Biomeânica do Músculo Esquelético (Susan Hall)

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Faculdade Conhecimento e Ciência 
Bacharelado em Educação Física 
Biomecânica e Cinesiologia 
 
 
 
 
 
Resumo: 
Biomecânica Básica: Cap. 7 – Biomecânica do Músculo Esquelético 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Belém/Pa 
2020 
O músculo é o único tecido capaz de produzir tensão ativamente. Essa 
característica permite que o músculo esquelético realize as importantes funções 
de manter a postura corporal ereta, movimentar os apêndices do corpo e 
absorver impactos. Como o músculo só pode realizar essas funções quando 
adequadamente estimulado, o sistema nervoso e o sistema muscular humanos 
são frequentemente chamados de modo coletivo de sistema neuromuscular. 
➢ Propriedades comportamentais da unidade musculotendínea 
As quatro propriedades comportamentais do tecido muscular são a 
extensibilidade, a elasticidade, a irritabilidade e a capacidade de produzir 
tensão. Essas propriedades são comuns a todos os músculos, incluindo os 
músculos cardíaco, liso e esquelético. 
• Extensibilidade e elasticidade 
As propriedades de extensibilidade e de elasticidade são comuns a muitos 
tecidos biológicos. a extensibilidade é a capacidade de ser alongado ou de 
aumentar de tamanho e a elasticidade é a capacidade de retornar ao tamanho 
inicial após o estiramento. A elasticidade muscular faz com que o músculo 
retorne ao seu comprimento normal de repouso após um alongamento e contribui 
para a transmissão suave da tensão do músculo para o osso. 
 
 
 Todo músculo possui dois componentes principais para o comportamento 
elástico, o componente elástico em paralelo (CEP), fornecido pelas 
membranas musculares, confere resistência quando um músculo é estirado 
passivamente. O componente elástico em série (CES), localizado nos 
tendões, atua como uma mola, armazenando energia elástica quando um 
músculo tensionado é alongado. 
 
• Irritabilidade e capacidade de produzir tensão 
A irritabilidade, é a capacidade de responder a um estímulo. Os estímulos 
que afetam os músculos são eletroquímicos, como um potencial de ação do 
nervo associado, ou mecânicos, como um golpe externo sobre uma porção do 
músculo. Quando ativado por um estímulo, o músculo responde produzindo 
tensão. 
A capacidade de produzir tensão é uma característica comportamental única 
do tecido muscular. A produção de tensão por um músculo é chamada de 
contração, ou componente contrátil da função muscular. A contratilidade é a 
capacidade de diminuir o comprimento. 
➢ Fibras musculares 
Uma célula muscular isolada é chamada de fibra muscular devido ao seu 
formato alongado. A membrana que envolve a fibra muscular é chamada 
algumas vezes de sarcolema, e o citoplasma especializado é chamado de 
sarcoplasma. O sarcoplasma de cada fibra contém um número de núcleos e de 
mitocôndrias, bem como numerosas miofibrilas em formato de linha organizadas 
paralelamente uma em relação à outra. As miofibrilas contêm dois tipos de 
filamentos proteicos cuja disposição produz o padrão estriado característico que 
identifica o músculo esquelético ou estriado. Esses filamentos proteicos formam 
o sarcômero, a menor unidade contrátil existente no corpo humano, sendo 
composto principalmente por filamentos de miosina (filamentos grossos) e actina 
(filamentos finos). Sua estrutura quando observada há partes escuras e claras, 
com isso, foram denominadas algumas formas de divisão para melhor interpretá-
las e identifica-las, sendo elas linhas Z e M, banda A e I, e zona H. 
 
Durante a contração muscular, os filamentos finos de actina de ambos os 
lados do sarcômero deslizam um na direção do outro. 
Uma rede de canais membranosos conhecida como retículo sarcoplasmático 
está associada externamente a cada fibra. Internamente, as fibras são 
atravessadas por pequenos túneis chamados túbulos transversos, que se abrem 
apenas externamente. O retículo sarcoplasmático e os túbulos transversos 
formam os canais para transporte dos mediadores eletroquímicos da ativação 
muscular. 
 
Várias camadas de tecido conectivo fornecem a superestrutura para a 
organização da fibra muscular. Cada membrana da fibra, ou sarcolema, é 
cercada por um tecido conectivo fino chamado endomísio. As fibras são 
agrupadas em fascículos por bainhas de tecido conectivo conhecidas como 
perimísio. Os grupos de fascículos que formam os músculos são então envoltos 
pelo epimísio, que é contínuo aos tendões musculares. 
 
➢ Unidades motoras 
As fibras musculares são organizadas em grupos funcionais de tamanhos 
diferentes. Compostas por um único neurônio motor e todas as fibras inervadas 
por ele, constituem Unidade motora. Um único neurônio motor e todas as fibras 
musculares que ele inerva. grupos conhecidos como unidades motoras. 
 
O axônio de cada neurônio motor se subdivide em vários ramos de modo 
que cada fibra individual receba uma terminação nervosa. 
➢ Tipos de fibras 
As fibras musculares esqueléticas exibem muitas características estruturais, 
histoquímicas e comportamentais diferentes, essas diferenças têm implicações 
diretas na função muscular. 
As fibras de algumas unidades motoras contraem até alcançar a tensão 
máxima mais rapidamente do que outras, com base nessa característica 
distintiva, as fibras podem ser divididas nas duas categorias: contração rápida 
(CR) e contração lenta (CL). As fibras CR levam apenas um sétimo do tempo 
necessário para as fibras CL alcançarem o pico de tensão. Embora seja de 
rápida contração, a CR tem um tempo curto de tensão, contudo, a CL tem um 
tempo mais prolongado de tensão. 
 
• Arquitetura da fibra 
A orientação das fibras em um músculo e a disposição com que as fibras se 
fixam aos tendões variam consideravelmente entre os músculos do corpo 
humano. Essas considerações estruturais afetam a força da contração muscular 
e a amplitude de movimento ao longo da qual um grupo muscular pode mover 
um segmento corporal. 
Essas duas categorias abrangentes de organização das fibras musculares 
são chamadas de paralela e peniforme. 
Em uma disposição paralela das fibras, as fibras estão orientadas 
principalmente em paralelo ao eixo longitudinal do músculo. 
 
Na maioria dos músculos com fibras paralelas, existem fibras que não se 
estendem pelo comprimento total do músculo, mas terminam em algum ponto do 
ventre muscular. 
Uma disposição peniforme das fibras é aquela em que as fibras se 
encontram em ângulo com o eixo longitudinal do músculo. 
 
 
Cada fibra em um músculo peniforme se fixa a um ou mais tendões, dos quais 
alguns se estendem por todo o comprimento do músculo. As fibras de um 
músculo podem exibir mais de um ângulo de penação (ângulo de fixação) ao 
tendão. 
➢ Função do músculo esquelético 
Quando um músculo ativado produz tensão, o total de tensão presente é 
constante ao longo do comprimento do músculo, bem como nos tendões e nos 
locais de junção musculotendínea no osso. A força de tensão produzida pelo 
músculo puxa os ossos associado e gera um torque nas articulações que o 
músculo cruza. 
 
 
 
 
 
 
A magnitude do torque produzido é um produto entre a força muscular e o 
braço de momento da força. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Obedecendo às leis de adição de vetores, o torque líquido presente em uma 
articulação determina a direção de qualquer movimento resultante. O peso do 
segmento corporal associado, as forças externas que atuam sobre o corpo e a 
tensão em qualquer músculo que cruze a articulação podem todos gerar torques 
sobre a articulação. 
➢ Recrutamento de unidades motoras 
O sistema nervoso central exerce um elaborado sistema de controle que 
permite a correspondência entre a velocidade e a magnitude da contração 
muscular e as necessidades do movimento para que movimentos leves, 
delicados e precisos possam ser executados. 
Em geral, os neurônios que inervam as unidades motoras de CL têm limiares 
baixos e são relativamente fáceis de ativar, enquanto as unidadesmotoras de 
CR são inervadas por fibras nervosas mais difíceis de ativar. 
Conforme aumenta a necessidade de força, de velocidade ou de duração da 
ativação, as unidades motoras com limiares mais altos são ativadas 
progressivamente. Em cada tipo de fibra existe um contínuo de facilidade de 
ativação, e o sistema nervoso central pode ativar seletivamente mais ou menos 
unidades motoras. Durante o exercício de baixa intensidade, o sistema nervoso 
central pode recrutar as fibras de CR quase que exclusivamente. 
➢ Mudança no comprimento muscular com a produção de tensão 
Quando a tensão muscular produz um torque maior do que o torque resistivo 
em uma articulação, o músculo encurta, causando mudança no ângulo da 
articulação. 
Quando o músculo encurta, a contração é concêntrica e o movimento 
articular resultante ocorre na mesma direção do torque líquido gerado pelos 
músculos. 
Os músculos também podem produzir tensão sem encurtar. Quando tensão 
muscular é produzida, mas não ocorre mudança no comprimento muscular, a 
contração é isométrica. 
Quando os torques opostos em uma articulação excedem o torque produzido 
pela tensão em um músculo, o músculo se alonga. Quando um músculo se 
alonga à medida que é estimulado a produzir tensão, a contração é excêntrica. 
➢ Papéis desempenhados pelos músculos 
Um músculo ativado pode fazer apenas uma coisa: produzir tensão. 
Quando um músculo contrai e produz movimento em um segmento corporal 
em uma articulação, ele está agindo como um agonista, ou seja, um músculo 
que promove ação. Os músculos com ações opostas às dos agonistas podem 
agir como antagonistas. 
Os agonistas e os antagonistas estão posicionados tipicamente em lados 
opostos de uma articulação. 
Enquanto os músculos agonistas promovem a tensão, os antagonistas 
geralmente trabalham na frenagem desse movimento (desaceleração ou 
aceleração negativa). 
Outro papel desempenhado pelos músculos envolve a estabilização de uma 
parte do corpo contra uma força em particular. Um quarto papel desempenhado 
pelos músculos é o de neutralizador, quando um músculo atua eliminando uma 
ação indesejada produzida por um agonista. 
➢ Músculos biarticulares e multiarticulares 
Músculos no corpo humano que cruzam duas ou mais articulações. Uma vez 
que a proporção de tensão produzida em qualquer músculo é essencialmente 
constante em todo o seu comprimento, bem como nos locais de fixação tendínea 
ao osso, esses músculos afetam simultaneamente o movimento em ambas ou 
em todas as articulações em que atuam. 
Enquanto os músculos monoarticulares produzem força direcionada 
principalmente alinhada ao segmento corporal, os músculos biarticulares podem 
produzir força com um componente transversal significativo. 
Entretanto, também existem duas desvantagens associadas à função dos 
músculos bi ou multiarticulares. Eles são incapazes de encurtar o suficiente para 
produzir uma amplitude de movimento completa simultaneamente em todas as 
articulações que cruzam, uma limitação chamada insuficiência ativa. 
Um segundo problema é que, para a maioria das pessoas, os músculos bi e 
multiarticulares não conseguem se alongar o suficiente para atingir a amplitude 
completa de movimento na direção oposta de todas as articulações cruzadas. 
Esse problema é chamado insuficiência passiva. 
• Fatores que afetam a produção de força muscular 
A magnitude da força produzida pelo músculo também está relacionada com 
a velocidade do encurtamento muscular, o comprimento do músculo quando ele 
é estimulado e o período de tempo desde que o músculo recebeu o estímulo. 
• Relação entre força e velocidade 
A força máxima que um músculo pode produzir é determinada pela 
velocidade do encurtamento ou do alongamento muscular, com a relação 
demonstrada, respectivamente, nas zonas concêntrica e excêntrica. 
 
Como a relação é verdadeira apenas para o músculo ativado maximamente, 
ela não se aplica às ações musculares na maioria das atividades diárias. Do 
mesmo modo, a relação força–velocidade não implica que seja impossível mover 
uma grande resistência em alta velocidade. A relação força–velocidade também 
não implica que seja impossível mover um pequeno peso a uma baixa 
velocidade. 
Quanto mais forte o músculo, maior a magnitude da contração isométrica. 
A maioria das atividades diárias requer movimentos lentos e controlados de 
cargas submáximas. Nas cargas submáximas, a velocidade do encurtamento 
muscular está sujeita ao controle voluntário. Apenas o número necessário de 
unidades motoras é ativado. 
• Relação entre comprimento e tensão 
A proporção de tensão isométrica máxima que um músculo é capaz de 
produzir depende parcialmente do comprimento muscular. Tanto a duração do 
alongamento e do encurtamento muscular quanto o tempo desde o alongamento 
ou encurtamento afetam a capacidade de geração de força. 
No corpo humano, a capacidade de produzir força aumenta quando o 
músculo é discretamente alongado. Os músculos com fibras paralelas produzem 
tensão máxima um pouco além do comprimento de repouso e os músculos com 
fibras peniformes geram tensão máxima entre 120 e 130% do comprimento de 
repouso. 
 
Esse fenômeno é devido à contribuição dos componentes elásticos do 
músculo (principalmente o CES), que se soma à tensão presente no músculo 
quando ele é alongado. 
• Ciclo alongamento-encurtamento 
Quando um músculo ativamente tensionado é alongado logo antes da 
contração, a contração resultante é mais forte do que na ausência do pré-
alongamento. Esse padrão de contração excêntrica seguida imediatamente por 
contração concêntrica é conhecido como ciclo alongamento–encurtamento 
(CAE). 
Independentemente de sua causa, o CAE contribui para o desenvolvimento 
efetivo de força muscular concêntrica em muitas atividades esportivas. 
➢ Eletromiografia 
A eletromiografia é utilizada para estudar a função neuromuscular, incluindo 
a identificação de quais músculos desenvolvem tensão durante um movimento 
e quais movimentos extraem mais ou menos tensão de um músculo em particular 
ou de um grupo de músculos. 
Também é usada clinicamente para avaliar velocidades de condução nervosa 
e resposta muscular, junto com o diagnóstico e o acompanhamento de condições 
patológicas do sistema neuromuscular. 
➢ Atraso eletromecânico 
Quando um músculo é estimulado, um breve período decorre antes que o 
músculo comece a produzir tensão, chamado de atraso eletromecânico (AEM), 
acredita-se que esse tempo seja necessário para que o componente contrátil do 
músculo alongue o CES. Durante esse período, a frouxidão muscular é 
eliminada. Uma vez que o CES está alongado adequadamente, ocorre a 
produção de tensão. 
 
• Força, potência e resistência musculares 
Essas características da função muscular têm implicações significativas para 
o sucesso de diferentes formas de atividade física vigorosa, como corte de lenha, 
arremesso de peso ou subida por uma trilha em uma montanha. Entre idosos e 
pessoas com distúrbios ou lesões neuromusculares, a manutenção da força e 
da resistência musculares adequadas é essencial para a realização das 
atividades diárias e para evitar lesões. 
• Força muscular 
A medida mais direta da “força muscular” praticada comumente é uma 
medida do torque máximo gerado por um grupo muscular inteiro sobre uma 
articulação. A força muscular, então, é medida como uma função da capacidade 
coletiva de geração de força de um determinado grupo muscular funcional. 
• Potência muscular 
A potência muscular é o produto entre a força muscular e a velocidade de 
encurtamento muscular. Como nem a força muscular nem a velocidade do 
encurtamento muscular podem ser mensuradas diretamente em um ser humano 
intacto, a potência muscular é definida mais geralmente como a taxa de 
produção de torque em uma articulação, ou o produto entre o torque líquido e a 
velocidade angular na articulação. 
• Resistência muscularA resistência muscular é a capacidade de o músculo exercer tensão ao longo 
do tempo. Quanto maior o tempo em que a tensão é exercida, maior a 
resistência. Embora a força muscular máxima e a potência muscular máxima 
sejam conceitos relativamente específicos, a resistência muscular é menos bem 
compreendida porque as necessidades de força e de velocidade da atividade 
afetam dramaticamente o período de tempo em que ela pode ser mantida 
• Fadiga muscular 
A fadiga muscular foi definida como uma redução induzida pelo exercício na 
capacidade máxima de força do músculo. A fadigabilidade também é o oposto 
da resistência. Quando mais rapidamente o músculo se fadiga, menos 
resistência ele apresenta. 
As características da fadiga muscular envolvem a redução da produção de 
força muscular e da velocidade de encurtamento, bem como relaxamento 
prolongado das unidades motoras entre os recrutamentos. Uma fibra muscular 
alcança a fadiga absoluta uma vez que ela seja incapaz de produzir tensão 
quando estimulada por seu axônio motor. 
• Efeito da temperatura corporal 
Conforme a temperatura corporal se eleva, a velocidade das funções nervosa 
e muscular aumenta. Isso causa um deslocamento na curva de força–
velocidade, que torna possível atingir um valor maior de tensão isométrica 
máxima e maior velocidade máxima de encurtamento sob qualquer carga 
determinada. 
 
➢ Lesões musculares mais comuns 
• Rupturas 
As rupturas musculares resultam do estiramento excessivo do tecido 
muscular. Mais tipicamente, um músculo ativo é sobrecarregado, estando a 
magnitude da lesão relacionada com o tamanho da sobrecarga e com a taxa de 
sobrecarga. As rupturas podem ser discretas, moderadas ou graves. 
• Contusões 
As contusões musculares são causadas por forças compressivas 
prolongadas durante impactos. Elas consistem em hematomas no tecido 
muscular. Uma contusão muscular grave, ou uma contusão que é impactada 
repetidamente, pode levar ao desenvolvimento de uma condição muito mais 
grave chamada miosite ossificante (massa calcificada no músc.). 
• Cãibras 
A etiologia das cãibras musculares não é bem compreendida, e os possíveis 
fatores causadores incluem desequilíbrio eletrolítico, deficiência de cálcio e de 
magnésio e desidratação. As cãibras podem ocorrer secundariamente a um 
impacto direto. As cãibras podem envolver espasmos musculares moderados a 
graves, com níveis proporcionais de dor concomitante. 
• Dor muscular tardia induzida pelo exercício 
A dor muscular ocorre frequentemente algum período após o exercício não 
habitual. A dor muscular tardia induzida pelo exercício (DMTIE) surge 24 a 72 h 
após a realização de uma série longa ou extenuante de exercícios e é 
caracterizada por dor, edema e o mesmo tipo de mudanças histológicas que 
acompanham a inflamação aguda. Ocorre microrruptura do tecido muscular com 
sintomas de dor, enrijecimento e restrição na amplitude de movimento. 
• Síndrome compartimental 
Hemorragia ou edema em um compartimento muscular pode ser resultado 
de lesão ou esforço muscular excessivo.