PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
FACULDADE DE EDUCAÇÃO FÍSICA E CIÊNCIAS DO DESPORTO
IURI CORDEIRO SCHROEDER
BIOMECÂNICA DO CICLISMO
Porto Alegre
2005
IURI CORDEIRO SCHROEDER
BIOMECÂNICA DO CICLISMO
Trabalho de Conclusão de Curso, como
requisito parcial à obtenção do grau de
Licenciado Pleno, pela Faculdade de
Educação Física e Ciências do Desporto
da Pontifícia Universidade Católica do
Rio Grande do Sul.
Orientador: Prof. Me. Jonas Lírio Gurgel
Porto Alegre
2005
(Folha de aprovação)
AGRADECIMENTOS
Aos meus Pais e aos meus Irmãos.
A minha Namorada.
Ao Prof. Me. Jonas Lírio Gurgel pela oportunidade, ajuda e por todo conhecimento
ensinado.
A Prof. Esp. Flávia Porto pela oportunidade, ajuda e por todo conhecimento
ensinado.
A Prof. Dr. Thais Russomano pela oportunidade.
A Todos os colegas do Núcleo de Pesquisa em Biomecânica Aeroespacial pela
ajuda.
A todos os colegas do Laboratório de Microgravidade pela ajuda.
Ao colega do Laboratório de Microgravidade Rodrigo Cambraia pela imensa ajuda.
Aos Colegas Fabiano Gonçalves e Hellen Hertz pela ajuda e pelo companheirismo.
RESUMO
O presente estudo tem como objetivo verificar se há um número significativo de
estudos relacionados à biomecânica do ciclismo na produção nacional. Como
universo de análise foram escolhidos os anais do Congresso Brasileiro de
Biomecânica (CBB) assim como todas as edições das Revistas Brasileiras de
Biomecânica (RBB), pois estes representam a produção nacional dos últimos 12
anos relacionada à biomecânica. Foram analisados 1042 artigos; posteriormente, foi
utilizada a técnica de “Scanning” (GOODMAN, 1976 apud KLEIMAN, 1989) para que
assim fosse feita uma seleção dos artigos úteis ao desenvolvimento deste estudo.
Em um segundo momento, o conteúdo dos artigos selecionados foi submetido a uma
análise de conteúdo. Foram analisados 31 artigos, dividindo assim o trabalho em 4
estudos. Foram analisadas as seguintes temáticas relacionadas ao ciclismo: EMEC,
instrumentação e construção de equipamentos, análise do padrão de ativação
muscular e variáveis cinemáticas. A partir da analise de conteúdo, foi possível
verificar que as pesquisas relacionadas à biomecânica no Brasil ainda são muito
escassas. O fato de o Brasil ser um país que possui um enorme número de ciclistas,
mas em contra partida possui uma baixa produção cientifica relacionada ao ciclismo,
mostra que não há uma aproximação entre o meio acadêmico e os praticantes e
atletas de ciclismo. Outro fato a se considerar é o fato de existirem poucos
instrumentos que proporcionem a investigação da eficiência mecânica no ciclismo,
acarretando assim uma grande dificuldade para o número de pesquisas
relacionadas a análise da biomecânica do ciclismo cresçam significativamente.
Palavras-Chave: Ciclismo. Biomecânica
ABSTRACT
The present study intends to verify if exists a relevant number of researches related
with the biomechanics of cycling in a national scope. As an universe of analysis, was
chosen the annals of Brazilian Congress of Biomechanics (CBB) as well many others
editions of Brazilian Journal of Biomechanics (RBB) from the last 12 years, related to
the biomechanics of cycling. At all, 1042 articles were analyzed. Subsequently, the
Scanning technique (GOODMAN, 1976 apud KLEIMAN, 1989) was used as a
method to select the articles which could be useful to the development of this study.
The content of those articles were submitted to a minucious analysis. After the
examination of 31 articles, the work was divided in 4 parts. The thematics analyzed
related to cycling were: mechanic efficiency, instrumentation and construction of
equipment, analysis of the muscular activation model and kinematics variations.
Based in the content analysis, was possible verify that Brazilian researches related to
biomechanics still are very poor. Brazil is a country which has many cyclists, in other
hand has a few publications, showing that there is not a close relation between the
academic circle and professional or amateur athletes. Another fact to consider is that
there are a few instruments and machines which may provide a complete research,
resulting in a great difficulty for the growth of works and their quality.
Key-words: Biomechanics. Cycling.
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1 - Fórmula para cálculo de torque (DAVIS; HULL, 1981) .........................40
Equação 2 - Fórmula para cálculo de torque articular produzido durante a pedalada
..................................................................................................................................41
Equação 3 - Fórmula para cálculo da potência média da pedalada..........................41
Equação 4 – Fórmula para cálculo da eficiência mecânica da pedalada ..................41
Equação 5 – Fórmula para cálculo do trabalho mecânico.........................................42
Equação 6 – Fórmula para o cálculo do trabalho final gerado pelo pedal na pedalada
..................................................................................................................................42
Equação 7 – Fórmula para o cálculo de força efetiva gerada no pedal durante a
pedalada ...................................................................................................................42
Equação 8 – Impulso de força resultante ..................................................................43
Equação 9 – Impulso de força efetiva .......................................................................43
Equação 10 –Impulso efetivo ....................................................................................44
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Componentes de uma bicicleta ................................................................17
Figura 2 – Desenho esquemático dos eixos do pedal...............................................18
Figura 3 – Instantes, em graus, do ciclo da pedalada ...............................................32
Figura 4 – Quatro quadrantes, fase de propulsão e fase de recuperação do ciclo da
pedalada ...................................................................................................................33
Figura 5 – Eixos do pedal. Adaptado de Hull e Davis (1981) ....................................39
Figura 6 – Comportamento das forças e dos momentos aplicados ao pedal nos três
eixos (HULL; DAVIS, 1981).......................................................................................40
Figura 7 - Forças aplicadas no pedal e no pé-de-vela durante a pedalada. Adaptada
de Burke (1996).........................................................................................................44
Figura 8 – Orientação das forças ao longo do ciclo da pedalada..............................47
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Curva de força efetiva de referência (NABINGER, 1997)........................43
Gráfico 2 –
Percentual de artigos relacionados a biomecânica do ciclismo em
relação ao total de artigos publicados na RBB..........................................................53
Gráfico 3 – Total de estudos relacionados à biomecânica do ciclismo versus total de
artigos publicados nos anais dos CBBs ....................................................................54
Gráfico 4 – Números de artigos relacionados a biomecânica do ciclismo versus o
número de artigos relacionados a outras temáticas ..................................................55
Gráfico 5 – Percentual de artigos relacionados EMEC versus o total de artigos
relacionados a biomecânica nos anais do X CBB .....................................................56
Gráfico 6 - Percentual de artigos relacionados EMEC versus o total de artigos
relacionados a biomecânica nos anais do XI CBB ....................................................56
Gráfico 7 – Percentual de artigos relacionados a biomecânica do ciclismo versus o
percentual de artigos relacionados a análise eletromiográfica no ciclismo nos anais
do X CBB...................................................................................................................64
Gráfico 8 - Percentual de artigos relacionados a biomecânica do ciclismo versus o
percentual de artigos relacionados a análise eletromiográfica no ciclismo nos anais
do XI CBB..................................................................................................................64
Gráfico 9 – Percentual de artigos relacionados a construção e instrumentação
relacionados a biomecânica do ciclismo versus o percentual de artigos relacionados
ao ciclismo.................................................................................................................73
Gráfico 10 - Evolução das publicações de artigos sobre a construção e
instrumentação de materiais relacionados ao ciclismo .............................................74
Gráfico 11 – Percentual de publicações sobre a construção e instrumentação
relacionados ao ciclismo publicados nos anais dos CBBs ........................................74
Gráfico 12 – Percentual de artigos relacionados à biomecânica do ciclismo versus o
total de artigos publicados sobre as variáveis cinemáticas .......................................80
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Temáticas relacionadas ao ciclismo publicados nas RBBs.....................53
Tabela 2 – Temáticas relacionadas ao ciclismo publicadas nos anais dos CBBs.....54
Tabela 3 – Sistemas de referências utilizados nos artigos analisados......................57
Tabela 4 – Algoritmos para cálculo de EMEC ...........................................................57
Tabela 5 - Número de artigos analisados e o protocolo de colocação de eletrodos
utilizados ...................................................................................................................65
Tabela 6 – Musculaturas analisadas .........................................................................65
Tabela 7 – Membro inferior analisado .......................................................................66
Tabela 8 - Artigos sobre pedais a construção de pedais instrumentados .................72
LISTA DE SIGLAS
CBB – Congresso Brasileiro de Biomecânica
CBBs – Congressos Brasileiros de Biomecânica
EMG - Eletromiografia
EMG-S - Eletromiografia de Superfície
RBB – Revista Brasileira de Biomecânica
RBBs – Revistas Brasileiras de Biomecânica
LISTA DE ABREVIATURAS
a.C. – antes de Cristo
cm – centímetro
dt – Distância multiplicado pelo tempo
EMEC – Eficiência mecânica
Fx – Força aplicada no eixo x
Fy – Força aplicada no eixo y
Fz – Força aplicada no eixo z
IE – Índice de efetividade mecânica
iFE – Índice de força efetiva
iFR – Índice de força resultante
IFE – Impulso da força efetiva
IFR – Impulso da força resultante
Lca – Comprimento do pé-de-vela
ms – milissegundo
P – Potência
PA – Potência muscular
RMS – “Root Mean Square”
rpm – Rotações por minuto
T – Torque
WA – Trabalho mecânico muscular
WP – Trabalho final gerado no pedal
LISTA DE SÍMBOLOS
° - Grau
∫ - Integral
- Módulo
* - Multiplicação
N - Newton
% - Por cento
∑ - Somatório
Θ – Teta
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO ...................................................................................................16
2
PROBLEMA .......................................................................................................23
3
OBJETIVOS .......................................................................................................24
3.1
Objetivo geral..............................................................................................24
3.2
Objetivos específicos ..................................................................................24
4
JUSTIFICATIVA .................................................................................................26
5
HIPÓTESES.......................................................................................................27
6
RELEVÂNCIA ....................................................................................................28
7
BIOMECÂNICA DO CICLISMO .........................................................................29
8
7.1
Cinemática do ciclismo ...............................................................................30
7.2
Cinética do ciclismo ....................................................................................37
ANÁLISE DE CONTEÚDO RELACIONADA A EFICIÊNCIA MECÂNICA NO
GESTO MOTOR DA PEDALADA .............................................................................50
9
8.1
Corpus de análise .......................................................................................51
8.2
Resultados ..................................................................................................52
8.3
Discussão ...................................................................................................58
8.4
Conclusão ...................................................................................................60
ANÁLISE DE CONTEÚDO RELACIONADA AO PADRÃO DE ATIVAÇÃO
MUSCULAR NO GESTO MOTOR DA PEDALADA ..................................................61
9.1
Corpus de análise .......................................................................................62
9.2
Resultados ..................................................................................................62
9.3
Discussão ...................................................................................................66
9.4
Conclusão ...................................................................................................68
10
ANÁLISE
DE
CONTEÚDO
RELACIONADA
À
CONSTRUÇÃO
E
INSTRUMENTAÇÃO DE EQUIPAMENTOS RELACIONADOS AO CICLISMO .......70
10.1
Corpus de análise .......................................................................................71
10.2
Resultados ..................................................................................................72
10.3
Discussão ...................................................................................................75
10.4
Conclusão ...................................................................................................77
11
ANÁLISE DE CONTEÚDO RELACIONADA AS VARIÁVEIS CINEMÁTICAS
RELACIONADAS AO CICLISMO..............................................................................78
11.1
Corpus de análise .......................................................................................78
11.2
Resultados ..................................................................................................79
11.3
Discussão ...................................................................................................80
11.4
Conclusão ...................................................................................................82
REFERÊNCIAS.........................................................................................................83
16
1 INTRODUÇÃO
O ciclismo é uma forma popular de exercício usada para condicionamento
aeróbio, para esporte competitivo e uma modalidade de reabilitação a terapia física.
Na competição, o maior enfoque está no rendimento, no qual o atleta adota uma
postura aerodinâmica para minimizar a resistência do ar e potencializar a produção
de energia no pé-de-vela. Quando a bicicleta é utilizada como exercício aeróbio o
enfoque primário é o conforto, na segurança e na habilidade para regular a carga e
acomodar uma ampla escala de exigências individuais (GREGOR, 2003).
A bicicleta foi criada em 2300 a.C., na China. Naquele primeiro momento,
não possuía sistema de transmissão de forças como pedais, corrente, coroas e
catracas. Sua utilização restringia-se ao deslocamento em declives. Foi, somente,
em 1855, que os engenheiros franceses Michauc e Lallemente acrescentaram
pedais à bicicleta (CANDOTTI, 2003).
Desde sua criação, inúmeras foram as inovações neste veículo, tanto na sua
forma estrutural quanto na tecnologia de materiais empregados (CARMO et al.,
2002). Estas inovações impulsionam cada vez mais indivíduos a praticar ciclismo,
utilizando a bicicleta em diferentes formas, seja o uso recreacional, ou o uso como
meio de transporte, ou o uso competitivo.
A Figura 1 ilustra os componentes de uma bicicleta.
17
Figura 1 – Componentes de uma bicicleta
Seria possível observar, ainda, uma grande utilização de cicloergômetros ou
bicicletas estacionárias em academias de ginástica por uma gama de indivíduos com
biótipos e objetivos completamente diferentes. A bicicleta estacional ergométrica é
comumente utilizada como uma forma de exercício aeróbio para a perda de peso,
para a reabilitação cardíaca, também, podendo ser utilizada como uma forma de
teste de esforço (GREGOR, 2003).
Segundo Nabinger, Iturrioz, Trevisan. (2003), o movimento da pedalada do
ciclista é um movimento cíclico e repetitivo identificado pela pedalada, que consiste
na rotação completa do eixo do pedal em torno do eixo central da bicicleta. Para
Martin, Sanderson e Umberger (2004), movimentos cíclicos são caracterizados pela
repetição contínua de um padrão fundamental de movimento.
Tendo-se em vista que um dos fatores que afeta o desempenho do individuo
que pedala é o aspecto mecânico tem-se que a técnica da pedalada é um
componente a ser estudado e treinado. Segundo Nabinger, Iturrioz, Trevisan (2003),
18
foram desenvolvidos vários instrumentos para a mensuração de forças em pedais de
bicicletas e em cicloergômetros com o intuito de mensurar a eficiência mecânica
(EMEC) e de analisar se o indivíduo está praticando a técnica correta da pedalada.
EMEC pode ser conceituada como um índice que relaciona a potência gerada
nas articulações com a potência liberada para o pedal. Quanto mais aproveitada a
potência gerada, mais eficiente é o atleta (SOARES et al., 2003).
A maioria dos estudos relacionados à EMEC é feita em pedais biaxiais,
capazes de medir o gesto motor da pedalada bidimenssionalmente, utilizando como
sistemas de referência os eixos x e y, o que não possibilita uma análise completa da
distribuição das componentes de força tampouco dos momentos existentes nos três
eixos (x, y, z). A Figura 2 ilustra os eixos ortogonais do pedal.
Figura 2 – Desenho esquemático dos eixos do pedal
Segundo Winter (1990), essa simplificação pode levar a inferências erradas
na análise do movimento tridimensional.
De acordo com Carmo et al. (2002), existem apenas 17 laboratórios de
pesquisa em nível mundial que possuem sistema para mensuração de forças em
pedais; desses a Universidade da Califórnia (University of California) é responsável
por, pelo menos, 50% do total dos estudos.
19
Seguindo uma perspectiva histórica, Gregor (2003) afirma que os primeiros
estudos a avaliarem as forças foram desenvolvidos por Sharp (1896). Segundo o
mesmo autor, o pedal desenvolvido por Sharp continha molas montadas entre duas
placas, as quais se deformavam quando submetidas às cargas presentes no gesto
motor da pedalada. Carmo et al. (2002) afirma que Scoth, em 1899, utilizou um
sistema de molas e polígrafos para avaliar a biomecânica da pedalada. Para Soares
et al. (2003), os avanços tecnológicos constatados a partir de 1970, permitiram o
desenvolvimento de sistemas mais precisos para a mensuração da EMEC do gesto
motor da pedalada. Entretanto, somente após 1980 uma análise tridimensional do
gesto motor da pedalada foi possível.
Ao longo do tempo, as bicicletas e os equipamentos de ciclismo vêm sofrendo
mudanças, da mesma forma que a metodologia aplicada no treinamento de ciclistas
de alto rendimento. O conhecimento e o domínio de variáveis biomecânicas e
fisiológicas são importantes para otimizar o desempenho dos ciclistas, visto que o
ciclismo é afetado pela interação de um grande número de variáveis, incluindo o
meio-ambiente e fatores mecânicos e biológicos (TOO, 1990).
Segundo Diefenthaeler et al. (2005), a qualidade da pedalada depende dos
diferentes ajustes da bicicleta (altura do selim, tamanho do pé-de-vela, tamanho do
quadro, etc.), da posição adotada pelo ciclista, da relação de marchas e da técnica
da pedalada. A carga de trabalho e a cadência da pedalada, também, exercerão
influência direta na atividade muscular.
A atividade muscular no gesto motor da pedalada pode ser mensurada
através da eletromiografia de superfície (EMG-S). Segundo Cram, Kasman e Hotz
(1998), a eletromiografia (EMG) é o método que estuda a atividade neuromuscular;
trata-se da representação gráfica da atividade elétrica do músculo. Já para Araújo
20
(2002), a EMG pode ser definida como o estudo da função muscular através da
análise do sinal elétrico emanado durante a contração muscular. Esse estudo da
função muscular, através da EMG, permite fazer interpretações em condições
normais e patológicas de um determinado gesto motor.
A EMG-S tem sido um efetivo e aprimorado método para se estudar a ação
muscular, determinando com objetividade os diferentes potenciais de ação dos
músculos empenhados em movimentos específicos (TSCHARNER, 2002).
Para Davis e Hull (1981), o desempenho de ciclistas de alto nível está
intimamente relacionado ao nível de treinamento e à técnica da pedalada do ciclista.
A técnica tem sido estudada utilizando-se pedais instrumentados com o objetivo de
mensurar as forças aplicadas ao longo do ciclo bem como sua magnitude e sua
direção.
Ciclistas de elite têm como características principais a magnitude da
componente
da
força
efetiva,
que
é
a
componente
da
força
aplicada
perpendicularmente ao pé-de-vela e que produz torque propulsor, também chamada
de força transmitida, depende da orientação da força aplicada pelo ciclista no pedal,
durante as fases de propulsão e recuperação (GREGOR, 2003). Hall (2000) define
torque (T) ou momento de força como a ação de uma força aplicada a um corpo em
relação a um ponto distante da linha de ação desta força, gerando movimentos de
rotação. É obtido pelo produto da força aplicada pela distância desta aplicação em
relação ao eixo de movimento.
Estudos como os feitos por Candotti et al. (2005a) demonstram que as
diferenças no comportamento do músculo tibial anterior, entre ciclistas e triatletas,
evidenciam que a ‘puxada no pedal’, na fase de recuperação, parece, realmente,
ocorrer, pelo menos nas condições laboratoriais impostas nesse estudo, mostrando
21
que os ciclistas apresentaram melhor técnica de pedalada do que triatletas. A
diferenciada estratégia de utilização do Tibial Anterior pode ser uma possível
explicação para esta melhor técnica, uma vez que se acredita na importância de
puxar o pedal na fase de recuperação, evitando influenciar no rendimento da outra
perna, que estaria desenvolvendo potência, na fase da propulsão.
O ciclismo tem sido um grande foco de estudo no esporte nos últimos anos,
recentemente pode ser percebida uma ênfase no estudo da técnica da pedalada no
ciclismo, mais especificamente nas estratégias de como melhorar a mesma. Isso se
deve ao fato de ser o ciclismo um esporte altamente competitivo e extremamente
técnico (BROKER; GREGOR; SCHMIDT, 1993).
Candotti et al. (2005b) demonstram, em seu estudo, que para alguns
triatletas, muitas vezes, existe ausência de uma força de puxada durante a fase de
recuperação do ciclo da pedalado - fato que foi observado nas cadências 75, 90 e
105 rpm, onde os triatletas não apresentaram habilidade de puxar o pedal durante a
fase de recuperação do ciclo da pedalada. Já em cadência mais baixa (60 rpm), o
controle do atleta sobre sua técnica de pedalada se mostrou mais eficiente.
Esta deficiência pode ocorrer pelo fato de os treinadores e atletas não se
preocuparem 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 (SANDERSON;
CAVANAGH, 1990).
O presente estudo terá como objetivo realizar uma revisão bibliográfica sobre
a biomecânica do ciclismo e, posteriormente, realizar uma análise de conteúdo
acerca da produção nacional relacionada à biomecânica do ciclismo.
22
O presente trabalho está dividido em tópicos, nos quais constam o problema,
os objetivos gerais e os específicos, a justificativa, a hipóteses e a relevância.
Posteriormente, são divididos em capítulos sobre a biomecânica do ciclismo e
análises de conteúdo acerca da produção nacional relacionada à biomecânica do
ciclismo.
23
2 PROBLEMA
Existe uma relação significativa entre a produção nacional relacionada à
biomecânica com os estudos relacionados à biomecânica do ciclismo?
24
3 OBJETIVOS
3.1
Objetivo geral
Verificar se há um número significativo de estudos relacionados à
biomecânica do ciclismo na produção nacional relacionada à biomecânica.
3.2
Objetivos específicos
¾ Realizar revisão de literatura acerca da temática EMEC do gesto motor da
pedalada em toda a produção dos anais do Congresso Brasileiro de
Biomecânica (CBB) e na Revista Brasileira de Biomecânica (RBB), utilizando
a técnica proposta por Bardin (2000).
¾ Determinar as fórmulas existentes para cálculo da EMEC do gesto motor da
pedalada.
¾ Realizar revisão de literatura acerca da temática do padrão ativação muscular
no gesto motor da pedalada em toda a produção dos anais do CBB e na RBB,
utilizando a técnica proposta por Bardin (2000).
¾ Verificar os métodos para normalização do sinal eletromiográfico no estudo do
gesto motor da pedalada.
25
¾ Realizar revisão de literatura acerca dos instrumentos que estão sendo
construídos para analisar o gesto motor da pedalada em toda a produção dos
anais do CBB e na RBB, utilizando a técnica proposta por Bardin (2000).
¾ Realizar revisão de literatura acerca dos estudos que investiguem as variáveis
cinemáticas no gesto motor da pedalada em toda a produção dos anais do
CBB e na RBB, utilizando a técnica proposta por Bardin (2000).
26
4 JUSTIFICATIVA
A justificativa da pesquisa encontra-se no fato de haver uma lacuna a ser
preenchida nas tecnologias de pesquisa que englobam diversas modalidades
desportivas, dentre elas o ciclismo. O fato de o Brasil ser um paÍs enorme com um
grande número de praticantes do ciclismo, nos faz avaliar como estão sendo
realizadas as pesquisas que estão relacionadas à análise biomecânica do gesto
motor da pedalada.
27
5 HIPÓTESES
1. Existe uma produção pequena na área de EMEC do gesto motor da
pedalada.
2. As fórmulas existentes para cálculo de EMEC são satisfatórias, com relação
aos objetivos a que se propõem.
3. A maioria das fórmulas existentes apenas considera dois eixos para cálculo
de EMEC devido ao fato da maioria das instituições que realizam pesquisas
nestas áreas possuírem pedais instrumentados biaxiais.
4. A maioria dos estudos sobre o padrão de ativação muscular analisa o sinal
eletromiográfico através do domínio tempo, a partir do “root mean square”
(valor RMS).
5. Para a normalização do sinal a maioria dos estudos utiliza o valor máximo
atingido entre as curvas analisadas (valor de pico).
6. Há poucas publicações de construção e instrumentação de pedais
instrumentados triaxiais.
28
6 RELEVÂNCIA
Acredita-se que os resultados destes estudos possam contribuir sobremaneira
como ferramenta na atuação de profissionais da saúde que lidam com ciclismo,
contribuindo, assim, para demonstrar como estão sendo feitas as pesquisas
relacionadas à biomecânica do ciclismo.
29
7 BIOMECÂNICA DO CICLISMO
Compreender a biomecânica do ciclismo é importante por diversas razões.
Primeiramente, esta compreensão poderia conduzir à diminuição ou à melhora de
lesões causadas em ciclistas de auto-rendimento, em virtude do esforço repetitivo no
gesto motor da pedalada, quando praticado em um alto volume e em uma alta
intensidade. Em segundo, o conhecimento sobre a biomecânica do ciclismo poderia
ser utilizado como uma ferramenta para a melhoria da técnica de indivíduos que
praticam ciclismo de uma forma recreativa ou de indivíduos que utilizam
cicloergômetros estacionários para promoção da saúde e/ou para reabilitação de
lesões. E, finalmente, a biomecânica do ciclismo pode melhorar significativamente a
técnica e, conseqüentemente, a performance dos atletas de elite (HULL; JORGE,
1985).
Hoje em dia, os ciclistas procuram maximizar ao máximo o desempenho
durante as provas e a EM é um fator importante que afeta o desempenho. Uma EM
elevada resulta em uma taxa baixa de gasto de energia sendo vantajosa durante um
ciclo longo de duração (HANSEN et al., 2002).
Para
compreender
melhor
a
biomecânica
do
ciclismo,
precisamos,
primeiramente, dividir a biomecânica em cinemática e cinética: a cinemática do
ciclismo é responsável pela descrição dos parâmetros temporais, espaciais e
espaço-temporais do gesto motor da pedalada sem levar em consideração as forças
que se aplicam sobre a mesma; já a cinética irá estudar o movimento a partir das
forças que se aplicam sobre o mesmo.
30
7.1
Cinemática do ciclismo
A cinemática é o estudo da geometria, do padrão ou da forma de movimento
em relação ao tempo. A cinemática linear ou angular envolve estudo do aspecto, da
forma, do padrão e da seqüência do movimento linear através do tempo, sem
qualquer referência em particular a força ou as forças que causam ou que resultam
esse movimento (HALL, 2000).
A maioria dos estudos sobre a cinemática do ciclismo se dá apenas no plano
sagital: Flexão e Extensão de joelho e quadril, dorsoflexão e flexão plantar de
tornozelo.. Pois tarefa do ciclismo foi considerada historicamente um movimento
planar (FARIA; CAVANAGH, 1978 pud DIEFENTHAELER, 2004), nos últimos anos
informações significativas foram apresentadas com relação à natureza tridimensional
da tarefa do ciclismo. Foram reportadas informações referentes à rotação interna e
externa da tíbia sobre o eixo longitudinal, a translação do joelho no plano frontal e a
translação da tíbia em relação aos côndilos femorais no plano sagital. De acordo
com Gregor (2003), o movimento do joelho no plano frontal foi investigado por Boutin
et al. (1989), Mc Coy (1989) e Ruby et al. (1992), mostrando resultados que
indicavam que o joelho pode se mover 6cm no plano frontal durante o ciclo da
pedalada.
Segundo Hull e Ruby (1996), o gesto motor da pedalada é um movimento
tridimensional complexo que, além das flexões e extensões das articulações do
tornozelo, do joelho e do quadril, apresenta abdução e adução da articulação do
quadril, que conseqüentemente provoca a rotação da tíbia.
31
A técnica da pedalada do ciclista é uma característica pessoal e depende de
fatores fisiológicos e biomecânicos. Entre as variáveis mecânicas mais importantes
estão: (1) a antropometria corporal; (2) a configuração do complexo ciclista-bicicleta;
e (3) a cadência de pedalada. As variáveis supracitadas estão intimamente
relacionadas podendo gerar influência entre si. Por exemplo, o comprimento dos
segmentos corporais (coxa, perna e pé) e os alinhamentos articulares dos membros
inferiores influenciam diretamente na regulagem da altura do selim, bem como na
amplitude da adução e abdução da articulação do quadril durante a pedalada (Hull;
Ruby, 1996).
Diferentes métodos para mapear a movimentação dos membros inferiores
vêm sendo utilizados e correlacionados com diferentes demandas de cargas
impostas, indicando alterações importantes nos membros inferiores dependendo da
carga de trabalho imposta (RUBY; HULL; HAWKINS, 1992; CARPES et al., 2004). A
análise da movimentação da articulação do joelho no plano frontal tem sido avaliada
e os resultados apresentam um desvio medial da articulação do joelho entre 2 e 4cm
em relação ao eixo do pedal, podendo ser influenciada pela intensidade do esforço,
visto que na fase de propulsão (0 a 180º), devido a maior produção de força,
ocorrem as maiores oscilações dos membros inferiores, torna-se importante mapear
de forma mais pontual esta fase do ciclo da pedalada (RUBY; HULL, 1992).
A discussão dos modelos cinemáticos dos membros inferiores durante o
ciclismo geralmente enfocam movimentos cíclicos e ritmados. Em alguns casos, os
indivíduos consideram o ciclismo uma tarefa muito similar à corrida, que também
envolve movimentos rítmicos e alternados das pernas. Nessa configuração, o
deslocamento, a velocidade e a aceleração da coxa, da perna e do pé parecem ser
mais afetados pela cadência da bicicleta e pela geometria da bicicleta (altura de
32
banco, comprimento do pé-de-vela e posição do pé sobre o pedal) (GREGGOR;
CONCONI, 2000).
Para entender melhor a cinemática do ciclismo, devemos dividir o ciclo da
pedalada em graus. A Figura 3 ilustra cinco instantes, em graus, de um ciclo de
pedalada.
Figura 3 – Instantes, em graus, do ciclo da pedalada
Para Gregor e Conconi (2000), a fase propulsiva onde o ciclista aplica a maior
força no pedal, se dá 0° de 180°, já de 180° a 360° se dá a fase de recuperação da
rotação do pé-de-vela, ou seja, quando o pedal esquerdo está na fase propulsiva, o
pedal direito está na fase de recuperação. A Figura 4 ilustra os quatro quadrantes e
a fase de propulsão e recuperação, conforme citados por Holderbaum et al. (2005).
33
Figura 4 – Quatro quadrantes, fase de propulsão e fase de recuperação do ciclo da pedalada
A cadência ou freqüência de pedalada é um fator que influencia diretamente
na cinemática do ciclismo e, conseqüentemente, no rendimento do atleta.
Para Martin, Sanderson e Umberger (2004), cadência ou freqüência média é
o número de vezes que um ciclo de pedalada se repete. Soares et al. (2005)
definem cadência como o ritmo de pedalada. Já para Nabinger, Iturrioz, Trevisan
(2003), cadência seria um movimento cíclico e repetitivo identificado pela pedalada,
que consiste na manutenção de um ritmo ao executar mais de uma rotação completa
do eixo do pedal em torno do eixo central da bicicleta.
Ao contrário do que acontece em situações de caminhada onde os seres
humanos utilizam para caminhar uma combinação de comprimento/freqüência de
passada
que
minimiza
o
gasto
energético,
estudos
(MARSH;
MARTIN;
SANDERSON, 2000) já demonstraram que a cadência de pedalada preferida pelos
atletas é sempre superior à cadência que minimiza o consumo de oxigênio. Isto é
34
constatado independente do indivíduo ter ou não experiência com ciclismo, por estes
motivos a cadência de pedalada vem sendo discutida em inúmeros estudos
(SOARES et al., 2005).
Segundo Lucía, Hoyos e Chicarro (2001), ciclistas de elite experientes
apresentam uma EMEC muito perto do padrão mecânico ideal, podendo selecionar
uma cadência adequada de pedalada para minimizar o estresse muscular e o gasto
energético.
Acredita-se que a cadência de movimento preferida pelos atletas é sempre
superior à cadência mais adequada que minimizaria o consumo energético,
acreditando-se assim que a escolha de uma determinada cadência está mais
associada com a capacidade de transformar o esforço muscular em EMEC do que
ao consumo de oxigênio em uma determinada cadência (TAKAISHI; YASUDA;
MORITANI, 1994; BRISSWALTER et al., 2000; MARSH; MARTIN; SANDERSON,
2000).
Estudos como o de Padilla et al. (1999) demonstraram que em ambiente
laboratorial a cadência de treinamento preferida por atletas de alto nível vária entre
90rpm e 100rpm, Esta cadência também foi percebida em estudos de Marsh, Martin
e Sanderson (2000) que analisaram a cadência preferida por ciclistas em provas, e
também em ambiente laboratorial, estes estudos também demonstraram que a
cadência onde o ciclista teria maior eficiência de movimento não é a cadência
preferida pelos ciclistas.
Em um estudo feito por Candotti et al. (2003), verificou-se que quando os
ciclistas pedalaram em uma cadência de 60rpm, eles foram capazes de empregar
mais força no pedal e obtiveram uma maior efetividade. Estes ciclistas conseguiram,
35
de certa forma controlar a orientação da aplicação de força da aplicação de força,
tendo, por tanto mais eficiência na pedalada.
No entanto, pedalar a 60rpm não é uma freqüência que agrade os ciclistas,
segundo depoimento dos próprios ciclistas. Ao contrário, todos eles preferem
pedalar em cadências mais altas (entre 90 e 105rpm). Nestas freqüências mais
altas, existe um maior desperdício da força aplicada, e um menor índice de
efetividade (CANDOTTI et al., 2003).
Na tentativa de entender o motivo pelo qual os ciclistas escolhem uma
determinada cadência que não coincide com a mais econômica tem sido alvo de
estudo de diferentes pesquisadores. Algumas justificativas para a escolha da
cadência são: através da relação força x velocidade, ou seja, em velocidades
maiores ocorre uma diminuição da força (PATTERSON; MORENO, 1990), porém
essa hipótese foi rejeitada por outros estudos como o de Neptune e Herzog (1999).
E existem ainda os que consideram que a cadência preferida para pedalar é a
mesma na qual a soma dos momentos absolutos sobre as articulações do tornozelo,
joelho e quadril estão minimizados (MARSH; MARTIN; SANDERSON, 2000).
Apesar de não existir um consenso sobre este fenômeno, as evidências
mostram que a vantagem em escolher uma cadência mais alta está associada
primordialmente a fatores relacionados à força e fadiga muscular mais do que ao
consumo de oxigênio em uma determinada cadência (SOARES et al., 2005).
Dificilmente os trabalhos sobre cadência preferida por ciclistas avaliam os
aspectos fisiológicos e biomecânicos simultaneamente, o que empobrece a
compreensão dos fenômenos relacionados ao ciclismo.
36
Além da cadência, outros fatores irão influenciar significativamente na
cinemática do ciclismo. A variação angular do quadril, joelho, e tornozelo, assim
como a relação entre a variação angular do pé-de-vela e do pedal.
Em um estudo limitando-se a analisar a cinemática no plano sagital, reportou
uma variação angular da articulação do quadril de 45º, 75º para a articulação do
joelho e 20º do tornozelo (FARIA; CAVANAGH, 1978 apud DIEFENTHAELER, 2004).
Já Carpes et al., (2003) chegou à conclusão que as maiores velocidades foram
observadas sempre no inicio dos quadrantes, onde as articulações quadril, joelho e
tornozelos estariam em flexão, enquanto o valor mais próximo da média foi
observado numa posição intermediaria em cada quadrante, onde a articulação do
quadril, joelho e tornozelo estariam perto da extensão máxima.
Em uma analise do plano sagital, apresentando um modelo bidimensional do
gesto motor da pedalada, nos permite dividir o modelo em quatro segmentos: coxa,
perna, pé-de-vela e pedal, o pé e pedal podem ser considerados um único
segmento, uma vez que não existe movimento relativo entre as partes, no plano de
analise. Pequenas variações angulares podem ocorrer dependendo do tipo de
equipamento utilizado para engatar a sapatilha ao pedal, porem estas variações
ocorreram em um eixo longitudinal, e serão desprezíveis em uma analise no plano
sagital (VELLADO et al., 2003).
A variação angular no plano sagital da articulação do joelho é que apresenta a
maior contribuição para o gesto motor da pedalada, já a contribuição da variação
angular tornozelo parece permanecer a mesma nas diferentes cadências, enquanto
a contribuição da variação angular do quadril parece diminuir a medida em que a
velocidade de pedalada aumente, tendo sua queda acentuada a partir de 75 rpm
(SOARES et al., 2003).
37
Para Ericson e Nisell (1988), mudanças no padrão do ângulo do quadril e
joelho estão diretamente relacionadas à altura do selim. O pico de extensão de
joelho aumenta de acordo com o aumento da altura do selim, sendo que os picos de
flexão e extensão do quadril, acontecem entre 10º e 180º da pedalada (Fase de
propulsão), respectivamente. Em contra partida os picos de extensão e flexão do
joelho acontecem entre 350º e 170º da pedalada respectivamente.
Dados apontados na literatura (GREGOR, 2002) vêm demonstrando que
ciclistas e triatletas apresentam um padrão cinemático diferenciado principalmente
no primeiro quadrante (0º a 90º) e no quarto quadrante (270º a 360º), acreditando
assim que há uma diferença significativa na técnica principalmente no que se diz
respeito à fase de recuperação.
O controle das variáveis cinemáticas do ciclismo é uma ferramenta excelente
para o aperfeiçoamento da técnica do gesto motor da pedalada de ciclistas ou
triatletas profissionais, sendo também extremamente útil para ensino de indivíduos
iniciantes no ciclismo.
7.2
Cinética do ciclismo
Quando se analisa a cinética de um gesto motor especifico, é necessário
levar em conta que o corpo humano gera forças e resiste a elas durante a realização
das atividades. A inércia, massa, peso, pressão, volume, densidade, torque e
impulso, irão proporcionar um alicerce útil para entender os efeitos que essas forças
geram sobre o movimento (HALL, 2000).
38
Em uma analise completa da cinética do ciclismo, podemos nos tornar
interessados em uma ótima integração entre o ciclista e a bicicleta. Essa integração
envolve a produção músculos partindo do ciclista e um completo entendimento das
forças externas e das forças interativas partindo da bicicleta que agem sobre o
ciclista (GREGOR, 2003).
Em competições, o objetivo principal é o máximo desempenho do atleta,
sendo importante, portanto, que o ciclista esteja em uma posição mais aerodinâmica
possível para minimizar o efeito da resistência do ar e maximizar a energia
despendida. Em virtude disso, pesquisas envolvendo ciclistas de elite têm
objetivado, principalmente, fatores relacionados às respostas fisiológicas e
mecânicas nas mudanças da carga de trabalho e/ou na força produzida, e aos
efeitos da posição do corpo no ajuste da bicicleta (GREGOR, 2003).
Segundo Broker e Gregor (1990), o desempenho está intimamente
relacionado ao nível de treinamento e à técnica da pedalada do ciclista. A técnica
tem sido estudada utilizando-se pedais instrumentados com o objetivo de mensurar
as forças aplicadas ao longo do ciclo, bem como sua magnitude e sua direção
(BROKER; GREGGOR, 1990; GURGEL et al., 2005). A magnitude da componente
da força efetiva, que é a componente da força aplicada perpendicularmente ao péde-vela e que produz torque propulsor, também chamado de força transmitida,
depende da orientação da força aplicada pelo ciclista no pedal, durante as fases de
propulsão e recuperação (SANDERSON; BLACK, 2003). Essa orientação é uma
característica da técnica de pedalada de cada indivíduo, presente principalmente em
ciclistas de elite (CANDOTTI, 2003).
Quando o pé do ciclista aplica uma força sobre o pedal, o pedal também
aplicará uma força com a mesma magnitude porem em sentido contrario. Essa força
39
é chamada de força de reação, e ela atua nos membros inferiores do ciclista durante
a pedalada (GREGGOR; CONCONI, 2000).
Greggor e Conconi (2000) definem que os componentes de forças no eixo
perpendicular ao pedal são chamados de F(z), já as forças paralelas ao pedal, que
realizam o movimento no eixo longitudinal são chamadas F(x), e já as que ocorrem
no eixo Antero posterior de F(y). A Figura 5 ilustra os eixos do pedal.
Figura 5 – Eixos do pedal. Adaptado de Davis e Hull (1981)
A Figura 6 ilustra o comportamento das forças e momentos aplicados ao
pedal nos três eixos. (DAVIS; HULL, 1981)
40
Figura 6 – Comportamento das forças e dos momentos aplicados ao pedal nos três eixos
(DAVIS ; HULL, 1981)
Os gráficos apresentados pelos pedais instrumentados são utilizados para a
melhora da efetividade mecânica.
A EMEC é calculada com base nas variáveis:
¾ Ângulo do pedal;
¾ Ângulo do pé de vela;
¾ Força gerada no pedal;
Torque articular, obtido por meio de analise de dinâmica inversa (Equação 1)
e eficiência motriz (Equação 2). (DAVIS; HULL, 1981)
T (θ 1) = ( Fx cos θ 2 − Fg sin θ 2) ∗ Lca
Equação 1 - Fórmula para cálculo de torque (DAVIS; HULL, 1981)
41
N (θ 1) =
[Fx
T (θ 1)
Lca
2
+ Fz
]
1
2 2
Equação 2 - Fórmula para cálculo de torque articular produzido durante a pedalada
Nas quais, T é o torque, Fx é a força aplicada no eixo x, θ1 é o ângulo do péde-vela (que varia de 0° a 360°), θ 2 é o ângulo do pedal, Lca é o comprimento do pé
de vela e η é a eficiência motriz. Fx e Fz são funções de θ1 .
Potência média da pedalada, conforme proposta de Davis e Hull (1981)
¾
(Equação 3).
⎞
1 ⎛ 360
⎜ ∑ T (θ1 )θ&1 ⎟
P=
⎟
360 ⎜⎝ θ1 =1
⎠
Equação 3 - Fórmula para cálculo da potência média da pedalada
Na qual, P= Potência (em Watts). T é o torque, ∑ é o somatório da variação
angular, θ1 é o ângulo do pé-de-vela (que varia de 0° a 360°).
A efetividade mecânica é um índice que relaciona o trabalho mecânico
muscular (WA) com o trabalho final gerado no pedal (WP), onde 100% indica a
efetividade máxima, e é dada pela Equação 4.
Emec =
WA
∗100
WP
Equação 4 – Fórmula para cálculo da eficiência mecânica da pedalada
A potencia mecânica muscular é a taxa de realização de trabalho (WINTER,
1990). Desta forma o trabalho mecânico muscular (WA), realizado em um dado
intervalo de tempo, é obtido através da integral (∫) do módulo (| |) da potencia
42
muscular (PA), e dt é a multiplicação da distância pelo tempo, como mostra a
Equação 5.
WA = ∫ PA dt
Equação 5 – Fórmula para cálculo do trabalho mecânico
O WP é calculado pelo modulo da integral da potencia gerada no pedal, que é
obtida pelo produto escalar da força perpendicular ao pé-de-vela (Equação 6).
r
r
( FP) com a cadência em (VP)
WA = ∫ u FP ∗ VP dt
Equação 6 – Fórmula para o cálculo do trabalho final gerado pelo pedal na pedalada
Na qual, WA é o trabalho mecânico muscular realizado em um dado intervalo
de tempo. FP a força perpendicular aplicada ao pé de vela, VP a cadência e dt a
distância vezes tempo.
Já para calculo de força efetiva, as componentes das forças normal e
tangencial são decompostas em componentes axiais e radiais ao eixo do pé-de-vela;
porém, para o cálculo da força efetiva consideraram-se apenas as componentes
radiais (perpendiculares ao pé de vela) (NABINGER, 1997), conforme demonstra a
Equação 7. O Gráfico 1 mostra a curva de força efetiva de referência (NABINGER,
1997).
Equação 7 – Fórmula para o cálculo de força efetiva gerada no pedal durante a pedalada
Onde FE é a força efetiva aplicada ao pedal e Fy é a força aplicada ao eixo y e
Fx é a força aplicada ao eixo x.
43
Para cálculo da força efetiva, as componentes das forças normal e tangencial
são decompostas em componentes axiais e radiais ao eixo do pé-de-vela; porém,
para o cálculo da força efetiva consideraram-se apenas as componentes radiais
perpendiculares ao pé de vela.
Gráfico 1 - Curva de força efetiva de referência (NABINGER, 1997)
O impulso da força resultante (IFR) e o impulso angular e da força efetiva
(IFE), nas posições avaliadas, em função do tempo, foram obtidos mediante o cálculo
da integral (CAVANAGH; SANDERSON, 1986 apud DIEFENTHAELER, 2004) e
normalizados pela posição de referência de cada ciclista, conforme ilustram as
Equações 8 e 9.
Equação 8 – Impulso de força resultante
Onde IFR é o impulso da força resultante que é dado pela integral da distância
multiplicada pelo tempo (dt) e pela força resultante (FR).
Equação 9 – Impulso de força efetiva
44
Onde IFE é o impulso da força efetiva que é dado pela integral da distância
multiplicada pelo tempo (dt) e pela força efetiva (FE)
E ainda em alguns estudos, pode-se calcular o índice de efetividade mecânica
(IE), que representa o quanto da força aplicada no pedal é aproveitada, ou seja, a
técnica de pedalada do ciclista, pode-se utilizar a relação entre o Índice de força
efetiva (iFE) e o Índice de força resultante (iFR) (SANDERSON e BLACK, 2003) de
acordo com a Equação 10.
Equação 10 –Impulso efetivo
Onde IE é o impulso efetivo é igual o impulso da força resultante que é dado
IFR pela integral da distância multiplicada pelo tempo (dt) e pela força resultante (FR)
dividido por o impulso da efetiva (IFE) que é dado pela integral da distância
multiplicada pelo tempo (dt) e pela força efetiva (FE)
A Figura 7 mostra as forças aplicadas ao pedal e no pé-de-vela durante a
pedalada.
Figura 7 - Forças aplicadas no pedal e no pé-de-vela durante a pedalada. Adaptada de Burke
(1996) apud Holderbaum et al. (2005)
45
O pico de força perpendicular à superfície do pedal é aproximadamente 350 N
ou 60% do peso corporal do individuo. Essa porcentagem é aproximadamente a
mesma para todos os ciclistas sentados sobre as condições de estado estável e irão
aumentar apenas se o ciclista tentar acelerar a bicicleta por um período consistente.
Essas forças raramente irão exceder o peso do corpo a não ser que o ciclista se
apóie no guidom. Além disso, embora os ciclistas freqüentemente sintam que puxam
o pedal durante a fase de recuperação, isso é raro. Puxar o pedal não é essencial
para uma técnica eficiente no ciclismo (GREGOR, 2003).
Dados apresentados por Candotti et al. (2005a), confrontam os dados
relatados por Gregor (2003). Candotti et al. (2005a) relatam que há um padrão
característico
e
distinto
de
pedalada,
para
ciclistas
e
triatletas,
devido,
possivelmente, à utilização de diferentes estratégias de ativação neuromuscular.
Assume-se que ciclistas detêm uma melhor técnica de pedalada que triatletas, a
partir do comportamento distinto dos músculos tibial anterior e bíceps femoral, na
fase de recuperação, pois os ciclistas possivelmente ‘puxam’ o pedal na fase de
recuperação.
Candotti et al. (2005b) realizaram um estudo no qual foram verificadas as
forças de reação aplicada a pedais instrumentados por triatletas, demonstrando que
os valores de força efetiva encontrados diminuem significativamente com o aumento
da cadência, concluindo que com o aumento da cadência os triatletas demonstram
uma menor habilidade na orientação das forças durante a pedalada.
Em um estudo realizado por Bini et al. (2005), conclui-se que inúmeros fatores
irão influenciar significativamente nas forças aplicadas aos pedais. Bini et al. (2005),
investigou a influência da adução e abdução de joelhos e com os joelhos em
46
posições ditas ideal, pode-se perceber que a posição dos joelhos em relação ao
quadro da bicicleta possui repercussões diferenciadas entre os ciclistas.
Segundo Alvarez e Vinyolas (1996) apud Candotti et al. (2003), os pedais
instrumentados podem ser utilizados não somente para avaliar a técnica da
pedalada e fornecer informações sobre a EMEC dos atletas, mas também para
monitorar o treinamento dos atletas, buscando a tanto a melhora técnica quanto à de
performance.
Outra aplicabilidade dos pedais instrumentados é no processo de ensino
aprendizagem, onde os gráficos de EMEC, apresentados em tempo real, podem ser
uma ótima ferramenta didático-pedagógica para ciclistas iniciantes.
Holderbaum et al. (2005) desenvolveu uma técnica na qual foi possível utilizar
pedais instrumentados como uma ótima ferramenta didática pedagógica para
ensinar a técnica correta do gesto motor da pedalada, este estudou utilizou os
pedais como uma ferramenta de feedback visual, onde havia um professor junto ao
aluno o auxiliando a executar a técnica correta do ciclismo. A Figura 8 mostra a
orientação das forças ao longo do ciclo da pedalada apresentada ao indivíduo nos
intervalos da série de aprendizagem durante a interação do avaliador com o avaliado
durante o estudo feitor por Holderbaum et al. (2005).
47
Figura 8 – Orientação das forças ao longo do ciclo da pedalada
Outro aspecto importante da cinética do ciclismo a potencia gerada por cada
articulação no ciclismo, em um estudo desenvolvido por Soares et al. (2003), o
joelho é o principal gerador de potência de pedalada, e que o quadril apresenta
maiores valores de potência negativa. Essa potência negativa, que representa uma
contração excêntrica, em um primeiro momento, parece ‘atrapalhar’ a propulsão no
pedal, já que seria contrária ao sentido do movimento.
Segundo Broker e Gregor (1994), um percentual da energia gasta na
contração excêntrica volta ao sistema armazenada sob a forma de energia elástica.
Desta forma para o calculo de trabalho mecânico gerado, os valores de potencia
muscular são somados em modulo.
Em um estudo realizado por Diefenthaeler et al. (2005), com objetivo de
avaliar diferentes alturas de selim e influência gerada nos padrões de ativação
48
muscular em ciclistas de elite, o período de ativação variou com a mudança da
posição do selim. Esta variação pode ser explicada por meio de um mecanismo de
regulação do sistema nervoso central, que, ciente das condições mecânicas do
músculo em termos de comprimento e velocidade, parece enviar maior estímulo ao
músculo quando este se encontra em uma situação desfavorável, e o contrário em
uma situação favorável.
Neste estudo foi registrada no quarto quadrante a ativação dos músculos
Reto Femoral, Vasto Lateral e Tibial Anterior para os três ciclistas. O Reto Femoral e
o Tibial Anterior apresentaram ativação entre 270 e 360° do pé-de-vela, atuando
como flexor do quadril e flexor dorsal, respectivamente; enquanto que o Vasto
Lateral ativou somente a partir da segunda metade desse quadrante. Nesse
quadrante, os ciclistas apresentaram aumento na ativação do Reto Femoral na
posição com o selim 1cm abaixo da posição habitual que eles praticavam o ciclismo.
A ativação do Tibial Anterior no quarto quadrante representa a técnica do ciclista em
direcionar a força no pedal para que esta possa contribuir com o membro
contralateral. Já em relação ao Vasto Lateral os ciclistas apresentaram maior
ativação entre 300 - 360° do ciclo. Sendo este um músculo monoarticular e um
potente extensor do joelho, acredita-se que esteja contribuindo para direcionar a
força nesse quadrante. Assim, o estudo conclui que esses atletas detêm melhor
técnica que se aproxima do ideal, pois estes conseguiram direcionar a força
produzida pelo Vasto Lateral no sentido de gerar torque propulsor nesse quadrante.
Já em relação às forças aplicadas ao pedal em diferentes alturas de selim
Diefenthaeler et al. (2005), verificou que ocorreram modificações na direção e na
magnitude das forças aplicadas no pedal quando a posição do selim foi alterada.
Entretanto, a posição de referência foi a mais efetiva entre as testadas.
49
O estudo da técnica do ciclismo, tanto estudo da cinemática quanto o estudo
da cinética do gesto motor da pedalada é importantíssimo para melhorar os
resultados tanto dos ciclistas e triatletas de alto nível, assim como de indivíduos que
praticam ciclismo de forma recreacional. Isso se deve ao fato de ser o ciclismo um
esporte altamente competitivo e extremamente técnico, portanto, necessita ser
ensinado. Acredita-se que a reduzida ênfase no ensino da técnica da pedalada
decorra especialmente da falta de conhecimento dos técnicos e praticantes sobre
este tema.
50
8
ANÁLISE DE CONTEÚDO RELACIONADA A EFICIÊNCIA MECÂNICA NO GESTO
MOTOR DA PEDALADA
A revisão bibliográfica sobre a temática EMEC da pedalada e a determinação
de fórmulas existentes para cálculo da EMEC do gesto motor da pedalada foi
realizada por meio de seleção e analise de artigos científicos existentes na área.
Como universo de análise foram escolhidos os anais do CBB assim como as
RBBs. Pois estes representam a produção nacional dos últimos 12 anos relacionada
à temática da EMEC no ciclismo.
Posteriormente, foi utilizada a técnica de “Scanning” (GOODMAN, 1976, apud
KLEIMAN, 1989), para que assim fosse feita uma seleção dos artigos úteis ao
desenvolvimento deste estudo. Essa técnica consiste em uma leitura superficial dos
artigos de que a seleção do material seja mais fidedigna ao que se pretende nesta
investigação. Em um segundo momento o conteúdo dos artigos selecionados foi
submetido a uma analise de conteúdo, na qual utilizou-se a técnica proposta por
Bardin (2000).
Foram adotadas como características de analise:
a) Os objetivos pretendidos para as investigações;
b) Os sistemas de referencias utilizados (x,y,z);
c) Os algoritmos para cálculos de EMEC;
d) As amostras utilizadas;
e) Os testes de esforços empregados.
51
8.1
Corpus de análise
1. NASCIMENTO, F. A. O. et al. Experimento com sinais biomecânicos de força
aplicados sobre pedais instrumentados para o ciclismo. In: CONGRESSO
BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 10., 2003, Ouro Preto. Anais... Belo
Horizonte: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2003. 2 v. v. 1, p. 372-5. v. 1.
2. SOARES, D. Comparação entre eficiência mecânica e economia de movimento
no ciclismo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 10., 2003, Ouro
Preto. Anais... Belo Horizonte: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2003. 2 v.
v. 1, p. 228-32.
3. CANDOTTI, C. T. et al. Analise da técnica da pedalada de ciclistas de elite. In:
CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 10., 2003, Ouro Preto. Anais...
Belo Horizonte: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2003. 2 v. v. 1, p. 152-5.
4. SOARES, D. et al. Potência muscular e eficiência mecânica em diferentes
cadências no ciclismo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 10.,
2003, Ouro Preto. Anais... Belo Horizonte: Sociedade Brasileira de Biomecânica,
2003. 2 v. v. 1, p. 224-7.
5. DIEFENTHAELER, F. et al. A influência da posição do selim na aplicação da
força durante a pedalada: estudo de casos. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE
BIOMECÂNICA, 11., 2005, João Pessoa. Anais... João Pessoa: Sociedade
Brasileira de Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
6. ROCHA, E. et al. Local do pico de força sobre o pedal em diferentes cadências
para no cálculo de defasagem eletromecânica. In: CONGRESSO BRASILEIRO
DE BIOMECÂNICA, 11., 2005, João Pessoa. Anais... João Pessoa: Sociedade
Brasileira de Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
7. CARPES, F. P. et al. Aplicação de força no pedal em prova de ciclismo 40km
contra-relógio simulada: estudo preliminar. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE
BIOMECÂNICA, 11., 2005, João Pessoa. Anais... João Pessoa: Sociedade
Brasileira de Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
8. HOLDERBAUM, G. G. et al. Metodologia de ensino da técnica da pedalada no
ciclismo através de um sistema de feedback visual aumentado. In: CONGRESSO
52
BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 11., 2005, João Pessoa. Anais... João
Pessoa: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
9. CANDOTTI, C. T. et al. Estudos das forças aplicadas nos pedais por triatletas. In:
CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 11., 2005, João Pessoa.
Anais... João Pessoa: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
10. BINI, R. R. et al. Implicações da pedalada em posição aerodinâmica sobre o
impulso da força efetiva de ciclistas: estudo de caso. In: CONGRESSO
BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 11., 2005, João Pessoa. Anais... João
Pessoa: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
11. ROCHA, E. Relação entre técnica de pedalada e os momentos musculares do
quadril, joelho e tornozelo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA,
11., 2005, João Pessoa. Anais... João Pessoa: Sociedade Brasileira de
Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
12. CARPES, F. P. et al. Análise da simetria na produção de torque em 40km de
ciclismo simulado. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 11.,
2005, João Pessoa. Anais... João Pessoa: Sociedade Brasileira de
Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
8.2 Resultados
Foram analisadas todas as edições da RBB, que estão divididas do numero 1
ao 9, totalizando um total de 72 artigos, desses 72 apenas dois foram selecionados
na edição de numero 2. Destes artigos os dois tratavam da instrumentação para a
mensuração de forças no ciclismo.
O Gráfico 2 mostra o percentual de artigos relacionados à Biomecânica do
Ciclismo em relação ao total de artigos publicados na RBB.
53
Revista Brasileira de Biomecânica
3%
Total de Artigos
Artigos
Relacionados a
Biomecânica do
Ciclismo
97%
Gráfico 2 – Percentual de artigos relacionados a biomecânica do ciclismo em relação ao total
de artigos publicados na RBB
A Tabela 1 mostra as temáticas relacionadas ao ciclismo que foram
publicados nas RBBs.
Tabela 1 - Temáticas relacionadas ao ciclismo publicados nas RBBs
Revista Brasileira de Biomecânica
Temática Relacionada ao Ciclismo
N° de Artigos
Eficiência Mecânica
0
Instrumentação e Construção de equipamentos
2
Analise do Padrão de Ativação Muscular
0
Variáveis Cinemáticas
0
Já nos anais do CBB foram analisados os anais do V ao XI CBB, pois apenas
a partir do V CBB os trabalhos passaram a ser publicados em anais. O total de
artigos analisados foi 970, sendo selecionados 29 artigos, e um resumo de mesa
redonda na qual foi abordada a biomecânica ao ciclismo, e analisados apenas 12
artigos, os quais os objetivos dos estudos eram analise da EMEC com o uso de
pedais instrumentados.
54
O Gráfico 3 mostra o percentual de artigos relacionados à Biomecânica do
Ciclismo em relação ao total de artigos publicados nos Anais dos CBBs.
Anais Congressos Brasileiro de
Biomecânica
3%
Total de Artigos
Artigos
Relacionados a
Biomecânica do
Ciclismo
97%
Gráfico 3 – Total de estudos relacionados à biomecânica do ciclismo versus total de artigos
publicados nos anais dos CBBs
Dos artigos restantes, 8 tratavam da instrumentação e construção de
instrumentos que realizassem a analise da biomecânica do ciclismo, e outros 5
analise do padrão de ativação muscular no ciclismo e 4 das variáveis cinemáticas.
A Tabela 2 mostra as temáticas relacionadas ao ciclismo que foram
publicados nos Anais do CBB.
Tabela 2 – Temáticas relacionadas ao ciclismo publicadas nos anais dos CBBs
Temática Relacionada ao Ciclismo
N° de Artigos
Eficiência Mecânica
12
Instrumentação e Construção de equipamentos
8
Analise do Padrão de Ativação Muscular
5
Variáveis Cinemáticas
4
Apenas a partir do VIII CBB foi publicado um artigo relacionado à biomecânica
do ciclismo, já no X CBB foram publicados 9 e no XI foram publicados 19.
55
O Gráfico 4 mostra a relação de artigos relacionados à Biomecânica do
Ciclismo em relação ao total de artigos publicados ao longo das edições do CBB.
500
480
400
300
218
200
100
0
59
V CBB
66
81
VI
CBB
VII
CBB
101
1
VIII
CBB
Biomecanica do Ciclismo
Outros
123
9
19
IX X CBB XI
CBB
CBB
Gráfico 4 – Números de artigos relacionados a biomecânica do ciclismo versus o número de
artigos relacionados a outras temáticas
Dos no 12 artigos analisados, 4 se encontravam nos anais do X CBB e 8 no
do XI CBB. Através desta analise foi possível constatar que todos (100%) artigos
que analisavam a técnica da pedalada com o uso de pedais instrumentados,
capazes de medir as forças aplicadas pelo ciclista, utilizaram pedais instrumentados
biaxiais, usando como sistemas de referencia as forças aplicadas verticalmente(x) e
horizontalmente (y) sobre a plataforma do pedal.
O Gráfico 5 mostra a relação de artigos relacionados à EMEC em relação ao
total de artigos relacionados a biomecânica do ciclismo no X CBB.
56
Anais X Congresso Brasileiro de
Biomecânica
31%
Eficiência
Mecânica
Biomecânica do
Ciclismo
69%
Gráfico 5 – Percentual de artigos relacionados EMEC versus o total de artigos relacionados a
biomecânica nos anais do X CBB
O Gráfico 6 mostra a relação de artigos relacionados à EMEC em relação ao
total de artigos relacionados à biomecânica do ciclismo no XI CBB.
Anais do XI Congresso Brasileiro de
Biomecânica
39%
Biomecânica do
Ciclismo
61%
Eficiência
Mecânica
Gráfico 6 - Percentual de artigos relacionados EMEC versus o total de artigos relacionados a
biomecânica nos anais do XI CBB
A Tabela 3 demonstra o número de artigos analisados e sistemas de
referência utilizado nestes artigos.
57
Tabela 3 – Sistemas de referências utilizados nos artigos analisados
Nº de artigos analisados
Sistemas de referencia utilizado
X CBB
4
XeY
XI CBB
8
XeY
O n amostral utilizado pelos estudos foi em média 8 com desvio padrão de
±6,58. Os testes de esforço empregados em todos os estudos não seguiram
protocolos já validados na literatura, todos os protocolos utilizados foram definidos
pelos próprios pesquisadores.
Quanto aos algoritmos para cálculo da EMEC, em dois artigos não constavam
os algoritmos utilizados, já em 6 artigos calcularam a EMEC através da força efetiva
aplicada ao pedal, que é obtido através da Equação 7.
Os 3 artigos restantes calcularam EMEC a partir do índice de efetividade
mecânica que relaciona o trabalho muscular mecânico muscular (WA, dado pela
integral da potencia muscular total) como o trabalho final gerado no pedal (WP),
onde 100% indica a efetividade máxima e é dada pela Equação 4. A Tabela 4
demonstra os algoritmos utilizados para cálculo de EMEC.
Tabela 4 – Algoritmos para cálculo de EMEC
Emec =
6
WA
∗100
WP
3
Não consta
3
58
8.3 Discussão
Verificou-se com analise de conteúdo que mesmo o Brasil sendo um país que
possui uma quantidade enorme de ciclistas, sejam eles recreacionais, profissionais,
ou apenas pessoas que utilizam a bicicleta como meio de transporte, a produção
nacional relacionada à biomecânica do ciclismo ainda é muito escassa. Quando
compararmos a produção relacionada a analise da EMEC no gesto motor da
pedalada com as outras temáticas relacionadas com a biomecânica do ciclismo,
podemos constatar que esta é a temática mais avaliada em estudos que dizem
respeito à biomecânica do ciclismo, porém se comparamos a análise da EMEC em
outras modalidades, poderemos afirmar que os estudos relacionados à EMEC do
ciclismo são muitos escassos.
Pode-se, ainda, observar que apenas a partir do X CBB que os laboratórios
começaram a investigar a EMEC do ciclismo, isto se deve ao fato que apenas em
2001 foi publicado artigos sobre a construção de instrumentos capazes de verificar
as forças aplicas aos pedais pelo ciclista no gesto motor da pedalada.
O fato de ter aumentado o número de pesquisas publicadas relacionadas ao
ciclismo no XI CBB, fez com que os estudos relacionados à EMEC do ciclismo
através do uso de pedais instrumentados acompanhassem esse crescimento.
Se compararmos com outras modalidades estudadas pelos laboratórios de
biomecânica no Brasil, a produção relacionada à EMEC no gesto motor da pedalada
ainda é muito pequena, acredita-se que isso se deve ao fato de existir apenas 2
pedais biaxiais e 2 triaxiais em todo território brasileiro, o que torna difícil realizar
59
mais pesquisas de analise da EMEC do gesto motor da pedalada, pois há uma
escassez muito grande de instrumentos que possibilitem esta análise.
Todos estudos analisados utilizam pedais instrumentados biaxiais, isto pode
levar a simplificações que podem acarretar erros graves na analise da biomecânica
do gesto motor da pedalada (WINTER, 1990), pois nos últimos anos informações
significativas foram apresentadas com relação à natureza tridimensional da tarefa do
ciclismo, informações referentes à rotação interna e externa da tíbia sobre o eixo
longitudinal, a translação do joelho no plano frontal e a translação da tíbia em
relação aos côndilos femorais no plano sagital. Segundo Gregor (2003), o
movimento do joelho no plano frontal foi investigado por Mc.Coy (1989), Ruby et al.
(1992), Boutin et al. (1989), mostrando resultados que indicavam que o joelho pode
se mover 6cm no plano frontal durante o ciclo da pedalada.
Isto se deve ao fato de que apenas em 2005, foram publicados artigos sobre
a construção e instrumentação de pedais instrumentados Triaxiais. O fato de
laboratórios brasileiros ainda utilizarem pedais instrumentados biaxiais mostra um
atraso no que diz respeito a pesquisas relacionadas à biomecânica da pedalada,
pois por volta de 1981 quando Davis e Hull (1981), realizaram a primeira analise
triaxial do gesto motor da pedalada, e os resultados indicaram a importância de
analisar o gesto motor da pedalada como um movimento tridimensional.
Quanto aos protocolos de testes de esforços utilizados, foi possível verificar
que em todos os estudos foram utilizados protocolos diferentes, este fato ocorre
possivelmente por que os estudos apesar de avaliarem a EMEC, possuíam objetivos
distintos. Já quanto aos algoritmos utilizados para cálculo podemos ver que os
pesquisadores brasileiros dão preferência para calcular a EMEC através do calculo
da força efetiva.
60
Já o n amostral tem em média 8 atletas, o que seria um n relativamente baixo
para se dizer que os achados dos estudos poderiam ser inferidos a uma
determinada população.
8.4 Conclusão
A partir da analise de conteúdo, foi possível verificar que as pesquisas
relacionadas à biomecânica no Brasil ainda são muito escassas. O fato de o Brasil
ser um país que possui um enorme número de ciclistas, mas em contra partida
possui uma baixa produção cientifica relacionada ao ciclismo, mostra que não há
uma aproximação entre o meio acadêmico e os praticantes e atletas de ciclismo.
Outro fato a se considerar é o fato de existirem poucos instrumentos que
proporcionem a investigação da EMEC no ciclismo, acarretando assim uma grande
dificuldade para o número de pesquisas relacionadas a essa temática cresçam
significativamente.
Espera-se que os resultados deste estudo possam contribuir com a
Sociedade Brasileira de Biomecânica (SBB) possa definir protocolos específicos e
padronizados, assim como padronizar os algoritmos utilizados para cálculo de EMEC
no gesto motor da pedalada.
61
9
ANÁLISE DE CONTEÚDO RELACIONADA AO PADRÃO DE ATIVAÇÃO
MUSCULAR NO GESTO MOTOR DA PEDALADA
A revisão bibliográfica sobre a análise do padrão de ativação muscular da
pedalada e a determinação de protocolos de analise eletromiográfica do gesto motor
da pedalada foi realizada por meio de seleção e análise de artigos científicos
existentes na área.
Como universo de análise foram escolhidos os anais do CBB assim como as
RBBs. Pois estes representam a produção nacional dos últimos 12 anos relacionada
à temática da EMEC no ciclismo.
Posteriormente, foi utilizada a técnica de “Scanning” (GOODMAN, 1976, apud
KLEIMAN, 1989), para que assim fosse feita uma seleção dos artigos úteis ao
desenvolvimento deste estudo. Essa técnica consiste em uma leitura superficial dos
artigos de que a seleção do material seja mais fidedigna ao que se pretende nesta
investigação. Em um segundo momento o conteúdo dos artigos selecionados foi
submetido a uma análise de conteúdo, na qual utilizou-se a técnica proposta por
Bardin (2000).
Foram adotadas como características de análise:
a)
Os objetivos pretendidos para as investigações;
b)
Os métodos utilizados para normalização do sinal;
c)
Musculaturas analisadas;
d)
As amostras utilizadas;
e)
Protocolo de colocação de eletrodos.
62
9.1
Corpus de análise
1. CANDOTTI, C. T. et al. Comparação do padrão de ativação muscular de ciclistas
e triatletas. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 11., 2005, João
Pessoa. Anais... João Pessoa: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2005. 1
CD-ROM.
2. MELO, M. O. et al. Correspondência entre a atividade eletromiográfica e limiar de
lactato durante teste máximo progressivo em bicicleta estacionária. In:
CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 11., 2005, João Pessoa.
Anais... João Pessoa: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
3. SZMICHROWSKI, L. A.; CARVALHO, R. G. S.; CARDOSO, J. R. Ativação
eletromiográfica durante o exercício de ciclismo em cicloergômetro aquático. In:
CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 11., 2005, João Pessoa.
Anais... João Pessoa: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
4. DIEFENTHAELER, F.; BINI, R. R.; KAROLCZAK, A. P. B.; GUIMARÃES, A. C. S.
O efeito da mudança na posição do selim nos padrões de ativação muscular de
ciclistas de elite. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 11., 2005,
João Pessoa. Anais... João Pessoa: Sociedade Brasileira de Biomecânica,
2005. 1 CD-ROM.
5. FAVARO, O. R. P.; GONÇALVES, M. Indentificação dos limiares de fadiga
eletromiográficos dos músculos vastus medialis, vastus lateralis e rectus femorais
e aplicação deste índice em situação de teste continuo durante o ciclismo
estacionário. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 10., 2003,
Ouro Preto. Anais... Belo Horizonte: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2003.
2 v. v. 1, p. 319-21.
9.2 Resultados
Foram analisadas todas as edições da RBB, que estão divididas do numero 1
ao 9, totalizando um total de 72 artigos, desses 72 apenas dois foram selecionados
63
na edição de número 2, Destes artigos os dois tratavam da instrumentação para a
mensuração de forças no ciclismo, sendo assim a produção relacionada ao padrão
de ativação muscular no gesto motor da pedalada é nula nas RBBs.
Já nos anais do CBB foram analisados os anais do V ao XI CBB, pois apenas
a partir do V CBB os trabalhos passaram a ser publicados em anais. O total de
artigos analisados foi 970, sendo selecionados 29 artigos, e um resumo de mesa
redonda na qual foi abordada a biomecânica ao ciclismo, e analisados apenas 5
artigos, os quais os objetivos dos estudos eram análise eletromiográfica do padrão
de ativação muscular no ciclismo.
Dos 5 artigos analisados, 2 se encontravam nos anais do X CBB e 3 no do XI
CBB. Através desta análise foi possível constatar que todos (100%) artigos que
analisavam o padrão de ativação muscular da técnica da pedalada através da
eletromiografia de superfície utilizaram para analise do sinal eletromiográfico o
domínio do tempo, a partir do valor RMS, em intervalos de 40 ms. Para a
normalização da amplitude do sinal de EMG foi utilizado como critério o valor
máximo (valor de pico).
O Gráfico 7 mostra a relação de artigos relacionados a analise do padrão de
ativação muscular através da eletromiografia de superfície, em relação ao total de
artigos relacionados à biomecânica do ciclismo no X CBB.
64
Anais X Congresso Brasileiro de
Biomecânica (CBB)
17%
Análise
Eletromigráfica
Biomecânica do
Ciclismo
83%
Gráfico 7 – Percentual de artigos relacionados a biomecânica do ciclismo versus o percentual
de artigos relacionados a análise eletromiográfica no ciclismo nos anais do X CBB
O Gráfico 8 mostra a relação de artigos relacionados à analise
eletromiográfica em relação ao total de artigos relacionados à biomecânica do
ciclismo no XI CBB.
Anais XI Congresso Brasileiro de
Biomecânica (CBB)
14%
Análise
Eletromigráfica
Biomecânica do
Ciclismo
86%
Gráfico 8 - Percentual de artigos relacionados a biomecânica do ciclismo versus o percentual
de artigos relacionados a análise eletromiográfica no ciclismo nos anais do XI CBB
65
A Tabela 5 demonstra o nº de artigos analisados e protocolo de colocação de
eletrodos
Tabela 5 - Número de artigos analisados e o protocolo de colocação de eletrodos utilizados
Nº de artigos analisados
Protocolo de Colocação de Eletrodos
2
Eletrodos foram alinhados longitudinalmente
X CBB
as fibras musculares e fixados sobre o
ventre dos músculos
3
XI CBB
Eletrodos foram alinhados longitudinalmente
as fibras musculares e fixados sobre o
ventre dos músculos
O n amostral utilizado pelos estudos foi em média 7 com desvio padrão de
±6,51. Quanto às musculaturas analisadas, ouve uma diversidade muito grande de
protocolos, porém todos protocolos avaliaram o reto femoral, e o vasto lateral,
enquanto o gastrocnêmio medial foi analisado em 3 estudos e o gastrocnêmio lateral
em nenhum, já o tibial anterior apenas em dois estudos. Em todos os estudos foram
analisadas apenas as musculaturas da perna direita.
A Tabela 6 demonstra as musculaturas utilizadas nos estudos realizados.
Tabela 6 – Musculaturas analisadas
Artigos S GM GL TA VM VL RF BF GMáx
1
X
X
2
3
X
4
X
5
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
S= Sóleo; GM= Gastrocnêmio Medial; GL = Gastrocnêmio Lateral; TA= Tiabial Anterior; VM=
Vasto Medial; VL= Vasto Lateral; RF= Reto Femoral; BF= Bíceps Femoral; GMáx= Glúteo
Máximo.
66
A Tabela 7 demonstra o membro inferior analisado.
Tabela 7 – Membro inferior analisado
Artigos
Membro Inferior Analisado
1
Direito
2
Direito
3
Direito
4
Direito
5
Direito
9.3 Discussão
Verificou-se com análise de conteúdo que os estudos relacionados ao padrão
de ativação muscular ainda são muito escassos no que tange a temática da
biomecânica do ciclismo, e no que diz respeito ao estudo do padrão de ativação
muscular através da análise da EMG-S são extremamente escassos. Os dados
acima mostram que mesmo havendo um crescimento das publicações envolvendo o
estudo das variáveis mecânicas do gesto motor da pedalada, os estudos
relacionados ao padrão de ativação muscular durante a prática do ciclismo não
acompanharam este crescimento, em números percentuais houve uma redução de
3% dos estudos relacionados a EMG-S.
A EMG-S tem sido um efetivo e aprimorado método para se estudar a ação
muscular. Determinando com objetividade os diferentes potenciais de ação dos
músculos empenhados em movimentos específicos (TSCHARNER, 2002).
67
A diminuição de estudos relacionados ao padrão de ativação muscular
durante o gesto motor da pedalada pode ser um fator limitante, pois, segundo
Gregor (2003), o ciclismo tem sido objeto de estudo de várias pesquisas visando à
melhora do desempenho de atletas de elite, além do estudo das forças envolvidas
na pedalada, podem ser analisados os padrões de ativação muscular por meio da
EMG-S e, desta forma, compreender qual a contribuição de cada músculo envolvido
no movimento da pedalada, bem como as alterações decorrentes dos diferentes
ajustes adotados pelo ciclista (DIEFENTHAELER, 2004).
A EMG-S é uma excelente ferramenta para se observar o comportamento das
musculaturas envolvidas no gesto motor da pedalada.
Como método de normalização todos os estudos utilizaram o envoltório RMS
para analise do sinal eletromigráfico, a partir do valor RMS, em intervalos de 40 ms.
Para a normalização da amplitude do sinal de EMG foi utilizado como critério o valor
máximo (valor de pico), assim como o método de colocação dos eletrodos estavam
de acordo com as normas da sociedade Internacional de cinesiologia e
eletromiografia (ERVILHA; AMADIO; DUARTE, 1997).
Já quanto às musculaturas analisadas, cada estudo seguiu um protocolo
diferente de acordo com seus objetivos a serem estudados, podemos observar que
analise do padrão de ativação muscular do vasto lateral e do reto femoral foi
realizada em todos os estudos, comprovando assim a importância destas
musculaturas no gesto motor da pedalada, segundo Melo et al. (2005) o reto femoral
e o vasto lateral, apresentam um comportamento similar durante o gesto motor da
pedalada.
Segundo Favaro e Gonçalves (2003), que os músculos superficiais do
quadríceps podem responder com uma unidade, embora exista uma dissociação na
68
característica de fadiga dos músculos superficiais do quadríceps femoral não
concordando com a hipótese de Housh (2000) os quais questionaram se a diferente
distribuição de fibras musculares poderia resultar em diferentes padrões de ativação
eletromiográfica, ainda segundo Housh (2000) o reto femoral pode ter um
comportamento diferenciado, tendo um padrão de ativação menor em relação aos
demais músculos do quadríceps devido sua característica de músculo biarticular
Apenas
dois
estudos
realizaram
analise
do
padrão
de
ativação
eletromiográfica do tibial anterior, isto pode ser considerado uma limitação no que
tange a análise da técnica do gesto motor da pedalada, já que segundo Candotti et
al. (2005b), o tibial anterior é um dos principais responsáveis pelo fato de os ciclistas
profissionais deterem uma melhor técnica, pois ao ativarem o tibial anterior na fase
de recuperação os ciclistas de elite apresentam uma técnica de pedalada.
Candotti et al. (2005b), ainda descreve que o padrão de ativação
eletromiográfico do bíceps femoral também é responsável por uma melhor técnica
na fase de recuperação dos ciclistas de elite.
9.4 Conclusão
O estudo realizado demonstra que há uma queda na produção relacionada
análise do padrão de ativação muscular no gesto motor da pedalada, isto pode ser
considerado uma limitação que se diz respeito a pesquisas relacionadas a
biomecânica do ciclismo, pois o estudo eletromiográfico do comportamento muscular
69
durante a prática do ciclismo pode ser uma excelente ferramenta para
aprimoramento da técnica.
Acredita-se que os achados desse estudo possam contribuir para que a SBB
defina protocolos específicos para analises eletromiográfica do ciclismo que visem
padronizar as musculaturas analisadas.
70
10 ANÁLISE
DE
CONTEÚDO
RELACIONADA
À
CONSTRUÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO DE EQUIPAMENTOS RELACIONADOS AO CICLISMO
A revisão bibliográfica sobre a construção e instrumentação de equipamentos
relacionados ao ciclismo foi realizada por meio de seleção e análise de artigos
científicos existentes na área.
Como universo de análise foram escolhidos os anais do CBB assim como as
RBBs. Pois estes representam a produção nacional dos últimos 12 anos relacionada
à temática da EMEC no ciclismo,
Posteriormente, foi utilizada a técnica de “Scaning” (GOODMAN, 1976, apud
KLEIMAN, 1989), para que assim fosse feita uma seleção dos artigos úteis ao
desenvolvimento deste estudo. Essa técnica consiste em uma leitura superficial dos
artigos de que a seleção do material seja mais fidedigna ao que se pretende nesta
investigação. Em um segundo momento o conteúdo dos artigos selecionados foi
submetido a uma analise de conteúdo, na qual utilizou-se a técnica proposta por
Bardin (2000).
Foram adotadas como características de análise:
a)
Os objetivos pretendidos para as investigações;
b)
Tipos de matérias construídos.
E
71
10.1
Corpus de análise
1. CARMO, J. et al. Instrumentação para aquisição e avaliação das forças exercidas
nos pedais por ciclistas. Revista Brasileira de Biomecânica, v. 2, n. 3, p. 31-37,
Nov. 2001.
2. NETO, C. D. et al. Desenvolvimento de uma plataforma de força em um pedal de
ciclismo. Revista Brasileira de Biomecânica, v. 2, n. 3, p. 39-44, Nov. 2001.
3. NABINGUER, E.; ITURRIOZ, I. Plataforma de força triaxial a ser utilizada em um
pedal de bicicleta. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 11.,
2005, João Pessoa. Anais... João Pessoa: Sociedade Brasileira de
Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
4. GURGEL, J. et al. Desenvolvimento e avaliação de um procedimento de
calibração para pedal sensor de forças e momentos. In: CONGRESSO
BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 11., 2005, João Pessoa. Anais... João
Pessoa: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
5. GURGEL, J. et al. Construção e instrumentação de um pedal sensor de forças e
momentos. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 11., 2005, João
Pessoa. Anais... João Pessoa: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2005. 1
CD-ROM.
6. SCHROEDER, I. et al. Desenvolvimento de um sistema de medição da variação
angular do pedal e pé-de-vela. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE
BIOMECÂNICA, 11., 2005, João Pessoa. Anais... João Pessoa: Sociedade
Brasileira de Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
7. DUARTE, M. et al. Sistema para determinação da potência mecânica humana e
aferição em cicloergômetros. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE
BIOMECÂNICA, 8., 1999, Florianópolis. Anais... Porto Alegre: Sociedade
Brasileira de Biomecânica, 1999. p. 427-432.
8. DANTAS, T.; ROCA, A.; CARMO, J. Sistema de telemetria para monitoramento
de forças aplicas em pedais instrumentados para o ciclismo. In: CONGRESSO
BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 10., 2003, Ouro Preto. Anais... Belo
Horizonte: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2003. 2 v. v. 1, p. 403-406.
72
9. NABINGUER, E.; ITURRIOZ, I.; TREVISAN, L. Sistema para aquisição e
monitoramento das forças aplicadas no pedal de bicicleta ciclismo. In:
CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 10., 2003, Ouro Preto. Anais...
Belo Horizonte: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2003. 2 v. v. 1, p. 419-422.
10. VELLADO, D. M. et al. Adaptação da dinâmica inversa ao ciclismo. In:
CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 10., 2003, Ouro Preto. Anais...
Belo Horizonte: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2003. 2 v. v. 1, p. 278-281.
10.2
Resultados
Foram analisadas todas as edições da RBB, que estão divididas do numero 1
ao 9, totalizando um total de 72 artigos, desses 72 apenas 2 foram selecionados e
analisados na edição de número 2, Destes artigos
os dois tratavam da
instrumentação para a mensuração de forças no ciclismo.
Sendo assim, 100% dos artigos publicados na RBB relacionados ao ciclismo
tratavam da construção e instrumentação de pedais.
Nos dois artigos foram
construídos pedais instrumentados a partir de extensômetros de resistência variáveis
(“strain gauges”), que eram capazes de medir a força reação aplicada ao pedal
apenas em dois eixos de referência (x,y).
A Tabela 8 mostra o número de artigos sobre a construção de pedais
instrumentados que foram publicados nas RBBs.
Tabela 8 - Artigos sobre pedais a construção de pedais instrumentados
Revista Brasileira de Biomecânica
2
73
Já nos anais do CBB foram analisados os anais do V ao XI CBB, pois apenas
a partir do V CBB os trabalhos passaram a ser publicados em anais. O total de
artigos analisados foi 970, sendo selecionados 29 artigos, e um resumo de mesa
redonda na qual foi abordada a biomecânica ao ciclismo, e analisados apenas 8
artigos, os quais os objetivos dos estudos eram construção e instrumentação de
materiais relacionados ao ciclismo.
O Gráfico 9 mostra o percentual de artigos relacionados à Biomecânica do
Ciclismo em relação ao total de artigos publicados sobre a construção e
instrumentação relacionada ao ciclismo.
ANAIS CONGRESSO BRASILEIRO
BIOMECÂNICA
21%
Total de Artigos
Relacionados ao
Ciclismo
79%
Artigos
Relacionados a
Construção e
Instrumentação
Gráfico 9 – Percentual de artigos relacionados a construção e instrumentação relacionados a
biomecânica do ciclismo versus o percentual de artigos relacionados ao ciclismo
.
Apenas a partir do VIII CBB foi publicado um artigo relacionado à biomecânica
do ciclismo, no qual tratava de um sistema para determinação da potência mecânica
humana e aferição em cicloergometros, já no X CBB foram publicados 9 e no XI CBB
foram publicados 19.
74
Dos 8 artigos analisados, 1 se encontravam nos anais do VIII CBB 3 no do X
CBB e 4 XI CBB. O Gráfico 10 mostra a evolução das publicações de artigos sobre
a construção e instrumentação de materiais relacionados ao ciclismo.
ANAIS CONGRESSOS BRASILEIROS
DE BIOMECÂNICA
5
ARTIGOS
4
3
Seqüência1
2
1
0
VIII
X
XI
EDIÇÕES DO CONGRESSO
Gráfico 10 - Evolução das publicações de artigos sobre a construção e instrumentação de
materiais relacionados ao ciclismo
O Gráfico 11 mostra os percentuais das publicações nos Anais do CBB sobre
a construção e instrumentação de materiais relacionados ao ciclismo.
ANAIS CONGRESSO BRASILEIRO DE
BIOMECÂNICA
13%
VIII
X
XI
49%
38%
Gráfico 11 – Percentual de publicações sobre a construção e instrumentação relacionados ao
ciclismo publicados nos anais dos CBBs
75
O Artigo publicado no VIII CBB tratava-se sobre um sistema para
determinação da potência mecânica humana e aferição em cicloergometros, já os
três artigos publicados nos anais do X CBB, um tratava-se de um sistema de
telemetria para monitoramento de pedais instrumentados, já outro se tratava de um
sistema de monitoramento para pedais instrumentados, e o ultimo de uma
adaptação da técnica de avaliação da dinâmica inversa para o ciclismo.
Nos anais do XI CBB, dois se tratavam da construção de pedais
instrumentados triaxiais, um de um sistema para medição da variação angular do
pedal e do pé-de-vela, e um para o desenvolvimento de um procedimento para
calibração de pedais sensores de força e momentos.
10.3
Discussão
Os dados apresentados no estudo nos mostram o quanto às pesquisas
relacionadas à biomecânica do ciclismo realizadas pelos laboratórios brasileiros
estão atrasadas em relação aos laboratórios internacionais que pesquisam
biomecânica do ciclismo no mundo, pois apenas a partir de 2001 começou a ser
construído materiais que possibilitem a avaliação da técnica do gesto motor da
pedalada.
Os dados nos mostram que em todo território nacional só há o registro de 4
pedais instrumentados, sendo que os dados dos 2 pedais instrumentados biaxiais
foram publicados em 2001, e os dos 2 pedais instrumentados triaxiais foram
publicados apenas em 2005, isto pode ser considerado um atraso em relação as
76
pesquisas que os laboratórios internacionais realizam, pois na década de oitenta
Davis e Hull (1981) já haviam publicado a construção de um pedal triaxial,
demonstrando que os laboratórios internacionais estão muito a frente dos nossos
laboratórios no que diz respeitos as tecnologias para pesquisa da biomecânica do
ciclismo.
Os resultados demonstram que as pesquisas realizadas sobre a biomecânica
do ciclismo no Brasil são recentes, isto se da pelo fato de apenas em 2001 foram
publicados artigos sobre a construção de materiais que possibilitem a avaliação do
gesto motor da pedalada.
Já quanto ao fato de a maioria das pesquisas que avaliam o gesto motor da
pedalada no Brasil serem realizadas com pedais biaxiais, avaliando assim apenas as
forças aplicadas aos pedais de uma forma bidimensional, se da pelo motivo que
apenas em 2005 foram publicados artigos sobre a construção de pedais
instrumentados triaxais.
O fato de os artigos sobre a construção e instrumentação de pedais triaxiais
terem sido publicados apenas em 2005, pode ser considerado um fator limitante,
porém, pode-se também olhar com bons olhos para este fato, pois agora, acredita-se
que os próximos estudos realizados nos laboratórios nacionais que pesquisam a
biomecânica do ciclismo e possuem esse material, serão feitos em igual condições,
no que diz respeito aos materiais utilizados, com os estudos realizados nos
laboratórios internacionais que pesquisam a biomecânica do ciclismo.
77
10.4
Conclusão
Os dados deste estudo demonstram que os laboratórios nacionais ainda
estão muito aquém dos laboratórios internacionais que pesquisam a biomecânica do
ciclismo.
Acredita-se que as pesquisas sobre a biomecânica relacionadas ao ciclismo
tendem a evoluir muito, pois agora, com as publicações sobre a construção de
pedais instrumentados triaxais, deixam os laboratórios nacionais, que possuem este
instrumento, em igual condições com os laboratórios internacionais que pesquisam
as forças de reação aplicadas aos pedais.
78
11 ANÁLISE DE CONTEÚDO RELACIONADA AS VARIÁVEIS CINEMÁTICAS
RELACIONADAS AO CICLISMO
A revisão bibliográfica sobre análise de conteúdo relacionada as variáveis
cinemáticas relacionadas ao ciclismo foi realizada por meio de seleção e analise de
artigos científicos existentes na área.
Como universo de análise foram escolhidos os anais do CBB assim como as
revistas brasileiras de biomecânica. Pois estes representam a produção nacional dos
últimos 12 anos relacionada à temática da EMEC no ciclismo,
Posteriormente, foi utilizada a técnica de “Scaning” (GOODMAN, 1976, apud
KLEIMAN, 1989), para que assim fosse feita uma seleção dos artigos úteis ao
desenvolvimento deste estudo. Essa técnica consiste em uma leitura superficial dos
artigos de que a seleção do material seja mais fidedigna ao que se pretende nesta
investigação. Em um segundo momento o conteúdo dos artigos selecionados foi
submetido a uma analise de conteúdo, na qual utilizou-se a técnica proposta por
Bardin (2000).
Foram adotadas como características de analise:
a)
Os objetivos pretendidos para as investigações;
b)
Tipos de matérias utilizados.
11.1 Corpus de análise
1. CARPES, F. P. et al. Análise da variação da velocidade angular do pé de vela
usando métodos de cinemetria e sensores reed switch. In: CONGRESSO
79
BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 11., 2005, João Pessoa. Anais... João
Pessoa: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
2. NABINGER, E. et al. Metodologia para a descrição do ângulo de inclinação da
tíbia no ciclismo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 11.,
2005, João Pessoa. Anais... João Pessoa: Sociedade Brasileira de
Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
3. SOARES, D. et al. Caracterização da escolha da cadência preferida a partir
de parâmetros biomecânicos e fisiológicos. In: CONGRESSO BRASILEIRO
DE BIOMECÂNICA, 11., 2005, João Pessoa. Anais... João Pessoa:
Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
4. FRAGA, C. H. et al. Proposta metodológica para verificar a influência do
ciclismo nos aspectos cinemáticos na corrida do triathlon. In: CONGRESSO
BRASILEIRO DE BIOMECÂNICA, 11., 2005, João Pessoa. Anais... João
Pessoa: Sociedade Brasileira de Biomecânica, 2005. 1 CD-ROM.
11.2
Resultados
Foram analisadas todas as edições da RBB, que estão divididas do numero 1
ao 9, totalizando um total de 72 artigos, desses 72 apenas 2 foram selecionados e
analisados na edição de número 2, Destes artigos nenhum tratava-se da avaliação
das variáveis cinemáticas do ciclismo.
Já nos anais do CBB foram analisados os anais do V ao XI CBB, pois apenas
a partir do V CBB os trabalhos passaram a ser publicados em anais. O total de
artigos analisados foi 970, sendo selecionados 29 artigos, e um resumo de mesa
redonda na qual foi abordada a biomecânica ao ciclismo, e analisados apenas 4
artigos, os quais os objetivos dos estudos eram avaliar as variáveis cinemáticas.
80
O Gráfico 11 mostra o percentual de artigos relacionados à Biomecânica do
Ciclismo em relação ao total de artigos publicados sobre as variáveis cinemáticas.
Gráfico 12 – Percentual de artigos relacionados à biomecânica do ciclismo versus o total de
artigos publicados sobre as variáveis cinemáticas
Dos 4 artigos publicados, um tratava-se de uma proposta metodológica para
verificar a influência do ciclismo nos aspectos cinemáticos na corrida, outro sobre a
variação da velocidade angular do pé-de-vela usando “reed switch”, o terceiro sobre
a escolha da cadência preferida, e último artigo sobre uma proposta metodológica
para verificar o ângulo de inclinação da tíbia durante a prática do ciclismo.
11.3
Discussão
Os resultados apresentados demonstram que ainda há muito poucas
investigações sobre os aspectos cinemáticos no ciclismo, isto é fator limitante nas
pesquisas que investigam a biomecânica do ciclismo, pois o controle das variáveis
81
cinemáticas do ciclismo é uma ferramenta excelente para o aperfeiçoamento da
técnica do gesto motor da pedalada de ciclistas ou triatletas profissionais, sendo
também extremamente útil para ensino de indivíduos iniciantes no ciclismo.
Se for feita uma comparação aos estudos relacionados exclusivamente a
cinemática do ciclismo poderemos constar que estes, são extremamente escassos,
e se comparar aos estudos que investigam fatores cinemáticos de outras
modalidades são absurdamente escassos.
Os dados nos mostram que apenas um artigo tem como objetivo investigar a
cadência preferida dos atletas, a como já visto anteriormente, a cadência, ou
freqüência de pedalada é um fator que influência diretamente na cinemática do
ciclismo e conseqüentemente no rendimento do atleta (CANDOTTI, 2003).
Sendo assim o fato de existir apenas um estudo que tenha como objetivo
investigar a cadência preferida pelos atletas é um fator limitante no que tange as
pesquisas relacionadas ao ciclismo.
Como já foi visto no capitulo sobre a biomecânica do ciclismo, a técnica da
pedalada do ciclista é uma característica pessoal e depende de fatores fisiológicos e
biomecânicos. Entre as variáveis mecânicas mais importantes estão: (1) a
antropometria corporal; (2) a configuração do complexo ciclista-bicicleta; e (3) a
cadência de pedalada. As variáveis supracitadas estão intimamente relacionadas
podendo gerar influência entre si. Por exemplo, o comprimento dos segmentos
corporais (coxa, perna e pé) e os alinhamentos articulares dos membros inferiores
influenciam diretamente na regulagem da altura do selim, bem como na amplitude da
adução e abdução da articulação do quadril durante a pedalada (HULL; RUBY,
1996).
82
Isto leva a refletir o motivo pelo qual os laboratórios brasileiros produzam
poucos estudos com o objetivo principal de investigar a cinemática do ciclismo,
tendo em vista que a cinemática do ciclismo influência diretamente no gesto motor
da pedalada. A cinemática do ciclismo é tão influente na técnica tanto quanto as
variáveis fisiológicas, quanto à EMEC e o padrão de ativação muscular.
Outro fato curioso, é que, os instrumentos que possibilitam a análise
cinemática da pedalada têm preços acessíveis, além de alguns instrumentos serem
de fácil construção, e que, muitos laboratórios brasileiros possuem ótimos
instrumentos, como Peak Performance, capazes de realizar a análise cinemática do
gesto motor da pedalada, mas eles não a realizam.
11.4
Conclusão
A partir destes estudos pode-se concluir que ainda há poucos estudos
relacionados a fatores cinemáticos que envolvem o gesto motor da pedalada, este
dado nos mostra que há uma necessidade de haver uma maior investigação dos
fatores cinemáticos, pois estes interferem significativamente no gesto motor da
pedalada e conseqüentemente no rendimento dos atletas.
Espera-se que os resultados deste estudo possam ajudar os laboratórios de
biomecânica brasileiros a dar mais valor ao estudo da cinemática do ciclismo.
83
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