, basta avaliar o número de BPMs (batidas por minuto) que a música possui. Quanto maior o número de BPMs, respeitando o limite de 150 BPM, mais estimulante ela é. A ideia do projeto é, com base nesses estudos, criar um aplicativo de celular que leve o praticante a tirar um maior proveito da corrida por meio da música.

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1. INTRODUÇÃO

A música se fez presente em vários momentos da história, seja em ritos ou festas. Ela possui grande importância para a formação e a constituição das sociedades, e principalmente das pessoas. Com o surgimento do rádio, as ondas sonoras passaram a chegar aos ouvidos das pessoas de forma mais rápida e dinâmica.

Já a segunda metade do século 20 ficou marcada no mundo da música pelo aparecimento de diferentes estilos. No início do século 21, testemunhamos uma revolução no comércio de músicas com as lojas virtuais e o aparecimento dos tocadores portáteis de MP3.

Tocadores de MP3 estão presentes, hoje, em telefones celulares, que tem grande aceitação e que, com o tempo, deixaram de ser um luxo de poucas pessoas para se tornarem indispensáveis no nosso dia a dia.

Como foi dito anteriormente, a música sempre esteve ligada a diversos momentos da vida do ser humano, e nas atividades físicas não poderia ser diferente. Nas academias, as músicas passaram a ser usadas para incentivar a prática dos exercícios por um período maior de tempo. Contudo, ainda há várias perguntas a esse respeito. Entre elas, as que questionam a eficácia e como esse processo ocorre.

Logo, entender esse processo e como são suas recorrências e aplicabilidades são os objetivos desse projeto. Por meio deste estudo, pretende-se criar um aplicativo voltado para smartphones que ajude as pessoas a administrar melhor o exercício por meio da música.

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2. DESENVOLVIMENTO

Constatou-se que diversas pesquisas já foram realizadas acerca da relação entre a prática esportiva e a música. Porém, para confirmar as conclusões obtidas por essas pesquisas, foram feitos novos testes da seguinte forma:

Foram selecionados quatro voluntários, que desconheciam as intenções da pesquisa, sendo dois deles sedentários e outros dois ativos, praticantes de exercícios físicos pelo menos duas vezes na semana. Todos correram um percurso de cem metros em quatro dias diferentes. No primeiro dia, esse percurso foi feito sem música e foram obtidos os seguintes resultados:

sendentário 1 sedentário 2 ativo 1 ativo 2

velocidade média 11 km/h 10km/h 14 km/h 14 km/h

Tabela 1

No segundo dia, os voluntários ouviram a música Rolling in the deep, da Adele, e obtivemos os seguintes resultados:

sedentário 1 sedentário 2 ativo 1 ativo 2

velocidade média 11 km/h 10km/h 14 km/h 14 km/h

Tabela 2

No terceiro dia, os voluntários ouviram a música We are young, da banda FUN, observamos as seguintes velocidades:


velocidade média 12 km/h 11km/h 15 km/h 14 km/hTabela 3

Já no quarto dia, os voluntários fizeram o percurso ouvindo a música Dog days are over, da banda Florence + the Machine, e foram constatados os seguintes resultados:


velocidade média 13 km/h 12km/h 16 km/h 16 km/hTabela 4

Podemos constatar, pelos testes, que houve uma variação de até 2km/h em relação ao primeiro teste feito. Ou seja, podemos perceber que a música interferiu positivamente na atividade física.

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O porquê desse resultado pode ser explicado pelo valor de batidas por minuto (BPM) que a música possui. O número de BPM é diferente em cada uma das músicas que foram utilizadas durante o teste:

Teste Música BPM1 Sem música -----

2 Rolling in the deep (Adele) 105 BPM

3 We are young 118 BPM

4 Dog days are over 150 BPMTabela 5

Por meio dos testes e do número de BPM de cada música, podemos perceber que, quanto maior é o número de BPM de uma música, maior é o seu efeito intensificador. Por haver valores diferentes em pesquisas, foi decidido que seriam utilizados, durante todo o projeto, os seguintes valores:

BPM Tipo de exercício

abaixo de 110 caminhada leve (relaxante)

110 e 125 caminhada moderada (intensificadora)

120 a 150 corrida intensa (intensificadora)

Tabela 6

Obs:O fator gosto musical pode desvalidar a tabela 6. Ou seja, qualquer música que é ouvida durante uma atividade física deve ser apreciada pelo praticante. Caso contrário, a música vai ter um efeito bem abaixo do esperado.

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3. FUNCIONAMENTO

Os testes realizados comprovaram a eficácia das músicas. Porém, não não se sabe quais são as músicas ideais para cada momento do exercício. E mesmo quando há esse conhecimento é difícil determinar uma música certa para determinado momento. É partindo desse ponto que o projeto se baseia, na criação de uma solução para esse problema: um aplicativo de celular.

Aplicativos que dão dados sobre uma corrida, como velocidade, distância e gasto calórico, já existem. Porém, um que monte uma lista de músicas para que se tire o maior proveito durante toda pratica esportiva ainda não, e é exatamente o que o aplicativo fará.

O aplicativo vai controlar a velocidade da corrida por meio de três fatores: o desempenho do corredor, o histórico do corredor e a sua respiração. Esses serão os três pilares no seu desenvolvimento.

O desempenho do corredor será medido pela distância percorrida e pelo tempo para percorrer essa distância. Esses dados serão obtidos pela rede 3G do celular, mas mesmo sem eles o aplicativo continuaria funcionando, tendo em vista que nem todos têm acesso a esse tipo de rede.

O histórico será obtido pelas primeiras corridas feitas com o auxílio do aplicativo e também, principalmente, por meio de um questionário que deverá ser obrigatoriamente preenchido pelo usuário do aplicativo para poder detectar o tipo de exercício próprio para cada pessoa. Esse questionário deverá conter questões básicas, como altura e peso, para o cálculo do índice de massa corporal (IMC) e para orientar o usuário sobre como obter uma vida saudável.

A respiração será medida por meio do microfone do fone de ouvido, deduzindo-se que os corredores utilizam fones de ouvido durante a prática da corrida. O aplicativo conseguiria captar o som da respiração e calcular o tempo entre as expirações. Quanto menor for essa diferença, mais cansada a pessoa estará, o que fará com que o aplicativo troque a música por uma com o valor de BPM menor.

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Com esses três dados e o acesso à lista de músicas do usuário, é possível criar uma boa ferramenta para o corredor.

O aplicativo seria capaz de escolher a música durante a atividade física, de acordo com o cansaço do corredor. Se as pessoas estiverem muito ofegantes, o aplicativo escolherá uma música com menos BPMs, para que haja um descanso. No entanto, se ele não estiver cansado, o aplicativo tocará uma música com um número maior de BMPs, para que o corredor tire o máximo de proveito.

Gráficos serão feitos com base nas informações coletadas para facilitar a visualização do usuário ao seu progresso. O aplicativo não visa substituir um médico. Pelo contrário. Visa auxiliar o seu trabalho. Por isso, caso seja de interesse da pessoa, todos os dados coletados podem ser enviados ao seu médico para que ele avalie o progresso do paciente.

O aplicativo, portanto, contará com as seguintes funções:

• Caso o médico do usuário possua um registro no banco de dados, as informações do treino podem ser enviadas a ele por e-mail para que elepossa aconselhar seu paciente.

• Localizador GPS para determinar a distância percorrida e sua velocidade média.• Acompanhamento do desempenho nas corridas por meio de gráficos.• Função de troca de músicas automática, de acordo com as necessidades do corredor.• Dicas para que o usuário tenha uma vida saudável.

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4. CONCLUSÃO

Num mundo globalizado, é fundamental que a tecnologia possibilite o contato com o mundo externo de forma dinâmica e interpessoal. Compartilhar, atualizar, participar e, principalmente, estar na moda, são as palavras que regem a sociedade.

Esse aplicativo é o laço entre o mundo digitalizado dos celulares inteligentes e os cuidados necessários para a saúde das pessoas. Observar a necessidade de um exercício controlado aliado a um melhor aproveitamento das músicas que se escuta são elementos importantes para o usuário.

Por isso, é ideal para auxiliar aqueles que já possuem a música como companheira diária nos exercícios a tirarem o melhor aproveitamento possível dela, gerenciando e adaptando as necessidades de cada pessoa.

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HERCULANO-HOUZEL, Suzana. Sexo, drogas, rock n’ roll... e chocolateKARAGEORGHIS, Costas I. “Psychological effects of music tempi during exercise”. In International journal of sports medicine. KARAGEORGHIS, Costas I., TERRY, Peter C. “The psychological, psychophysical and ergogenic effects of music in sport: a review and synthesis”. In: BATEMAN, A. J., BALE, J. R. (eds.) Sporting sounds: relationships between sport and music. London: Taylor & Francis (Routledge), London, 2008. http://cyberdiet.terra.com.br/exercicio-com-musica-3-1-2-115.htmlhttp://fantastico.globo.com/platb/medidacerta/2011/04/13/6ª-dica-do-atalla-ouvir-musica-durante-o-exercicio-ajuda-a-emagrecer/http://mdemulher.abril.com.br/dieta/reportagem/atividade-fisica/exercicio-fisico-musica-ou-633942.shtmlhttp://runnersworld.abril.com.br/materias/musica/http://www.blogcartaobom.com.br/2012/05/a-musica-e-o-desempenho-nas-atividades-fisicas/http://www.tecmundo.com.br/mega-curioso/22817-ouvir-musica-durante-a-corrida-pode-melhorar-a-sua-performance.htm

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O esporte no combate ao bullying nas escolas


2ºlugar

Autor Izabel Souza de Jesus Barbosa

Orientadora Débora de Aguiar Lage

Instituição de Vínculo Instituto de Aplicação Fernando Rodrigues da Silveira (CAp-Uerj)

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RESUMO

O bullying é um fenômeno tão antigo quanto a escola, caracterizado pela agressão

constante e intencional, sem motivação aparente, causando sofrimento ao oprimido.

Cabe ao colégio e à família a formação de cidadãos e, se aplicado corretamente, o

esporte pode ser uma ferramenta eficiente para tal processo. O objetivo desse trabalho

foi elaborar um projeto baseado na prática de esportes durante as aulas de Educação

Física, a fim de combater o bullying na juventude, para que estes estudantes aprendam,

desde o colégio, a colocar em prática as noções de cidadania. Foram realizadas duas

pesquisas com alunos dos ensinos fundamental e médio acerca do bullying e da existência

de diferentes grupos sociais nas escolas, as chamadas tribos urbanas. Com base na

análise dos dados obtidos, foi possível observar que a maioria dos estudantes acredita

que os órgãos administrativos do colégio não são eficientes no combate ao bullying,

e apesar da falta de conscientização, 44,6% dos alunos entendem o bullying como

“desrespeito”, enquanto 12,7% classificam o ato como “brincadeira”. O problema é muito

frequente nas salas de aula e nas aulas de Educação Física, sendo o gênero feminino

o mais atingido. O projeto sugere um novo modelo de avaliação, de modo que a cada

aula de Educação Física os alunos sejam avaliados com base na sua participação em

equipe, compondo a maior parte da nota final. Vale ressaltar que é inevitável que em um

país como o Brasil, inserido na globalização e aberto a novas culturas, a juventude adote

diferentes identidades. O problema é quando as diferenças deixam de ser respeitadas e

passamos a aceitar essa triste realidade como se fosse normal. É hora de mudar.

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INTRODUÇÃO

O bullying é um fenômeno tão antigo quanto a escola, caracterizado pela agressão

constante e intencional, sem motivação aparente, causando sofrimento ao oprimido.

Foi na década de 1970, na Suécia, que o problema passou a ser visto como tal, e mais

tarde, em 1982, na Noruega, com o suicídio de três jovens, entre 10 e 14 anos, iniciaram-

se campanhas contra o bullying, organizadas pelo governo (FAFEM, 2008).

Ainda hoje, no Brasil, o bullying não é encarado com a seriedade necessária, sendo

os casos, aqui, mais frequentes que na Europa. Segundo a Associação Brasileira

Multiprofissional de Proteção à Infância e à Adolescência (Abrapia), 40,5% dos alunos

estiveram envolvidos em abuso entre os anos de 2000 a 2004 (FAFEM, 2008). Na maioria

dos casos, os pais agem como cúmplices de seus filhos, dando maus exemplos em

casa (WEISEMAN, 2012).

O problema não se limita à escola, ocorrendo também no trabalho, na vizinhança e em

qualquer ambiente de interação humana. Apesar de ser um mal antigo, a sociedade em

que vivemos tem tornado a prática cada vez mais cruel, sendo a humilhação muitas

vezes iniciada na internet. Não existe uma receita contra o bullying, mas é essencial o

envolvimento dos professores, funcionários, pais e alunos.

Pelo olhar sociológico, cidadania é “o conjunto de direitos relativos ao bem-estar econômico

e social, desde a segurança até o direito de partilhar do nível de vida, segundo os padrões

prevalecentes na sociedade, que são conquistas do século 20” (CARVALHO, 2001).

Cabe ao colégio e à família a formação de cidadãos e, se administrado corretamente,

o esporte é um mecanismo eficiente para tal, visto que, com ele, os jovens aprendem a

cumprir regras, a trabalhar em equipe, a respeitar o próximo, entre outros.

O objetivo deste trabalho foi elaborar um projeto fundamentado na prática regular de

esportes durante as aulas de Educação Física, a ser adotado pelas escolas, a fim de

combater o bullying na juventude, para que os jovens aprendam, desde o colégio, a

colocar em prática as noções de cidadania.

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METODOLOGIA

Na primeira etapa do trabalho foram realizadas duas pesquisas com alunos dos ensinos

fundamental e médio acerca do bullying e da existência de grupos sociais nas escolas,

as chamadas tribos urbanas.

A primeira pesquisa foi realizada com 44 estudantes do ensino médio da Escola Técnica

do Arsenal de Marinha (Etam), com média etária de 18 anos. Como instrumento de coleta

dos dados, um questionário com seis perguntas foi aplicado aos alunos, no primeiro

semestre de 2012 (Anexo 1).

Nesse período, elaborou-se um segundo questionário abordando a existência de

diferentes grupos sociais nas escolas. Nesta etapa, os questionários foram aplicados aos

alunos dos ensinos fundamental e médio de diferentes escolas, públicas e particulares,

do Rio de Janeiro (Anexo 2). A partir das respostas obtidas, organizou-se um glossário

contendo a definição das diferentes tribos urbanas encontradas nas escolas.

Com a análise dos dados obtidos nos questionários e das características de cada tribo

citada, foi estruturado um modelo de atividade a ser aplicada nas aulas de Educação

Física aos estudantes da educação básica, fundamentado na prática de esportes. O

modelo propõe metodologias para a realização de atividades diferenciadas, bem como

para a avaliação dos alunos na disciplina, visando integrar os diferentes grupos sociais.

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RESULTADOS

Antes de propor solução para qualquer problema é necessário identificar a sua gravidade

e o modo como ele se manifesta. O primeiro questionário foi proposto a fim de apontar

em quais pontos as escolas estão sendo negligentes, evidenciar os acertos e entender

como os jovens encaram a situação.

A maioria dos estudantes acredita que os órgãos administrativos dos colégios não são

eficientes no combate ao bullying, conforme o Gráfico 1, apontando as seguintes razões:

o foco em outros problemas os impede de dar ao bullying a atenção necessária; falta de

um acompanhamento mais próximo dos atos de cada indivíduo; e falta de esclarecimento

aos alunos e familiares.

Os demais alunos, que acreditam que a atuação do colégio é eficiente, alegam que: como

o problema é reflexo da educação e consciência de cada aluno, além de más amizades,

não compete ao colégio intervir, mas, mesmo assim, procura integrar os alunos; e que

o colégio evita, sim, que o bullying comece, atuando como conselheiro e tomando as

medidas necessárias ao combate.

Gráfico 1

21%

Sim

Não79%

32%

11%

13%

44%

Desrespeito

Brincadeira

Opressão

Não sei

Gráfico 2

Os orgãos administrativos do colégio são eficientes no combate ao bullying

Em sua opinião, o que é o bullying?

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Apesar de faltar conscientização no colégio, 44,6% dos alunos entendem o bullying

como “desrespeito”, enquanto 12,7% classificam o ato como “brincadeira”, conforme o

Gráfico 2.

Para os entrevistados as causas do bullying são: a existência de diferentes grupos

sociais; intolerância; aparência; diferença de idade; diferentes interesses/ mentalidade;

imaturidade; más amizades; racismo; negligência da escola; problemas de autoestima;

psicologia humana.

A maior parte dos jovens acredita que, no colégio, os lugares mais favoráveis ao bullying

são pátio e corredores, possivelmente porque nesses espaços o choque de cultura é

mais intenso e, consequentemente, a administração escolar menos eficiente. Entretanto,

em números, o problema é mais frequente em salas de aula, indicando a ineficácia dos

professores quanto ao controle da ordem durante as aulas (comparação entre os Gráficos

3 e 4, abaixo).

Gráfico 3

13%

31%Pátios e corredores

Salas de aula

Ambiente daeducação física

56%

14%

28%

5%

53%

Nunca

Sim, em sala de aula

Sim, no pátio ou corredores

Sim, nas aulas de educação física

Gráfico 4

O gráfico abaixo representa a opinião dos entrevistados quanto aos esportes que devem

ser praticados para que haja melhor integração entre os estudantes. Apesar de pouco

votado, “corrida de aventura” é um esporte que ao mesmo tempo que diverte, estimula

o espírito de equipe, sendo apropriado para a ocasião.

Qual é o espaço escolar mais favorável ao bullyimg

Já sofreu bullying no colégio?

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Baseado nos dados obtidos na primeira pesquisa, um fator que acarreta o bullying é

a intolerância. Desta forma, a segunda pesquisa foi desenvolvida a fim de analisar a

existência e a inter-relação entre as diferentes tribos urbanas encontradas nas escolas.

Os alunos acreditam que as tribos mais frequentes nos colégios são as dos “Nerds” e

dos “Populares”, sendo a primeira mais comum entre os entrevistados, conforme mostra

a Tabela 1. Na Tabela 2, podemos observar como as diferentes tribos se relacionam no

ambiente escolar.

Tabela 1: Diversidade de tribos urbanas encontradas nas escolas.

Tribos urbanas Existentes (%) A que pertenço (%)Alternativos 3,2 5

Anônimos 4,4 15

Emos 2,1 0

Esportistas 5,4 0

Excluídos 6,5 0

Funkeiros 3,2 0

Geeks 4,4 15

Góticos 3,2 0

Marombeiros 3,2 5

Mauricinhos 3,2 0

Maus Elementos 3,2 0

Metaleiros 2,1 0

Nerds 12,9 25

Novatos 3,2 5

Os legais 3,2 5

Otakus 5,4 10

Patricinhas 4,4 5

Playboys 3,2 0

Populares 11,8 5

Punks 2,1 0

Roqueiros 4,4 5

Skatistas 2,1 0

Surfistas 3, 2 0

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Tabela 2: Porcentual de tolerância, simpatia e opressão entre as diferentes tribos urbanas.

Tribos urbanas Tolero (%) Simpatizo (%) Oprimo (%)Alternativos 0 50 50

Anônimos 60 40 0

Geeks 100 0 0

Marombeiros 50 0 50

Nerds 80 20 0

Novatos 50 50 0

Os legais 100 0 0

Otakus 66,7 33,3 0

Patricinhas 50 50 0

Populares 50 0 50

Roqueiros 100 0 0

Obs.: Lê-se 60% dos anônimos toleram e 40% simpatizam.

A partir da primeira pesquisa, foi possível verificar que o espaço escolar onde mais ocorre

o bullying é a sala de aula, porém, conforme as questões “Você já sofreu bullying na

Educação Física? Você já praticou bullying na Educação Física?”, o problema entre as

diferentes tribos também é frequente durante as aulas de Educação Física (Tabela 3).

Tabela 3: Porcentual de alunos que já sofreram ou praticaram bullying nas aulas de Educação Física.

TribosSofri (%) Pratiquei (%)

Não Sim Não SimAlternativos 100 0 0 100

Anônimos 33,3 66,7 100 0

Geeks 100 0 100 0

Marombeiros 100 0 0 100

Nerds 60 40 100 0

Novatos 100 0 100 0

Os legais 0 100 0 100

Otakus 100 0 100 0

Patricinhas 100 0 100 0

Populares 100 0 0 100

Roqueiros 100 0 100 0

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Em relação à diversidade de tribos encontradas nas escolas, observamos que, entre

os entrevistados, a tribo mais heterogênea foi a dos “Otakus” (Tabela 4). Entretanto,

foi possível constatar que o gênero feminino é maioria dentre as vítimas de bullying

(Tabela 5).

Tabela 4: Diversidade de gêneros entre as diferentes tribos urbanas.

Tribos urbanas Feminino (%) Masculino (%)

Alternativos 0 100

Anônimos 100 0

Geeks 0 100

Marombeiros 100 0

Nerds 40 60

Novatos 100 0

Os legais 0 100

Otakus 50 50

Patricinha 100 0

Populares 0 100

Roqueiros 0 100

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Tabela 5: Diferenças observadas entre os gêneros que sofrem e/ou praticam bullying.

GêneroSofre (%) Pratica (%)

Não Sim Não Sim

Feminino 42,8 57,2 71,4 28,6

Masculino 71,4 28,6 57,2 42,8

Para os entrevistados, a palavra que melhor define suas atitudes durante as aulas de

Educação Física está expressa na tabela abaixo:

Tribos Sofrem, mas não o praticam

Não sofrem, mas o praticam

Sofrem e o praticam

Não sofrem nem o praticam

AlternativosIndiferentes

Anônimos Indiferentes Participantes Altruístas

Geeks

Calmos

Normais

Esportivos

Marombeiros Pacíficos

Nerds IndiferentesNormais

Esportivos

Novatos Esportivos

Os legais Explosivos

OtakusNormais

Esportivos

Patricinhas Esportivos

Populares Idiotas

Roqueiros Calmos

Para auxiliar a compreensão da segunda pesquisa, foi desenvolvido um glossário para

caracterização das diferentes tribos urbanas:

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• Alternativos: grupo de pessoas flexíveis, que não desejam ser rotuladas.• Emos: grupo de pessoas sentimentais, que apreciam músicas depressivas e

geralmente usam longas franjas sobre os olhos. • Esportistas: grupo de pessoas que gostam de esportes, têm habilidades e os praticam. • Funkeiros: grupo de pessoas que apreciam ouvir e dançar o gênero musical

denominado Funk.• Geeks (ou gamers): grupo de pessoas obcecadas por tecnologia e jogos. • Góticos: grupo de pessoas que idealizam a morte e usam vestes pretas. • Marombeiros: grupo de pessoas que praticam musculação com frequência.• Mauricinhos: grupo de pessoas bem posicionadas financeiramente e zelosas com a

aparência. • Metaleiro: grupo de pessoas que apreciam o gênero musical denominado Heavy

Metal. • Nerds: grupo de pessoas inteligentes e muito ligadas ao estudo.• Otakus: grupo de pessoas que se denominam fãs da cultura japonesa.• Patys (ou patricinhas): grupo de garotas extremamente vaidosas.• Playboys: grupo de jovens, geralmente ricos, que levam uma vida social ociosa e

intensa. • Populares: grupo das pessoas simpáticas e apreciadas pela maioria. • Roqueiros: grupo de pessoas que apreciam Rock n’ Roll.• Skatistas: grupo de pessoas que andam de skate.• Surfistas: grupo das pessoas que surfam.

Combatendo o bullying nas escolas a partir das aulas de Educação Física

Com base na análise dos dados obtidos nas pesquisas, foi elaborado o seguinte plano

de curso.

Procedimentos:

A cada bimestre ou trimestre, os alunos das classes de Educação Física devem ser

divididos em grupos, de modo que o número de pessoas seja igual ou o mais próximo

possível em cada um.

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Definidos em conselho de classe, sem a participação dos estudantes, sua composição

deve ser heterogênea, evitando unir pessoas que já tenham laços de amizade, e visando

juntar alunos distantes quanto à afinidade e à personalidade.

Se o ano for dividido em bimestres, os alunos participarão de quatro grupos ao longo

do ano letivo. Caso seja dividido em trimestres, esses deverão participar de três grupos

diferentes. Entretanto, pode ocorrer de dois ou mais alunos ficarem no mesmo grupo

mais de uma vez durante o ano.

Os Esportes:

Considerando a ocorrência das aulas de Educação Física três vezes por semana, deverá

ser realizado um planejamento de modo que sejam praticados semanalmente, no mínimo,

três esportes fixos e, no máximo, seis esportes alternados. Os esportes previamente

selecionados pelo professor devem pertencer a, pelo menos, três categorias diferentes,

conforme exemplificado na tabela abaixo.

Entretanto, deverá ser obrigatória a presença das categorias dois e seis, uma vez que

os esportes da categoria dois estimulam o espírito de equipe e agradam a maioria dos

alunos, conforme observado na primeira pesquisa, enquanto os esportes da categoria

seis são direcionados aos alunos mais recatados.

Desse modo, a prática regular de esportes diferenciados poderá contribuir para o

aumento do número de alunos envolvidos nas aulas de Educação Física, possibilitando

a troca de saberes e habilidades entre os estudantes e favorecendo o trabalho coletivo.

Categorias Características Exemplo1 A base do esporte é a corrida. Revezamento

2 Esportes com bola e de contato físico. Handebol e Futebol

3 Esportes com bola e pouco contato. Boliche e Badminton

4 Esportes meramente físicos. Judô e capoeira

5 Esportes aquáticos. Polo aquático

6 Esportes de raciocínio lógico. Xadrez

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Avaliação:

A cada aula de Educação Física os alunos devem ser avaliados com base na participação

em equipe. A média bimestral/trimestral deve ser composta da seguinte maneira: 2/3

referentes à participação em equipe, somados a 1/3 obtido em provas de aptidão.

Colégio, Família e Aluno:

O trabalho conjunto entre família e colégio é essencial, a fim de manter a interação.

Qualquer falha de conduta e não comparecimento às aulas de Educação Física deve ser

informado aos responsáveis do aluno.

A escola deve ter uma equipe de assistentes sociais para acompanhar os alunos,

dando atenção especial aos que oprimem e aos oprimidos. Cada ano/série deve ter um

coordenador e um assistente social responsável, visando sempre a transparência entre

todas as vias: o colégio, a família e o aluno.

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CONCLUSÃO

Apesar de as escolas não promoverem a conscientização, a maioria dos alunos tem

noção de que o bullying é minimamente desrespeitoso e, em muitos casos, opressor.

Várias razões foram apontadas como motivadoras do problema, com destaque para:

“diferenças sociais”, “aparência” e “intolerância”. Mesmo diferentes, os três fatores

citados indicam que as pessoas têm dificuldades para aceitar realidades opostas as

suas.

As escolas não têm sido eficientes no combate ao bullying, e esse fato tem desagradado

os estudantes, que, ainda assim, acreditam que é possível inverter esse quadro e buscar

novas estratégias para integrá-los.

É inevitável que um País tão inserido na globalização esteja aberto a novas culturas, e que

a juventude brasileira, inteirada nas tecnologias e inovações, adote novas identidades

e se agrupe em diferentes tribos. O problema é quando as diferenças deixam de ser

respeitadas e passamos a aceitar essa triste realidade como se fosse normal. Já é hora

de mudar.

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CARVALHO, J. M. Cidadania no Brasil: o longo caminho. Rio de Janeiro: Civilização

Brasileira, 2001. pp. 219-29. Disponível em: http://www.brasilescola.com/sociologia/

cidadania-ou-estadania.htm. Acessado em 18 de agosto de 2012.

Faculdades da Fundação de Ensino de Mococa (FaFEM), 2008. Disponível em: http://

www.fafem.com.br/NOTICIAS/01_07_2008/bullying_pesquisa.pdf. Acessado em 29 de

agosto de 2012.

GROSSI, P. K.; SANTOS, A. M. “Desvendando o fenômeno bullying nas escolas públicas

de Porto Alegre, RS, Brazil”. In: Revista Portuguesa de Educação, v.22, nº 2, p. 249-267,

2009.

MOREIRA, A. F. B.; CANDAU, V. M. “Educação escolar e cultura(s): construindo caminhos”.

In: Revista Brasileira de Educação, nº 23, p. 156-168, 2003.

OLIVEIRA, J.R.; GOMES, M. A. “Bullying: Reflexões sobre a violência no contexto escolar”.

In: Revista Educação por Escrito – PUCRS, v.2, nº 2, jan 2012.

WISEMAN, R. “O pior é que os pais são cúmplices”. In: Revista Veja, Edição 2258, nº 9,

fevereiro de 2012.

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Questionário 1 – Combate ao bullying nas escolas. (Anexo 1)

Colégio: Ano/ Série: Idade:

Sexo: Feminino Masculino

Em sua opinião, o que é bullying? Desrespeito Brincadeira Opressão Não sei

O que proporciona o bullying? A existência de diferentes grupos sociais Aparência Diferença de idade Outro:

Qual é o espaço escolar mais favorável ao bullying? Sala de aula Pátio e corredores Ambiente da Educação Física Outro:

Já sofreu bullying no colégio? Nunca Sim, em sala de aula. Sim, no pátio ou corredores. Sim, nas aulas de Educação Física.

Você acha que os órgãos administrativos (direção, secretaria, coordenação, etc.) do colégio são eficientes no combate ao bullying? Sim. Por quê? Não. Por quê?

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Levando em conta que em um colégio há diferentes grupos de estudantes, quais dos esportes listados abaixo deveriam ser praticados nas aulas de Educação Física a fim de proporcionar melhor integração entre os alunos?

Corrida – Revezamento BadmintonBasquete Futebol/ FutsalHandebol Hóquei de gramaJudô Polo aquáticoTênis de mesa VoleibolBoliche CapoeiraCríquete DamasCorrida de aventura Futebol americanoXadrez Outros:

Você acredita que se as aulas de Educação Física visassem integrar os alunos, independente do grau de afinidade entre eles, seria possível amenizar o bullying? Sim Não Talvez

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Questionário 2 – As tribos urbanas e o colégio. (Anexo 2)

Colégio: Ano/ Série: Cidade: Estado: Sexo: Feminino Masculino

Quais tribos urbanas você acredita que existem em um colégio?

A qual tribo você pertence?

Você tolera, simpatiza ou oprime as demais?

Você já sofreu bullying na Educação Física?

Você já praticou bullying na Educação Física?

Com uma palavra, como você acredita que as pessoas definem as suas atitudes durante as aulas de Educação Física?

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Elaboração de farinhas integrais enriquecidas com frutos do cerrado (baru), visando atender às necessidades nutricionais de atletas de alto desempenho


3ºlugar

Autor Bianca Valeguzki de Oliveira

Orientador Marcio de Andrade Batista

Instituição de Vínculo Colégio Presbiteriano de Juína

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1. APRESENTAÇÃO

De modo geral, o presente trabalho de pesquisa pretende atacar, simultaneamente, duas problemáticas:

a) Usar as frutas da região do cerrado para desenvolver um alimento de alto valor nutritivo, visando atender às necessidades nutricionais de atletas de alto desempenho e complementar a alimentação infantil de atletas mirins com o uso, por exemplo, da “barrinha de frutas” e da ração humana de baru (Dipteryx alata Vog), que possui sabor agradável e tem maior aceitação das crianças quando comparada com produtos industrializados, pois o baru tem sabor adocicado;

b) Preservação ambiental (AVIDOS, 2003), fazendo-se uso sustentável das riquezas da biodiversidade nativa da região para a produção de alimentos seguros e naturais. Para a realização desse trabalho, foi feita uma extensa pesquisa bibliográfica na internet e em livros, bem como cursos na área de nutrição da escola Senai.

1.1 Problema

A ideia da pesquisa ocorreu durante um curso ministrado na cidade pelo pesquisador orientador, que destacou a importância de usar os recursos naturais das regiões Norte e Centro-Oeste, dada a riqueza nutricional das diversas frutas dessas regiões.

De acordo com o capítulo 2 (Cuidados com a saúde e nutrição) do Kit Jovem Cientista 2012, “macronutrientes são os nutrientes requeridos em grandes quantidades pelo nosso organismo (grama por quilo por dia ou g/kg/dia) e compreendem os carboidratos, os lipídios (óleos e gorduras), as proteínas e as fibras”. Entre as frutas citadas, estava o baru (Dipteryx alata Vog), que é muito rico em proteína e fibras.

O acesso à castanha e à polpa do baru apresenta as seguintes problemáticas:

• É uma fruta regional, típica das regiões de Mato Grosso e dos estados do cerrado brasileiro (FONSECA 1992);

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• Tem um processamento complicado (para acesso à castanha, é necessário quebrar uma casca extremamente dura);

• Sua colheita é feita de forma extrativista, pois não existem plantações de baru.

Foi proposto, então, o desenvolvimento de um alimento altamente nutricional à base de baru, e que pudesse ser facilmente utilizado pelos atletas, como fonte de proteína e fibras (barrinha e ração).

1.2 Justificativa

Ainda segundo o capítulo 2 (Cuidados com a saúde e nutrição) do Kit Jovem Cientista 2012: “Uma alimentação saudável deve conter todos os nutrientes, tem que ser variada nos diferentes tipos de alimentos e fracionada várias vezes ao dia. Indivíduos ativos requerem mais energia (calorias) do que os sedentários, pois além dos processos vitais (como respiração e circulação), necessitam de energia para se manterem em movimento (exercício)”. Assim, além de atender às necessidades propostas acima, a composição do alimento proposto à base de baru é rica em fibras e em substâncias funcionais validadas pela Agencia Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa).

Em média, o fruto pesa 25g, sendo 30% polpa, 65% endocarpo lenhoso e 5% semente. A cada 100g de castanha de baru (Figura 1), temos: • 26,29g de proteínas • 25,26g de lipídios, sendo 35% das séries ômega-3 e ômega-6.

A série ômega auxilia na manutenção de níveis saudáveis de triglicerídeos, fundamental para atletas de alto desempenho.

Figura 1. Fruto Baru (Dipteryx Alata Vog) coletado em fazenda na cidade do orientador

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De acordo com Rocha e Cardoso (2009), a análise da composição química da casca e da polpa do baru resultou em 21,05% de umidade, 65,01% de carboidratos, 3,30% de lipídios, 4,45% de proteínas, 1,79% de cinzas e 4,39% de fibra bruta.

1.3 Objetivos

Os objetivos deste trabalho de pesquisa são:

a) usar as frutas da região do cerrado para desenvolver um alimento de alto valor nutritivo, visando atender às necessidades nutricionais de atletas de alto desempenho;

b) complementar a alimentação infantil de atletas mirins com o uso, por exemplo, da “barrinha de frutas” e da ração humana de baru (Dipteryx alata Vog), que possui sabor agradável e tem maior aceitação das crianças, quando comparada com produtos industrializados, pois o baru tem sabor adocicado;

c) preservação ambiental, fazendo-se uso sustentável das riquezas da biodiversidade nativa da região para a produção de alimentos seguros e naturais;

d) desenvolver e estimular o uso de metodologia de pesquisas no ensino médio.

2. DESENVOLVIMENTO

2.1 Metodologia

Na primeira etapa do trabalho, alguns frutos foram coletados nas fazendas das regiões e outros comprados diretamente em feiras livres (MOURA, 2008). Os frutos foram, então, selecionados e limpos. Em seguida, suas castanhas foram retiradas e processadas conforme a sequência apresentada na Figura 2 (A e B).

Na Figura 2C é apresentada a castanha já processada (esterilizada e com granulométrica definida (ROCHA, 2012), e na forma de ração, que pode ser consumida pura ou com leite e cereais.

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2.2 Análise

As análises físico-químicas, de quantificação de proteínas, carboidratos e fibras não puderam ser realizadas na escola inscrita por não haverem lá os equipamentos técnicos para esse tipo de pesquisa. Assim, as análises foram executadas nos laboratórios da universidade à qual o professor orientador está vinculado, de acordo com metodologia proposta pelo Instituto Adolfo Lutz (2005) e pela Association of Official Analytical Chemists (AOAC, 1992).

3. RESULTADOS DA PESQUISA

A Tabela 1 apresenta os principais resultados obtidos e comparados após processamento / fabricação da ração em laboratório.

Tabela 1. Comparação da composição centesimal do Baru e da ração processada.

Umidade Carboidratos Proteina Lipídios Cinzas Fibras

Baru in natura (g) 6,45 17,05 22 41,65 2,85 10

Ração de Baru (g) 10,02 11,67 21 40,53 2,52 1

Figura 2

A) Baru in natura B) Castanha C) Fabricação da ração no laboratório do orientador

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3.1 Conclusão

Com a realização dos trabalhos e análises propostas, podemos concluir que:

. O processamento não interferiu nas propriedades nutricionais do baru;

. O produto final apresentou grande quantidade de fibras, proteínas e carboidratos;

. A ração apresentou estabilidade química e física;

. O produto, em teste de aceitação, obteve ótima receptividade.

. O baru possui ótimo potencial para atender aos objetivos do trabalho proposto, em termos de necessidades nutricionais. . Pode ser consumido por atletas como fonte imediata de proteínas e fibras.

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4. BIBLIOGRAFIA

AVIDOS, M. F. D.; FERREIRA, L. T. Frutos dos Cerrados - Preservação gera muitos frutos.

2003.

AOAC. Association of Official Analytical Chemists. Official methods of analysis.

Washington, 1992.

BRASIL. Ministério da Saúde. Portaria nº 27, de 13 de janeiro de 1998. Aprova o

regulamento técnico referente à informação nutricional complementar.

Diário Oficial da União. Poder Executivo, Brasília, DF, 16 de Janeiro de 1998. Disponível

em: < http://portal.anvisa.gov.br/wps/content/Anvisa+Portal/Anvisa/Inicio/Alimentos>.

Acesso em maio de 2012.

FONSECA, C. E. L.; MUNIZ, I A. F. “Informações sobre a cultura de espécies frutíferas

nativas da região dos cerrados” In: Informe Agropecuário, v. 16, n. 173, p. 2-16, Mar./

Abr. 1992.

INSTITUTO ADOLFO LUTZ. Normas analíticas do Instituto Adolfo Lutz: métodos químicos

e físicos para análise de alimentos. São Paulo: Instituto Adolfo Lutz, 4ª ed. 2005.

MENDONÇA, R. C.; FELFILI, J. M.; WALTER, B. M. T.; SILVA JÚNIOR, M. C.;

REZENDE, A. B.; FILGUEIRAS, T. S. e NOGUEIRA, P. E. “Flora Vascular do Cerrado”

In: S. M. Sano e E. S. P. Almeida (eds.). Cerrado: ambiente e flora. EMBRAPA-CPAC,

Planaltina, 1998.

MOURA, C. J. e ROLIM, H. M. V. “Utilização Industrial de Frutas do Cerrado” In: Rev.

eletrônica Mestr. Educ. Ambient - Revista do PPGEA/FURG-RS. ISSN 1517-1256, v. 21,

julho a dezembro de 2008.

ROCHA, Lorena Santana; CARDOSO SANTIAGO, Raquel de Andrade. “Implicações

nutricionais e sensoriais da polpa e casca de baru (Dipterix Alata vog.) na elaboração de

pães” In: Ciênc. Tecnol. Aliment., Campinas, v. 29, n. 4, Dec. 2009 . Available from <http://

www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-20612009000400019&ln

g=en&nrm=iso>. access on 21 Sept. 2012. http://dx.doi.org/10.1590/S0101-

20612009000400019.

Resultado da categoria

mérito institucional

ENSINO SUPERIORUNIVERSIDADE DE SÃO PAULO (USP)São Paulo | SP

ENSINO MÉDIOCENTRO EDUCACIONAL ADALBERTO VALLE (CEAV)Manaus | AM

Resultado da categoria mérito institucional

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Universidade de São Paulo (USP)São Paulo | SP

CATEGORIA MÉRITO INSTITUCIONAL

Na vanguarda da ciência esportiva, USP investe em projetos olímpicos

Há três décadas, quando o Brasil apostava nos treinadores bons de bola para orientar nossos atletas, a Universidade de São Paulo já abrigava os primeiros cursos de pós-graduação relacionados às ciências do esporte. Agora, afinada com os próximos megaeventos esportivos, a instituição congrega projetos de diferentes áreas de conhecimento num programa de incentivo e suporte técnico-esportivo voltado para os Jogos Olímpicos e Paralímpicos 2016.

“No Brasil, há grande descompasso entre a ciência produzida na universidade e a transformação dessa ciência em tecnologia para benefício da sociedade, o que representa desafio significativo para as instituições de ensino superior”, pondera João Grandino Rodas, reitor da USP. “Nesse cenário, o Prêmio Jovem Cientista (PJC) representa incentivo e reconhecimento ímpares para que os cientistas possam aplicar seu conhecimento e atender às demandas sociais”.

Para o reitor, “o PJC fez acertada escolha ao definir como tema a inovação tecnológica nos esportes, visto que o Brasil, além de carecer de cultura esportiva, ainda será sede de importantes eventos esportivos a partir do próximo ano”. O mesmo raciocínio o levou a investir na iniciativa pioneira no meio universitário, com o programa A USP nos Jogos Olímpicos e Paralímpicos 2016, lançado em dezembro de 2010.

O programa insere a produção de conhecimento técnico-científico e a pedagogia da USP nos Jogos Olímpicos. Mobiliza, em especial, a Escola de Educação Física e Esporte de Ribeirão Preto; a Escola de Artes, Ciências e Humanidades; a Faculdade de Medicina; a Faculdade de Ciências Farmacêuticas; a Faculdade de Saúde e a Faculdade de Odontologia. E também participam o

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Centro de Práticas Esportivas (Cepe) e os Centros de Educação Física, Esporte e Recreação (Cefer), localizados nos campi de Ribeirão Preto, São Carlos, Piracicaba, Bauru, Pirassununga e Lorena.

O desenvolvimento de ações integradas não poderia estar mais afinado com o tema tratado pelo XXVI Prêmio Jovem Cientista. São três áreas temáticas: avaliações clínico-funcionais e exames de diagnóstico da saúde de atletas; educação continuada de atletas e de treinadores das equipes olímpicas e paralímpicas e concessão de bolsas de suporte básico para alunos da USP – atletas e monitores – para atuar junto aos grupos de pesquisa e laboratórios de avaliação.

No próximo semestre, a universidade ainda vai oferecer um curso de especialização em treinamento esportivo, com 600 vagas e investimentos de R$ 4,2 milhões. Outros R$ 13,8 milhões serão investidos nas reformas dos Centros de Práticas Esportivas, incentivando sua população de 91 mil estudantes a combinar projetos acadêmicos e pesquisas com exercícios físicos, espírito esportivo e bem-estar.

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Centro Educacional Adalberto Valle (CEAV)Manaus | AM

CATEGORIA MÉRITO INSTITUCIONAL

“Nosso desafio é fazer o aluno aprender a ser um pesquisador”

O ensino médio só existe há cinco anos no Centro Educacional Adalberto Valle (Ceav), mas os estudantes contam com a experiência de 48 anos de pré-escola e ensino fundamental da instituição, dirigida pelas irmãs missionárias capuchinhas, em Manaus, no Amazonas. “Acreditamos que as medalhas de ouro obtidas por nossos alunos em olimpíadas de Matemática, Química e Biologia são resultado de uma boa pré-escola”, comenta a diretora, irmã Leopoldina Sampaio. “E a participação nesses eventos durante o ensino fundamental os prepara para os desafios do ensino médio. Nossos melhores alunos estudam aqui na escola desde os dois anos de idade”.

Os estudantes têm sua própria academia de Letras e se familiarizam com a Química, a Física e a Biologia desde a sétima série. Os professores mantêm contato regular com pesquisadores e especialistas, sobretudo no período de planejamento do ano letivo, em janeiro, na chamada “semana de formação”. As aulas teóricas são complementadas em laboratório e as turmas de estudantes também fazem visitas a instituições, como o Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (Inpa), localizado no mesmo bairro da escola.

“Nosso desafio é fazer o aluno aprender a ser um pesquisador. Queremos que ele valorize o Amazonas, o potencial de água doce, a fauna, a floresta... não é fácil”, observa a diretora. Em sua opinião, ainda se escreve pouco sobre a Amazônia, ainda há pouco material didático e o desempenho dos estados da região em provas nacionais deixa muito a desejar.

Algumas informações também não chegam lá com facilidade. Por isso, este é o primeiro ano de participação do Ceav no Prêmio Jovem Cientista. “Quando soubemos do prêmio e recebemos

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o material, os alunos já estavam comprometidos com muitos trabalhos. Ainda assim resolveram se empenhar e trabalharam em grupos os diversos subtemas desta edição. Os projetos inscritos são todos mérito deles, fruto do esforço extra que fizeram”, acrescenta o professor de Educação Física Ivaldo Cavalcante de Almeida, responsável pelo encaminhamento das inscrições. Ele destaca o interesse dos estudantes, em especial, por propostas de infraestrutura ou materiais alternativos e por sugestões de acessibilidade para pessoas com deficiência.

A partir de agora, as datas do Prêmio Jovem Cientista serão incorporadas ao calendário dos 410 estudantes de ensino médio do Centro Educacional Adalberto Valle. A intenção é colocar o Amazonas na disputa pelos melhores projetos, numa competição saudável com os estados do Sul e do Sudeste.

Resultado da categoria

menção honrosa

LUIZ FERNANDO MARTINS KRUELUniversidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)Porto Alegre | RS

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Luiz Fernando Martins KruelUniversidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Porto Alegre | RS

CATEGORIA MENÇÃO HONROSA

“A prescrição de exercícios é quase como a de medicamentos: o tipo, a dose e o período de treinamento são individuais”

A água levou Luiz Fernando Martins Kruel à universidade e a água ainda o conduz por caminhos inovadores. Ao se graduar em Educação Física pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), em 1977, seu maior interesse era a natação, com o vôlei em segundo lugar, dois esportes que praticava, além de estudar.

O anseio em se aprofundar na fisiologia e na biomecânica do esporte para tentar melhorar a performance dos atletas – de natação, canoagem e corrida – o levou ao mestrado e ao doutorado em Ciência do Movimento Humano, ambos pela Universidade Federal de Santa Maria (1994 e 2000, respectivamente).

Já como professor da UFRGS, passou a coordenar o Grupo de Pesquisa em Atividades Aquáticas e Terrestres, criado em 1986, no qual hoje trabalham 38 estudantes, entre iniciação científica e pós-doutorado. Ali, Dr. Kruel ampliou suas pesquisas, incluindo a avaliação dos exercícios físicos praticados por populações especiais. Ele adquiriu grande experiência na área de Educação Física, com ênfase em hidroginástica e deepwater, modalidade de caminhada e corrida praticada dentro d’água.

Com o apoio de equipamentos sofisticados, piscinas com janelas subaquáticas e vídeos, sua equipe avalia o consumo de oxigênio, o treinamento de força, os movimentos fora e dentro d’água e a frequência cardíaca, de modo a ajustar a prescrição de treinamento às necessidades e à capacidade de cada pessoa.

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“Verifiquei uma grave carência nas condições para avaliação e prescrição de treinamento de populações especiais, como gestantes, idosos, mulheres com dislipidemia, diabéticos”, conta o pesquisador. Ele passou a usar a ciência e as tecnologias desenvolvidas para a avaliação de atletas na pesquisa com essas populações especiais.

Luiz Fernando Kruel desenvolveu então métodos de baixo custo e alta eficiência, ao alcance de qualquer profissional de academia com um mínimo de formação. “A partir dos protocolos de avaliação de corrida estacionária, conseguimos realizar uma prescrição individualizada, como se a pessoa tivesse vindo para o laboratório, onde temos equipamentos sofisticados”, acrescenta. Desse modo, é possível popularizar o atendimento personalizado. Em sua opinião, “a prescrição de exercícios é quase como a prescrição de medicamentos: o tipo, a dose e o período de treinamento são individuais”.

Outras pesquisas com hidroginástica e deepwater, ainda em andamento, indicam algumas diferenças no metabolismo dos praticantes, se comparados aos mesmos movimentos realizados fora d’água. Os resultados ainda são preliminares, mas prometem trazer novidades muito interessantes para diabéticos e para uma sociedade em processo de envelhecimento, que demanda mais atenção à saúde e ao bem-estar.

Com pesquisas desse tipo, sempre priorizando a formação de novos cientistas, o grupo coordenado por Luiz Fernando Kruel já é reconhecido como um dos melhores do mundo, ao lado de equipes do Japão e da Espanha. Nada mais justo do que a homenagem do Brasil, com esta Menção Honrosa do XXVI Prêmio Jovem Cientista.

parceiros

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CNPq

Com 62 anos de existência, o CNPq tem exercido um papel central no processo de formação e qualificação

de recursos humanos, no País e no exterior, e no fomento à ciência, à tecnologia e à inovação, atuando na

formulação de políticas e contribuindo, de forma significativa, para o avanço da fronteira do conhecimento,

do desenvolvimento sustentável e da soberania nacional.

A concessão de prêmios é uma ação tradicional do CNPq desde a década de 1970. O Prêmio Jovem

Cientista, criado em 1981, tem sido estratégico uma vez que, ao impulsionar a capacitação de estudantes,

jovens pesquisadores e profissionais empenhados na busca de soluções para os crescentes desafios da

sociedade brasileira, agrega valor a uma perspectiva ampliada da interação ciência-tecnologia-sociedade, a

partir de uma atuação científica que tem na apropriação social do conhecimento um princípio vital.

O Prêmio Jovem Cientista representa um grande estímulo para a ciência e a tecnologia no Brasil e apoia os

ganhadores com bolsas de estudo do CNPq, em diferentes modalidades (iniciação científica júnior, iniciação

científica, mestrado, doutorado e pós-doutorado júnior), para sua formação acadêmica e como incentivo ao

aprofundamento e continuidade de suas pesquisas.

Nossos jovens e talentosos cientistas são fundamentais nesse esforço tão cheio de desafios e incertezas.

SHIS Quadra 1 Conjunto B, Blocos A, B, C e D

Edifício Santos Dumont | Lago Sul | 71605-001 | Brasília | DF

Tel: 0800 619697 | www.cnpq.br

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GERDAU

A Gerdau é líder na produção de aços longos nas Américas e uma das maiores fornecedoras de aços longos

especiais no mundo. Possui mais de 45 mil colaboradores e operações industriais em 14 países, com

operações nas Américas, na Europa e na Ásia, as quais somam uma capacidade instalada superior a 25

milhões de toneladas de aço. É a maior recicladora da América Latina e, no mundo, transforma, anualmente,

milhões de toneladas de sucata em aço. Com mais de 140 mil acionistas, a Gerdau está listada nas bolsas

de valores de São Paulo, Nova Iorque e Madri.

A empresa tem construído, ao longo de sua trajetória, uma atuação sustentável, promovendo o

desenvolvimento social, respeitando o meio ambiente e investindo em relações sólidas e duradouras

com clientes, fornecedores, colaboradores, governos, outras empresas e entidades do terceiro setor.

Tudo isso com o objetivo de ganhos mútuos, que possibilitem crescimento contínuo.

Como parte fundamental das contribuições para o desenvolvimento das comunidades, a empresa incentiva

o Prêmio Jovem Cientista, uma parceria consolidada, na qual a Gerdau aposta com a convicção de que o

caminho do desenvolvimento e da competitividade passa pela inovação e pelo fomento à pesquisa científica,

especialmente dentro da sala de aula. Os jovens premiados no Inovação Tecnológica nos Esportes e nas

edições anteriores orgulham o Brasil pela seriedade e alta qualidade dos trabalhos. Todos os participantes,

do ensino médio e do ensino superior, demonstram disciplina e dedicação à Ciência. É preciso apoiá-los se

quisermos ter um Brasil verdadeiramente competitivo, capaz de gerar soluções eficazes e que resultem em

um desenvolvimento sustentável.

Av. Farrapos, 1.811

90220-005 | Porto Alegre | RS

Tel: (51) 3323-2000 | www.gerdau.com.br

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GE

A GE é uma companhia de tecnologias avançadas, serviços e finanças que busca solucionar os desafios

mais complexos do mundo. Dedicada a inovações em energia, saúde, transporte e infraestrutura, a

GE opera em mais de cento e sessenta países e emprega cerca de 300 mil funcionários globalmente.

No Brasil, a companhia mantém atividades há 94 anos, com escritórios distribuídos em diversos

estados e unidades industriais em São Paulo, Rio de Janeiro e Minas Gerais. Todos os negócios

industriais da GE estão presentes no Brasil, empregando cerca de 8 mil funcionários. A GE também

está construindo no Brasil o seu quinto Centro de Pesquisas Global, que será inaugurado no Rio de

Janeiro e já trabalha para desenvolver soluções de alta tecnologia para atender as necessidades locais

de infraestrutura. A escolha do Brasil reflete a convicção sobre a capacidade criativa e inovadora dos

brasileiros.

Por acreditar na importância do desenvolvimento científico, a GE patrocina e apoia o Prêmio Jovem

Cientista, responsável por estimular a pesquisa e a descoberta de soluções inovadoras no Brasil. Para

a GE, apostar na criatividade é essencial para o desenvolvimento da pesquisa e da ciência. Faz parte

do DNA da companhia apoiar o desenvolvimento de soluções, não apenas para as questões ligadas à

água – que foi o tema da edição 2013 do Prêmio –, mas também temas que exijam inovações e ideias

capazes de levar entusiasmo, motivação e qualidade de vida às atuais e futuras gerações.

Av. Magalhães de Castro, 4.800, 10º andar05502-001, São Paulo, SPTel: 11 3067-8000 | www.ge.com.br

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FUNDAÇÃO ROBERTO MARINHO

Nos seus mais de 30 anos, a Fundação Roberto Marinho vem atuando nas áreas ambiental, educacional e

cultural, criando modelos e metodologias que são replicados por meio de parcerias com agentes públicos

e privados.

São experiências como o Telecurso, que já formou milhares de brasileiros na educação básica, ou o Canal Futura,

um projeto social de comunicação 24 horas no ar, com a cara multicultural do Brasil.

A fundação já fez campanhas de preservação do patrimônio, restaurou prédios, monumentos e documentos

e propôs soluções para a sustentabilidade de cada um. Ao perceber que patrimônio é tudo aquilo que dá

identidade a um povo, criou o Museu da Língua Portuguesa, o primeiro do mundo dedicado a uma língua.

Também concebeu o Museu do Futebol, que conta a história do País pelo viés sociológico do futebol.

Três novos museus serão inaugurados no Rio de Janeiro e sintetizarão toda a trajetória da instituição: o Museu

da Imagem e do Som, o Museu do Amanhã e o Museu da Arte do Rio vão aliar educação, sustentabilidade,

tecnologia, meios de comunicação e cultura.

Num País que abriga 60% da Floresta Amazônica, seis biomas e 12% de toda a água doce do mundo, a

Fundação mantém no ar há mais de 20 anos o Globo Ecologia, primeiro programa de televisão totalmente

voltado voltado a questões socioambientais.

A Fundação também produz, desde 1984, o Globo Ciência, primeiro programa semanal de divulgação científica

do Brasil, que visa desmitificar a Ciência. Em 2012, criou o Florestabilidade, um projeto de educação que visa

despertar vocações para carreiras ligadas ao manejo florestal e oferecer recursos pedagógicos para professores

e técnicos da extensão rural da Amazônia.

E se orgulha de ser, há mais de 30 anos, parceira do Prêmio Jovem Cientista – iniciativa que, além de

estimular jovens talentos a experimentar, nos laboratórios, as fórmulas para um mundo melhor, ajuda,

sobretudo, a construir um Brasil mais sustentável e desenvolvido.

Rua Santa Alexandrina, 336 | Rio Comprido 20261-232 | Rio de Janeiro | RJ Tel.: (21) 3232-8800 | www.frm.org.br

www.jovemcientista.cnpq.br

livro de pesquisas agraciadas - cnpqestatico.cnpq.br/portal/premios/2013/pjc/imagens/publica...copa...

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