ESTUDO DAS FORÇAS APLICADAS NOS PEDAIS POR TRIATLETAS

ESTUDO DAS FORÇAS APLICADAS NOS PEDAIS POR TRIATLETAS Cláudia Tarragô Candotti 1, Daniel Faria Bagatini 2, Denise Paschoal Soares 2, Everton Kruel da Rocha 2, Jefferson Fagundes Loss 2 e Antônio Carlos S. Guimarães 2. 1 UNISINOS/Curso de Educação Física, São Leopoldo RS; 2 UFRGS/Laboratório de Pesquisa do Exercício, Porto Alegre RS. Abstract: The purpose of this study was to analyze the pedaling technique of the triathletes, in different cadences (6, 75, 9 and 15 rpm), from the forces on the pedal. Were evaluated nine triathletes, in a computerized cycle ergometer, in which was fixed a dynamometric pedal for getting the normal (Fy) and tangential (Fx) components of the force. The subjects pedaled at the load relating to 2º individual ventilatory threshold. It was registered, in a simultaneous and synchronized manner, the Fy, Fx and pedal and crank angles. It was calculated the magnitudes of the effective force (EF), using an average of ten consecutive pedaling cycles. The results showed that triathletes had been significantly more skillful to transfer force to the crank, in the cadence of 6 rpm and that with the increase of the cadence the EF reduced significantly, indicating lesser ability in the orientation of the forces during cycling (p<,5). Key-words: triathlon, effective force, cycling Introdução O ciclismo é uma modalidade esportiva que tem despertado muito interesse na comunidade científica. Para compreender a interação atleta-bicicleta é necessário o conhecimento das forças interativas aplicadas no guidão, no selim e no pedal [1]. As forças no guidão e selim estão basicamente ligadas ao equilíbrio e postura do atleta. Já a aplicação da força sobre o pedal, resultante da atividade muscular, que é transferida para o pé de vela, tem como objetivo impulsionar a bicicleta. Muitos estudos têm sido desenvolvidos com o propósito de desenvolvimento de pedais especiais (plataformas de força) que permitam a mensuração das forças durante a pedalada [1,2]. Outros estudos visam caracterizar a técnica de pedalada a partir do conhecimento das forças sobre os pedais [3]. Conhecendo-se as forças aplicadas no pedal e os ângulos do pedal e do pé de vela, a força transferida para o pé de vela pode ser calculada [4]. Atualmente, esta componente efetiva da força tem sido utilizada para descrever a qualidade da pedalada, enquanto que a componente inefetiva é considerada como um desperdício pelo atleta [3]. A quase totalidade destes estudos envolve atletas, dedicados exclusivamente ao ciclismo, seja em provas XICBB'25 de estrada ou contra relógio [5,6]. Alguns estudos estão voltados para o ciclismo recreacional ou ainda para o ensino do ciclismo [7,8]. Infelizmente, parece que estudos sobre o ciclismo voltados às necessidades de triatletas, no que diz respeito às forças nos pedais, despertam pouco interesse. O Triathlon é uma modalidade esportiva que envolve natação, ciclismo e corrida, nesta seqüência, sendo o ciclismo correspondente a mais de 5% do tempo total de prova [9,1]. Especula-se que uma boa técnica de pedalada representa uma economia para o triatleta, que pode repercutir no seu desempenho final. Assim, acredita-se que a compreensão da técnica de movimento empregado pelo triatleta passa pelo desenvolvimento de estudos que visem a interpretação dos valores das forças sobre os pedais, tanto na fase de propulsão, como na fase de recuperação da pedalada. Desse modo, o objetivo deste estudo foi analisar a técnica da pedalada de triatletas, em quatro diferentes cadências (6, 75, 9 e 15 rpm), a partir do conhecimento das forças aplicadas sobre o pedal. Materiais e Métodos Participaram deste estudo triatletas (n=9) do sexo masculino, residentes no estado do Rio Grande do Sul. Em média os triatletas tinham 6,9 ± 4,2 anos de treino. Considerando-se que o aspecto importante era o domínio da técnica da pedalada, não houve restrição quanto a faixa etária dos participantes (27,5 ± 9,2 anos de idade). A Tabela 1 fornece as características metabólicas e cineantropométricas dos triatletas. Todos os indivíduos assinaram um termo de consentimento, concordando com sua participação voluntária na pesquisa. Este projeto foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da UFRGS. Tabela 1: Média e desvio-padrão das características metabólicas e cineantropométricas dos triatletas, bem como a carga correspondente ao 2º limiar ventilatório. massa corporal (kg) 68,1 (± 8,9) estatura (m) 1,73 (±,1) VO 2max (ml/kg.min) 51,2 (± 5,8) VO 2 2ºlimiar (ml/kg.min) 43,7 (± 4,9) carga 2ºlimiar (W) 258 (± 54)

A avaliação dos atletas foi realizada em um cicloergômetro computadorizado CARDIO 2 (Medical Graphics Corp., St Louis, EUA), o qual fornece a carga de trabalho de cada estágio e a cadência, sendo que o selim e o guidão originais do cicloergômetro foram substituídos por equipamentos utilizados em bicicletas de competição. Os sujeitos foram submetidos a um protocolo cuja carga foi continuamente ajustada para manter o VO 2 correspondente ao 2º limiar ventilatório individual, previamente estabelecido, através da estratégia de duplo-cego [11]. Utilizou-se este procedimento visando normalizar fisiologicamente a carga de avaliação para todos os indivíduos. Foram testadas quatro diferentes cadências neste VO 2 (6, 75, 9 e 15 rpm), cada uma por um período de três minutos, após ter o VO 2 estabilizado (aproximadamente 5 minutos). A ordem de realização dos testes foi definida para cada indivíduo através de sorteio, para evitar a possibilidade de que a fadiga muscular interferisse nos resultados. Foram coletados os 3 segundos finais do tempo de 3 minutos previstos no protocolo para cada uma das cadências analisadas. Para análise, foram selecionados 1 ciclos consecutivos de pedalada. Durante a avaliação foram registrados, simultaneamente e de forma sincronizada, (1) o consumo de oxigênio (VO 2 ), (2) as forças normais e tangenciais aplicadas no pedal e (3) os ângulos do pedal e pé de vela, ao longo do ciclo da pedalada. O VO 2 foi verificado através de medida direta, utilizando um ergoespirômetro CPX/D (Medical Graphics Corp., St Louis, EUA). As forças normais (Fy) e tangenciais (Fx) foram mensuradas simultaneamente utilizando-se um pedal plataforma de força, do tipo encaixe, lado direito, similar aos utilizados em competição (Figura 1a) [2]. cinemetria (Peak Performance Technologies Inc., Englewood, EUA, versão 5.3), com câmara de vídeo PULNIX TM 64, a 12Hz. Foram coladas fitas reflexivas no ponto central de rotação (eixo do pé-devela, no centro do pedal) e na extremidade de uma haste que acompanhava a superfície lateral do pedal (Figura 1.b). O processamento dos sinais de força e ângulo foi realizado utilizando-se o sistema SAD32 de aquisição de dados [(versão 2.61.7mp, 22) (www. ufrgs.br/lmm)]. Inicialmente os sinais foram filtrados utilizando-se um filtro digital, do tipo ideal passa baixa, com freqüência de corte em 1 Hz. Para a análise dos dados de força e ângulo foram elaboradas rotinas utilizando o software MATLAB (versão 5.3) especificamente para este fim. Para a análise dos dados de força partiu-se do entendimento de que existem dois sistemas de coordenadas sobrepostos. Um sistema de coordenadas XY é no pedal, enquanto que o outro sistema de coordenadas XY é no pé de vela. No sistema de coordenadas do pedal, um dos eixos tem a direção da plataforma de força e o outro é perpendicular a este. No sistema de coordenadas do pé de vela, um dos eixos tem a direção do pé de vela e o outro é perpendicular a ele. A partir da mensuração das componentes de força (Fy e Fx) obtém-se a força resultante (FR) na coordenada do pedal. O conhecimento dos ângulos (Figura 2a) entre os dois sistemas e das componentes de força medidas em um sistema (pedal), foi possível obter as componentes de força do outro sistema (pé de vela). Desse modo, obteve-se uma componente paralela [ou inefetiva (FI)] e outra normal [ou efetiva (FE)], na coordenada do pé de vela (Figura 2b). (a) (b) (a) Figura 1: Pedal-plataforma direito: (a) recém construído, com um taco acoplado e (b) acoplado ao cicloergômetro durante os testes, sendo que as setas indicam os pontos reflexivos. O pedal-plataforma foi conectado a um computador Pentium II 2 HZ através de um condicionador de sinais ENTRAN MSC6 (Entran ltd., England), com módulos MSC-A1 utilizando alimentação de ponte de 1V e ganho de 1K e um conversor análogo-digital de 16 canais CODAS (Dataq Instruments, Inc., Akron, USA). Os sinais de força foram obtidos com uma freqüência de 1818 Hz. O registro simultâneo dos ângulos do pedal (β) e do pé de vela (α) foi realizado utilizando-se um sistema de XICBB'25 (b) Figura 2: (a) Referencial para medição dos ângulos do pedal (β) e do pé-de-vela (α); (b) Ilustração das forças resultante (FR) e efetiva (FE). Para os cálculos destas forças, nas rotinas elaboradas no MATLAB foi convencionado que valor da FE seria positivo quando produzisse um efeito de rotação sobre o pé de vela no sentido horário, ou seja, no mesmo sentido da direção da pedalada. Também foi convencionado que o valor da FI seria positivo quando a direção do vetor FI apontasse para o centro de rotação, ou seja, em direção ao eixo do pé de vela. Foi calculada a média dos 1 ciclos consecutivos de pedalada. Para fins estatísticos, foram utilizados os valores médios do ciclo da pedalada desta curva média. Análises estatísticas foram realizadas para cada uma das variáveis (FR, FE, FI) nas quatro cadências

utilizando-se o software SPSS 1.. Inicialmente foi verificada a equivalência das variâncias (teste de Levene) e normalidade dos dados (Shapiro-Wilk). Utilizou-se análise de variância de um fator (ANOVA one way) e post hoc de Tukey. Nos casos em que os dados não foram paramétricos, os mesmos foram submetidos ao teste U de Wilcoxon-Mann-Whitney. O nível de significância adotado foi,5. Resultados A média dos 1 ciclos consecutivos de pedalada obtida para a FE podem ser visualizados nas Figuras 3 a 6. Observa-se que a magnitude da FE foi maior a 6 rpm e tende a diminuir com o aumento da cadência (Figura 7). Figura 3: Média e desvio padrão da FE em 6 rpm. Figura 4: Média e desvio padrão da FE em 75 rpm. 5 4 3 2 1-1 9 18 27 36 5 4 3 2 1-1 9 18 27 36 5 4 3 2 1-1 9 18 27 36 Figura 5: Média e desvio padrão da FE em 9 rpm. 5 4 3 2 1-1 9 18 27 36 Figura 6: Média e desvio padrão da FE em 15 rpm. Quando submetidos ao tratamento estatístico, os resultados demonstraram que a FR e a FI não diferiram significativamente entre as quatro cadências. Entretanto, a FE diferiu significativamente entre as cadências analisadas [F(4,33)=19,25 (p<,1)]. Na cadência 6 rpm a FE foi significativamente maior do que as demais (p<,1) e na cadencia 15 rpm a FE foi significativamente menor do que a cadência 75 rpm (p<,4) e 9 rpm (p<,13) (Figura 7). força (N) 2 1-1 6 75 9 15 cadências (rpm) * * FR FI FE Figura 7: Resultados de média e erro padrão obtidos para a FR, FI e FE na análise comparativa entre as cadências (* α<,5). Discussão Com o objetivo de analisar a técnica da pedalada de triatletas, em quatro diferentes cadências (6, 75, 9 e 15 rpm), foram mensuradas as forças sobre o pedal e calculadas a FR, FI e FE. Os resultados demonstram que os valores da FE encontrados diminuem significativamente (p<,5) com o aumento da cadência, enquanto que a FR e a FI permanecem inalteradas (p>,5). Estes resultados estão de acordo com outros estudos onde a FE diminuiu linearmente, indicando que a habilidade para otimamente direcionar a aplicação de força no pedal diminui com o aumento da cadência, mantendo a carga constante [5,6]. Na Figura 7 observa-se que quando os triatletas pedalaram nas cadências 6 e 75 rpm apresentaram maiores magnitudes de força no pedal (FR) e de FE. A magnitude e a orientação da FR e da FE mudam constantemente por todo o ciclo da pedalada, sendo que XICBB'25

a magnitude relaciona-se com os aspectos físicos do ciclista (capacidade de geração de força) e a orientação das forças relaciona-se com a técnica de pedalada empregada pelo atleta [4]. Durante a pedalada, a componente da força que atua perpendicularmente ao pé de vela é a única força efetiva que move o pé de vela. Como as forças no pedal ocorrem devido à ação muscular, um ineficiente trabalho muscular pode resultar em uma ineficiente aplicação de força e, conseqüentemente em energia desperdiçada [3]. A analise comparativa das cadências mostrou que os triatletas possuem melhor aproveitamento da FE ao pedalar na cadência mais baixa (6 rpm), ou seja, de certa forma eles conseguiam controlar a orientação da aplicação da força, tendo, portanto mais eficiência na pedalada. Considera-se este resultado interessante, pois quando questionados, os triatletas referiram que preferem pedalar em cadências mais altas (8 a 1 rpm), tanto nos treinos como nas provas. Paradoxalmente, nestas freqüências mais altas existe maior desperdício da força aplicada, e, portanto uma menor FE. Especula-se que os triatletas treinam em cadências elevadas, porque sofrem influências, tanto de fatores culturais como fisiológicos. Culturalmente, no treino do ciclismo é importante mostrar capacidade de giro do pedal, de modo que todos treinam apenas em altas velocidades, o que provavelmente causa uma adaptação do sistema músculo-esquelético para estas velocidades. No entanto se treinassem em cadências menores, poderiam adquirir a habilidade em transferir mais força empregada ao pé de vela e, à medida que esta habilidade fosse inerente a sua pedalada, passariam a desenvolvê-la nas maiores cadências, que são aquelas utilizadas em provas. A seleção por pedalar em cadências mais altas também pode ser influenciada pelo instinto de preservação do sistema músculo-esquelético, inerente aos indivíduos, no sentido de promover menos fadiga muscular localizada. Além disto, a relação forçavelocidade é uma propriedade intrínseca do músculoesquelético que pode, também, representar uma função importante na seleção do padrão de pedalada [12], pois a habilidade do músculo para gerar força diminui com o aumento da velocidade de contração, de modo que conseqüentemente, existe uma velocidade ideal de encurtamento muscular, na qual a produção de força é máxima. O fato é que permanece a dúvida do porque pedalar em cadências mais altas acarreta em menores valores de FE, se estas são as cadências mais utilizadas por ciclistas [13,14] e triatletas. Tem sido documentado que, para alguns atletas, muitas vezes, existe ausência de uma força de puxada, durante a fase de recuperação do ciclo da pedalada [15,16], fato que foi observado nas cadencias 75, 9 e 15 rpm, onde os triatletas não apresentaram habilidade de puxar o pedal durante a fase de recuperação do ciclo da pedalada. Nas Figuras 3 a 6, que apresentam a FE média dos triatletas nas quatro cadências estudadas, pode-se observar a FE ao longo do ciclo da pedalada. Na cadência mais baixa (6 rpm) o controle do atleta sobre sua técnica de pedalada se mostrou mais eficiente do que em cadências mais elevadas, pois apresentou valores positivos de FE não só na fase de propulsão, mas também na fase recuperação. Portanto, os triatletas apresentaram habilidade em transferir a força empregada no pedal ao pé de vela na cadência de 6 rpm e, à medida que aumentava a cadência, esta habilidade foi desaparecendo. Como tem sido referido que a orientação da força, durante a fase de recuperação, é uma parte importante da técnica de pedalada de ciclistas de elite [17], pensa-se que talvez os treinadores e atletas devam-se preocupar também com o treino técnico da aplicação da força no pedal, ao invés de privilegiarem o treino das variáveis físicas, pois já existem evidências de que é possível modificar padrões de aplicação de força durante a pedalada [7]. Para isto, o uso de pedais instrumentados pode ser utilizado, pois além de avaliar a técnica da pedalada e fornecer informações sobre a eficiência mecânica dos atletas, podem também monitorar o treinamento dos atletas, buscando a melhora tanto da técnica quanto da eficiência [1]. Conclusão Os resultados demonstraram que os triatletas foram significativamente mais hábeis para transferir força ao pé de vela, na cadência de 6 rpm. Os resultados também demonstraram que com o aumento da cadência a FE diminuiu significativamente, indicando menor habilidade na orientação das forças durante a pedalada. Referências [1] ÁLVAREZ G & VINYOLAS J. A new bicycle pedal design for on-road measurements of cycling forces, J. Appl. Biom. 12: 13-142, 1996. [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, Revista Brasileira de Biomecânica / Brazilian J. Biomech. 3: 39-44, 21. [3] ERICSON MO & NISSEL R. Efficiency of pedal forces during ergometer cycling, Int. J. Sports. Med. 9: 118-122, 1988. [4] BROKER JB & GREGOR RJ. Cycling Biomechanics, in BURKE, E. High-Tech Cycling. Human Kinetics, Champaign, pp.145-166, 1996. [5] PETTERSON RP & MORENO MI. Bicycle pedaling forces as a function of pedaling rate and power output, Med. Sci. Sports Exerc, 22(4): 512-516, 199. [6] TAKAISHI T; YAMAMOTO T; ONO T; ITO T & MORITANI T. 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