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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS ESCOLA DE EDUCAÇÃO FÍSICA, FISIOTERAPIA E TERAPIA OCUPACIONAL DEPARTAMENTO DE ESPORTES MARCELO VIDIGAL COSCARELLI Métodos De Treinamento De Força I: Ciclo de Alongamento Encurtamento; Alavancas e Torque Trabalho apresentado à disciplina de Métodos de Treinamento da Força I de do Curso de Pós-graduação da Escola de Educação Física, Fisioterapia e Terapia Ocupacional da Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte 2011 2 CICLO DE ALONGAMENTO E ENCURTAMENTO INTRODUÇÃO Diferentes modalidades esportivas e a própria locomoção natural humana como caminhadas, corridas, saltos, etc. são atividades nas quais uma fase de alongamento (fase excêntrica) precede uma fase de encurtamento (fase concêntrica) (Figura 1). Essa combinação de ações excêntricas e concêntricas forma um tipo natural de função muscular denominado Ciclo de Alongamento e Encurtamento (CAE) (Komi, 2006). Apesar de ser a definição mais comum, argumentos sugerem que os músculos envolvidos no CAE podem manter um comprimento constante ou até mesmo reduzido durante a fase excêntrica inicial, ou seja, nem sempre é necessária uma fase de estiramento (Kuitunen et al., 2007). Figura 1: Representação esquemática de um exercício tipo CAE: a) pré ativação dos músculos extensores das extremidades inferiores antes do contato com o solo para que eles resistam ao impacto; b) fase ativada de contato com o solo; c) fase de estiramento acompanhada por uma ação de encurtamento. Fonte: Komi, 1984 apud Komi, 2006, p. 201. A função muscular CAE possui um propósito bem reconhecido que é a melhora do desempenho na fase final (ação concêntrica) quando comparado a ação concêntrica isolada (Figura 2). Dentre as diversas hipóteses levantadas para explicar esta melhora na ação concêntrica, a mais aceita menciona que o armazenamento da energia elástica nos tecidos musculares, durante a fase excêntrica, favorece o desempenho de força na fase concêntrica. Porém, um CAE eficaz também requer três condições fundamentais: pré-ativação muscular bem programada antes da fase excêntrica, fase excêntrica curta e rápida e transição imediata (curto atraso) entre as fases de alongamento e encurtamento (Komi, 2006; Dousset et al., 2007). Figura 2: Demonstração da importância do tempo de transição reduzido entre a fase excêntrica e concêntrica para a potencialização do desempenho na fase concêntrica do tipo CAE na extensão do joelho de 100 a 175°: a) atraso entre as frases excêntrica e concêntrica; ação concêntrica precedida por uma excêntrica, sem atraso; c) ação concêntrica pura. Fonte: Komi,1983, apud Komi, 2006, p. 201. MECANISMOS ENVOLVIDOS A pré-ativação muscular, uma etapa anterior ao início da ação muscular CAE, é caracterizada pela presença dos reflexos de estiramento (que age tentando manter a força requerida durante a primeira parte da fase excêntrica) e possivelmente pelo recrutamento das fibras rápidas (Horita et al., 2003). Esta ativação aumenta a quantidade de pontes cruzadas formadas, ou seja, há um deslizamento de actina sobre a miosina, aproximando as linhas Z dos sarcômeros das fibras musculares contraídas. A etapa subseqüente envolve uma carga mecânica, que em um salto em profundidade é representada pelo contato com o solo e corresponde ao início da fase excêntrica. Sendo assim, a frenagem inicia uma 3 ação excêntrica na qual os sarcômeros previamente contraídos tendem a alongar-se. Como a carga mecânica é superior, ocorre necessariamente um alongamento, mas os sarcômeros contraídos aumentam a rigidez muscular e promovem uma maior resistência a esta tração durante a ação excêntrica (Ugrinowitsch e Barbanti, 1998). A regulação da rigidez constitui importante mecanismo na parte excêntrica do CAE. Os reflexos de estiramento de curta latência desempenham papel importante nessa tarefa. Sabe-se que os fusos musculares funcionam como um receptor do estiramento, enviando impulsos sensitivos por axônios aferentes Ia que culmina com a ativação dos motoneurônios alfa. Esse reflexo dura fração de segundos. Quando os reflexos estão intactos a rigidez muscular é maior para a mesma força do que em um músculo arreflexivo (Figura 3) (Avela, Finni e Komi, 2006). Dessa forma, os reflexos de estiramento podem contribuir para a rigidez muscular na parte excêntrica do CAE. Segundo Dalleau et al. (1998), indivíduos com maior rigidez muscular conseguem armazenar maior quantidade de potencial elástico porque o CAE por eles realizados tem menor custo metabólico, contribuindo para a fase excêntrica curta. É relevante enfatizar que esses reflexos contribuem para a eficiência no comportamento motor, na medida em que tornam a produção de força mais consistente, sendo importantes para o desempenho de força e potência, visto que os comandos inibitórios ou excitatórios irão determinar o sucesso do CAE beneficiando o praticante na fase concêntrica. Kuitunen et al. (2007) tentaram explorar possíveis mudanças na rigidez muscular da perna que pudessem explicar a variabilidade entre sujeitos durante um protocolo de exaustão de CAE. Esses pesquisadores chegaram à conclusão que a rigidez não é um fator que contribui com o tempo de exaustão. Figura 3: A linha com quadrados representam o reflexo H observado em indivíduos acostumados ao treinamento CAE com altas sobrecargas. A linha com círculos vazios representam indivíduos acostumados ao treinamento com menor sobrecargas de CAE. Observa-se que os indivíduos treinados não apresentam redução significativa do reflexo H quando comparado aos indivíduos com menor carga de treinamento. Essa diferença entre os grupos pode ser atribuída a fadiga e reflexos deflagrados. (*P<0,05) Fonte: Avela, Finni e Komi, 2006, p. 491. Ainda durante a fase excêntrica um potencial elástico será acumulado, favorecendo a ação concêntrica seguinte. No entanto, essa melhora na fase concêntrica só poderá ser beneficiada pelo potencial elástico se uma fase excêntrica curta for seguida de transição imediata e uniforme. Assim, o potencial elástico armazenado no complexo músculo tendíneo pré-ativado e excentricamente alongado pode ser utilizado na fase concêntrica. Com o passar das repetições e manutenção da demanda de força o complexo músculo tendíneo tem menor capacidade de armazenar a mesma quantidade de potencial elástico do início do exercício. Então, para manter a força requerida durante a fase concêntrica mais energia será necessária, por isso outros mecanismos biomecânicos (outros músculos) e neurais podem ser requeridos para auxiliar a manutenção dos níveis iniciais de força (Nicol, Avela, Komi, 2006; Komi, 2006; Dousset et al., 2007; Kuitunen et al., 2007). Malisoux et al. (2005) afirmaram que a melhora no desempenho da fase concêntrica em um movimento CAE pode ocorrer como conseqüência da adaptação positiva na área da secção transversa das fibras do tipo I, IIa e IIa/IIx. Além disso, esses pesquisadores concluíram que o treinamento CAE aumenta o desempenho funcional dos diferentes tipos de fibras musculares nos quesitos velocidade de encurtamento e força e no pico de potência absoluta. O treinamento da força, utilizando protocolos distintos do CAE, promove um aumento de força como conseqüência do aumento da área da sessão transversa e da força absoluta. O CAE, além de mais efetivo em relação ao aumento do diâmetro e pico de força, supera os demais treinamentos por promover melhora na a velocidade de encurtamento das fibras tipo I, que raramente ocorre nos demais protocolos. Portanto, o CAE é mais eficiente na 4 manutenção das fibras lentas. Todos esses fatores em conjunto, fazem do CAE uma alternativa para adaptações mecânicas e fisiológicas visando o aumento do desempenho.CAE E FADIGA Quando é realizado um protocolo CAE fadigante observa-se uma diminuição da expressão da força muscular. Embora esses efeitos sejam, em termos de mecanismos, similares aqueles que ocorrem após a realização de exercícios intensos puramente excêntricos, a fadiga induzida pelo CAE é muito mais complexa devido à maneira mais abrangente como ela estimula o sistema neuromuscular. Armstrong (1990) definiu quatro diferentes estágios relacionados à lesão muscular induzida pelo exercício excêntrico e a sensação subjetiva de dor: inicial, autogenético, fagocítico e regenerativo (Figura 4). Figura 4: Representação esquemática de quatro diferentes fases relacionados a lesão muscular induzida pelo exercício excêntrico. Fonte: Nicol e Komi, 2006, p. 230. A fase inicial inclui eventos que desencadeiam o processo total de lesão muscular e reparo. A lesão local inicial resulta mais de mecanismos mecânicos do que de metabólicos. Isso porque há uma extensiva desorganização e até mesmo rompimento das estruturas miofibrilares e dos filamentos intermediários, induzindo o desalinhamento da linha Z. Além disso, observa-se rompimento do sarcolema, intumescimento e rompimento do sistema sarcotubular, intumescimento mitocondrial, assim como lesão da matriz extracelular. As fibras de contração rápida parece ser mais susceptíveis a esses danos. Além de suas diferenças estruturais elas apresentam menor capacidade oxidativa, que poderia resultar em incapacidade de desacoplamento das pontes cruzadas durante exercícios intensos, provocando uma resistência desigual ao alongamento entre os sarcômeros e as fibras musculares. Todos esses processos resultam em queda da força voluntária máxima após exercícios do tipo CAE em condições de fadiga (Nicol e Komi, 2006). Isso é fundamentado na diminuição da amplitude da resposta do reflexo de estiramento e do reflexo H (Figura 5) (Dousset et al., 2007) Figura 5: Alteração bimodal na máxima força isométrica e valores correspondentes de sinal EMG antes da fadiga e depois do período de recuperação. Observa-se que a força decresce imediatamente após o protocolo de CAE fadigante, sendo recuperada cerca de duas horas após e volta a cair dois dias depois. (*P<0,05) (**P<0,01) Fonte: Adaptado de Dousset et al., 2007, p. 456. 5 Além disso, a diminuição aguda do desempenho de força e potência pode ser relacionado as mudanças no comportamento neural de recrutamento das fibras. As alterações neurais observadas refletem uma inibição pré-sináptica das fibras aferentes Ia que determina uma menor excitabilidade dos motoneurônios alfa (associada à diminuição no reflexo de Hoffman). Essa inibição é parcialmente mediada pela ativação das fibras aferentes dos grupos III e IV. A ativação dessas duas fibras pode ser explicada pelo aumento do lactato observado logo após o término do CAE (Figura 6). No entanto, duas horas após o final da sessão de treinamento já é possível notar uma recuperação da força concomitante ao restabelecimento das concentrações normais de lactato e dos reflexos neurais, sugerindo um decréscimo da inibição pré-sináptica das vias aferentes Ia e conseqüentemente um restabelecimento na excitabilidade do motoneurônio alfa Figura 6: Alterações nas concentrações sanguíneas de lactato. Mudanças significantes foram observadas entre as coletas realizadas antes e após o treinamento CAE (**P<0,01). Fonte: Dousset et al., 2007, p. 457. A fase autogenética corresponde as primeiras 3 a 4 horas após a lesão e marca o início do processo de degradação das estruturas das membranas. A lesão induzida pelo exercício no sarcolema, no sistema túbulo T e no retículo sarcoplasmático determina a perda da homeostase do cálcio. Isso promove um acúmulo intracelular desse íon, levando a ativação de proteases endógenas que intensificam a lesão muscular. A calpaína, por exemplo, quando ativada pelo cálcio induz hidrolise de proteínas citoesqueléticas como a desmina (Nicol e Komi, 2006). Quando a lesão muscular está instalada há liberação de substâncias químicas que causam vasodilatação, edema e liberação de histamina. Assim, a fase fagocítica é caracterizada pela típica resposta inflamatória nos tecidos e pode durar de dois a quatro dias ou mais, com um pico por volta do terceiro dia pós-exercício. As respostas iniciam com alterações na estrutura da parede dos vasos sanguíneos, levando a migração de células de defesa em direção a lesão, auxiliando na estabilização da matriz extracelular, a adesão celular e na síntese de colágeno (Nicol e Komi, 2006). Esse processo inflamatório é acompanhado por uma nova queda no desempenho de força e potência (Figura 5) que pode ser mensurado pela elevação das concentrações séricas de creatina quinase (marcador indireto de destruição muscular) e proteína C reativa (marcado de processo inflamatório). Mais uma vez ocorre uma ativação das fibras III e IV, justificada pelo aumento da substância P, e conseqüentemente uma inibição da via aferente Ia (Dousset et al., 2007) (Figura 7). 6 Figura 7: Alteração na concentração venosa de proteína C reativa (CRP) e substância P (A) e atividade da cretina quinas e sérica (CK) e edema muscular (MT) (B). (*P<0,05), (**P<0,01) e (***P<0,001). Fonte: Dousset et al. (2007), p. 457. A fase regenerativa inicia nos dias 4 a 6 e reflete a regeneração das fibras musculares. Entre os dias 10 e 14 a degradação e a síntese protéica muscular retornam ao normal. No entanto, a massa muscular, o conteúdo de proteína e a força absoluta são menores (Nicol e Komi, 2006). Alterações cinemáticas e metabólicas durante a fadiga A fadiga induz inúmeras alterações cinéticas e cinemáticas, por exemplo: o membro passa e estar mais estendido no impacto, realizando uma maior e mais demorada flexão, com conseqüente queda na força vertical de reação do solo após o pico de impacto. Essa deterioração na fase de contato com o solo é associado com o incremento da atividade EMG dos músculos e da razão EMG/Força da fase final de contato. O aumento do trabalho na fase final de contato permite a manutenção do desempenho (por exemplo manutenção da altura de salto). As alterações na cinemática, ou seja, no padrão de execução dos exercícios, reflete ajustes a fadiga e não incapacidade real de compensá-la. Essa alteração também pode ser justificada pela queda na resistência ao alongamento (diminuição da rigidez) e no armazenamento de potencial elástico. Segundo Horita (2003) os primeiros dois terços dos exercícios apresentam limitada alteração cinética e cinemática, mas na fase final os indivíduos tendem a ter maior fase de contato para contrabalancear a perda de força muscular. Logo, o benefício da fase excêntrica parece ser efetivo nas duas primeiras fases do treino, demonstrando a significativa interação entre a cinemática pré-aterrissagem e a regulação da rigidez pós-aterrissagem. Isso demonstra ainda a plasticidade e a eficácia dos ajustes neuromusculares para o incremento da fadiga durante os exercícios CAE. As concentrações de lactato servem de parâmetro para avaliar a fadiga metabólica enquanto os níveis séricos de creatina cinase, mioglobina esquelética, troponina I e anidrase carbônica atuam como indicadores de microlesão muscular induzida pelo exercício que apresentam comportamento bimodal (Nicol, Avela, Komi, 2006) 7 CONCLUSÃO O exercício do tipo CAE quando exaustivo leva a uma deterioração expressiva da força muscular e da produção de potência (Figura 5). Embora os mecanismos sejam similares aos que ocorrem após exercícios intensos, o abrangente estímulo do sistema neuromuscular (neural, mecânico e metabólico) torna a fadiga promovida pelo CAE mais complexa. A queda de desempenho de força e potência após exercícios do tipo CAE exaustivo relaciona-se com o considerável declínio funcional imediatamente após a realizaçãodo CAE seguido pela recuperação de curto prazo durante poucas horas após o exercício. As reduções paralelas agudas e retardadas afetam a rigidez articular pré ativação e pré e pós aterrissagem. Além disso, em protocolos de CAE a perda do desempenho muscular pode estar relacionada com a dor muscular tardia que é comumente observada em ações musculares excêntricas. Essas dores têm o seu pico entre dois e três dias após o término do exercício CAE intenso determinando uma queda no desempenho mais tardiamente. No entanto, esse prejuízo na produção de força e potência, como em qualquer treinamento físico, depende de variáveis como tarefa executada e treinabilidade prévia dos sujeitos. ALAVANCA E TORQUE ALAVANCA Uma máquina que opera sobre o princípio de uma barra rígida que sofre a ação de forças que tendem a rotar a barra em torno do seu ponto de apoio é chamada de alavanca. Em biomecânica, os princípios de alavanca são usados para visualizar o sistema mais complexo de força que produzem movimento rotatório no corpo. Quando os músculos desenvolvem tensão, tracionando os ossos para deslocar ou sustentar a resistência criada pelo peso dos segmentos corporais e, possivelmente, pelo peso de uma carga acrescentada, o músculo e o osso estão funcionando mecanicamente como alavanca. No corpo humano, o osso atua como uma haste rígida, a articulação constitui o eixo e os músculos aplicam força (Hall, 2005). Os três componentes da alavanca mecânica são: eixo (fulcro), peso (ou resistência) e força que movem ou mantém. A distância entre o fulcro e o ponto onde a carga é impressa, ou o peso é colocado, é chamado de braço de resistência. Quanto maior for a distância entre o fulcro e carga, maior será o peso aplicado no conjunto, por isso uma elevação de ombro com cotovelos flexionados é mais fácil do que com os braços estendidos. A distância entre o ponto onde se aplica a força e o fulcro é chamado de braço de força. No corpo humano, o ponto em que a força é aplicado corresponde a inserção do músculo no osso. Quanto maior o braço de força mais fácil será a movimentação da alavanca. Reduzindo-se esses componentes a sua forma mais simples de três forças resultantes (eixo, resistência e força), as magnitudes aproximadas das forças e os deslocamentos dos segmentos podem ser encontrados, e a base para a manipulação terapêutica de forças pode ser mais bem compreendida (Hall, 2005; Smith, Weiss, Lehmkuhl, 1997) Existem três tipos de alavanca (Figura 8): Figura 8: Diagramas vetoriais das três classes de alavanca. A classificação das mesmas é feita de acordo com a posição do peso (P) e da força (F) em relação ao eixo (E). A distância entre o eixo e força representa o braço de força (a) e a distância entre o eixo e peso é chamado braço de resistência. I alavanca de primeira classe, II alavanca de segunda classe e III alavanca de terceira classe. Fonte: Smith, Weiss, Lehmkuhl, 1997, p. 37. 8 Alavanca de primeira classe (interfixa): a força aplicada e a resistência estão localizadas em lados opostos do eixo (Figura 8I). No corpo humano, a ação simultânea dos grupos musculares agonistas e antagonistas em lados opostos de um eixo articular é análoga ao funcionamento de uma alavanca de primeira classe, com os agonistas fornecendo a força aplicada e os antagonistas proporcionando uma força de resistência (Figura 9). Além disso, esse tipo de alavanca é freqüentemente usado para manter posturas e equilíbrio. Figura 9: Alavanca de primeira classe: Tríceps. Fonte: Adaptado Hall, 2005, p.395 Alavanca de segunda classe (inter-resistente): em uma alavanca de segunda classe, a força aplicada e a resistência ficam no mesmo lado do eixo, com resistência mais próxima do eixo (Figura 8 II). Não existem eventos completamente análogos no corpo humano (Figura 10). Figura 10: Alavanca de segunda classe: posteriores da perna. Fonte: Adaptado Hall, 2005, p. 395 Alavanca de terceira classe (interpotente): a força e a resistência estão do mesmo lado do eixo, porém a força aplicada fica mais próxima deste (Figura 8 III). A maioria dos sistemas de alavanca do tipo músculo/osso do corpo humano é também de terceira classe para as contrações concêntricas com o músculo fornecendo a força aplicada e fixando-se ao osso a uma curta distância do centro articular, em comparação com a distância na qual atua a resistência proporcionada pelo peso do segmento corporal ou aquela de um segmento corporal mais distal (Figura 11). Durante as contrações excêntricas o músculo e o osso funcionam como uma alavanca de terceira classe. Figura 11: Alavanca de terceira classe: A Bíceps do cotovelo. B: Tendão patelar do joelho. Fonte: Hall, 2005, p.402. VANTAGEM MECÂNICA Em movimentos angulares ou posturais do corpo, o osso ou segmento é a alavanca, e o eixo usualmente está na articulação. A contração muscular é força que move ou mantém e a resistência é o peso da parte, segmentos do corpo ou resistências aplicadas. Diferentes posições dessas forças sobre o 9 braço de alavanca proporcionam diferentes vantagens para o movimento e trabalho. A operação de alavancas fornece vantagens de força ou de excursão. A eficiência de uma alavanca para manter uma resistência é dada pela vantagem mecânica. Vantagem mecânica da alavanca designa a razão entre o braço do comprimento de força e o comprimento do braço do peso (Figura 12). Figura 12: Vantagem mecânica. Sendo assim: • Vm = 1- a força necessária para movimentar uma resistência é exatamente igual à resistência. • Vm > 1- a força necessária para movimentar uma resistência é menor do que a resistência. • Vm < 1- a força necessária para movimentar uma resistência é maior do que a resistência Quando se avalia a vantagem mecânica dos três tipos de alavanca percebe-se que as alavancas de primeira, segunda e terceira classe podem ter vantagem mecânica maior ou menor que 1, sempre maior que 1 e sempre menor que 1 respectivamente. TORQUE O conceito de torque é importante no estudo do movimento humano, pois é o que produz o movimento de segmentos corporais. Torque ou momento de uma força é o produto da força vezes a distância perpendicular desde a sua linha de ação até o eixo do movimento (ou movimento potencial). O torque é a expressão da eficácia de uma força para virar um sistema de alavanca (Zatsiorsky, 2004). Torque=Força x distância Dessa maneira, tanto a magnitude de uma força quanto o comprimento de seu braço de momento afetam igualmente a quantidade de torque gerado (Figura 13). Uma força dirigida através de um eixo de rotação não produz torque, pois o braço de momento da força é igual a zero. A medida que uma articulação se movimenta através de uma amplitude de movimento, ocorrem mudanças nos braços de momento dos músculos que cruzam a articulação. Para cada músculo em particular, o braço de momento é maior quando o ângulo de tração no osso fica mais próximo de 90°C. Para que um músculo possa gerar um torque articular constante durante um exercício, terá que produzir mais força a medida que o braço de momento diminui (Smith, Weiss, Lehmkuhl, 1997) Figura 13: Torque gerado em diferentes amplitudes de movimento. Fonte: Smith, Weiss, Lehmkuhl, 1997, p. 42. 10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARMSTRONG, R. Initial events in exercise-induced muscular injury. 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