EFEITO DA CARGA DE TRABALHO NA EFICIÊNCIA NEUROMUSCULAR E TÉCNICA DE PEDALADA DE CICLISTAS

Transcrição

1 EFEITO DA CARGA DE TRABALHO NA EFICIÊNCIA NEUROMUSCULAR E TÉCNICA DE PEDALADA DE CICLISTAS F. J. Lanferdini*, R. R. Bini*, **, E. Onzi*, F. Diefenthaeler***, M. A. Vaz* *Laboratório de Pesquisa do Exercício/Escola de Educação Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Porto Alegre, RS, Brasil. **Laboratório de Biomecânica/ IBTeC, Novo Hamburgo, RS, Brasil. ***Laboratório de Biomecânica/Centro de Desportos da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis, SC, Brasil. fabiolanferdini@gmail.com Abstract: We investigated the effects of increases in workload level in neuromuscular efficient and pedaling technique in cycling. Twelve cyclists participated in the study (age = 28 ± 6.6 years; body mass = 71± 6.8 kg; and height = 177± 9.7 cm). Cyclists performed three 2- minutes tests with workload matching the first and the second ventilatory thresholds (VT1 and VT2) and the maximal aerobic workload (POmax). The ratio between the root mean square and the resultant pedal force (RMS/RF) and the index effectiveness (IE) of the right leg were computed. There was no change in RMS/RF at higher workload level (p = 0.53). However, these was an increase in resultant force at higher workload level [VT1 < VT2 < POmax (p = to 0.027)], without increasing the index of effectiveness [VT1 = VT2 = POmax (p = 0.96]. These results may be associated with greater activation of large muscle groups at higher workload levels during the propulsion phase of the crank cycle, without changes in pedalling technique. Palavras-Chaves: Eficiência neuromuscular, força resultante, índice de efetividade, carga de trabalho, ciclistas Introdução O ciclismo é um dos esportes mais tradicionais no mundo, principalmente na Europa, onde se concentram os melhores ciclistas e as maiores equipes. O ciclismo data do século XIX, quando surgiram as primeiras bicicletas de competição, e também, as primeiras provas. Ao longo do tempo, as bicicletas e os equipamentos vêm sofrendo mudanças, da mesma forma que os treinamentos físico e tático, na busca da superação dos atletas em provas como o Tour de France, o Giro di Italia e a Vuelta de España, que têm, em média, 20 dias de duração entre os mais variados tipos de terrenos [1]. Desta forma, o treinamento de ciclismo desenvolve diversas adaptações no organismo [2,3]. Estas adaptações provocam alterações nos padrões de recrutamento muscular, bem como na eficiência neuromuscular de ciclistas. Outro fator que pode ser alterado com o treinamento de ciclismo é a técnica de pedalada, que pode estar relacionada ao tempo de treinamento, ou mesmo ao nível competitivo de ciclismo [4,5]. A eficiência neuromuscular pode ser calculada por meio da razão entre a ativação muscular e a força produzida. Desta forma, para haver uma melhor eficiência muscular o ciclista deve recrutar um menor número de unidades motoras (menor ativação muscular) para uma mesma carga de trabalho [6]. Contudo, alterações na carga de trabalho adotados em testes de laboratório ou mesmo em competições podem alterar a eficiência neuromuscular. Isto poderia ser um fator importante no desempenho de ciclistas. Chapmann et al [7] investigaram dois grupos de ciclistas, onde um grupo possuía mais tempo de experiência (~10 anos) que o outro (~1 ano). Os autores observaram que para uma mesma carga de trabalho os ciclistas mais experientes obtiveram menor ativação de vários músculos do membro inferior. Desta forma, o tempo de experiência provoca adaptações neuromusculares, aumentando a eficiência neuromuscular de atletas. Outro fator que provocaria alterações no desempenho de ciclistas está relacionado à eficiência na técnica de pedalada. Isto é, o quanto da força resultante (FR) produzida pelo ciclista é aplicada perpendicularmente ao pedivela e que resulta em torque positivo. A partir da razão entre a força perpendicular ao pedivela (efetiva - FE) e a FR é calculado o índice de efetividade (IE) que expressa o quando da força produzida é aproveitada na propulsão da bicicleta [8]. Entretanto, durante competições ocorrem variações na intensidade de esforço e estas estão associadas a mudanças na exigência mecânica dos membros inferiores, provocando mudanças na posição dos ciclistas na bicicleta, alterando o comportamento das forças aplicadas no pedal durante o ciclo de pedalada 1

2 [9]. Tais fatores podem alterar a técnica de pedalada de ciclistas em diferentes níveis de cargas de trabalho adotadas. A partir destas premissas, o que ocorre com o incremento da carga de trabalho, na eficiência neuromuscular e técnica de pedalada de ciclistas em testes de laboratório parece pouco explorado ate o momento. Objetivos: Investigar o efeito do nível da carga de trabalho na eficiência neuromuscular de ciclistas durante teste de laboratório; Investigar o efeito do nível da carga de trabalho na técnica de pedalada de ciclistas durante teste de laboratório. Hipóteses: A eficiência neuromuscular de ciclistas não é alterada com o incremento da carga de trabalho. Está associada ao nível de treinamento de ciclistas e não a carga de trabalho adotada em um único teste. Incremento da carga de trabalho provoca o aumento da força produzida pelos ciclistas, mas não deve provocar aumento do índice de efetividade (técnica de pedalada). Isto se deve há ajustes de posição na bicicleta provocados pela maior exigência mecânica em cargas mais elevadas. Materiais e Métodos Amostra - Foi constituída por 12 ciclistas, que assinaram um termo de consentimento livre e esclarecido. A caracterização da amostra é apresentada na Tabela 1. Tabela 1. Medidas antropométricas, potência absoluta, potência relativa e consumo de oxigênio de ciclistas (Media ±DP). Idade (anos) 28,4 ±6,6 Massa (kg) 70,9 ±6,8 Estatura (cm) 177,4 ±9,7 PO MAX (W) 375,0 ±30,1 PO MAX kg 5,3 ±0,5 VO 2MAX (ml kg -1 min -1 ) 64,1 ±5,0 PO LV2 (W) 314,6 ±49,4 PO LV2 kg -1 4,46 ±0,8 LV2 (ml kg -1 min -1 ) 52,2 ±6,2 PO LV1 (W) 213,6 ±46,6 PO LV1 kg -1 3,0 ±0,5 LV1 (ml kg -1 min -1 ) 39,2 ±4,7 Protocolo - Na primeira sessão de avaliação foram avaliadas as medidas antropométricas (massa e estatura) de acordo com os protocolos ISAK (International Society for the Advancement of Kinanthropometry) [10]. Em seguida os ciclistas realizaram um aquecimento a 150 W com 10 minutos de duração antes do início do teste. Os ciclistas foram avaliados na sua própria bicicleta montada sobre um ciclossimulador (Computrainer, ProLab 3D, Racermate, EUA) para determinar a potência máxima e o consumo máximo de oxigênio (VO 2MAX ). O protocolo consistiu em um teste com incremento de 25 W por minuto até a exaustão. Cadência de pedalada foi controlada a 90 ±2 rpm para todos os ciclistas por meio de feedback visual do próprio ciclossimulador. Todos os ciclistas foram instruídos a manter as mãos sobre a parte superior do guidão próximo aos manetes de freios, durante o teste. O consumo de oxigênio (VO 2 ) foi mensurado por meio de um circuito aberto de troca de gases (CPX/D, Medical Graphics, EUA). Inicialmente ao teste incremental, o O 2 e o CO 2 foram calibrados. Dados da troca de gases foram analisados para definir o primeiro e o segundo limiares ventilatórios, por meio de dois avaliadores experientes que analisaram a curva de ventilação e a curvas de troca de gases, como descrito anteriormente por Weston e Gabbett [11]. Na segunda sessão de avaliação os ciclistas realizaram um aquecimento a 150 W com 10 minutos de duração antes do início do teste. Cada variação do teste consistiu na duração de dois minutos com a cadência a 90 ±2 rpm em três condições. Cabe ressaltar que o protocolo foi randomizado, exceto a primeira condição, onde foi sempre adotada a potência máxima: 1. Máxima potência do teste incremental 2. Potência correspondente ao segundo limiar ventilatório 3. Potência correspondente ao primeiro limiar ventilatório Os ciclistas foram avaliados na própria bicicleta posicionada no ciclossimulador descrito anteriormente. Nessa etapa foram mensuradas as forças aplicadas no pedal e a atividade elétrica dos músculos vasto medial (VM), reto femoral (RF), bíceps femoral (BF), tibial anterior (TA), gastrocnêmio medial (GM) e sóleo (SOL). Cada teste foi separado por dois minutos de intervalo na bicicleta, e os dados foram adquiridos nos últimos 20 segundos de cada teste. Coleta de dados Os componentes normal e anteroposterior da força aplicada ao pedal direito foram mensuradas usando um pedal plataforma de força bidimensional [12]. As forças no pedal foram adquiridas a 600 Hz por canal, por meio de uma placa análogodigital de 16-bit com um conversor (DI220, DataQ 2222

3 Instrumentos, EUA) e o software WINDAQ (WINDAQ, DataQ Instrumentos, EUA). Os ângulos do pedivela foram mensurados por meio da utilização de um reed switch posicionado no quadro da bicicleta e um imã posicionado no pedivela, desta forma a cada passagem do imã sobre o reed switch se dava um ciclo de pedalada (360º). Por outro lado, os ângulos do pedal foram mensurados a partir de um potenciômetro (Vishay Spectrol, S22-103, Inc, Malvern, PA, USA) posicionado no eixo do pedal. A atividade muscular foi mensurada por meio da eletromiografia de superfície (EMG) usando um sistema de eletromiografia Bortec de 8 canais (AMT-8, Bortec Eletrônicos, Canadá). Pares de eletrodos (configuração bipolar) com distância de 22 mm foram posicionados na pele, após raspagem dos pelos e limpeza da área com abrasão com álcool a fim de reduzir a impedância da pele. Todos os procedimentos são recomendados pela Sociedade Internacional de Eletromiografia e Cinesiologia [13,14]. Os eletrodos foram posicionados sobre o ventre muscular, um terço do comprimento muscular a partir do ponto médio (evitando a junção musculo-tendão) em paralelo com as fibras musculares e coladas à pele com fita micropore (3M, EUA). Um eletrodo de referência foi posicionado sobre uma proeminência óssea (superfície anterior da tíbia) eletricamente neutra. Os cabos dos eletrodos foram fixados a pele com bandas de elástico a fim de reduzir os artefatos do movimento. EMG foi adquirida a 2100 Hz usando uma placa análogo-digital de 16-bit e conversor (DI 720, DataQ Instrumentos, EUA) e o software WINDAQ (WINDAQ, DataQ Instrumentos, EUA). O sistema de coleta de dados (forças no pedal, ângulos do pedal e do pedivela, e EMG) foi sincronizado utilizando os ângulos do pedivela com referência e um trigger analógico. A média de todas as variáveis foi calculada durante a fase de propulsão do ciclo de pedalada (0º a 180º). cada músculo para cara sujeito. O envelope RMS foi normalizado a partir da média do RMS dos dez ciclos. Análises do sinal EMG foram realizadas por meio de uma rotina matemática em ambiente Matlab (MathWorks, EUA). A fim de calcular as razões RMS/FR, foi realizada a soma dos sinais RMS dos músculos VM, RF, BF, TA, GM e SOL, o qual foi utilizada para o calculo da eficiência neuromuscular (RMS/FR) durante a fase de propulsão do ciclo de pedalada (0º a 180º). Análise estatística - Os dados foram descritos a partir das médias e dos desvios-padrão da eficiência neuromuscular e IE para as cargas de trabalho correspondentes ao LV1, LV2 e PO MAX na fase de propulsão do ciclo de pedalada. A normalidade e a esfericidade dos dados foram testadas com os testes de Shapiro-Wilk e Mauchly, respectivamente. O teste ANOVA para medidas repetidas com post hoc LSD foi utilizado na comparação entre as cargas de trabalho. O software SPSS 17.0 for Windows com nível de significância de p < 0,05 foi utilizado para todas as análises. Resultados Os resultados demonstram que não houve aumento da eficiência neuromuscular com o incremento da carga de trabalho (p > 0,05). Análise dos dados - Os sinais de força foram filtrados utilizando um filtro de terceira ordem passa baixa Butterworth com frequência de corte de 10Hz e ordem definida para minimizar os resíduos do sinal, conforme descrito por Winter [15]. Os componentes da força normal e anteroposterior foram convertidos para o componente perpendicular ao pedivela (FE) utlizando o ângulo do pedal a fim de calcular o IE [16]. Os dados de força foram divididos em dez ciclos consecutivos a fim de calcular a média de cada sujeito. Os dados de força foram analisados offline usando rotinas matemáticas escritas em ambiente Matlab (MathWorks, EUA). Os sinais EMG foram filtrados utilizando um filtro digital Butterworth de quinta ordem passa banda com frequência de corte de 20 a 500Hz e frequência de ordem definida para minimizar os resíduos do sinal, conforme descrito por Winter [15]. Os sinais foram cortados a partir da media de dez ciclos do pedivela para Figura 1. Razões RMS/FR de ciclistas em diferentes cargas de trabalho (p > 0,05). A FR aumentou com o incremento da carga de trabalho. LV1 (64 ± 9%) < LV2 (73 ± 8%) < PO MAX (81 ± 7%); p < 0,05 (Figura 2)

4 Figura 2. Força Resultante (FR) de ciclistas em diferentes cargas de trabalho (LV1 < LV2 < PO MAX ; p < 0,05). Por outro lado, não houve incremento do IE, com o incremento da carga de trabalho. LV1 (74 ± 8%) = LV2 (73 ± 10%) = PO MAX (73 ± 7%); p > 0,05. aumento da ativação para os músculos bíceps femoral, tibial anterior, gastrocnêmio medial e sóleo. Também cabe ressaltar que os autores realizaram um teste de exaustão com carga corresponde à carga máxima adotada no teste incremental. Tais fatores induzem ao processo de fadiga muscular, o que não ocorreu no presente estudo, o qual realizou apenas testes de curta duração para cada uma das cargas de trabalho adotadas (LV1, LV2 e PO MAX ). O aumento da força resultante em níveis mais elevados da carga de trabalho era esperado, devido ao maior torque aplicado ao pedivela [18]. Por outro lado, não foram observadas diferenças significativas no IE na fase de propulsão do ciclo de pedalada entre os grupos, bem como entre as cargas de trabalho. Estudos prévios indicam que o nível da carga de trabalho não afeta o IE de ciclistas treinados [19]. Ainda, Blake et al. [4] investigaram a atividade elétrica de diversos músculos do membro inferior e FE de um grupo de ciclistas em diversas cargas de trabalho (25, 40, 55, 60, 75 e 90% do VO 2MAX ). Os autores encontram aumento da atividade elétrica muscular e da FE com o incremento da carga de trabalho. Os autores sugerem que para uma melhor eficiência da pedalada, ciclistas devem apresentar padrões de ativação muscular semelhante entre os músculos de ambas as pernas, além de reduzir a amplitude articular da articulação do tornozelo trabalha. Figura 3. Índice de Efetividade (IE) de ciclistas em diferentes cargas de trabalho (LV1 = LV2 = PO MAX ; p > 0,05). Discussão Os resultados do presente estudo demonstram que com o incremento da carga de trabalho não ocorreu alterações na eficiência neuromuscular dos ciclistas avaliados. Os resultados do presente estudo diferem dos resultados de Hautier et al. [6] que encontram aumento da eficiência neuromuscular com o incremento da carga de trabalho. Contudo, o estudo de Hautier et al. [6] avaliou não-atletas saudáveis pré e pós treinamento de ciclismo e a realização de sprints repetidos. Este modelo de teste provavelmente desencadeou um processo de fadiga muscular e, consequentemente, aumento da ativação muscular para a mesma força produzida. Diefenthaeler et al. [17] também encontram aumento da ativação muscular para alguns músculos do membro inferior (reto femoral, vasto lateral, vasto medial e glúteo máximo) com o incremento da carga de trabalho em triatletas treinados. No entanto, não encontram Conclusão O incremento da carga de trabalho em teste de laboratório não altera a eficiência neuromuscular e aumenta a força resultante produzida pelos ciclistas. A carga de trabalha não resulta em melhora da técnica de pedalada (IE) de ciclistas. Referências [1] Burke, E.R. (2000), Physiology of cycling Garrret W.E. & Kirkendall D.T. Exercise and Sport Science, Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, p [2] Lieber, R.L. (1992), Skeletal Muscle Structure and Function: Implications for Rehabilitation and Sports Medicine, Ed,: Willians & Wilkins, Baltimore, Maryland USA. [3] Savelberg, H.H., & Meijer, K. (2003), Contribution of mono- and biarticular muscles to extending knee joint moments in runners and cyclists, Journal of Applied Physiology, v. 94, n. 6, p [4] Blake, O.M., Champoux, Y., Wakeling, J.M. (2012), Muscle Coordination Patters for Efficient Cycling, Medicine & Science in Sports & Exercise, v. 44, n. 5, p [5] Sanderson, D.J., Black, A. (2003), The Effect of Prolonged Cycling on Pedal Forces, Journal of Sports Sciences, v. 21, p [6] Hautier, C.A., Arsac, L.M., Deghdegh, K., Souquet, J., Belli, A., Lacour, J.R. (2000), Influence of Fatigue on EMG/force ratio and Cocontraction in Cycling, Medicine & Science in Sports & Exercise, v. 32, n. 4, p

5 [7] Chapman, A.R., Vicenzino, B., Blanch, P., Hodges, P.W. (2007), Leg muscle recruitment during cycling in less developed in triathletes than cyclists despite matched cycling training loads, Experimental Brain Research, v. 181, n. 3, p [8] Burke, E.R. (1996), High-tech cycling, Ed,: Colorado Springs, Humans Kinetics. [9] Bini, R.R., Senger, D., Lanferdini, F.J., Lopes, A.L. (2012) Joint kinematics assessment during cycling incremental test to exhaustion, Isokinetics and Exercise Science, v. 20, p [10] Marfell-Jones, M., Olds, T., Stewart, A., Carter, L. (2006), International standards for anthropometric assessment, Potchefstroom, South Africa: ISAK. [11] Weston, S.B., Gabbett, T.J. (2001), Reproducibility of ventilation of thresholds in trained cyclists during ramp cycle exercise, Journal of Science and Medicine in Sport, v. 4, n. 3, p [12] Nabinger, E., Iturrioz, I., Zaro, M.A. (2002), Development of a triaxial force platform for the measurement of force at a bicycle pedal, Paper presented at the International Symposium of Biomechanics in Sports, Caceres - Extremadura Spain. [13] De Luca, C.J. (1997), The use of surface electromyography in biomechanics, Journal of Applied Biomechanics, v. 13, n. 2, p [14] Merletti. R., Botter, A., Troiano, A., Merlo, E., Minetto, M.A. (2009), Technology and instrumentation for detection and conditioning of the surface electromyographic signal: State of the art, Clinical Biomechanics, v. 24, n. 2, p [15] Winter, D. A. (2005), Biomechanics and motor control of human movement, Ed,: John Wiley & Sons, New Jersey, USA. [16] Rossato, M., Bini R.R., Carpes, F.P., Diefenthaeler, F., Moro, A.R. (2008), Cadence and workload effects on pedaling technique of well-trained cyclists, International Journal of Sports Medicine, v. 29, n. 9, p [17] Diefenthaeler, F., Coyle, E.F., Bini, R.R., Carpes, F.P., Vaz, M.A. (2012), Muscle activity and pedal force profile of triathletes during cycling to exhaustion, Sports Biomechanics, v. 11, n. 1, p [18] Bini, R.R., Diefenthaeler, F., Carpes, F.P., Bolli, C.B. (2007), External work bilateral symmetry during incremental cycling exercise. 25 International Symposium on Biomechanics in Sports. MENZEL, H.-J. e CHAGAS, M. H. Ouro Preto, Brazil: International Society of Biomechanics in Sports: p [19] Bini, R.R., Diefenthaeler, F. (2010), Kinetics and kinematics analysis of incremental cycling to exhaustion, Sports Biomechanics, v. 9, n. 4, p