ANÁLISE BIOMECÂNICA DO EXERCÍCIO DE FLEXÃO PLANTAR

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XICBB'2005
ANÁLISE BIOMECÂNICA DO EXERCÍCIO DE FLEXÃO PLANTAR
SENTADO.
Artur Bonezi, Everton Rocha e Jefferson Loss
Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Escola de Educação Física
The objectives of this study was to caracterize the kind
of resistance moment from sit plantar flexion machine
by Intensity Line and check if the mechanical about this
machine is in accordance with the mechanical and
physiological parameters from triceps surae. To
determine the resistance moment from machine was
used the relationship between the moment arm and the
resistance force. The mechanical and physiological
variables from triceps surae were found in the
literature. The results showed that the resistance
moment increases in first quarter of movement and
decrease in the three quarter final. The variable
mechanical of muscle is only observed in the start of
movement and after this point the physiological
caracteristic goes with the resistance moment offered by
machine.
Keywords: Muscle Machine, Resistance Moment and
Biomechanics
Introdução
As características mecânicas do sistema locomotor
influenciam a produção de força no sistema músculo-
esquelético. Apesar de nas academias existirem diversas
linhas e tipos de equipamentos de musculação os quais
ao serem planejados e construídos parecem não
apresentar um padrão no que se refere à determinação
do torque que será oferecido como resistência. Por
exemplo, existem diversos equipamentos que visam
trabalhar um mesmo grupo muscular que dependendo
de sua mecânica oferecem cargas (torques de
resistência) que podem ser crescentes, decrescentes ou
constantes ao longo do exercício.
A literatura carece de estudos que visam conhecer a
carga de resistência de aparelhos de musculação com
intuito de verificar se esta acompanha as características
mecânicas da musculatura, representada pela variação
da distância perpendicular da musculatura envolvida no
movimento.
A importância de conhecer o torque de resistência
também se dá pois, o ângulo articular onde um músculo
produz o pico de torque não necessariamente coincide
com o ângulo onde ocorre o pico de força muscular ou a
maior distância perpendicular dessa musculatura [1].
Além disso em um programa de do treinamento um
exercício pode ser prescrito em diferentes aparelhos que
trabalhem um mesmo grupo muscular e porções
musculares diferentes, ou seja, uma vez que um dos
equipamentos pode oferecer o máximo de resistência no
início do movimento, enquanto outro aparelho pode
oferecer o máximo de resistência no final.
Outra característica que juntamente com a mecânica
deve ser observada refere-se a característica fisiológica
da musculatura envolvida no movimento. Baseada na
Teoria das Pontes Cruzadas foi determinada uma
relação entre comprimento do sarcômero e força
produzida pela fibra. Essa relação foi denominada
relação força-comprimento muscular [5].
Sendo assim, os objetivos deste estudo foram
caracterizar o torque de resistência que o aparelho de
Flexão Plantar Sentado (FPS) da marca Intensity Line
(Figura 1) oferece, mais especificamente verificar se
esta carga está de acordo com as características
mecânicas e/ou fisiológicas da musculatura envolvida
no movimento, no caso o tríceps sural.
Figura 1: Vista lateral do aparelho de Flexão Plantar
(Intensity Line)
Materiais e Métodos
Considerando o caráter exploratório do estudo, um
sujeito de 21 anos, 1,65m e 68Kg, saudável e praticante
de atividade física regular foi utilizado para executar o
movimento.
Para os procedimentos de coleta de dados, o início
do movimento foi caracterizado com barra abaixo da
linha horizontal (7 graus) e o tornozelo em flexão dorsal
máxima (Figura 2a); e o final do movimento com a
barra acima da mesma linha horizontal (20 graus) e o
tornozelo em flexão plantar máxima (Figura 2b).
O posicionamento do sujeito no equipamento foi
com o joelho e quadril em 90 graus de flexão com o
terço anterior do pé sobre uma plataforma específica
(Figura 3).
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Figura 2a: Início do Exercício
Figura 2b: Final do Movimento
Figura 3: Plataforma para posicionamento dos pés
Cálculo das Variáveis
Foram mensurados os ângulos de movimento do
tornozelo com um goniômetro manual com acurácia de
1 grau e 1 mm, as dimensões do aparelho foram
mensuradas com o auxílio de uma fita métrica. As
variáveis medidas foram os ângulos de inclinação da
barra e o ângulo interno da articulação do tornozelo,
conforme [2].
De modo geral, a carga mecânica de um exercício
pode ser obtida calculando-se o torque de resistência
que o mesmo oferece. Torque pode ser descrito através
da equação 1:
T = F. d┴ (1)
Onde:
T é o torque (Kgf.m),
F é a força (Kgf),
d┴ é a distância perpendicular (m).
A força é representada pela carga selecionada
(anilhas) e colocada para a execução do exercício. A
distância perpendicular (d┴) foi calculada através de
relações trigonométricas.
O torque resistente total é representado pelo torque
das anilhas calculado através da equação 1, adicionado
do torque do peso da barra (TPB).
Para a determinação do TPB utilizou-se uma
balança, da marca Sensimax 130, para equilibrar o
equipamento longitudinalmente (Figura 4).
Figura 4: Torque do Peso da Barra
A barra possui um peso que gera um torque no
sentido horário e como reação a balança produz uma
força no sentido para cima, gerando um torque anti-
horário, criou-se para o cálculo do TPB uma situação de
equilíbrio. Como a soma dos torques num sentido é
igual à soma dos torques no outro sentido, ou seja, ΣΓ =
0, o torque do peso da barra foi estimado através da
equação 2:
TPB= FBa. d┴ba (2)
Onde:
TPB é o torque do peso da barra (Kgf.m),
FBa é quanto a balança registra (Kgf),
d┴ba é a distância perpendicular da barra, neste caso
o comprimento total dessa (m).
Esse procedimento foi necessário, pois não era
conhecido o peso da barra assim como a localização do
centro de massa e a distância perpendicular desse peso.
As Figuras 5a e 5b representam o diagrama de corpo
livre (DCL) do aparelho no início e no fim do exercício,
respectivamente. O DCL ilustra as forças que atuam na
barra bem como a distância perpendicular (d┴) utilizada
para os cálculos dos torques. Estão neles representadas,
a força resistente (FR) - na extremidade da barra, o
TPB, ilustrado no centro da barra e a força humana
(FH) - no local de contato entre a perna do executante e
a máquina. O peso da perna foi desprezado nos cálculos
de torque, pois sua contribuição no torque resistente
total não é significativa mesmo quando o exercício é
executado sem carga.
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Figura 5a: Diagrama de Corpo Livre – Início do
Exercício
Figura 5b: Diagrama de Corpo Livre – Final do Exercício
Resultados
A Figura 6 apresenta os dados da variação do torque
de resistência (TR) para uma carga de 10Kg. Os
resultados mostram que no 1º quarto do movimento o
TR possui uma tendência a ser crescente (início do
movimento: 12,8 kgf.m; fim do primeiro quarto; 13,2
kgf.m). Nos 3 quartos finais de movimento, o TR do
aparelho é decrescente (13,2 kgf.m até 11,5 kgf.m).
Figura 6: Variação do Torque de Resistência
A Figura 7 mostra o comportamento da distância
perpendicular do Tendão de Aquiles (DPTA) ao longo
do exercício, ao qual permite verificar os componentes
mecânicos que influenciam a resposta do exercício. Os
valores apresentados para DPTA representam uma
média da população e foram obtidos da literatura [2] e
[3].
Figura 7: Distância Perpendicular do Tendão de Aquiles
Discussão
A partir da relação torque-ângulo articular, sabendo-
se a distância perpendicular, é possível fazer o cálculo
da relação força muscular-ângulo articular [3] conforme
apresentado na Figura 6. Sendo assim é possível
associar os dados do TR (Figura 6) com a DPTA
(Figura 7) [2] que representa a mecânica muscular.A
partir dessa associação é possível saber se a resistência
oferecida pelo aparelho acompanha a distância
perpendicular da musculatura envolvida.
Na Figura 7 a DPTA é crescente, logo o torque
muscular também pode respeitar esse padrão no caso do
TR constante. Se assim o fosse, o músculo teria uma
capacidade de produção de torque crescente e o torque
muscular seria máximo no final do exercício. Porém
nesse aparelho o TR não é constante, conforme ilustra a
figura 6, então o torque muscular não depende
exclusivamente da DPTA.
Dessa forma, pela análise das Figuras 6 e 7 em
conjunto é possível verificar que, no primeiro quarto do
movimento, ambos apresentam um padrão crescente, ou
seja, o torque de resistência do aparelho acompanha as
características mecânicas. Já nos três quartos finais, o
torque de resistência do aparelho é decrescente e o
torque muscular é crescente, ou seja as características
mecânicas passam a não ser respeitadas a parir desse
ponto. De modo sintetizado o músculo teria a maior
vantagem mecânica onde o aparelho oferece a menor
carga.
A distância perpendicular do músculo influencia na
produção de torque muscular, como já foi relatado [1],
[4], no entanto, apesar da DPTA ser crescente,
possivelmente ocorre um decréscimo maior na taxa de
queda da característica fisiológica ao longo do
exercício, ou seja, a variação do TR, nos 3 quartos finais
do movimento, provavelmente é o reflexo da
característica fisiológica da musculatura (relação força-
comprimento). Essa relação determina um vínculo entre
o comprimento do sarcômero e a força produzida pela
fibra [5]. Em outras palavras a vantagem fisiológica,
através da relação força-comprimento prevalece sobre a
vantagem mecânica (Figura 7). Pois quanto mais
alongada uma musculatura (quão maior o comprimento
do sarcômero), maior a sua capacidade de produzir
força [5]. Além disso, a capacidade de gerar torque pelo
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tríceps sural independe da angulação do joelho apenas
reflete na capacidade fisiológica do músculo
gastrocnêmico [1].
Dessa forma as suas características mecânicas deste
equipamento de musculação sugere que o mesmo seja
utilizado em um ciclo da periodização do treinamento
onde seja interessante que a resistência oferecida ao
praticante seja decrescente ao final do exercício (quando
o músculo está mais encurtado).
Portanto, de acordo com a relação entre força
muscular-ângulo articular [3] e que o ângulo onde o
músculo produz o seu pico de torque não coincide com
o ângulo onde ocorre o pico de força muscular [1], a
variação do torque de resistência é um causador de
grande influência na adaptação do músculo ao
treinamento imposto. Uma outra utilização alternativa
para este aparelho refere-se a indivíduos, que por razões
específicas, não possam receber o máximo de
resistência no final do movimento.
Conclusão
O aparelho analisado possui um torque de resistência
crescente do início até antes da metade do exercício e
decrescente a partir desse ponto.
Do ponto de vista mecânico a resistência que o
aparelho FPS oferece acompanha a mecânica muscular
(DPTA) do início até antes da metade, ou seja, no
primeiro quarto do movimento de flexão plantar, o
incremento da carga é acompanhado de um aumento da
distância perpendicular muscular. Nos três quartos
finais do movimento, o aparelho respeita a característica
fisiológica da musculatura, ou seja quando o músculo
está mais encurtado (final do exercício) a resistência
mecânica oferecida (TR) também é menor.
Referências
[1] HOY M, ZAJAC F, GORDON, M. “A musculoskeletal
model of the human lower extremity: the effect of
muscle, tendon and moment arm on the moment-angle
relationship of musculotendon actuators at the hip, knee
and ankle”. J. Biomech. 23(2): 157-169, 1990.
[2] RUGG S, GREGOR R, MANDELBAUM B. “In vivo
moment arm calculations at the ankle using magnetic
resonance imaging (MRI)”. J. Biomech. 23: 495–501,
1990.
[3] SPOOR C, VAN LEEUWEN J, MESKERS C. TITULAER
A, HUSON A. “Estimation of instantaneous moment
arms of lower-leg muscles”. J. Biomechanics. 23(12):
1247-1259, 1990.
[4] ZAJAC FE. “How a musculotendon architecture and
joint geometry affect the capacity of muscle to move
and exert force on objects”. J. Hand Surgery. 17(5):
799-804, 1992.
[5] GORDON AM, HUXLEY AF, JULIAN FJ. “The variation
in isometric tension with sarcomere length in vertebrate
muscle fibres”. J. Physiol. 184 : 170-192, 1966.
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