RELAÇÃO ENTRE TÉCNICA DE PEDALADA E OS MOMENTOS MUSCULARES DO QUADRIL, JOELHO E TORNOZELO

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1 RELAÇÃO ENTRE TÉCNICA DE PEDALADA E OS MOMENTOS MUSCULARES DO QUADRIL, JOELHO E TORNOZELO Everton Rocha, Dimitri Molenda, Artur Bonezi, Denise Soares, Cláudia Candotti 2 e Jefferson Loss Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Escola de Educação Física Universidade do Vale do Rio dos Sinos Centro de Ciência da Saúde 2 Abstract: The purpose of this study was to analyze the pedaling technique using inverse dynamics approach. The sample was composed by eight cyclists and eight triathletes. The effective index and joint moments were calculate and analysed. The results showed that the joint moments can be used to evaluate the pedaling technique, as an advantage, it can also inform the magnitude of effort that the athletes are producing. Keywords: Joint Moment, Pedaling Technique, Effective Index. Introdução Em esportes de longa duração como o ciclismo de estrada, a obtenção de bons resultados está associada à condição física em que o atleta se encontra bem como uma boa técnica de pedalada. Tradicionalmente a condição física de atletas de endurance é medida através do consumo de oxigênio (VO2máx) e a técnica de pedalada qualificada pelas componentes de força aplicadas no pedal []. Essas componentes são transmitidas para o pé-de-vela e geram uma componente perpendicular a esse, denominada força efetiva, que é responsável pela propulsão da bicicleta e uma força paralela considerada inefetiva. Já há alguns anos, os pesquisadores têm utilizado a componente efetiva da força para descrever a qualidade da técnica de pedalada [2]. Os estudos biomecânicos que reportam-se ao ciclismo, abordam para (a) o entendimento da distribuição de forças aplicadas ao longo da pedalada, (b) os aspectos fisiológicos durante a pedalada em diferentes condições de cadência, carga e postura e (c) os aspectos relacionados com a ativação muscular em diferentes cadências e cargas [3], [4], [5], [6], [7] e [8]. Esses estudos são de grande importância para que o atleta possa melhorar seu rendimento, porém do ponto de vista prático seria interessante que uma única variável expressasse tanto a condição fisiológica (carga) quanto à condição técnica do atleta. Os momentos musculares são obtidos pela aplicação da técnica da dinâmica inversa e representam o esforço muscular dos grupamentos do membro inferior. Entendendo que o controle da direção de aplicação da força como fundamental na técnica de pedalada e que os momentos musculares são sensíveis a mudança da direção das forças de reação [9], pode-se relacionar a técnica de pedalada com os momentos musculares do membro inferior. Este tipo de análise é extremamente vantajosa, pois os momentos musculares carregam a informação de quão intenso foi o esforço muscular para executar o movimento. Existem outras maneiras de analisar a técnica de pedalada, como o índice de efetividade (IE) - razão entre a força efetiva (perpendicular ao pé-de-vela) e a força resultante. Porém este não leva em consideração a carga de trabalho oferecida pela bicicleta, com isso pode não ser o melhor referencial da técnica do atleta em uma condição de prova. Sendo assim a proposta deste estudo foi analisar a técnica de pedalada de ciclistas e triatletas a partir dos momentos musculares. Materiais e Métodos A amostra foi de ciclistas (n=8) e triatletas (n=8) do sexo masculino, os quais treinam e participam de competições com pelo menos 2h de duração. Considerando-se que o aspecto importante era o domínio da técnica da pedalada e sua relação com os momentos musculares, não houve restrição quanto à faixa etária dos participantes, ciclistas: (25, ± 7,6) anos de idade; e triatletas: (27,5 ± 9,2) anos de idade. A Tabela fornece as características metabólicas e cineantropométricas dos ciclistas e triatletas. Tabela : Média e desvio padrão das características metabólicas dos ciclistas () e triatletas (2), bem como a carga correspondente ao segundo limiar ventilatório. VO 2 máx. (ml/kg min) () 59,4 (± 3,6) (2) 5,2 (± 5,8) VO 2 2ºlimiar (ml/kg min) 46,9 (± 5,2) 43,7 (± 4,9) % VO 2 máx 79 (±) 85 (± 3) Carga 2º limiar (W) 272 (± 67) 258 (± 54) Como instrumentos de coleta foi utilizado um cicloergômetro computadorizado CARDIO 2 (Medical Graphics Corp., St. Louis, EUA), o qual fornece a carga de trabalho de cada estágio e a cadência. O selim, o guidão e os pedais do cicloergômetro foram substituídos XICBB'25

2 por equipamentos utilizados em bicicletas de competição. Foi feita uma avaliação do consumo máximo de oxigênio (VO 2 max.) para determinação do limiar anaeróbio, a partir do segundo limiar ventilatório individual [], []. Este procedimento é fundamental para normalizar a carga de trabalho. Para tal foi utilizado um ergoespirômetro CPX/D (Medical Graphics Corp., St. Louis, EUA). Para aplicação da técnica da dinâmica inversa foi necessário a medição das forças e das acelerações envolvidas no movimento, além do conhecimento de parâmetros inerciais dos segmentos do membro inferior. A medição das forças de contato externo foi realizada com a utilização de um pedal instrumentado, construído por [2] que consiste em uma plataforma de força, do tipo pedal, com quatro vigas em balanço, que permitem a medição de duas componentes da força simultaneamente, nas direções normal e tangencial à superfície do pedal. As acelerações dos segmentos de interesse, se deram por diferenciação, conforme descrito por [3] ou seja a partir do conhecimento das posições de alguns pontos anatômicos (trocanter maior do fêmur, representando a articulação do quadril; epicôndilo lateral do fêmur, representando a articulação do joelho; maléolo lateral, representando a articulação do tornozelo e um ponto no tronco para determinação da angulação do quadril; a base do quinto metatarso, tradicionalmente utilizada para limitação do segmento pé, é substituída pelo centro lateral do pedal, para delimitar o segmento pé-pedal, considerado como um único segmento) obtém-se as velocidades e acelerações. Para obtenção destas posições utilizou-se o Sistema de Vídeo Peak Performance Versão 5.3 com uma taxa de amostragem de 2Hz. Já os parâmetros inerciais (massa, centro de massa e momento de inércia de cada segmento) foram obtidos a partir de tabelas existentes na literatura [4], [5]. Os testes foram realizados em duas sessões, na primeira os sujeitos foram submetidos a um protocolo para a determinação do consumo máximo de oxigênio (VO 2 máx.) com aumento contínuo de cargas em rampa a 3 watts/min, que corresponde a microincrementos gradativos e periódicos da carga (,5 watts) a cada segundo, sendo realizado até a exaustão. No segundo dia de avaliação foi solicitado que os sujeitos pedalassem a 9 rpm durante 3 minutos na carga correspondente ao segundo limiar ventilatório individual, após o consumo de oxigênio ter-se estabilizado (aproximadamente 5 min). Utilizou-se esse procedimento visando normalizar fisiologicamente a carga para todos os indivíduos. Para o cálculo dos momentos musculares utilizou-se a técnica da dinâmica inversa. A partir do modelo proposto por [6] e adaptado para o ciclismo por [7]. Considerando que os valores das forças e momentos intra-articulares é bem maior no sentido vertical e ântero-posterior, comparativamente aos valores do plano transversal [8], a análise deste estudo foi bidimensional, analisando apenas os efeitos dos momentos musculares no plano sagital. Cada segmento corporal S i, se idealizado como um corpo rígido, se move de acordo com os princípios da mecânica Newtoniana. Estes princípios especificam que o movimento de S i em um referencial inercial R é regido pelas equações do movimento, que em um plano podem ser representadas por três equações escalares: Σ F y = miax () Σ F = miay (2) Σ M z = I (3) αi onde, F x e F y representam as componentes de força x e y, respectivamente a x e a y representam as componentes de aceleração x e y, respectivamente M z momento em torno do eixo z m i representa a massa do segmento S i α i aceleração angular do segmento S i I i momento de inércia do segmento S i em relação ao centro de massa Para classificar os atletas baseado na qualidade da técnica de pedalada utilizou-se o médio (IEm). O IEm é um valor único representativo da efetividade do atleta ao longo de todo o ciclo de pedalada em uma determinada cadência. O IEm é obtido a partir da equação 4.: = 36 IE IEm (4) i= 36 onde, IE = a cada grau i = cada uma das subdivisões do ciclo Resultados Atletas que obtiveram valores de IEm mais próximos de, foram considerados tecnicamente superiores. Um IEm de, significa que toda a força resultante aplicada durante o ciclo de pedalada ( a 36 graus) é direcionada perpendicularmente ao pé-de-vela. O referencial utilizado atribui zero graus como ponto morto superior. A Figura a mostra o IE ao longo do ciclo do pé-devela do ciclista de melhor IEm (,426), a Figura b do ciclista de pior IEm (,263), a Figura c do triatleta de melhor IEm (,79) e a Figura d do triatleta de pior IEm (,45). Todos estes índices de efetividade foram calculados sobre dez ciclos consecutivos de pedalada com os atletas pedalando na cadência de 9rpm. XICBB'25

3 Figura a: ao longo do ciclo de pedalada do ciclista com melhor IEm Figura 4b: ao longo do ciclo de pedalada do ciclista com pior IEm Figura 4c: ao longo do ciclo de pedalada do triatleta com melhor IEm Figura 4d: ao longo do ciclo de pedalada do triatleta com pior IEm XICBB'25

4 Momento Muscular [Nm] Figura 2a: Momentos Musculares ao longo do ciclo de pedalada do ciclista com melhor IEm Momento Muscular [Nm] Ângulo pé-de-vela [graus] Figura 2b: Momentos Musculares ao longo do ciclo de pedalada do ciclista com pior IEm Momentos Musculares [Nm] Figura 2c: Momentos Musculares ao longo do ciclo de pedalada do triatleta com melhor IEm Figura 2d: Momentos Musculares ao longo do ciclo de pedalada do ciclista com melhor IEm Momento Muscular [Nm] XICBB'25

5 As Figuras 2a, 2b, 2c e 2d mostram os momentos musculares do quadril, joelho e tornozelo ao longo do ciclo de pedalada do ciclista de melhor e pior IEm e do triatleta de melhor e pior IEm, respectivamente. Valores positivos de momento representam utilização predominante da musculatura extensora do quadril, extensora do joelho e flexora plantar do tornozelo. A partir da Figura foram recortados os melhores IE dentre todos os atletas a cada 45 graus do ciclo de pedalada e assim criou-se hipoteticamente um atleta que obtivesse o melhor IEm (,867). Este mesmo procedimento foi feito para as curvas de momento muscular de quadril joelho e tornozelo nos mesmo intervalo (45 graus), o que permitiu verificar quais grupamentos musculares devem ser predominantemente utilizados nas articulações do membro inferior, a fim de buscar uma melhora na técnica de pedalada. Na Figura 3a é mostrada a melhor curva de IE que se pôde obter com estes dados. Já a Figura 3b mostra as melhores combinações de momento muscular das articulações do membro inferior para atingir os índices de efetividade sugeridos na Figura 3 a Figura 3a: Melhor hipotetizado ao longo do ciclo de pedalada 2 Momento Muscular [Nm] Figura 3b: Melhor combinação de Momentos Musculares ao longo do ciclo de pedalada oriundos do ilustrado na Figura 3a Discussão De acordo com a Figura 3b o momento muscular do quadril é positivo em quase todo o ciclo de pedalada, exceto no trecho entre 8 e 2 do ciclo de pedalada, neste mesmo trecho o IE começa a decrescer (Figura 3a), ou seja o atleta passa a não mais direcionar a força resultante de modo perpendicular ao pé-de-vela. É possível que para manter o IE próximo de, neste trecho em que o pedal está descendo fosse necessário um momento muscular de quadril positivo, ou seja uma maior contribuição dos extensores desta articulação. O baixo valor de IE na primeira metade da fase de recuperação - 8 a 27 (Figura 3a) pode ser devido a não ocorrência de momento flexor no quadril e dorso flexor no tornozelo, o que se acontecesse elevaria o IE para valores mais próximos de, uma vez que estes grupos musculares contribuiriam para que o pedal fosse puxado para cima. Entretanto no trecho entre 27 e 36 (Figura 3a) embora com uma pequena dispersão dos pontos, o IE está próximo de,. Acredita-se que isto possa se justificar devido ao momento muscular do tornozelo XICBB'25

6 passar a ser flexor dorsal (Figura 3b), ou seja no intuito de contribuir para que o pedal seja puxado para cima. Os momentos musculares resultantes na articulação do joelho são os de mais complexa análise, pois parecem ser os músculos biarticulares que cruzam a articulação, os responsáveis por estabilizar ou até mesmo direcionar a força resultante sobre o pedal [9]. No que se refere à magnitude dos valores de momentos musculares hipotetizados (Figura 3b) como os que geraram o melhor IE encontrado (Figura 3a), pode-se inferir que a articulação do quadril é a que apresenta o maior esforço, pois os picos de momento são os maiores entre os momentos das três articulações. A literatura não reporta nenhum estudo que tenha como abordagem analisar a técnica a partir dos momentos musculares, menciona apenas suas relações nas diferentes situações de cadência [3], [7] ou possíveis paradoxos na articulação do joelho. [7] [9]. Conclusões É possível analisar a técnica de pedalada de atletas de elite apenas com os valores de momento muscular das articulações que geram potência no ciclismo, este tipo de abordagem traz como grande vantagem o conhecimento não apenas da direção da força aplicada mas a influência da carga na magnitude dos momentos musculares. Referências [] GREGOR RJ. Biomechanics of cycling. in GARRRET, WE & KIRKENDALL, DT. Exercise and Sport Science, Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, pp , 2. [2] BROKER JB & GREGOR, RJ. Cycling Biomechanics. in BURKE, E. High-Tech Cycling. Human Kinetics, Champaign, pp.4566, 996. [3] MARSH AP, MARTIN PE. Effect of cycling experience, aerobic power, and power output on preferred and most economical cycling cadences. Med Sci Sports Exerc. v.29, n.9, p , 997. [4] BOYD TF, NEPTUNE RR & HULL ML. Pedal and knee using a multi-degree-of-freedom pedal platform in cycling. J. Biomech. v.3 n.5 p.55, 997. [5] LI L, CALDWELL GE. Muscle coordination in cycling: effect of surface incline and posture. J Appl Physiol. v.85, n.3, p [6] ROWE T, HULL ML & WANG EL. A pedal dynamometer for off-road bicycling. J. Biomech. Eng. v. 2 n. p. 664, 998. [7] NEPTUNE RR, HERZOG W. The association between negative muscle mechanical work and pedaling rate. J biomech. v.32, p.226, 999. [8] CARMO JC. Biomecânica aplicada ao ciclismo. Anais do IX Congresso Brasileiro de Biomecânica. Gramado, pp.42-47, 2. [9] DOORENBOSCH CAM, VAN INGEN SCHENAU GJ. Role of mono and biarticular muscles during contact control tasks in man. Hum. Mov. Sci.; 4: 279-3, 995. [] DENADAI BS. Limiar anaeróbico: considerações fisiológicas e metodológicas. Revista Brasileira de Atividade Física e Saúde, v. n2 p.74-88, 995. [] RIBEIRO JP. Limiares metabólicos e ventilatórios durante o exercício. Aspectos fisiológicos e metodológicos. Arq Bras Cardiol. v.64, n.2, 995. [2] NETO CD, SCHMIDT G, CANDOTTI CT, LOSS JF, ZARO MA, CERVIERI A & GUIMARÃES ACS. Desenvolvimento de uma plataforma de força em pedal de ciclismo. Rev Bras Biomec. v.3 p , 2. [3] ANDREWS JG. Biomechanical analysis of human motion. Kinesiology. v.iv, p.32-42, 974. [4] CLAUSER CE, MCCONVILLE JT, YOUNG JW. Weight, volume and center of mass of segments of the human body. AMRL Technical Report, Wright- Patterson Air Force Base, Ohio [5] DEMPSTER WT. Space Requiments of the seated operator. WADC Technical Report (TR-5559). Wright-Patterson Air Force Base, Ohio [6] LOSS JF, CERVIERI A, SOARES DP, SCARRONE F, ZARO MA, VAN.DEN BOGERT AJ. Cálculo de forças e momentos resultantes pelo método da dinâmica inversa. Rev Bras Cienc Esporte. v.23, n.3, p.934, 22. [7] SOARES DP, ROCHA EK, VELLADO DM, CANDOTTI CT, GUIMARÃES AC, LOSS, JF. Adaptação da dinâmica inversa no ciclismo. Rev. Bras. Biomec. v.9, p ,Nov. 24. [8] THOMAS F, BOYD R, NEPTUNE, HULL ML. Pedal knee loads using a multi-degree-of freedom pedal platform in cycling. J biomech, v.3, n.5, p [9] GREGOR RJ, CAVANAGH PR, LAFORTUNE M. Knee flexor moments during propulsion in cycling--a creative solution to Lombard's Paradox. J Biomech.; v.8, n.5, p do autor: everton.kruel@gmail.com XICBB'25