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Proposta metodológica para a avaliação da técnica da pedalada de ciclistas: estudo de caso

Methodological proposal for evaluation of the pedaling technique of cyclists: a case study

Resumos

No estudo da biomecânica do ciclismo diversas técnicas têm sido utilizadas para descrever e compreender o movimento da pedalada. O objetivo deste estudo é propor uma metodologia para a avaliação de ciclistas sob o ponto de vista das forças aplicadas no pedal. Um ciclista de elite foi avaliado por meio de um protocolo que consistiu em alterar o selim em quatro diferentes posições (deslocado para cima, para baixo, para frente e para trás) a partir da posição de referência, especificamente, aquela adotada para treinamento pelo ciclista. A mudança no ajuste do selim foi de 1 cm. A bicicleta do atleta foi acoplada a um ciclossimulador magnético. A carga do teste foi normalizada por um critério fisiológico (segundo limiar ventilatório), simulando o ritmo de prova do atleta. O pedal direito foi substituído por um pedal bidimensional instrumentado para registrar as forças normal e tangencial. A média do impulso angular da força efetiva foi calculada a partir de dez ciclos consecutivos de pedalada. As mudanças na posição do selim modificaram o impulso da força efetiva em relação à posição de referência. Sendo assim, o protocolo é eficaz e pode ser aplicado em diferentes situações.

ciclismo; biomecânica; desempenho


Many techniques have been used in biomechanics to describe the cycling movement. The purpose of this study is to proposal a specific methodology to evaluation the forces applied on the pedal. An experienced elite cyclist was submitted to a protocol which consisted of four different saddle positions (upward, downward, forward, and backward) assuming as reference position the one used by the cyclist in training and competition. The displacement of the saddle was of 1cm in all tests. The individual's bicycle was connected to a magnetic cycle simulator. The load was normalized by a physiological criterion (ventilatory threshold), to simulate the cyclist's race rhythm. The right regular pedal was replaced by a 2D instrumented pedal to record the force normal and tangential components applied on it. Mean impulse of the angular effective force was calculated from ten consecutive pedaling cycles. The four different saddle positions have modified the effective angular pedaling impulse comparing with the reference position. Relatively small saddle adjustments may affect the effective angular pedaling impulse and supposedly cycling performance.

cycling; biomechanics; performance


RELATO DE CASO

Proposta metodológica para a avaliação da técnica da pedalada de ciclistas: estudo de caso

Methodological proposal for evaluation of the pedaling technique of cyclists: a case study

Fernando DiefenthaelerI; Rodrigo Rico BiniI; Eduardo NabingerII; Orlando LaitanoII; Felipe Pivetta CarpesII; Carlos Bolli MotaIII; Antônio Carlos Stringhini Guimarães (in memoriam)

IUFRGS/Laboratório de Pesquisa do Exercício, Porto Alegre - RS

IIUFRGS/Laboratório de Medições Mecânicas, Porto Alegre - RS

IIIUFSM/Laboratório de Biomecânica, Santa Maria - RS

Endereço para correspondência Endereço para correspondência: Laboratório de Pesquisa do Exercício, Escola da Educação Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul Rua Felizardo 750, Lapex, sala 212. Telefone: 3316-5859. Email: fdiefenthaeler@gmail.com

RESUMO

No estudo da biomecânica do ciclismo diversas técnicas têm sido utilizadas para descrever e compreender o movimento da pedalada. O objetivo deste estudo é propor uma metodologia para a avaliação de ciclistas sob o ponto de vista das forças aplicadas no pedal. Um ciclista de elite foi avaliado por meio de um protocolo que consistiu em alterar o selim em quatro diferentes posições (deslocado para cima, para baixo, para frente e para trás) a partir da posição de referência, especificamente, aquela adotada para treinamento pelo ciclista. A mudança no ajuste do selim foi de 1 cm. A bicicleta do atleta foi acoplada a um ciclossimulador magnético. A carga do teste foi normalizada por um critério fisiológico (segundo limiar ventilatório), simulando o ritmo de prova do atleta. O pedal direito foi substituído por um pedal bidimensional instrumentado para registrar as forças normal e tangencial. A média do impulso angular da força efetiva foi calculada a partir de dez ciclos consecutivos de pedalada. As mudanças na posição do selim modificaram o impulso da força efetiva em relação à posição de referência. Sendo assim, o protocolo é eficaz e pode ser aplicado em diferentes situações.

Palavras-chave: ciclismo, biomecânica, desempenho.

ABSTRACT

Many techniques have been used in biomechanics to describe the cycling movement. The purpose of this study is to proposal a specific methodology to evaluation the forces applied on the pedal. An experienced elite cyclist was submitted to a protocol which consisted of four different saddle positions (upward, downward, forward, and backward) assuming as reference position the one used by the cyclist in training and competition. The displacement of the saddle was of 1cm in all tests. The individual's bicycle was connected to a magnetic cycle simulator. The load was normalized by a physiological criterion (ventilatory threshold), to simulate the cyclist's race rhythm. The right regular pedal was replaced by a 2D instrumented pedal to record the force normal and tangential components applied on it. Mean impulse of the angular effective force was calculated from ten consecutive pedaling cycles. The four different saddle positions have modified the effective angular pedaling impulse comparing with the reference position. Relatively small saddle adjustments may affect the effective angular pedaling impulse and supposedly cycling performance.

Keywords: cycling, biomechanics, performance.

INTRODUÇÃO

Para estudar a biomecânica do ciclismo diversas ferramentas têm sido utilizadas para a melhor compreensão do movimento da pedalada. A grande variedade de procedimentos adotados em estudos envolvendo ciclismo tem levado os pesquisadores a discutir a aplicação dos mesmos(1-3). Dentre os protocolos utilizados em avaliações de ciclistas, destaca-se a utilização simultânea de parâmetros fisiológicos e biomecânicos na tentativa de elucidar as variáveis relacionadas ao gesto da pedalada(3-8).

Em avaliações fisiológicas de ciclistas de alto rendimento normalmente tem sido utilizado o consumo máximo de oxigênio (VO2MÁX), a concentração de lactato sangüíneo, os limiares ventilatórios, a economia de movimento (razão entre o trabalho realizado e a energia despendida) e a relação do tipo de fibra muscular como indicadores da capacidade aeróbia(8-10). Já nas avaliações biomecânicas do ciclismo, além do uso das técnicas de cinemetria e de eletromigrafia, a utilização de pedais instrumentados tem permitido mensurar as forças aplicadas no pedal, assim como entender como estas são aproveitadas ao longo do ciclo, determinando desta forma a técnica da pedalada(5,11-15).

A maior parte dos estudos encontrados na literatura, envolvendo a avaliação da técnica da pedalada, utilizaram cargas fixas e iguais para todos os sujeitos, com valores variando entre 100 e 250 W(11,13,16-18). Entretanto, na maioria dos casos, estas cargas subestimam a intensidade do esforço de ciclistas de elite durante os treinamentos e, principalmente, as competições.

Desta forma, a aplicação de um protocolo utilizando um critério fisiológico como normalização da carga na avaliação da técnica da pedalada de ciclistas de elite tem sido proposto na literatura, permitindo que a carga do teste seja muito próxima à intensidade de competição(4,8,19). Essa metodologia permite um aprimoramento dos trabalhos que fixaram uma mesma carga para todos os sujeitos(11,13,16-18), pois respeita as características fisiológicas individuais.

Mesmo que a normalização fisiológica gere respostas relevantes do ponto de vista biomecânico (magnitude e direcionamento das forças aplicadas no pedal), os protocolos supracitados utilizam bicicletas ergométricas que apresentam limitações para os diferentes ajustes necessários (i.e. altura do selim, tamanho do pé-de-vela, ângulo entre os tubos, entre outras medidas), para cada indivíduo avaliado.

Sendo assim, o objetivo deste trabalho é propor uma metodologia para a avaliação de ciclistas utilizando um critério fisiológico como normalização da carga e a própria bicicleta do ciclista, a qual ele está adaptado, diferentemente dos estudos citados anteriormente, que utilizaram cicloergômetro. Portanto, trabalhar essa questão de forma individualizada torna-se essencial em se tratando de atletas de alto nível do ciclismo, do triatlo, do mountain bike ou de qualquer outra modalidade envolvendo bicicleta. Neste estudo, a metodologia proposta foi empregada a fim de investigar as forças aplicadas no pedal em diferentes ajustes do selim.

MATERIAIS E MÉTODOS

Para este estudo foi avaliado um ciclista de estrada da elite do estado do Rio Grande do Sul, Brasil. O atleta concordou em participar do estudo de forma voluntária e assinou o termo de consentimento informado. Este trabalho foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasil. O ciclista foi avaliado em dois dias, com intervalo de 24 horas.

Primeiro dia de avaliação: Anteriormente ao início do teste, foram realizadas avaliações cineantropométricas para caracterização do sujeito: (a) massa corporal e estatura; (b) perímetros corporais; e (c) dobras cutâneas. Estas medidas foram utilizadas com base no protocolo proposto na literatura(20,21). Os resultados desta avaliação são apresentados na Tabela 1.

Após esta etapa foi avaliado o VO2MÁX do ciclista usando um sistema de ergoespirometria de circuito aberto por analisador de gases modelo CPX/D (Medical Graphics Corp., St Louis, EUA) em um cicloergômetro computadorizado CARDIO2 (Medical Graphics Corp., St Louis, EUA) adaptado com selim e pedais de bicicletas de competição, permitindo que o ciclista utilizasse sua própria sapatilha. Foi utilizado protocolo de rampa com incremento de carga de 30 W·min-1 até a exaustão (ou interrompido quando o atleta não conseguisse manter a cadência acima de 70 rpm) para a determinação do consumo de oxigênio (VO2), segundo limiar ventilatório (LV2) e taxa de troca respiratória (RER).

A verificação do VO2 e do RER correspondente ao LV2 permitiu a determinação da carga de trabalho para o segundo dia de avaliação(8). A freqüência cardíaca (FC) foi monitorada por meio de um freqüêncímetro Polar S610 (Polar Electro Oy, Finlândia) durante todo o teste máximo.

Na Tabela 2 estão detalhadas as características fisiológicas do atleta avaliado obtidas durante o teste máximo realizado no primeiro dia de testes.

Segundo dia de avaliação: o ciclista foi avaliado utilizando a sua própria bicicleta acoplada a um ciclossimulador magnético Cateye CS1000 (Cateye CO. Osaka, Japão) com ajuste de carga em watts e inclinação em graus. O ciclossimulador foi ajustado de modo a simular um aclive de 3%. Antes do início do teste, o ciclista teve um período de 5 minutos para aquecimento e para o ajuste da relação de marchas e da cadência (preferida pelo atleta), que foram, então, mantidas constantes durante todo o protocolo.

O selim da bicicleta foi ajustado em quatro diferentes posições a partir da posição de referência (selim na posição adotada usualmente em treinamento e competições) durante a avaliação: (a) deslocado para cima; (b) deslocado para baixo; (c) deslocado para frente; e (d) deslocado para trás. O deslocamento do selim em todas as posições foi de 1 cm.

Para a troca da posição do selim foi definido um período de repouso de 30 segundos. Um dos avaliadores realizava a mudança do selim para a posição previamente demarcada no canote do selim da bicicleta. Durante este período o atleta permanecia de pé na bicicleta, apoiando-se exclusivamente nos pedais e no guidão.

Ao longo do teste o VO2 e o RER foram mantidos em um valor correspondente ao LV2 com o objetivo de normalizar a carga e simular uma intensidade muito próxima do seu ritmo de competição. O VO2 permaneceu constante durante as cinco posições avaliadas, aceitando-se uma variação de ± 1,8 ml×kg-1×min-1 entre as posições testadas. Este valor é recomendado pelo American College of Sports Medicine(22), uma vez que esta mudança não representa uma alteração importante no custo metabólico. O RER determina a predominância de qual sistema energético está sendo utilizado pelo atleta, sendo que valores abaixo de 1 indicam uma maior contribuição do sistema aeróbio e valores acima de 1 indicam maior contribuição do sistema anaeróbio(23,24). O RER manteve-se entre 0,9 e 1 indicando que o atleta pedalou em uma intensidade muito próxima ao LV2(2,25,26).

Sob as condições descritas o atleta pedalou com o selim ajustado em cada uma das cinco posições até atingir e estabilizar, por três minutos, o VO2 e o RER. Nos 30 segundos finais foram coletados simultaneamente os sinais de dinamometria (forças aplicadas no pedal), eletrogoniometria (ângulos referentes ao movimento do pedal e do pé-de-vela), variáveis fisiológicas (VO2, RER e FC), velocidade (km·h-1) e cadência (RPM) de pedalada.

Para a medição das componentes de força aplicadas no pedal foi utilizado um pedal-plataforma bidimensional(27) acoplado no pé-de-vela (PDV) direito. Para o registro do ângulo do pé-de-vela, foi utilizado um sensor eletromagnético, do tipo reed switch, fixado no quadro da bicicleta, próximo ao movimento central, e um imã fixado ao pé-de-vela esquerdo. A posição do sensor em relação ao ponto morto superior do PDV (0º) foi medida com o auxílio de um goniômetro manual. O sensor permitiu a determinação do início e do fim de cada ciclo da pedalada(28-32), conforme ilustra a Figura 1. Para o registro do ângulo do pedal relativo ao pé-de-vela, foi utilizado um sensor angular (potenciômetro) acoplado ao eixo do pedal direito(33).


Todos os sinais foram convertidos por uma placa analógico-digital de 16 canais CODAS (Data Instruments, Inc. Akron, EUA) com resolução de 16 bits. Os dados foram adquiridos pelo software CODAS e armazenados em um microcomputador modelo PC Pentium 200 MHz. A freqüência de amostragem dos sinais de dinamometria e eletrogoniometria foi de 2300 Hz por canal. O processamento dos sinais foi realizado utilizando-se rotinas implementadas no software SAD (Laboratório de Medições Mecânicas, Escola de Engenharia, UFRGS, www.ufrgs.br/lmm).

Para os sinais de força e de eletrogoniometria foi utilizado um filtro digital do tipo ideal passa baixa com freqüência de corte de 10 Hz. Os sinais de dinamometria e de eletrogoniometria foram normalizados na escala de tempo em relação à curva que possuía o menor número de pontos (menor cadência) para a realização da média. Para todas as variáveis foi calculada a média dos dez primeiros ciclos alternados de pedalada.

Esta normalização pôde ser feita visto que a cadência do atleta manteve-se constante ao longo dos testes, por se tratar de um indivíduo altamente treinado. Isto foi testado por meio da análise do coeficiente de variação da cadência média nos dez ciclos (1,21% ou 1,21 RPM como maior variação na posição com o selim mais para cima).

Com o objetivo de facilitar a análise e a discussão dos resultados, dividiu-se o ciclo da pedalada em fase de propulsão (0 - 180°) e fase de recuperação (180 - 360°), conforme proposto na literatura(34).

Para o cálculo da força efetiva (FE), que consiste na componente de força aplicada perpendicular ao pé-de-vela gerando propulsão, foi realizada a decomposição das componentes da força normal (Fy) e da força tangencial (Fx) em relação ao pé-de-vela(33).

Para analisar a força efetiva, expressa em função do ângulo do pé-de-vela, convencionou-se que os valores positivos representam a força que é propulsiva, isto é, que gera torque a favor do movimento do PDV (sentido horário). Os valores negativos representam a força resistiva, ou seja, a força que gera torque no sentido oposto ao movimento do PDV (sentido anti-horário).

Foi calculada também a integral da curva de força efetiva em cada posição avaliada para a determinação do impulso gerado por esta, como mostra a Figura 2. Para a análise dos resultados, o impulso da força efetiva, em cada posição do selim, foi normalizado pelo valor da posição de referência. Não foram utilizados procedimentos estatísticos, uma vez que este trabalho apresenta-se na forma de um estudo de caso.


RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados do impulso da força efetiva (IFE) nas cinco posições avaliadas são apresentados na Tabela 3, e estão expressos em valores absolutos e percentuais.

Observa-se que o ciclista avaliado apresentou um maior IFE na posição de referência. Lembrando que o IFE é a diferença entre a força efetiva positiva (propulsiva) e a força efetiva negativa (resistiva) aplicada no pé-de-vela ao longo do ciclo(13). Isto justifica o uso do impulso como um meio de quantificar o desempenho de um ciclista em diferentes situações (i.e. ajustes na posição do selim, ajustes na altura do guidão e diferentes angulações de quadro), visto que este representa o quanto da força aplicada no pé-de-vela gera propulsão na bicicleta.

Os resultados deste estudo apresentam valores distintos de IFE nas cinco posições avaliadas. Tal fato possivelmente ocorre devido à adaptação funcional e a propriedade mecânica muscular força-comprimento. A mudança nas relações força-comprimento e força-velocidade provocam alterações na capacidade de produção de força e, conseqüentemente, na produção de potência(35,36).

Partindo do pressuposto de que a velocidade de pedalada (cadência) manteve-se constante ao longo dos testes, assume-se que as alterações na magnitude e na direção das forças, nas distintas posições, estão relacionadas com mudanças na propriedade força-comprimento dos músculos envolvidos no movimento. As mudanças na posição do selim, alterando a relação força-comprimento, possivelmente, interferem na técnica da pedalada, o que é identificado pelas alterações na aplicação das forças no pedal(1).

A mudança na posição do membro inferior, em relação ao pedal, possivelmente modifica o direcionamento da força aplicada no pé-de-vela alterando, por sua vez, o aproveitamento desta. O direcionamento das componentes normal (FY) e tangencial (FX) determina a habilidade técnica do ciclista em transmitir a força total aplicada no pedal para o pé-de-vela(37,38).

Dessa forma, à medida que o ciclista adquire a habilidade de gerar torque propulsor durante a fase de recuperação, ocorre redução do torque resistivo produzido pelo peso do próprio segmento e, conseqüentemente, aumento no impulso da força efetiva(39,40).

Neste estudo, foram apresentados somente os resultados do IFE como forma de aplicação da metodologia proposta para avaliação de ciclistas. Cabe ressaltar, que o impulso da força efetiva tem sido proposto como o melhor parâmetro para representar o aproveitamento das forças aplicadas nos pedais, bem como um excelente indicador da técnica de pedalada(8,33,39,40).

Seria possível ainda analisar as forças aplicadas no pedal isoladamente (magnitude e direcionamento); a força resultante (somatório das componentes de força normal e tangengial aplicadas no pedal) bem como o impulso da força resultante; e a relação entre a força efetiva e a força resultante, chamado de índice de efetividade.

No entanto, é importante destacar que o objetivo deste estudo foi propor um critério de avaliação simples e eficaz, utilizando a própria bicicleta do atleta, em uma intensidade que seja capaz de fornecer informações pertinentes a ciclistas e técnicos a fim de melhorar o desempenho em competições.

CONCLUSÕES

A metodologia de avaliação proposta neste estudo mostrou-se eficaz, aproximando-se à realidade de treinamento e competição do atleta. O protocolo pode ser realizado periodicamente e/ou em momentos específicos do treinamento de ciclistas e também de triatletas, podendo ser adequado a diferentes situações além das testadas neste estudo, como por exemplo, para testes de diferentes tamanhos de pé-de-vela ou tipos de guidom.

Como direção futura seria importante frisar o uso de outras técnicas utilizadas em avaliações biomecânicas (cinemetria e eletromiografia) para melhor compreender a aplicação das forças, bem como o uso de dois pedais instrumentados, o que tornaria a avaliação mais precisa, principalmente se o objetivo for analisar a assimetria em determinadas situações.

AGRADECIMENTOS

Os autores gostariam de agradecer ao CAPES e ao CNPq pelo apoio financeiro, a Cateye CO, pela doação do ciclossimulador usado nesse estudo, e ao eterno mestre e amigo Prof. Antônio Carlos Stringhini Guimarães.

Submetido em 14/08/2006

Versão final recebida em 05/11/2007

Aceito em 09/12/2007

Todos os autores declararam não haver qualquer potencial conflito de interesses referente a este artigo.

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  • Datas de Publicação

    • Publicação nesta coleção
      22 Jul 2008
    • Data do Fascículo
      Abr 2008

    Histórico

    • Revisado
      05 Nov 2007
    • Recebido
      14 Ago 2006
    • Aceito
      09 Dez 2007
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