ANÁLISE BIOMECÂNICA DE UM APARELHO DE REMADA

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1 ANÁLISE BIOMECÂNICA DE UM APARELHO DE REMADA Joelly Mahnic de Toledo, Pedro Ruschel Corrêa de Oliveira, Jefferson Fagundes Loss Escola de Educação Física Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRGS Porto Alegre. Resumo: Diferentes torques de resistência são encontrados em máquinas de musculação de diferentes marcas que se propõe a trabalhar o mesmo grupo muscular. O objetivo desse estudo foi avaliar o torque de resistência oferecido pelo aparelho de remada da marca World, relacionando-o com as características de força e distância perpendicular da musculatura extensora do ombro. A análise biomecânica do aparelho ocorreu a partir do desenho esquemático da máquina com todas as forças atuantes: força resultante resistente dos cabos (FRR), peso do braço da máquina (Pm) e força humana (Fh). A Fh foi calculada para três pegadas diferentes: neutra, pronada alta e baixa. Os resultados mostram um comportamento do torque de resistência crescente bastante similar entre as três pegadas, entretanto, com diferenças em sua magnitude. O torque de resistência crescente apresenta um comportamento distinto da capacidade de produção de força e da distância perpendicular da musculatura extensora do ombro. Palavras Chave: remada, torque, musculação. Abstract: Different resistance torques are found in different makes of weightlifting machines that are suppose to work the same muscular group. The objective of this study was to evaluate the resistance torque offered by the rowing exercise machine manufactured by World while establishing a relationship between the resistance torque and shoulder extensor muscle force and moment arm. The analysis of the machine biomechanics was based on the machine design with all acting forces: cables resistant resultant force (RRF), machine arm weight (MW) and human force (HF). The human force was calculated for three different grips: neutral, high and down pronated. The results show a very similar pattern of increasing resistance torque in the three grips, though with variations in magnitudes. The increase in resistance torque obtained with this machine is different from the shoulder extensor muscle force production capacity and moment arm commonly reported in the literature. Keywords: row exercise, torque, strength-training exercise. INTRODUÇÃO Exercícios realizados em máquinas de musculação têm sido amplamente utilizados como alternativa para treinamento de força muscular. A força refere-se à habilidade de desenvolver uma ação contra uma determinada carga em uma contração única de duração irrestrita. O treinamento de força é de grande interesse, não apenas para atividades esportivas, mas também para atividades de vida diária como um meio de restaurar, manter ou melhorar a função articular normal [1]. Existe uma oferta muito grande de máquinas no mercado para os mais diferentes tipos de exercício. É possível encontrar diferenças nos torques de resistência oferecidos por máquinas de diferentes marcas que se propõe a trabalhar o mesmo grupamento muscular. Assim, torna-se importante conhecer o aparelho com o qual estamos trabalhando no que se refere ao comportamento do torque resistente que ele oferece ao executante. Com isso, o presente estudo se propôs a avaliar o torque de resistência oferecido pelo aparelho de remada da marca World, relacionandoo com as características de força e distância perpendicular da musculatura extensora do ombro. MATERIAIS E MÉTODOS O exercício de remada realizado neste aparelho consiste na execução da extensão horizontal associada à flexão de cotovelos, com o indivíduo sentado. A análise do aparelho ocorreu a partir do desenho esquemático da máquina com todas as forças atuantes, conforme a Figura 1:

2 Figura 1 - Desenho esquemático da máquina. O exercício foi considerado sendo executado com velocidade baixa e aproximadamente constante. Sendo assim, todos os torques em torno do eixo de rotação, gerados pelas forças representadas na Figura 1 se anulam, conforme a Equação 1: Fh dh = FRR dfrr + Pm dpm (1) Fh = Força humana; dh = Distância perpendicular de Fh; FRR = Força Resultante Resistente dos cabos; dfrr = Distância perpendicular de FRR; Pm = Peso do braço da máquina; dpm = Distância perpendicular de Pm. O lado esquerdo da igualdade na Equação 1 representa o Torque Potente (TP) e o lado direito, o Torque Resistente (TR), o qual tem contribuição de dois torques: o torque resultante dos cabos e o torque do peso do braço da máquina. A Fh foi considerada como sendo aquela produzida pelo indivíduo no segmento móvel da máquina e sua linha de ação foi avaliada pelo ângulo do antebraço do indivíduo com o braço da máquina, o qual foi medido com um goniômetro manual com resolução de 2mm. A dh representa a distância perpendicular da Fh, considerando-se que a linha de ação da Fh se manteve na horizontal no decorrer do exercício. A dh foi calculada por meio de uma análise trigonométrica, além da utilização de uma fita métrica com resolução de 1mm. A dh variou ao longo da execução do exercício segundo o ângulo da linha de ação da Fh com o braço móvel da máquina e entre as três diferentes pegadas que o aparelho proporciona para o executante. Essas três pegadas foram denominadas conforme o posicionamento do antebraço no segmento móvel da máquina: pronada alta, pronada baixa e neutra. A FRR é a resultante entre os dois cabos (A e B) que cruzam a roldana presa ao segmento móvel da máquina. Os cabos da máquina sofrem mudanças de direção dadas por quatro roldanas simétricas fixas e uma roldana simétrica móvel, a qual está localizada no braço da máquina, como mostra a Figura 1. Sendo as quatro roldanas fixas e assumindose um atrito desprezível para as mesmas, a força do cabo apenas troca de direção ao transpassá-las, não ocorrendo nenhuma modificação no módulo da força. A roldana móvel tem o papel de somar os efeitos da porção do cabo que chega nesta roldana e a porção que sai. Caso estas duas porções do cabo fossem paralelas entre si, a força resultante seria a soma das duas porções. Entretanto, neste aparelho os cabos não estão paralelos entre si e, por isso, faz-se necessário o cálculo da força resultante entre eles. Para tal, foi feita uma análise trigonométrica levando em consideração os ângulos dos cabos em relação ao braço da máquina. A força vetorial dos cabos foi decomposta em dois vetores perpendiculares entre si utilizando-se como referência o braço da máquina, ou seja, um dos vetores estaria realizando uma força longitudinal ao braço da máquina e o outro uma força perpendicular ao braço da máquina. Considerou-se para o cálculo do torque

3 gerado pela força dos cabos apenas as componentes perpendiculares, já que as componentes longitudinais não produzem torque no braço da máquina. As medições foram realizadas em três momentos da execução do exercício: início, meio e fim. O início é quando o braço da máquina está a 90º com a horizontal, o meio quando está a 75º e o fim quando está a 65º. Para cada momento, foi verificada a angulação dos cabos A e B em relação ao braço da máquina utilizando-se o goniômetro manual. Nas posições intermediárias, foram realizadas interpolações desses valores obtidos. Além de conhecer o comportamento da força resultante dos cabos, é necessário calcular também a dfrr. Essa distância foi considerada sendo aquela entre o eixo da roldana fixa no segmento móvel da máquina ao eixo de rotação do mesmo. As outras variáveis que influenciam o TR são o Pm e a dpm. Fazendo uma analogia com o pêndulo, o braço da máquina no início, está numa posição vertical, neutra, como um pêndulo parado e a ação de sua força peso está apenas tracionando o eixo de rotação. Ao longo da execução do exercício, o braço da máquina move-se no sentido de horizontalizar-se e, com isso, ocorre um aumento da distância perpendicular do peso do braço da máquina. Para determinar o TR gerado pelo peso do braço da máquina, foi utilizada uma metodologia alternativa, já que não poderíamos desmontar o aparelho para verificar tanto o seu peso como o centro de massa do braço da máquina. Com isso, o que foi possível calcular foi o torque do peso do braço da máquina (Tpm) e não o Pm e a dpm separadamente. Esta metodologia consistiu em gerar um equilíbrio de torques entre o braço da máquina (torque no sentido anti-horário) e uma carga externa conhecida (torque no sentido horário). Neste caso, ambos estavam atuando sobre um bastão rígido de madeira, como mostra a Figura 2. Figura 2 - Equilíbrio dos torques entre o braço da máquina e a carga externa. O braço da máquina foi posicionado em um ângulo de 50 com a horizontal. A carga externa utilizada para equilibrar o torque do braço da máquina, nesta angulação, foi de 29kg, posicionada a uma distância de 74cm do centro de rotação do bastão. Para se determinar a distância perpendicular da carga externa utilizou-se uma relação trigonométrica a partir do ângulo do bastão. O bastão utilizado possuía uma massa de 0.9kg e um comprimento total de 124cm. Quando posicionado para o equilíbrio dos torques, seu centro de massa estava deslocado 20cm do eixo de rotação, com uma distância perpendicular de 12,8cm, o que provocava uma contribuição do bastão no torque horário. Para determinar a força que o braço da máquina estava exercendo sobre o bastão, resolveu-se a Equação 2: Fm dm = Fc dc + Pb dpb (2) Fm = Força da máquina sobre o bastão; dm = Distância perpendicular de Fm;

4 Fc = Força da carga externa; dc = Distância perpendicular de Fc; Pb = Peso do bastão; dpb = Distância perpendicular do Pb. Sendo assim, obteve-se uma força conhecida aplicada à máquina capaz de sustentar o Tpm somado com o torque gerado pelos cabos nesta posição. O torque realizado pelos cabos nesta angulação foi calculado através da mesma metodologia utilizada para os momentos de início, meio e fim. A partir da Equação 3, novamente baseada no equilíbrio dos torques sobre o braço da máquina, pode-se encontrar o Tpm a 50º em relação à horizontal. Fb db = FRR dfrr + Tpm (3) Fb = Força do bastão; db = Distância perpendicular de Fb; FRR = Força Resultante Resistente dos cabos; dfrr = Distância perpendicular de FRR; Tpm = Torque do peso do braço da máquina. Como este valor está relacionado com a posição de 50º, é necessário estabelecer uma relação trigonométrica para encontrar o valor do Tpm nas diferentes angulações. Para isso, calculou-se o valor correspondente à horizontal (Tpmh) e por meio do produto deste valor pelo cosseno do ângulo de interesse, encontra-se o Tpm para cada ângulo. Então, com a determinação de todas essas variáveis, é possível determinar o comportamento da Fh ao longo de todo o exercício, reescrevendo a Equação 1, conforme mostra a Equação 4: Fh dh = FRR dfrr + Tpmh cosθ (4) Fh = Força humana; dh = Distância perpendicular de Fh; FRR =Força Resultante Resistente dos cabos; dfrr = Distância perpendicular de FRR; Tpmh = Torque do peso do braço da máquina na horizontal; θ = ângulo do braço da máquina com a horizontal. RESULTADOS A Tabela 1 contém os valores encontrados para os ângulos dos cabos, assim como o valor da FRR em cada momento de execução do exercício. Tabela 1: Relação entre a posição dos cabos nas diferentes angulações do braço da máquina e suas respectivas FRR. FRR Cabo A Cabo B (x carga (graus) (graus) selecionada) Início ,64 Meio ,79 Fim ,75 A dfrr encontrada foi de 40cm e tinha um comportamento constante ao longo da execução do exercício. O valor encontrado para Fm (Equação 2) foi de 39,34kg. Considerando-se a Lei de Ação e Reação, 39,34kg é tanto a força que o braço da máquina faz sobre o bastão, quanto a força que o bastão faz sobre o braço da máquina. Com esse valor, foi possível calcular o Tpm a 50º em relação à horizontal, que foi de 800kg.cm e, posteriormente, o Tpmh, que foi de 1250kg.com. As Figuras 4, 5 e 6 apresentam os valores de Fh para as três pegadas diferentes e para diferentes cargas escolhidas no aparelho (10kg, 30kg, 50kg, 70kg, 90kg, 110kg) durante toda a execução do exercício.

5 Pode-se perceber que o comportamento da Fh nas três pegadas é bastante similar, apresentando diferenças apenas na sua magnitude. O comportamento da Fh apresenta-se crescente ao longo de toda execução do exercício, tendo seu valor máximo sempre no final do movimento, quando o braço da máquina encontra-se em uma angulação de aproximadamente 65º com a horizontal. A pegada pronada alta foi a que apresentou maiores valores de Fh para as respectivas cargas estudadas, quando comparada com as outras duas pegadas. Figura 6 - Força humana no exercício de remada DISCUSSÃO com a pegada neutra Figura 4 - Força humana no exercício de remada com a pegada pronada alta Figura 5 - Força humana no exercício de remada com a pegada pronada baixa Os extensores de ombro apresentam uma capacidade de produção de força descendente de 90º até a posição neutra [1]. O aparelho permite uma faixa de trabalho que inicia um pouco antes dos 90º e ultrapassa a posição neutra, chegando à hiperextensão. Neste sentido, o comportamento apresentado pelo torque de resistência do aparelho na pegada neutra, não está de acordo com a capacidade de produção de força apresentada na literatura [1] na região em que as posições articulares permitem comparação direta. Nesta perspectiva, este aparelho de remada está exigindo mais dos extensores de ombro justamente quando este grupo muscular possui uma menor capacidade de produção de força. A característica de torque de resistência do aparelho nas pegadas pronada alta e baixa é similar à pegada neutra, sendo também crescente ao longo da execução. Nestas pegadas, porém, a amplitude articular é ligeiramente maior, saindo de praticamente zero grau de flexão horizontal e chegando a hiperextensão horizontal. Em estudo eletromiográfico [2] realizado com contrações isométricas máximas e submáximas em ângulos

6 específicos da extensão horizontal (0º, 30º, 60º, 90º), os resultados mostraram uma maior atividade eletromiográfica dos músculos envolvidos na extensão horizontal nos últimos graus do movimento (60º a 90º). Os músculos relacionados foram: peitoral maior, bíceps braquial, tríceps braquial, deltóide (clavicular, acromial e espinhal), trapézio (superior e inferior), grande dorsal, redondo maior, rombóide, serrátil anterior e infraespinal. Associando esta maior atividade eletromiográfica à uma maior capacidade de geração de força, pode-se admitir certa concordância destes resultados com a característica de torque de resistência do aparelho nas pegadas pronada alta e baixa. Em relação às distâncias perpendiculares musculares, as quais representam a vantagem mecânica de um músculo e podem auxiliar na compreensão da função muscular [3], os músculos que apresentam maior distância perpendicular para extensão são redondo maior, grande dorsal, peitoral maior e redondo menor, nesta ordem respectivamente. Esses músculos apresentam um comportamento variável. Partindo de 80 o de flexão há um acréscimo nos valores de distância perpendicular, chegando ao máximo em aproximadamente 40º-50º de flexão e, após, apresentam uma fase descendente [4]. Para a situação envolvendo a extensão horizontal (pegadas pronadas alta e baixa) os músculos que apresentam maior distância perpendicular para extensão horizontal são deltóide posterior, infraespinal, supraespinal e redondo menor. Esses músculos são considerados os motores primários deste movimento e apresentam os seus picos de distância perpendicular em aproximadamente 50º- 60º de flexão horizontal e, após, apresentam uma fase descendente [4]. Levando em consideração este aspecto, uma exigência crescente independente da pegada (Figuras 4, 5 e 6), não coincide com a característica mecânica da musculatura. CONCLUSÃO O comportamento do torque de resistência do aparelho estudado é crescente, independente do tipo de pegada, diferente do comportamento da força e da distância perpendicular da musculatura extensora do ombro, as quais apresentam um comportamento crescente-decrescente ao longo do movimento. REFERÊNCIAS [1] Kulig K, Andrews JG, Hay JG. Human Strength Curves. Exercise and Sports Science Reviews 1984; 12: [2] Anders C, Bretschneider S, Bernsdorf A, Schneider W. Activation characteristics of shoulder muscles during maximal and submaximal efforts. European Journal of Applied Physiology 2005; 93: [3] Liu J, Hughes RE, Smutz WP, Niebur G, An KN. Roles of deltoid and rotator cuff muscles in shoulder elevation. Clinical Biomechanics 1997; 12(1): [4] Kuechle DK, Newman SR, Itoi E, Niebur GL, Morrey BF, An KN. Shoulder muscle moment arms during horizontal flexion and elevation. Journal of Shoulder and Elbow Surgery 1997; 6: joellytoledo@hotmail.com jefferson.loss@ufrgs.br