Biomecânica no Ciclismo
Dados de avaliações biomecânicas são complexos, porém, estes podem ser transmitidos para a linguagem popular de treinamento e preparação física, não só para descrever a realidade, mas também para testar estratégias na busca da otimização do desempenho.
O ciclismo tem se desenvolvido notavelmente nas últimas décadas. No âmbito esportivo, de alto rendimento e preocupações diversas, questões como a posição tomada pelo atleta na bicicleta, até acessórios como pedais, freios, assentos, pneus, entre outros, tem intrigado pesquisadores e forçados a buscar soluções para as perguntas acerca das respostas fisiológicas e mecânicas para as alterações na carga de trabalho e/ou na produção de energia, bem como dos efeitos da posição do corpo e configuração do quadro sobre desempenho (Gregor, 2000).
A discussão sobre modelos biomecânicos para a extremidade inferior durante o ciclismo geralmente enfocam o movimento rítmico das pernas, operando em alguma escala "ótima" de movimento projetada para produzir o máximo de benefício partindo das propriedades mecânicas dos músculos envolvidos, como exemplo, músculos esqueléticos nas extremidades inferiores utilizados para dar potência a bicicleta (Gregor, 2000).
A grande parte das pesquisas em biomecânica considera apenas movimentos no plano sagital, de flexão e extensão do joelho e de flexão plantar e dorsal do tornozelo. A partir dessas análises, os deslocamentos, velocidades e acelerações da coxa, perna e pé, parecem ser mais afetadas pela cadência e pela configuração da bicicleta, como por exemplo, a altura do assento, posição para frente ou para trás do assento, comprimento do pé de vela e posição do pé sobre o pedal. Com relação à extremidade superior do corpo, a inclinação do tronco parece ter pouco efeito sobre a cinemática dos membros inferiores.
Cinemática da pedalada Cinemática angular
Laboratório de Biomecânica da UFSM
Analisando a pedalada no plano sagital, Faria & Cavanagh (1978) reportaram um deslocamento angular total, durante um ciclo da pedalada de 45º para a coxa, 75º para o joelho e de 20º para o tornozelo. Já Rugg & Gregor (1987), demonstraram o efeito das alterações da altura do assento sobre a escala de movimento do quadril e do joelho à medida que é variada a altura de 100% para 115% da altura da cintura pélvica (a altura medida a partir da sínfise púbica até o solo).
Com base nesses dados, muitos ciclistas de estrada escolhem entre 106 e 109% da altura da sínfise púbica como uma posição de assento de maior conforto. Os achados dos autores ainda indicaram que a articulação do joelho foi a mais afetada pelas alterações na altura de assento, sendo as outras articulações analisadas (quadril e tornozelo) menos afetadas. Além disso, parece que o joelho se flexiona a um grau maior na condição de altura do assento baixa e se estende para um grau maior na condição de assento alto, sendo que embora a escala de movimento do quadril se altere menos drasticamente, a coxa é geralmente mais estendida na condição de assento alto. Deve-se atentar ao fato de que a escala de movimento de cada articulação irá afetar a escala de encurtamento/alongamento dos músculos individuais, mas a escala absoluta dentro da qual eles distendem ou encurtam será afetada pelos ângulos nos quais dada articulação age durante o movimento cíclico da extremidade inferior (Ericson, Nisell & Nemeth, 1988).
Cinética do Ciclismo
A literatura apresenta vários estudos que consideram as forças atuantes no pedal como objeto de estudo, visto que a maior energia para o movimento é gerada pelas pernas e transmitida a bicicleta pelo pedal, já estudos que envolvam as forças atuantes no guidom e assento são mais escassos.
Em estudo acerca das forças geradas no guidom e assento, Soden & Adeyefa (1979), se interessaram em avaliar a resistência e o desempenho dos quadros de bicicleta, e para alcançar esse objetivo fizeram medições de forças no guidom, no assento e nos pedais, durante a partida, a subida e a nível normal (terreno sem inclinação) no ciclismo. Os autores descrevem "puxadas" no guidom realizadas com uma força equivalente a 0,64 vezes o peso corporal, com assimetrias nas forças exercidas pelos baços que compensam as cargas assimétricas aplicadas aos pedais no esforço para iniciar o movimento da bicicleta para frente.
Sanderson & Black (2003), analisaram as forças aplicadas ao pedal e a cinemática das articulações do quadril, joelho e tornozelo durante os três minutos iniciais e finais de um teste máximo. Os sujeitos estudados pareceram apresentar uma menor efetividade durante a fase de recuperação, o que parece ter influenciado o aumento do pico de torque no final do teste.
Da análise da pedalada por meio de pedais devidamente instrumentados para a medição de forças atuantes, Gregor (2000), coloca que o pico de força perpendicular à superfície do pedal é de aproximadamente 60% do peso corporal do indivíduo, sendo essa porcentagem aproximadamente a mesma para todos os ciclistas, desde que por um período consistente, dificilmente excedendo o peso do ciclista, a menos que ele se apóie no guidom. O mesmo autor explica que embora os ciclistas freqüentemente sintam que estão puxando o pedal durante a recuperação, isso é raro. Puxar o pedal não é essencial para uma técnica eficiente de pedalada no ciclismo, e os ciclistas competitivos reservam essa ação para subidas e arrancadas (também chamadas entre os atletas de sprints). A simetria de força na pedalada é rara, e iremos encontrar constantemente assimetrias entre as pernas na força aplicada ao pedal.
Geração de torque durante 40 km contra-relógio
(CARPES, 2004)
Um estudo de Ericson & Nisell (1988) propõe que a força efetiva, perpendicular ao pé de vela tem seu maior valor próximo aos 90º do pé de vela, isto porque ela é relacionada com a distância horizontal entre o pedal e o pé de vela. A magnitude e a orientação dessas forças de reação no pedal se alteram constantemente durante todo o ciclo da pedalada conforme a mudança nas posições dos membros inferiores. Como conseqüência, o estudo da pedalada em uma abordagem tridimensional torna-se bastante complexa. Com esse tipo de análise, Ruby, Hull & Hawkins (1992), indicaram que uma carga em varo é aplicada ao joelho durante a fase de potência na propulsão. Na fase de propulsão, a força de reação é medial, aproximando-se de uma linha vertical e na fase de recuperação, no momento em que as forças de reação no pedal são baixas, estas aparecem laterais ao joelho, assim o vetor força é medial ao joelho durante a fase de potência, sendo afetada pela altura do assento e, em geral, lateral ao joelho durante a recuperação.
Buscando uma melhor aplicação e aproveitamento da força muscular, Martin, Lamb & Brown (2002) apresentam trabalhos propondo novas geometrias para pé de vela e trajetória de pedal, na busca de uma melhor eficiência na pedalada.
Dessa forma, dados de avaliações biomecânicas são complexos, porém, estes podem ser transmitidos para a linguagem popular de treinamento e preparação física, não só para descrever a realidade, mas também para testar estratégias na busca da otimização do desempenho.
REFERÊNCIAS CONSULTADAS (na ordem em que aparecem no texto)
- GREGOR, R. J. Biomechanics of cycling. In: GERRET, W. E. & KIRKENDAL, D. T. Exercise and Sport Science. Philadelphia - EUA: Lippincott Williams & Wilkins, 2000.
- FARIA, I. E. & CAVANAGH, P. R. The physiology and biomechanics of cycling - ACSM series. New York: John Wiley & Sons, 1978.
- ENOKA, M. R. Bases neuromecânicas da cinesiologia. São Paulo: Manole, 2000.
- RUGG, S. G. & GREGOR, R. J. The effect of seat height on muscle lengths, velocities and moment arm lengths during cycling. Journal of Biomechanics. v.20 p: 899. 1987.
- ERICSON, M. O.; NISELL, R. & NEMETH, G. Joint motions of the lower limb during ergometer cycling. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 9 p:273-278. 1988.
- RUBY, P.; HULL, M. L. & HAWKINS, D. Three dimensional knee loading during seated cycling. Journal of Biomechanics. v.25 p:41-53. 1992.
- SANDERSON, D. J. & BLACK, A. The effect of prolonged cycling on pedal forces. Journal of Sports Science. v.21 n.3 p:191-199. 2003.
-CARPES, F. P. Biomecânica do ciclismo. Universidade Federal de Santa Maria. Relatório de Estágio Profissionalizante. 2004.
- ERICSON, M. O. & NISELL, R. Efficiency of pedal forces during ergometer cycling. International Journal of Sports Medicine. v.9 n.2 p:118-122. 1988.
- MARTIN, J. C.; LAMB, S. M. & BROWN, N. A. T. Pedal trajectory alters maximal single-leg cycling powers. Medicine and Science in Sports and Exercise. v.34 n.8 p:1332-1336. 2002.
Autores:
Felipe Pivetta Carpes - pedal@mail.ufsm.br
Grupo de Estudo e Pesquisa em Ciclismo - www.ufsm.br/gepec
Laboratório de Biomecânica - www.ufsm.br/labiomec
Universidade Federal de Santa Maria - www.ufsm.br
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