Biomecânica Muscular

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Biomecânica do Músculo 
Esquelético
Base Molecular da Contração Muscular
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Estrutura e Organização do Músculo
O músculo e suas características funcionais
O desempenho da fibra muscular em situações de velocidade e 
cargas variáveis é determinado por quatro propriedades.
Irritatibilidade – capacidade para responder a estimulação feita 
pelo neurotransmissor químico 
Contratilidade – capacidade do músculo encurtar-se quando o 
tecido muscular recebe estimulação suficiente
Extensibilidade – capacidade do músculo para encompridar-se 
ou alongar-se além do comprimento de repouso. 
Elasticidade – capacidade da fibra muscular retornar ao seu 
comprimento de repouso depois que a força de alongamento do músculo 
é removida.
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Funções do Músculo
a) Contribuição para a produção do movimento esquelético
b) Assistência na estabilidade articular
c) Manutenção de posturas e posicionamento corporal
d) Outras funções: suporte e proteção dos orgãos viscerais e 
tecidos internos, alteração e controle das pressões dentro 
das cavidades, manutenção da temperatura corporal pela 
produção de calor, controle das entradas e saídas do corpo 
pelo controle voluntário da deglutição, defecação e 
eliminação de urina.
Papel do músculo
•Movimentador primário e Movimentador Assistente: O 
músculo, ou músculos, primariamente responsável pela produção 
de um determinado movimento é chamado movimentador 
primário, e quanto mais forca é requerida outros músculos 
contribuem como movimentadores assistentes.
•Agonista e Antagonista: Os músculos que criam o mesmo 
movimento articular sao chamados agonistas. Por outro lado, os 
músculos opositores ou que produzem o movimento articular 
oposto são chamados antagonistas.
•Estabilizadores e Neutralizadores:Os músculos são também 
usados como estabilizadores, agindo em um segmento de modo 
que possa ocorrer um movimento específico em uma articulação 
adjacente. Os músculos sinergistas ou neutralizadores irão 
contrair-se para eliminar uma ação o indesejada causada por 
outro músculo.
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Mecânicas da Contração Muscular
�A eletromiografia vem sendo usada para 
estudar vários aspectos da contração, 
principalmente a relação de tempo entre o 
começo da atividade elétrica e o começo 
da contração muscular;
Pisa Syndrome is clinically defined as the sustained
lateral bending of the trunk worsened by a prolonged
sitting position or by walking. Pisa syndrome, also
termed lateral trunk flexion (LTF), has been rarely
reported in patients affected by Parkinson’s disease
(PD) and, therefore, the pathophysiology has been
poorly investigated. In some cases, the hyperactivity
of paravertebral muscles contralateral to the leaning
side has been interpreted as a sign of dystonia; 
however, it is well known that paravertebral muscles
flex the trunk ipsilaterally. 
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� We systematically explored the pattern of muscular 
activation underlying the lateral flexion of trunk in 10 
PD patients (mean disease duration: 9.2 ± 3.0 years) 
presenting LTF for 3.6 ± 2.1 years. EMG performed
during stance and during left and right lateral trunk
flexion showed a continuous ipsilateral muscular 
hyperactivity in three patients, while in the remaining
ones there was no ipsilateral activity during standing
and a tonic contraction of paravertebral muscles
contralateral to the leaning side. In conclusion, this
EMG study investigating the synergies of
paravertebral muscles during dynamic conditions
detected two different patterns with a typical
dystonic activation in only a minority of cases. 
Possible pathophysiologic mechanisms and
treatment approaches are discussed.
Contração Tetânica e de Somação
A resposta mecânica de um músculo a um 
único estimulo do seu nervo motor e 
conhecida como tetania, que é a unidade 
fundamental da atividade muscular 
gravável.
Entre a excitação e a contração há alguns 
milissegundos, conhecidos como período 
de latência, necessários para os 
componentes elásticos atuarem. 
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�Tempo de contração � tempo desde o 
começo do desenvolvimento da tensão à
tensão de pico;
�Tempo de relaxamento � tempo de 
tensão de pico até a queda de tensão a 
zero.
�Este tempo de contração e relaxamento 
variam conforme o músculo, dependendo 
também do aquecimento.
�Somação acontece quando são 
acrescentadas respostas mecânicas para 
estímulos sucessivos a uma resposta 
inicial;
�Se um segundo estimulo acontecer 
durante o período de latência da primeira 
tetania muscular, nenhuma resposta 
adicional é produzida e é dito que o 
músculo está completamente refratário.
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�A frequência de excitação é variável e é
modulada pelas unidades motoras 
individuais. Quanto maior a frequência de 
excitação das fibras, maior a tensão 
produzida no músculo. 
�O músculo se contrai tetanicamente 
quando está em tensão máxima e esta for 
sustentada em resultado da adição . 
Neste caso a rapidez de estimulo supera o 
tempo de contração, fazendo com que 
haja pouco ou nenhum relaxamento 
muscular antes da próxima contração. 
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Comprimento do Musculo
Tipos de Contração Muscular
� Durante a contração, a força de contração nas 
alavancas ósseas na qual é fixado é conhecida 
como tensão muscular, e a força externa 
exercida no músculo é conhecida como carga 
ou resistência.
� A medida que o músculo exerce sua força, gera 
um efeito chamado torque, ou momento.
� O momento ou torque é obtido pelo produto da 
força e a distancia perpendicular do seu ponto 
de aplicação e o centro de movimento, ou braço 
de alavanca.
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Ações Musculares Gerais
Ação Muscular Isométrica – tensão muscular 
geralmente contra uma resistência para manter a 
posição. Se o músculo está ativo e desenvolve 
tensão, sem mudança visível ou externa na posição 
articular.
Ação Muscular Concêntrica – músculo gera 
tensão ativamente com um encurtamento visível na 
extensão do músculo.
Ação Muscular Excêntrica – quando o músculo 
é sujeito a um torque externo maior que o interno 
dentro do músculo, ocorre alongamento do músculo.
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Produção de Força no Músculo
�A força total que um músculo pode 
produzir depende de suas propriedades 
mecânicas, que podem ser descritas 
quando analisamos as relações de 
comprimento-tensão, carga-velocidade, 
força-tempo e também a arquitetura 
musculoesquelética.
Relação Comprimento-Tensão
� A força, ou tensão, que um músculo exerce 
varia com o comprimento ao qual é mantido 
quando estimulado.
� Tensão máxima é produzida quando a fibra está
em seu comprimento de repouso, pois os 
filamentos de actina e miosina se sobrepõem, 
aumentando o numero de pontes cruzadas.
� Se a fibra é mantida a comprimentos mais 
curtos, as quedas de tensão caem. Se a fibra é
alongada, além do comprimento de repouso a 
tensão também diminui. 
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� No caso das fibras que possuem um sarcômero “alongado”, 
ao começar a contração o número de pontes cruzadas entre 
os filamentos são menores que o ideal, produzindo então
pouca tensão. Em comprimento de sarcômero de 3,6 µm nāo
há nenhuma sobreposiçāo e consequentemente nenhuma
tensāo ativa. 
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� Em situação oposta, em que os sarcômeros são
encurtados, filamentos de actina e miosina já sem
encontram sobrepostos, tendo então pouco “caminho”
que se percorrer e poder gerar tensão. Nesse caso, a 
tensão gerada também não é ideal. Nesta situaçāo em
que há um encurtamento do sarcômero a um tamanho
menor que seu comprimento de repouso dimimui a 
tensāo ativa, porque dessa forma é permitido a 
sobreposiçāo dos filamentos finos nos terminais
opostos o sarcômero, os quais sāo funcionalmente
polarizados na direçāo oposta.
� Em ambos os casos o resultado é o mesmo, menor
tensão gerada, ou seja, menor força. 
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Potência muscular (P) é definida como o produto de forca
e velocidade (F .v). Portanto para um dada relacao de 
força-velocidade de um músculo, sua potência instantânea
é uma funçao da velocidade de contraçao (P(v)) pode ser
determinada através da quantidade de velocidade de 
encurtamento. Para muitas aplicacoes práticas é de 
interessea qual velocidade de encurtamento a potência
máxima absoluta é atingida. A velocidade de encurtamento
em que a potência muscular máxima pode ser produzida é
aprox. 31% da velocidade máxima de encurtamento.
Nigg & Herzog (1999)
Relação Carga-Velocidade
�A relação entre a velocidade de 
encurtamento ou alongamento de um 
músculo e as cargas constantes diferentes 
pode ser observada em uma curva de 
carga-velocidade;
�Onde, a velocidade de encurtamento é
maior quando a carga for zero, e a medida 
que a carga aumenta, a velocidade 
diminui.
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Curva de Forca vs. Velocidade
+
-
Concêntrico
Exêntrico
0
Ponto Isométrico
Relação Força-Tempo
� A força, ou tensão, é proporcional ao tempo de 
contração, assim, quanto mais longo for o tempo 
de contração, maior é a força desenvolvida, até
o ponto de tensão máxima.
� A contração mais lenta conduz a maior 
produção de força, porque há tempo para que a 
tensão produzida seja transmitida aos 
componentes elásticos paralelos ao tendão.
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Efeito da Arquitetura do Músculo 
Esquelético
�O arranjo dos sarcômeros afeta 
drasticamente as propriedades contrateis 
dos músculos; 
�Quanto mais sarcomeros em séries, mais 
longa será a miofibrila; 
�Quanto mais sarcômeros em paralelo, 
maior será a área de seção transversal.
�A força que o músculo pode produzir é
proporcional à área de seção transversal 
da miofibrila.
�A velocidade e a excursão (alcance de 
trabalho) que o músculo pode produzir é
proporcional ao comprimento da miofibrila.
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Zatsiorsky (2004)Zatsiorsky(2004)
Efeito do Pré-Alongamento
�Quanto menor o tempo entre o 
estiramento de um músculo e a 
subsequente ação concêntrica, maior será
a forca de contração.
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Efeito da Temperatura
� Elevando a temperatura muscular há um 
aumento de velocidade de condução no 
sarcolema, aumentando também a força 
muscular.
� A temperatura muscular aumenta por meio de 
dois mecanismos:
� Aumentando o fluxo de sangue e também 
através da produção de calor através do 
metabolismo, liberação de energia de contração 
e também através do atrito entre os 
componentes contráteis.
Efeito da Fadiga
� Isso ocorre quando a demanda de ATP 
excede o suprimento de ATP no músculo.
�Portanto, você tornar-se-á mais fraco.
�Em biomecânica do crescimento, fadiga 
muscular é observada primeiramente pela 
falta de coordenação de movimento e o 
seu efeito no aumento de cargas em 
tecido.
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Diferenciação da Fibra Muscular
� Existem diferenças mecânicas na resposta das fibras 
musculares de contração rápida e lenta.
� Fibras de contração lenta – fibras oxidativas de 
contração lenta ou tipo I são encontradas em maiores 
quantidades nos músculos posturais do corpo (parte 
superior das costas e sóleo). Fibras com baixo tempo de 
contração e adequadas para trabalhos de prolongados 
de baixa intensidade.
� Fibras de contração rápida e intermediária- tipo II a, 
oxidativas glicolíticas e tipo II b glicolíticas. Corredores 
de velocidade tem maiores concentrações de fibras de 
contração rápida.
� A maioria dos músculos contém os dois tipos de fibras.
Danos Musculares
�São muitos os tipos de danos musculares, 
que podem gerar a limitação de 
movimento, inaptidão, limitação de força e 
até mesmo a inflamação e necrose.
�Estudos mostraram que o músculo 
esquelético saudável tem uma capacidade 
de se restaurar.
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Efeitos de Desuso e Imobilização
�Esses efeitos incluem perda de resistência 
e força e atrofia muscular no nível 
microestrutural e macroestrutural, como 
diminuição de número e tamanho de 
fibras;
�Mudanças bioquímicas afetam a produção 
de energia;
�Um programa de movimento imediato 
pode diminuir esses danos;
Efeitos do Treinamento Físico
�Com o treinamento físico, há o aumento 
da seção transversal, o músculo fica maior 
e mais forte;
� O alongamento aumenta a flexibilidade 
muscular, aumentando o alcance de 
movimento. Aumenta também a 
elasticidade e o comprimento da unidade 
musculotendínea 
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Princípios de Adaptações neuromusculares ao TF
� Sobrecarga
� Um músculo deve ser estressado com uma carga suficiente para
induzir respostas adaptativas.
� Atingido através da manipulação da intensidade do treinamento, 
duração, frequência e recuperação.
� Especificidade
� Adaptações são específicas à natureza da sobrecarga colocada
no músculo.
� Aplica-se ao tipo de exercício, ação muscular, contração, 
velocidade, ângulo de movimento, etc.
� Progressão
� As variáveis devem ser continuamente ajustadas para a 
manutenção da carga. 
1. Qual é a estrutura contrátil do músculo esquelético?
2. O que é a unidade músculo tendinosa?
3. Qual é a diferença entre contração tetânica e de 
somação?
4. Caracterize contração isométrica, concêntrica e 
excêntrica .
5. Qual é a relação entre carga e velocidade?
6. O que é o efeito do pré-alongamento?
7. Quais são os 3 tipos de fibras musculares 
esqueléticas?
8. Quais são os principais efeitos da imobilização?
9. Quais são os efeitos do treinamento físico?
Atividade complementar 
Biomecânica Muscular