Efeito da cadência de pedalada sobre a arquitetura do músculo vasto lateral e o comprimento da unidade músculo-tendínea

Abstract

A cadência de pedalada é um importante componente na produção de potência, sendo responsável pelas mudanças na velocidade de encurtamento muscular, a qual influencia diretamente o desempenho no ciclismo. Ainda não está claro se a redução na ativação muscular e o menor torque no pedivela estão associados com a redução na contribuição dos tecidos ativos e/ou passivos em diferentes velocidades de pedalada. O objetivo da presente dissertação foi investigar o efeito de diferentes cadências de pedalada (70 e 90 rpm) sobre a arquitetura muscular do vasto lateral (VL) e comprimento da unidade músculo-tendão (UMT). Além de dados adicionais, da unidade músculo-tendão, força e a atividade elétrica dos músculos vasto medial, reto femoral e bíceps femoral, do torque muscular, força, ângulo do joelho, assim como a força resultante no pedal durante a pedalada. A amostra foi composta por 19 atletas (11 ciclistas e 8 triatletas) experientes em ciclismo. As características dos atletas avaliados foram (média±DP): 29 ± 7,4 anos de idade, 72 ± 8,3 kg de massa corporal, 178 ± 8,9 cm de altura, 382 ± 62 km por semana de treinamento de ciclismo, POMAX = 381 ± 37 W da potência máxima aeróbica e 62 ± 6 ml/kg/min de consumo máximo de oxigênio. Os atletas realizaram um teste preliminar para determinação da potência máxima aeróbica durante carga máxima de trabalho, enquanto no segundo teste eles pedalaram na potência referente ao segundo limiar ventilatório (POLV2 = 324±37 W) a 90 e 70 rpm em ordem randomizada por sorteio. A força aplicada no pedal direito, a ativação muscular do membro inferior, a cinemática da articulação do joelho e a arquitetura muscular foram coletadas durante os últimos 20 segundos de cada teste. Esses dados foram utilizados em um modelo biomecânico para verificação da variação do comprimento da unidade músculo-tendão nas respectivas cadências. Comparações estatísticas foram realizadas utilizando testes t de Student entre as duas cadências (70 e 90 rpm) para todas as variáveis do estudo, assumindo uma diferença significativa quando p≤0,05. Para o teste utilizamos o software SPSS 17.0 para Windows. Foi observada uma diminuição significativa no torque extensor do joelho (70 rpm = 108±13% vs. 90 rpm = 97±13%; p<0,01), na força resultante no pedal (70 rpm = 107±11% vs. 90 rpm = 94±7%; p<0,01) e na força do quadríceps (70 rpm = 107±17% vs. 90 rpm = 98±13%; p<0,01) na cadência de 90 rpm comparado a cadência de 70 rpm. Foram observadas ainda similaridade para o ângulo do joelho entre as cadências (100±20% em 70 rpm vs. 99±6% em 90 rpm; p=0,92), e similaridade na espessura do músculo vasto lateral (70 rpm = 101±5%, 90 rpm = 99±6%; p=0,14), enquanto o comprimento do fascículo (70 rpm = 74±33%, 90 rpm = 86±35%; p=0,01) aumentou e o ângulo de penação diminuiu da cadência de 70 para a de 90 rpm (70 rpm = 115±45%, 90 rpm = 96±34%; p<0,01). O comprimento da UMT do quadríceps (70 rpm = 99±2%, 90 rpm = 100±2%; p≤0,05) e o comprimento da UMT do vasto lateral (70 rpm = 98±4%, 90 rpm = 100±4%; p=0,02) apresentaram um aumento na cadência de 70 para a cadência de 90 rpm. Para os músculos reto femoral (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0,08) e bíceps femoral (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0,16) não houveram diferenças significativas para o comprimento da UMT. A ativação muscular do vasto medial em 90 rpm apresentou um diminuição comparada à cadência de 70 rpm (70 rpm = 114±34% vs. 90 rpm = 83±19%; p≤0,05), enquanto a ativação dos músculos bíceps femoral e reto femoral não apresentaram diferença significativa entre as cadências. Em conclusão, a mudança na cadência de pedalada de 70 para 90 rpm em carga constante de trabalho reduz a produção de força dos extensores do joelho à 90 rpm, provavelmente decorrente de uma menor ativação do vasto medial e de um trabalho do fascículo em um maior comprimento e em um menor ângulo de penação do vasto lateral nessa cadência mais elevada.

Cycling cadence is an important component in power production, where changes muscle shortening velocity can affect cycling performance. It is not yet clear if the reduction in muscle activation and the lower crank torque are associated with decreases in contribution from active and/or passive tissues in different cycling cadences. The propose of this master thesis was to investigated the influence of two cycling cadences (70 and 90 rpm) on muscle architecture of the vastus lateralis and muscle-tendon unit length. As well, addictional data was analyzed as muscle-tendon unit, force, and the muscle activation of vastus medialis, rectus femoris and biceps femoris, muscular torque, force, knee angle and resultant force during pedaling. Nineteen athletes (11 cyclists and 8 triathletes) experienced in cycling have taken part in this study. The characteristics of cyclists/triathletes were(mean ±SD): 29 ±7.4 years of age, 72 ±8.3 kg of body mass, 178 ±8.9 cm of height, 382 ±62 km per week of cycling training, 381 ±37 W of maximal aerobic power output, and 62 ±6 ml/kg/min of maximal oxygen uptake. The athletes performed an incremental cycling test to determinate their maximal workload. In a second they pedalled in their maximal workload and at the workload of their second ventilatory threshold (POVT2 = 324±37 W) at 90 and 70 rpm in random order. The force applied to the right pedal, lower limb muscles’ activation, lower limb kinematics and the ultrasound images from vastus lateralis were collected during the last 20 seconds of each test. This data was used in a biomechanical model to assess the influence of muscle-tendon unit in the two cadences. Student t tests were used to compare effects from pedalling cadences (70 and 90 rpm) in this study, assuming a significant difference when p≤0.05 using a statistical package (SPSS 17.0 for windows). A significant decrease in knee extensor torque (70 rpm = 108±13% vs. 90 rpm = 97±13%; p<0.01), in crank torque (70 rpm = 107±11% vs. 90 rpm = 94±7%; p<0.01) and in quadriceps force (70 rpm = 107±17% vs. 90 rpm = 98±13%; p<0.01) were found at 90 rpm compared to 70 rpm. No differences were found for the knee angle between cadences (100±20% at 70 rpm vs. 99±6% at 90 rpm; p=0.92). Muscle thickness was not significantly different between cadences (70 rpm = 101±5%, 90 rpm = 99±6%; p=0.14), however the fascicle length significantly increased (70 rpm = 74±33%, 90 rpm = 86±35%; p=0.01) and pennation angle decreased (70 rpm = 115±45%, 90 rpm = 96±34%; p<0.01) from 70 rpm to 90 rpm. Muscle-tendon unit length of quadriceps showed a significant increase (70 rpm = 99±2%, 90 rpm = 100±2%; p≤0.05) followed by a significant increase in muscle-tendon unit length of vastus lateralis (70 rpm = 98±4%, 90 rpm = 100±4%; p=0.02) from 70 rpm to 90 rpm. Rectus femoris (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0.08) and biceps femoris (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0.16) did not differ between the two cadences. Muscle activation of vastus medialis at 90 rpm showed a decrease compare to70 rpm (70 rpm = 114±34% vs. 90 rpm = 83±19%; p≤0.05), whistle biceps femoris and rectus femoris muscle did not differ between the two cadences. In conclusion, changes in cycling cadence from 70 rpm to 90 rpm at constant workload reduced force production at 90 rpm, resulting in a lower activation of the vastus medialis while fascicles worked at longer lengths and at smaller pennation angles.