PADRÃO NÍVEL DE ACTIVAÇÃO MUSCULAR NUM NOVO
CICLOERGÓMETRO
Roberto Aguado-Jiménez1, Miriam González-Izal1, Jon Navarro1, Esteban Gorostiaga1, Mikel
Izquierdo1
Centro de Estudos, Investigação e Medicina Desportiva do Governo de Navarra1
INTRODUÇÃO
A empresa Goicontini SL, concebeu um protótipo de cicloergómetro, que
em comparação com o desenho convencional, modifica a posição do eixo de
pedalada, assim como o comprimento da biela. No que se refere à posição do eixo
de pedalada, constatamos que nas bicicletas convencionais a sua posição é entre 240
e 260 mm à frente da vertical do assento e que a biela tem um tamanho não superior
a 200mm. No que refere ao protótipo analisado, a posição do eixo de pedalada está
situado entre 185 e 200mm atrás da vertical do assento, sendo o comprimento das
suas bielas de 300mm.
O desenho deste ergómetro supunha que uma localização posterior do eixo de
pedalada, bem como um maior comprimento de biela, poderia aproximar o padrão
de movimento ao executado durante a corrida e por isso assemelhar-se a esta. Se
este padrão se confirmasse, sugerir-se-ia a sua utilização como substituição da
corrida naqueles casos em que se desaconselha o impacto provocado pela passada
larga.
MÉTODOS
Para comprovar os pressupostos apresentados pelo projectista, concebeu-se
um estudo comparativo do protótipo de cicloergómetro, com outro cicloergómetro
convencional, ao mesmo tempo que ambos eram comparados com a actividade
realizada num tapete rolante. Para poder comparar os efeitos dos três ergómetros
nos indivíduos, determinou-se igualar o trabalho realizado em cada um a 2,4 w·kg-1
de massa corporal. Para o caso dos cicloergómetros, a carga de trabalho foi
controlada através da instalação de uma roda pedaleira instrumentalizada modelo
SRM, a qual foi ligada a um computador ia transmitindo em tempo real o trabalho
realizado. Relativamente ao cálculo do trabalho realizado no tapete rolante, foi
determinado através do cálculo do trabalho vertical realizado:
Trabalho = [Peso (kg) * Força Gravidade (m·s-2) * Velocidade (m·s-1) * Inclinação
(%)]
O trabalho realizado no tapete rolante foi feito a duas velocidades diferentes a fim
de se comprovar se existia semelhança de alguma delas com a pedalada no
protótipo.
Estudo de Validação
Previamente realizou-se um teste de repetibilidade e validação do sistema de
resistência que o protótipo tinha incorporado para o controlo da carga, através de
um sistema de 8 ímanes. Este estudo foi realizado em duas fases, uma de validação
mecânica e outra de validação humana.
Validação Mecânica. Através de um motor de 1200 w adaptou-se uma
engrenagem suplementar junto ao eixo da roda metálica posterior. Através de uma
corrente convencional ligou-se este eixo à roda pedaleira secundária do sistema
SRM. Desta forma foi possível realizar um vasto número de repetições em que se
fez girar a roda pedaleira entre 20 e 150 rpm de modo a determinar se existiam
diferenças num mesmo dia depois de várias repetições, bem como entre vários dias
diferentes.
Validação Humana. Através da participação de 4 indivíduos, foram
analisados os efeitos que as diferentes resistências de que o protótipo dispunha
tinham sobre o registo de potência de trabalho registada através do software de
SRM a diferentes cadências, de modo a comprovar se existiam diferenças entre os
diferentes resultados de vários indivíduos.
Individuos
No presente estudo participaram 9 pessoas (7 homens e 2 mulheres; 72±10
kg peso corporal; 29±3 anos), de diferente condição física, voluntários, e
previamente informados sobre o protocolo a desenvolver, bem como das possíveis
consequências e riscos que os testes propostos poderiam implicar.
Protocolo
O estudo consistiu na realização de 4 testes de 3 minutos, levados a cabo em
cada um dos ergómetros seleccionados: Pedalada no protótipo de cicloergómetro a
50 rpm (PCE), pedalada no cicloergómetro convencional a 50 rpm (SRM), corrida a
7 km·h-1 em tapete rolante com uma inclinação de 12,5% (7km), e corrida a 17
km·h-1 em tapete rolante com una inclinação de 5% (17km). A ordem destes testes
foi aleatória a fim de evitar qualquer possível efeito de um sobre os outros.
Antes do início dos testes, os indivíduos realizaram um aquecimento a 100 w no
cicloergómetro convencional, a uma cadência livre e durante 10 minutos.
Variáveis
Com a finalidade de estabelecer similitudes e diferenças entre os protocolos
descritos, foram analisadas diferentes variáveis durante a execução de cada um
deles:
Carga de Trabalho: Determinada a partir de uma carga constante de 2,4 w·kg-1 de
massa corporal.
Frequência Cardíaca (HR): Registada durante a totalidade de cada um dos testes,
foi analisada a cada 15 segundos com cardiofrequencímetro (Polar®. Finlândia)
Sinais electromiográficos (EMG): Foram registados entre o minuto 2:00 e o 2:30
com uma frequência de 1 kHz. Os músculos registados foram, em todos os casos, os
da perna direita: Vasto Lateral (VL), Recto Femoral (RF) Psoas Ilíaco (PS), Vasto
Interno (VM), Glúteo Maior (GM), Semimembranoso (SM), Gastrocnémio (G) e
Soleo (S). Mediante a análise da electromiografia determinou-se a voltagem de
activação média (MAV) de cada músculo. Este valor foi calculado a partir da
integrada EMG/Tempo em cada uma das contracções e é representado como
percentagem do valor máximo alcançado numa contracção isométrica máxima
(flexão ou extensão do joelho). Também foi determinada a pendente de EMG
(RER) nos 75 ms iniciais, calculada como o incremento de ∆EMG/∆Tempo, e
também é representada como percentagem da MAV numa contracção isométrica
máxima. Por último, analisou-se a média da frequência de activação (MDF)
calculada como a frequência de activação muscular mais repetida em cada uma das
contracções.
Padrão de contracção muscular: Foi analisado para todos os protocolos, a fim de se
determinar a ordem em que se contrai cada um dos músculos analisados em cada
um dos testes realizados.
Frequência de Movimento: Contracções por minuto de cada um dos músculos
analisados.
Duração Média da Contracção: Média do tempo que cada um dos músculos
analisados durante o teste se mantém contraído.
Raio de Movimento: Analisado a partir da angulação existente nas articulações da
coxa e do joelho entre uma flexão e uma extensão máxima requerida em cada
ergómetro. Esta análise foi realizada exclusivamente nos dois cicloergómetros.
RESULTADOS
Estudo de Validação
Validação Mecânica. Para a validação do ergómetro foram realizados 8
testes de medição cadência/potência, cada um deles de forma incremental com uma
resistência magnética de 7 (mínima resistência). A partir de cada um dos testes
determinou-se a recta de regressão que relacionava os dois parâmetros, sendo a
média do quociente de correlação R=0,99±0,1. Conhecida a recta de regressão
calcularam-se os valores teóricos de cadência para obter potências de 30, 40, 50, 60,
70, 80, 90 e 100 w de acordo com cada um dos testes previamente realizados,
obtendo-se resultados de 43±1, 56±2, 70±2, 83±3, 97±3, 110±4, 124±5 e 137±6
rpm respectivamente
Estimativa da cadência necessária para produzir uma
Potência Determinada a partir das rectas de regressão de 8
testes prévios
Cadência Estimada (rpm)
Cadencia Estimada (rpm)
Estimación de Cadencia necesariapara producir una Potencia Determinada a partir de las
rectas de regresion de 8 test previos
160
Test 1
Test 2
Test 3
Test 4
Test 5
Test 6
Test 7
Test 8
140
120
100
80
60
40
20
0
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Potência Determinada (watt)
Potencia Determinada (vatios)
Validação Humana. A recta de regressão obtida a partir dos valores de
cadência/potência, calculados nas diferentes posições das resistências magnéticas
do PCE mostraram um coeficiente de correlação médio de R=0,94±0,4. As
cadências estimadas a partir destas rectas de regressão, para determinar potências de
trabalho foram calculadas com resistências 7, 5, 3 e 2 (da maior à menor distância
dos ímanes à roda) sendo para 100 w (71,1±2; 57,4±2; 32,7±1;18,8±1 rpm
respectivamente), para 150 w (98,6±6; 76,5±3; 46,3±1; 28,1±1 rpm
respectivamente) e para 200 w (126,1±10; 95,6±4; 59,8±2; 37,4±1 rpm
respectivamente)
Cadência estimada para produzir uma potência de 200 W a diferentes resistências.
Sujeto 1
Cadencia estimada para producir una Potencia de 200
vatios a distintas Resistencias
Sujeto 3
Sujeto 4
Cadencia estimada para producir una Potencia de 150
vatios a distintas Resistencias
Cadencia estimada para producir una Potencia de 100
vatios a distintas Resistencias
Sujeto 2
120,0
160,0
80,0
140,0
70,0
120,0
100,0
80,0
60,0
40,0
Cadencia de Pedaleo (rpm)
Cadencia de Pedaleo (rpm)
Cadencia de Pedaleo (rpm)
100,0
80,0
60,0
60,0
50,0
40,0
30,0
Cadência
de pedalada.
40,0
20,0
20,0
20,0
10,0
0,0
0,0
1
2
3
4
5
6
7
Resistencias Magnéticas
Medições durante o Protocolo
0,0
1
2
3
4
5
6
7
Resistencias Magnéticas
1
2
3
4
5
6
Resistencias Magnéticas
Resistência magnética.
Carga de Trabalho: CT em PCE (170±22w) não foi diferente de SRM (169±17w),
nem foi diferente de 7Km (171±23w) nem de 17Km (170±23w).
Frequência Cardíaca: HR em PCE (151±13bpm) foi maior que em SRM
(136±15bpm) (p<0,05) e menor que em 17Km (170±23w) (p<0,05), ainda que não
tenha sido diferente da obtida em 7Km (154±11bpm).
7
Carga de trabalho em … .
Carga de trabajo en diferentes ergómetros 2,4 w·kg-1
*
250
*
200
180
Carga de Trabajo (w)
225
200
171
151
154
160
140
136
120
175
100
80
150
60
40
125
20
Frecuencia Cardiaca (b.p.m)
Carga de trabalho (W)
Frequência cardíaca
(bpm)
0
100
SRM
PCE
7km/h
17Km/h
Evolução da Frequência Cardíaca medida em PCE, SRM, 17KM e 7Km num teste de igual carga de trabalho (2,4 w·kg1
de massa corporal)
(*) Frequência cardíaca Diferente de PCE (p<0.05)
Sinais electromiográficos (EMG):
MAV: Na musculatura extensora do joelho e flexora da coxa em PCE foi 45%
maior que em SRM (p<0,05) e 49% maior que em 7Km, ainda que na musculatura
flexora plantar em PCE fosse 106% menor que em SRM e 307% menor que em
17Km
Tapete rolante
V. Interno
Prototipo PCE
SRM convencional
tapiz rodante
RER: Na musculatura flexora plantar foi 34% menor que em SRM (p<0,05) e
290% que em 17Km, sendo e PCE 126% menor na musculatura extensora do joelho
e flexora da coxa.
MDF: Não se observaram diferenças entre os testes.
Padrão de contracção muscular: Não se encontraram diferenças entre SRM e PCE,
ainda que ambos tenham sido diferentes dos padrões descritos em ambos os testes
de corrida.
Padrão de Activação Pedalada
PROTÓTIPO PCE
Padrão de Activação Pedalada
CONVENCIONAL SRM
Padrão de Activação Corrida
7km/h 12,5% Inclinação
Padrão de Activação Corrida
17km/h 5% Inclinação
Frequência de Movimento: Analisada em VL em SRM, PCE, 7km e 17km, foi de
49±0,9; 49±0,8; 76,2±2,9; e 89,6±4,6 contracções por minuto respectivamente.
Duração Média da Contracção: Medida nos músculos extensores do joelho observase que em PCE foi maior que em SRM em RF, PI e VL (34,7±5,6; 44,1±1,0;
25,6±4,4 vs 27,1±1,8; 35,9±1,4; 24±3,2 s·min-1) (p<0,05), estes valores foram
maiores que os obtidos durante os protocolos de corrida em todos os músculos
(p<0,05)
Raio de Movimento: Medido na articulação do joelho, verificámos que em PEC foi
de 111º (44º-155º) enquanto que em SRM foi de 51º (84º-135º). Medido na
articulação da coxa verificámos que em PEC foi de 83º (62º-145º) enquanto que em
SRM foi de 41º (65º-104º)
CONVENCIONAL SRM Máxima
extensão da coxa (104,0º) e joelho
PROTÓTIPO PCE Máxima extensão da
coxa (145,2º) e joelho (154,4º)
CONVENCIONAL SRM Máxima flexão
da coxa (65,5º) e joelho (83,7º)
PROTÓTIPO PCE Máxima flexão da
coxa (62,2º) e joelho (43,9º)
CONCLUSÕES
Uma mesma carga de trabalho exercida em PCE e 7km produzem idêntica
frequência cardíaca enquanto que esta intensidade em SRM produz um ritmo
cardíaco mais baixo e mais elevado em 17km. O ritmo cardíaco mais elevado em
PCE comparado com SRM poderia ser devido à maior duração da contracção nos
músculos extensores do joelho possivelmente produzida por um maior raio de
movimento como consequência de atrasar o eixo de pedalada e aumentar o
comprimento da biela.
Este estudo demonstra que pedalar em PCE produz uma activação dos músculos
extensores do joelho e do flexor da coxa idêntico a correr a 17km•h-1, e uma
activação mais alta que pedalar num cicloergómetro convencional. Não obstante, a
activação dos músculos flexores plantares do tornozelo pedalando em PCE era mais
baixa que pedalando num cicloergómetro convencional ou durante a corrida a alta
velocidade. As diversas respostas observadas poderiam ser explicadas, em parte,
por diferenças na activação muscular.
Coloca-se a possibilidade de estudar o efeito do protótipo para os propósitos de
treino e de reabilitação, devido a sua alta activação muscular, inclusive dos
músculos em que a activação através de um cicloergómetro convencional é mais
difícil.
RECOMENDAÇÕES
Estudo de Validação
1. Analisados os resultados coloca-se a possibilidade de alterar o sistema de
deslocação dos ímanes, devido a que em algumas ocasiões precisa de ser
manipulado de modo a colocá-los na sua posição correcta.
Análises do Movimento
1. O amplo percurso da musculatura da perna, provocado pelo comprimento
das bielas poderia produzir lesões na musculatura flexora da coxa.
2. É possível que uma biela de menor comprimento produza efeitos similares.
3. Seria preciso conceber uma elevação do selim que não reduza a distância
entre a vertical do assento e o eixo de pedalada, a fim de que todos os
utilizadores possam dispor de características biomecânicas idênticas.