Validação de uma bicicleta ergométrica de ciclismo indoor

(1)

Universidade

Católica de

Brasília

PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO

STRICTU SENSU EM EDUCAÇÃO FÍSICA

Mestrado

VALIDAÇÃO DE UMA BICICLETA ERGOMÉTRICA DE

CICLISMO

INDOOR

Autor: Renato André Sousa da Silva

Orientadora: Prof

ª

. Drª. Maria Fátima Glaner

(2)

RENATO ANDRÉ SOUSA DA SILVA

VALIDAÇÃO DE UMA BICICLETA ERGOMÉTRICA DE CICLISMO INDOOR

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Educação Física da Universidade Católica de Brasília, como requisito para obtenção do título de mestre em Educação Física. Orientadora: Profª. Drª. Maria Fátima Glaner

(3)

Ficha elaborada pela Coordenação de Processamento do Acervo do SIBI – UCB. S586v Silva, Renato André Sousa da.

Validação de uma bicicleta ergométrica de ciclismo indoor / Renato André Sousa da Silva. – 2008.

1101 f.: il. ; 30 cm.

Dissertação (mestrado) – Universidade Católica de

Brasília, 2008.

Orientação: Maria Fátima Glaner.

(4)

Folha de aprovação

Dissertação de autoria de Renato André Sousa da Silva, intitulado “Validação de uma bicicleta ergométrica de ciclismo indoor”, apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Educação Física da Universidade Católica de Brasília, em 24 de outubro de 2008, defendida e aprovada pela banca examinadora constituída por:

__________________________________

Profª. Drª. Maria Fátima Glaner Orientadora

__________________________________

Prof. Dr. Édio Luiz Petroski

__________________________________

Profª. Drª. Adriana Giavoni

__________________________________

Prof. Dr. Ramón Fabian Alonso López

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AGRADECIMENTOS

Manifesto meu profundo agradecimento aos professores e amigos que colaboraram nas coletas de dados: Daniel Tavares, José Rocha, Leandro Monteiro, Gustavo Fernandes, Eduardo Torres, Julio César Sá, Bibiano Madrid, Rafael Cunha, Rafael da Costa Sotero, Poliana Sousa e Rafhael Mafra. Agradeço também:

Aos ciclistas voluntários, valentes desbravadores das estradas.

A todos os meus treinadores, que me ensinaram que a disciplina e a perseverança são os caminhos para o sucesso. Aos meus atletas e alunos de graduação, que tanto me motivam a estudar e a melhorar profissionalmente.

Aos ex-chefes e amigos Mileno Tonissi, Emílio Ferreira Moraes, Neilas Lopes, Vânia Ballo, Johnny G. e a bibliotecária Laura Patrícia da Silva.

Aos queridos mestres Hildeamo Bonifácio Oliveira, Ricardo Bernardo Mayolino, Roberto Landwher, José Roberto Biazotto (in memoriam), Jose Blanco Herrera, Luís Antonio Vitelli, Ulisses de Araújo e Fernando Policarpo Barbosa, que me iniciaram no universo técnico da Educação Física.

Aos professores Alessandro de Oliveira Silva, Guilherme Pontes, Guilherme Molina e demais colegas do UNIEURO, pelo apoio moral e profissional.

Aos colegas do programa de pós-graduação William Alves Lima, Marina Kanthack Paccini, Guilherme Moraes Puga e colegas do GEMACIDH, pelas discussões científicas e companheirismo.

Aos amigos de todo sempre, Leandro Pinheiro e Gustavo Mendonça.

Aos professores Dr. Luís Octávio Assumpção, Drª. Adriana Giavoni e Dr. Herbert Gustavo Simões, mestres do saber e do fazer.

Ao Prof. Dr. Edílson Serpeloni Cyrino, por suas fantásticas contribuições na banca de qualificação.

Ao Prof. Dr. Édio Luiz Petroski, pelo que representa para a Educação Física brasileira e por suas contribuições na banca de defesa.

Ao meu pai Antonio Carmo da Silva, que tantas vezes escutou minhas angústias e me incentivou.

Ao meus irmãos Ricardo Antonio, que nas horas difíceis me fez rir e, Reinaldo Augusto, pelo exemplo de homem e por toda inspiração que me traz.

(7)

RESUMO

SILVA, Renato André Sousa da. Validação de uma bicicleta ergométrica de

ciclismo indoor. 2008. 111 f. Dissertação (Mestrado) - Programa de

Pós-Graduação Stricto Sensu em Educação Física, Universidade Católica de Brasília, Brasília, 2008.

A adaptação de um sistema de carga à bicicleta ergométrica de ciclismo indoor (BECI) permitiu sua classificação como um cicloergômetro, contudo, sua validade deve ser testada. Portanto, objetivou-se testar a validade concorrente da BECI em relação à Monark®. Quarenta e dois ciclistas de nível regional [Média (DP): idade, 33,7 (8,4) anos; estatura, 175,3 (6,3) cm; massa corporal, 73,2 (6,2) kg; gordura, 15,7 (3,8) %; tempo de prática, 10,4(8,15) anos; treino semanal, 331,6 (159,8) km; treino anual, 10.309 (7.792) km], foram submetidos, aleatoriamente, a dois testes de esforço máximo, nos cicloergômetros Monark® (834-E) e BECI, por meio do protocolo de Balke. Foram comparados o consumo de oxigênio e a produção de dióxido de carbono, absoluto e relativo, máximo e por estágios, ventilação, quociente respiratório, frações expiradas de O2 e CO2, esforço percebido e a freqüência cardíaca obtidos nos dois testes. Utilizou-se a estatística descritiva e teste “t” dependente (p≥0,05), correlação de Pearson, escores residuais (BLAND; ALTMAN, 1986), erro padrão de estimativa (EPE) e o coeficiente de determinação (R2). Os resultados demonstram alta correlação do VO2MAX L/min-1 e VO2MAX ml/kg/min-1 entre a Monark® e a BECI (r=0,896 e r=0,899) e, ausência de diferenças quando comparados (p=0,585 e p=0,573). Não houve diferenças no número de estágios para o alcance do VO2MAX L/min-1 (p=0,782). Os escores residuais do VO2MAX demonstraram equivalência entre a Monark® e a BECI. O EPE demonstrou que os erros entre os ciclos são aceitáveis. O R2 suporta 80% das predições do EPE. Todas as variáveis mostraram uma cinética normal. Ocorreram diferenças (p<0,05) aleatórias nos estágios, contudo, para prescrição de exercícios estas diferenças não são importantes. Tudo indica que a BECI impôs carga similarmente ao critério, haja vista, a semelhança das respostas metabólicas, perceptuais e hemodinâmicas. Assim, a BECI apresentou validade concorrente em relação à Monark®.

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ABSTRACT

SILVA, Renato André Sousa da. Validation of a bicycle ergometer for indoor cycling. 2008. 111 f. Dissertation (Master’s) - Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Educação Física, Universidade Católica de Brasília, Brasília, 2008.

The adaptation of load system an bicycle ergometer for indoor cycling (BEIC) allowed its classification as an cycle ergometer, however, its validation must be tested. Because of this it was decided to test the validation of BEIC and the contested Monark®. Forty and two cyclists of a regional level (Mean-DP): age 33,7 (8,4) years; stature 175,3 (6,3) cm; body mass, 73,2 (6,2) kg; fat 15,7 (3,8) %; time of practice 10,4(8,15) years; week training 331,6 (159,8) km; year training 10.309 (7.792) km, they were submitted, randomly, at two tests of a maximum effort, at the Monark® cycle ergometers (834-E) and BEIC, using the Balke protocol. It was compared the using of oxigen and the production of carbon dioxide, absolute and relative, maximum and by stage, ventilation, breathing quotient, fractions of O2 e CO2, it was

noticed an effort and obtained the heart beating in both tests. It was used a descriptive statisc and the dependent "t" test (p≥0,05), correlated to Pearson, residual scores (BLAND; ALTMAN, 1986), estimate pattern mistake and its cofficient of determination (R2). The results show that it has a high correlation of VO2MAX L/min-1

and VO2MAX ml/kg/min-1 between the Monark® and BEIC (r=0,896 e r=0,899), and an

absence of differences when compared (p=0,585 e p=0,573). That was not differences at the numbers stages to reach the VO2MAX L/min-1 (p=0,782). The residual

escores of VO2MAX shown an equivalence between the Monark® and the BEIC. A

EPE shown that the mistakes between the cycles are acceptable. The R2 tolerates 80% of the predictions of EPE. All the variables shown a normal kinetic. There were random differences (p<0,05) at the stages, however, to the exercises prescriptions, these differences are not important. All indicates that the BEIC imposed load similarly to the criterion, because it was shown at the metabolic, perceptuals and hemodynamics. To conclude, the BEIC shown a validation as good as Monark®. The adaptation of a load system to the indoor cycling bicycle ergometer (ICBE) it allowed her classification as a cycle ergometer. However, so that it is used in cardiopulmonary test, ICBE should have her tested validity. Therefore, the objective of this study was to test the concurrent validity of ICBE in relation to Monark® (pattern gold). Forty two cyclists of regional level [Mean (SD): age, 33,7(8,4)years; stature, 175,3(6,3)cm; body mass, 73,2(6,2)kg; fat, 15,7(3,8)%; time of practice, 10,4(8,15)years; weekly volume of training, 331,6(159,8)km; annual volume of training, 10.309 (7.792)km]. They were submitted to two tests of maximum effort, in a random way, in the cycle ergometers Monark® (model: 834/E) and BECI, through the protocol of Balke, with increments of 50W to each 2 min. In order to evaluate the metabolic overload imposed the volunteers by the two cycle ergometers, the results of the consumption of oxygen and production of carbon dioxide, absolute and relative, maximum and for stages were compared (VO2MAX L/min-1, VO2MAX ml/kg/min-1,

VCO2MAX L/min-1, VCO2MAX ml/kg/min-1 and VO2sta), as well as to ventilation (VE), the

Formatado: Fonte: (Padrão) Arial

Formatado: Fonte: (Padrão) Arial, Subscrito

Formatado: Fonte: (Padrão) Arial, Sobrescrito

Formatado: I nglês (EUA)

Formatado: Fonte: (Padrão) Arial, Sobrescrito

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breathing quotient (QR), the exhaled fractions of O2 and CO2 (FeO2, FeCO2), the

subjective perception of effort (PSE) and the heart frequency (FC) obtained in the two tests. The descriptive statistics was used and test dependent "t" (p 0,05), coefficient of correlation of Pearson, analysis of the residual scores of Bland and Altman, the standard mistake of estimate (EPE) and the determination coefficient (R2). The results demonstrate that there were high correlation of VO2MAX L/min-1 and VO2MAX ml/kg/min-1 among the tests with Monark® and BECI (r = 0,896 and r = 0,899) and, there

were not differences when compared (p = 0,585 and p = 0,573). Among the two tests, there also was not significance in the number of stages for VO2MAX L/min-1 reach

(p = 0,782), obtained on average in the 9o stage (450 W). The residual scores for VO2MAX L/min-1 and VO2MAX ml/kg/min-1 demonstrated equivalence of results between

Monark® and BECI. EPE demonstrated that error among the cycles are acceptable (VO2MAX L/min-1=186 ml; VO2MAX ml/kg/min-1= 2,56 ml/kg/min-1). While R2 supports that the

predictions of EPE presents consistence in the magnitude of 80%. All the variables indicated a kinetics normal physiologic and strong similarity between Monark® and BECI. They showed differences (p 0,05) random in the stages, however, of the practical point of view these differences are not important. BECI demonstrated that the load imposition was equivalent to the criterion, in function of the similarity of the metabolic, perceptuals and hemodynamics answers. Like this, BECI presented concurrent validity in relation to Monark®.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Exemplo de bicicleta de ciclismo indoor da marca GIANT® ... 22

Figura 2a - Cicloergômetro Monark® (modelo 828 E) com sistema de carga pendular. Figura 2b - Cicloergômetro Monark® (modelo 874 E) com sistema de cesto de anilha. ... 33

Figura 3 - Geometria da bicicleta ... 34

Figura 4 - Cadeira de roda instrumentada com roda padrão Monark ®.. (FINLEY et al., 2004). ... 41

Figura 5 - Desenho do protótipo da BECI com ênfase no sistema de carga de cesto de anilha. ... 54

Figura 6 - Modelo final da BECI. ... 56

Figura 7 - Calibração das anilhas de peso em balança de exatidão Filizola®. ... 57

Figura 8 - Laboratório de Estudos em Fisiologia do Exercício onde os testes do presente estudo foram realizados ... 60

Figura 9 - Medida angular do segmento coxa/tronco ... 63

Figura 10 - Medida angular do segmento tronco/braço ... 63

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LISTA DE QUADROS E GRÁFICOS

Quadro 1 - Medidas escalares dos ajustes antropométricos... 54 Quadro 2 - Características físicas da bicicleta ergométrica de ciclismo indoor. ... 55 Quadro 3 - Escala de Percepção Subjetiva de Esforço (BORG, 1982) ... 65

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LISTA DE TABELAS

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ... 13

1.1 A importância do problema ... 13

1.2 Objetivo geral ... 15

1.2.1 Objetivos específicos ... 15

1.3 Delimitações ... 15

1.4 Limitações ... 16

1.5 Relevância do estudo ... 16

2 REVISÃO DE LITERATURA ... 18

2.1 História da bicicleta ... 18

2.2 Ciclismo estacionário e suas bicicletas ... 20

2.3 Ciclismo indoor ... 23

2.4 Cicloergômetros na medição do desempenho ... 26

2.5 Calibração dos cicloergômetros ... 27

2.6 Tipos de carga e cálculo da potência ... 30

2.7 Sistemas de cargas ... 32

2.8 Ajustes biomecânicos de cicloergômetros ... 33

2.9 Teste de esforço ergoespirométrico e variáveis medidas ... 37

2.10 Construção e validação de cicloergômetros ... 40

2.11 Critérios para qualidade de medidas e testes ... 42

2.12 Estudos com bicicletas de ciclismo indoor ... 46

2.12.1 Freqüência cardíaca, consumo de oxigênio, razão de trocas gasosas, lactato sanguíneo e percepção subjetiva de esforço ... 46

2.12.2 Freqüência cardíaca, pressão arterial e duplo produto ... 48

2.12.3 Equação de predição de freqüência cardíaca ... 49

2.12.4 Glicemia ... 50

2.12.5 Custo energético ... 51

3 PROCEDIMENTOS TÉCNICOS ... 53

3.1 Primeira etapa ... 53

3.1.1 Desenho da BECI ... 53

3.1.2 Construção da BECI ... 55

3.1.3 Calibração fragmentada da BECI ... 56

3.1.3.1 Velocidade da roda ... 56

(14)

3.2 Segunda etapa ... 58

3.2.1 Amostra do estudo ... 58

3.2.2 Procedimentos para coleta de dados ... 59

3.2.3 Avaliação pré-participação ... 60

3.2.3.1 Anamnese ... 60

3.2.3.2 Eletrocardiograma e pressão arterial de repouso ... 60

3.2.4 Antropometria ... 61

3.2.5 Protocolo dos testes de esforço ... 62

3.2.6 Procedimentos para validação da BECI ... 65

3.3 Tratamento estatístico ... 66

4 RESULTADOS ... 68

5 DISCUSSÃO ... 79

6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES ... 92

REFERÊNCIAS ... 93

APÊNDICE A – TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO ... 105

APÊNDICE B - FICHA PARA COLETA DE DADOS ... 107

ANEXO A - DOCUMENTO DE ACEITE DO COMITÊ DE ÉTICA EM PESQUISA 110 1 INTRODUÇÃO ... 13

1.1 A importância do problema ... 13

1.2 Objetivos ... 15

1.3 Delimitações ... 15

1.4 Limitações ... 16

1.5 Relevância do estudo ... 16

2 REVISÃO DE LITERATURA ... 18

2.1 História da bicicleta ... 18

2.2 Ciclismo estacionário e suas bicicletas ... 20

2.3 Ciclismo indoor ... 23

2.4 Cicloergômetros na medição do desempenho ... 26

2.5 Calibração dos cicloergômetros ... 27

2.6 Tipos de carga e cálculo da potência ... 30

2.7 Sistemas de cargas ... 32

2.8 Ajustes biomecânicos de cicloergômetros ... 33

2.9 Teste de esforço ergoespirométrico e variáveis medidas ... 37

2.10 Construção e validação de cicloergômetros ... 40

(15)

2.12 Estudos com bicicletas de ciclismo indoor ... 46

2.12.1 Freqüência cardíaca, consumo de oxigênio, razão de trocas gasosas, lactato sanguíneo e percepção subjetiva de esforço ... 46

2.12.2 Freqüência cardíaca, pressão arterial e duplo produto ... 48

2.12.3 Equação de predição de freqüência cardíaca ... 49

2.12.4 Glicemia ... 49

2.12.5 Custo energético ... 51

3 PROCEDIMENTOS TÉCNICOS ... 52

3.1 Primeira etapa ... 52

3.1.1 Desenho da BECI ... 52

3.1.2 Construção da BECI ... 54

3.1.3 Calibração fragmentada da BECI ... 55

3.1.3.1 Velocidade da roda ... 55

3.1.3.2 Carga mecânica resistiva ... 56

3.2 Segunda etapa ... 57

3.2.1 Amostra do estudo ... 57

3.2.2 Procedimentos para coleta de dados ... 58

3.2.3 Avaliação pré-participação ... 59

3.2.3.1 Anamnese ... 59

3.2.3.2 Eletrocardiograma e pressão arterial de repouso ... 59

3.2.4 Antropometria ... 60

3.2.5 Protocolo dos testes de esforço ... 61

3.2.6 Procedimentos para validação da BECI ... 65

3.3 Tratamento estatístico ... 66

4 RESULTADOS ... 68

5 DISCUSSÃO ... 79

6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES ... 92

REFERÊNCIAS ... 93

APÊNDICE A – TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO ... 105

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1 INTRODUÇÃO

1.1 A importância do problema

O ciclismo é um esporte olímpico que utiliza a bicicleta para a realização de corridas em diferentes terrenos, como pista, terra e gelo, dentre outros. Este é dividido em categorias por idade, gênero e níveis amador e profissional, além de poder ser praticado com fins artísticos, recreacionais e de condicionamento físico.

Com a expansão dos modelos de bicicletas surgem as bicicletas estacionárias nos departamentos de ergometria das academias, clínicas médicas e centros esportivos. Posteriormente, surge o ciclismo de salão, mais conhecido por pelo empréstimo lingüístico ciclismo indoor (CI). O CI apresentou um crescimento mundial vertiginoso nos últimos anos (KANG et al., 2005; MELLO, 2004; VILLALBA, 2005).

Atualmente tem ocorrido um grande movimento em direção à prática do CI, o que pode ser explicado pelo êxodo dos praticantes de ciclismo outdoor em busca de segurança e praticidade (MELLO, 2004). Os praticantes se interessam também pelo potencial da modalidade em programas de controle da massa corporal e condicionamento físico (DESCHAMPS; DOMINGUES FILHO, 2005).

No ciclismo estacionário existem duas grandes categorias de bicicletas, as equipadas com pião livre e com pião fixo.

O pião é uma engrenagem que liga o eixo central da roda ao mecanismo de corrente e catracas. O pião livre é aquele que permite que a roda gire independente dos pedais; o pião fixo faz com que a roda gire concomitante aos pedais. Existe uma segunda subdivisão relacionada ao tipo de frenagem da roda: mecânica, magnética ou aérea.

As bicicletas com pião livre são as ergométricas verticais e horizontais. Aquelas equipadas com pião fixo são as bicicletas utilizadas no CI, onde todo controle de carga é feito subjetivamente (SILVA, 2006).

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programas de condicionamento físico e pela especificidade do gesto motor desenvolvido na prática com a mesma (BRAGA et al., 2005).

Na realização de um teste ou exercício, é necessário que a carga imposta ao ciclista seja conhecida, visto que, somente assim, será possível analisar a resposta fisiológica seguinte, o que facilmente pode ser feito com cicloergômetros (JEUKENDRUP, 2002).

Atualmente a bicicleta de CI não permite a realização de mensurações de trabalho e, conseqüentemente, não pode ser classificada como um cicloergômetro. Este fato tem dificultado a produção científica na área do CI, o que se justifica dentre outros fatores, à ausência de parâmetros mensuráveis em bicicletas estacionárias com pião fixo.

As limitações geradas concentram-se nos aspectos da prescrição de intensidades de treinamento no CI e, principalmente, nos aspectos estudados pela fisiologia do exercício e biomecânica. Assim, faz-se de extrema relevância um estudo que possibilite com que o CI seja investigado cientificamente.

Até então, as pesquisas realizadas não refletem a especificidade da modalidade, por utilizarem bicicletas com outras características (MELLO et al., 2003; SILVA et al., 2005; SILVA et al., 2006), ou então, pesquisas que negligenciam o aspecto da carga (FLANAGAN et al., 1998; ROBERGSet al., 1998; CHINKSY et al., 1998; RICHEY et al., 1999; BRADFORDet al., 1999; JOHN et al., 1999; SMITHet al., 2000; BAPTISTA, 2002; UCHIDA et al., 2002; MOTTA et al., 2002; PARANHOS; PINTO, 2002; LIMA et al., 2003a; DANGELO et al., 2004; GOMES et al., 2004; SOUZA et al., 2004; BRAGAet al., 2005; FERREIRAet al., 2005; KANG et al., 2005; SILVAet al., 2006; FERRARI; GUGLIELMO, 2007).

Recentemente Caria et al. (2007) instrumentaram uma bicicleta de ciclismo indoor com um potenciômetro disponível comercialmente, contudo, este equipamento utiliza-se de modelos matemáticos que predizem a potência e, fica posicionado no eixo central não considerando a carga mecânica resistiva na roda.

Na tentativa de sanar estas limitações, Silva (2006) construiu e calibrou uma bicicleta ergométrica de ciclismo indoor (BECI), que permite a graduação de carga e que, possibilita a identificação da sobrecarga imposta ao praticante. Contudo, para que a BECI venha a ser utilizada em larga escala, sua validade deve ser testada.

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1.2 Objetivo geral

Testar a validade concorrente da BECI em relação ao cicloergômetro Monark® em amostra heterogênea de ciclistas de nível regional.

Para atingir o objetivo proposto foram estabelecidas algumas delimitações.

1.2.1 Objetivos específicos

- cConstruir um protótipo de bicicleta ergométrica de ciclismo indoor..

- cCalibrar indiretamente a BECI bicicleta ergométrica de ciclismo indoor por meio de respostas ergoespirométricas, perceptuais e hemodinâmicas..

- quantificarAnalisar as possibilidades de erro entre os cicloergômetros a partir das cinéticas do consumo de oxigênio absoluto e relativo..

- observar o funcionamento da BECI quanto ao aparecimento de problemas

mecânicos.

Para atingir os objetivos propostos foram estabelecidas algumas delimitações.

Verificar a qualidade e a resistência das peças e quadro da BECI à problemas

mecânicos durante os testes.

1.3 Delimitações

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arterial. Foram excluídos da amostra os atletas que não realizaram alguma das etapas do estudo, como também, os que apresentaram padrões fisiológicos anormais no eletrocardiograma e pressão arterial. Estabelecidas às delimitações, este estudo restringe-se a algumas limitações.

1.4 Limitações

Este estudo assumiu algumas limitações, tais como: a não utilização de um torquímetro para realização da calibração dinâmica direta. Supõe-se que cada sujeito tinha realizado o máximo esforço nos dois dias de teste.

A impossibilidade de se saber se os voluntários cumpriram rigorosamente todas as recomendações de manutenção do tipo de alimento ingerido e de treinamento na condição pré-teste.

Não foi possível testar a objetividade da BECI em função de ter sido apenas um teste com a mesma.

1.5 Relevância do estudo

Sendo confirmada a validade da BECI, torna-se possível a realização do monitoramento e alternância de cargas conhecidas em tempo real, e a investigação de parâmetros fisiológicos como: componentes rápido e lento do consumo de oxigênio de sedentários, ativos e atletas; respostas lactacidêmicas (GOMES et al., 2004) e glicêmicas de praticantes saudáveis e/ou portadores de doenças (SILVAet al., 2006); resposta pressórica de hipertensos e normotensos em diferentes tipos de aula de CI (DANGELO et al., 2004). Poderá também, ser identificado: o custo metabólico das sessões de CI (LIMA et al., 2003a), os limiares de transição aeróbio-anaeróbio e, a resposta hormonal relacionada à intensidade de exercício.

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2 REVISÃO DE LITERATURA

Serão abordados, inicialmente; as raízes históricas da roda e da bicicleta; o processo evolutivo das bicicletas, de sua ampla utilização até o ciclismo indoor; cicloergometria no campo da medição do desempenho; calibração dos cicloergômetros; tipos de carga; cálculo da potência; os sistemas de carga mecânica; o teste de esforço ergoespirométrico e variáveis medidas; estudos sobre validação de cicloergômetros e aqueles utilizando bicicletas de CI.

2.1 História da bicicleta

Desde os tempos mais remotos, o homem buscou meios para facilitar sua permanência e transporte no planeta. Dentre muitas invenções que buscaram facilitar seu deslocamento, a bicicleta vem se destacando e apresentando a cada dia inúmeras vantagens sobre os outros meios de transportes. Neste sentido, a bicicleta evoluiu e adaptou-se às novas realidades.

Segundo Brandt (1993) o surgimento da roda tem sua origem incerta, embora, visivelmente tal instrumento tenha marcado o advento da maquinaria para carregamento de cargas e, também, por ser parte essencial para a formulação de polias, engrenagens e equipamentos rotacionais. Neste contexto de desenvolvimento e modernização da roda, as máquinas de tração humana tenderam a se desenvolver e, conseqüentemente, a bicicleta também.

A história da bicicleta se inicia antes da construção do primeiro quadro de metal apoiado em duas rodas. Nos primórdios do século 20, engenhocas de grandes dimensões e com diferentes objetivos eram movidas por atividade humana, assim a força e potência muscular eram utilizadas como ferramenta de trabalho (WILSON; PAPADOPOULOS, 2004).

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nome Dreisienne e, pretendia ser um veículo barato que percorresse pequenas distâncias rapidamente. Este exemplar é considerado o principal marco na história.

O segundo surge com a construção da primeira bicicleta com sistema próprio de propulsão, por possuir pedais e manivelas acoplados à roda dianteira, que foi creditada a Pierre Michaux, entre 1867-1869 (WILSON; PAPADOPOULOS, 2004).

Depois de seguidos desenvolvimentos tecnológicos como, por exemplo, o surgimento das rodas de maior diâmetro e a construção de triciclos e quadriciclos, foi alcançado o terceiro estágio, com a chegada das bicicletas modernas e mais seguras, a partir de 1885. Estas possuíam rodas livres e quadros tubulares em losango, que permitiam maiores velocidades com menor esforço e maior conforto (WILSON; PAPADOPOULOS, 2004).

Na continuidade do avanço tecnológico, posteriormente vieram as bicicletas adaptadas para todo tipo de terreno (mountain bike), com fabricação em larga escala a partir da década de 70, e as bicicletas reclinadas (recumbent), as quais tiveram grande sucesso na Europa após a I Guerra Mundial (WILSON; PAPADOPOULOS, 2004).

A bicicleta tornou-se também um ótimo equipamento para a realização de corridas, resultando no ciclismo de competição, que hoje é um desporto olímpico e institucionalizado internacionalmente, cujas competições podem ocorrer em pista (asfalto), na terra (mountain bike ou bike trial), gelo ou velódromo (pista fechada e oval, dentre outros). Grandes evoluções ao longo da história propiciaram à bicicleta, tornar-se, além de um meio de locomoção, um excelente equipamento para medir, manter e/ou melhorar a condicionamento físico (HOWLEY, 2000).

Neste contexto, surgem as bicicletas estacionárias e que, posteriormente, avançaram para as ergométricas. Segundo Silva e Oliveira (2004), essa é a principal conquista, dentro do processo evolutivo da bicicleta, a qual permitiu seu uso em medições orgânicas e funcionais, assim como, para o treinamento específico da modalidade de ciclismo em recinto fechado.

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serem conhecidas como cicloergômetros, obrigatoriamente, nem todas as bicicletas estacionárias são cicloergômetros.

Cicloergômetros são ergômetros para movimentação cíclica de membros inferiores e/ou superiores que medem trabalho, ou então, dispositivo apropriado para mensurar e estudar respostas fisiológicas sob condições de esforço físico, os quais, obrigatoriamente, possuem graduação de carga e potência (HOLLMANN; HETTINGER, 1989). Desta forma, as bicicletas estacionárias que não quantificam trabalho são apenas aparatos para movimentação cíclica sem controle sistemático de sobrecarga.

2.2 Ciclismo estacionário e suas bicicletas

No ciclismo estacionário, observam-se duas grandes categorias de bicicletas: as equipadas com pião livre (ex: ergométricas verticais e horizontais) e com pião fixo (ex: bicicleta de CI). O pião1 permite o movimento da roda e, liga o eixo central da roda com o mecanismo de corrente e catracas. O pião livre é aquele que permite que a roda gire independente dos pedais, sendo que as bicicletas equipadas com esse dispositivo são mais adequadas aos iniciantes e pessoas com limitações ortopédicas. Já o pião fixo2 faz com que a roda gire concomitante aos pedais, o que é potencialmente perigoso para os iniciantes, e demanda grande vivência prática para o alcance do total domínio do gesto motor. Contudo, a bicicleta ergométrica equipada com pião fixo permite que o praticante se aproxime ao máximo das condições e sensações do ciclismo de estrada.

Existe uma outra subdivisão relacionada ao tipo de frenagem da roda: mecânica, magnética ou aérea. Segundo Lopes et al.(2003), os estudos reportam-se prioritariamente às bicicletas de pião livre e frenagem magnética e mecânica. Contudo, existe uma escassez de estudos com bicicletas equipadas com pião fixo e frenagem mecânica.

1

PIÃO - mecanismo central da roda, responsável pelo seu movimento, este possui rolamentos que devem ser cuidadosamente e periodicamente vistoriados.

2

(24)

Enquanto que as bicicletas estacionárias de frenagem mecânica são equipadas com pião livre, nas bicicletas de ciclismo indoor a frenagem é mecânica e o pião é fixo.

Os cicloergômetros de frenagem mecânica são aquelas bicicletas estacionárias que permitem quantificar a potência produzida. A bicicleta de ciclismo indoor não pode ser considerada um cicloergômetro, pois tecnicamente não apresenta mensurações de carga, potência, velocidade dentre outras variáveis (FOSS; KETEYIAN, 2000; SILVA et al., 2004; SILVA, 2006). Também, não pode ser comparada com as bicicletas ergométricas, porque diferem no tipo de pião instalado na roda volante. Sendo a bicicleta de ciclismo indoor equipada com o pião fixo, ocorrerá a perpetuação do movimento da roda concomitante com os pedais, o que difere completamente dos modelos convencionais.

Desta forma, a bicicleta de ciclismo indoor caracteriza-se por ser um tipo de bicicleta estacionária com uma geometria inspirada em bicicletas de ciclismo de estrada e que difere dos cicloergômetros, basicamente, nos itens: pião fixo na roda volante, geometria do quadro e a inexistência de um dispositivo de graduação da carga, sendo subjetiva a quantificação desta (IKNOIAN, 1997; KORY; SEABOURNE, 1999; GOLDBERG, 2000; MELLO, 2004; DOMINGUES FILHO, 2005; VILLALBA, 2005; SILVA, 2006).

A bicicleta de ciclismo indoor quando acionada gera uma força sobre os pedais e que se movimentam em conjunto com a roda. Este movimento conjunto só terá fim quando a resistência existente entre a roda e o dispositivo de frenagem, assim como o atrito nas demais peças, for suficiente para cessar a força cinética existente. Desta maneira, enquanto essa força (carga) não for suficiente para friccionar a roda de maneira vigorosa, o praticante terá seus membros inferiores projetados à frente, num movimento cíclico descontrolado, não por contração voluntária e sim pela inércia gerada pela roda da bicicleta de ciclismo indoor, o que tenderá a gerar um movimento cíclico excêntrico e prejudicial (SILVA; OLIVEIRA, 2002).

(25)

Figura 1 - Exemplo de bicicleta de ciclismo indoor da marca GIANT®

Neste sentido, a bicicleta de ciclismo indoor se diferencia dos cicloergômetros em termos biomecânicos. Isto pode vir a influenciar o desempenho do praticante, o que já foi relatado na literatura, tanto para o ciclismo de estrada como para o estacionário. São exemplos disso, a energia despendida pelo ciclista em condições de subida (TIMOTHY; STRAY-GUNDERSEN, 1991), os valores de potência produzida e consumo máximo de oxigênio (WELBERGEN; CLIJSEN, 1990), as respostas de ventilação pulmonar, freqüência cardíaca, consumo de oxigênio e trabalho produzido (FARIA; DIX, 1978) e, no sinal eletromiográfico de membros inferiores entre dois diferentes modelos de bicicletas estacionárias (LOPES et al., 2003). Assim, evidencia-se a necessidade de se construir e validar uma bicicleta de ciclismo indoor que quantifique com maior acuracidade as respostas fisiológicas próprias deste modelo de exercício.

Para tanto, Silva (2006) construiu uma bicicleta de ciclismo indoor, que de maneira prática e barata, permite a graduação da carga utilizada e da potência produzida. Este equipamento foi chamado de Bicicleta Ergométrica de Ciclismo Indoor (BECI).

No entanto, em razão da BECI não apresentar validade estabelecida para medir a potência produzida em diferentes níveis de carga, há a necessidade de realizar este estudo com o objetivo de testar a validade da BECI de Silva (2006).

(26)

Percebe-se claramente que, de todos os modelos citados na Tabela 1, apenas um é capaz de medir carga e potência. Contudo, este modelo possui frenagem do tipo magnética, o que difere da categoria de bicicletas estacionárias investigadas neste estudo, neste caso as de frenagem mecânica. Ambas as limitações citadas enfatizam ainda mais a importância do estudo aqui proposto.

2.3 Ciclismo indoor

Jonathan Goldberg, também conhecido como Johnny G., natural da África do Sul e ex-atleta profissional, treinava para competições de ciclismo de estrada. Foi então que começou a simular treinamentos na garagem de sua casa, para fugir de chuvas fortes e, também, para não deixar sua esposa sozinha em casa por estar grávida (GOLDBERG, 2000). Ele idealizou uma bicicleta de ciclismo de estrada adaptada para o meio estacionário e a utilizava nestes treinamentos indoor. Com a idéia desta bicicleta consolidada, Goldberg começou a colocar alguns alunos particulares para pedalar em sua garagem. Num curtíssimo intervalo de tempo ocorreu o sucesso de sua bicicleta e surgiu a modalidade indoor.

Posteriormente, vieram as empresas do mercado do fitness interessadas em industrializar esta nova bicicleta. Em 1995, foi criada a empresa americana, Mad Dogs Athletics, que registrou e patenteou o método de treinamento em CI intitulado de “Johnny G. Spinning Program”, aliados à fábrica americana de bicicletas Schwinn. Posteriormente, o progresso do CI, especificamente do Johnny G. Spinning Program, culminou num sucesso mundial que se estendeu a mais de sessenta países (DOMINGUES FILHO, 2005).

No Brasil, a modalidade chegou de maneira informal em meados de 1997. No ano de 2000, o Johnny G. Spinning Program chegou ao Brasil de maneira formal e respaldada por seu criador, a partir de cursos de certificação.

(27)

Marca/ Modelo Comprimento Largura Altura

Total Roda Carga Mensurações Pião Outros Preço 1-SCHWINN/ Elite

SpinBike 98 cm 62 cm 147 cm - 18 Kg mecânica - fixo

136 kg MM, pé de vela

contra-pedal 1.199

∈

$ 2-FASSI/ Cardio Spin 22

Black 110 cm 48 cm 108 cm - 22 Kg mecânica - fixo - 542

∈

$

3-FASSI/ Cardio Spin 23

Silver 110 cm 48 cm 108 cm - 22 Kg mecânica - fixo - 542

∈

$

4-HAMMER/ Speed Bike

CRX 118 cm 52 cm 123 cm 68 kg 30 Kg mecânica 1-2-3-4-5 fixo - 1.029

∈

$ 5-JK/ Spin Bike 770 112 cm 53 cm 126 cm - 22 Kg mecânica 1-2-3-4-5 fixo - ₅₁₉

∈

_$ 6-MOXIE ANTARES

CF120 136 cm 51 cm 120 cm 48 kg 19 Kg mecânica - fixo - 499

∈

$

7-KETTLER/ Ergo Racer 120 cm 60 cm 120 cm 50 kg 18 Kg magnético 1-2-3-4-5-6-7 livre 130 kg MM. Escala de

potência entre 25-600w 1.388

∈

$

8-TOMAHAWK/ Bike XXI - - - - mecânica - fixo - -

9-TOP FORM/ CX 200 - - - - 22 Kg mecânica - fixo - ₆₅₁

∈

_$

10-TOP FORM/ CX 100 - - - - 22 Kg mecânica 1-2-3-4-5 fixo - 469

∈

$

11-TURNER/ Power

Drive SP 9000 - - - - 22 Kg mecânica - fixo - 619

∈

$

12-CARNIELLI/ Sprinteur 108 cm 50 cm 100 cm 45 kg 23 Kg mecânica - fixo - ₇₄₉

∈

_$ 13-CARNIELLI/ Speed

Bike 60 kg 23 Kg mecânica - fixo - 779

∈

$

14-WELLNESS 110 cm 50 cm 106 cm 48 kg 23 Kg mecânica - fixo - -

15-SCHWINN/ Evolution 97 cm 62 cm 146 cm 55 kg 19 Kg mecânica - fixo 150 kg MM, contra-_pedal 1.300 _US$

16-YOZDA 100 cm 53 cm 100 cm 50 kg 24 Kg mecânica - fixo - 400 US$

17-FIRMA 146 cm 58 cm 153 cm 62 kg - mecânica - fixo - 1.489 R$

18-MONARK®/Energy

736 Spin Bike 120 cm - - 46 kg 22 Kg mecânica - fixo - 849 US$

19-STAR TRACK/ V Bike 102 cm 61 cm 102 cm 48 kg 19 Kg mecânica - fixo - 885 US$ Sendo as medições: 1= freqüência cardíaca; 2 = velocidade; 3 = cadência; 4 = tempo; 5 = calorias; 6 = potência; 7 = carga; MM = máxima massa suportável pelo equipamento.

(28)

da capacidade aeróbia; onde pessoas de diferentes níveis de condicionamento físico podem participar em conjunto, pois a velocidade e cargas impostas são individuais (GOLDBERG, 2000; MELLO, 2003; SILVA et al., 2004; DOMINGUES FILHO, 2005).

No CI existem situações de esforço considerável, variando entre 55% e 92% da freqüência cardíaca máxima, alternadas com recuperação ativa, objetivando, principalmente, o condicionamento físico e o bem-estar. Há estímulos musicais, monitoramento da freqüência cardíaca (GOLDBERG, 2000) e o acompanhamento de um profissional de Educação Física. A popularidade do CI está ligada à experiência cinestésica de pedalar em ambiente aberto, com técnicas de visualização para criar uma estrada virtual, motivando seus participantes (MELLO, 2004).

A busca pela saúde, qualidade de vida, estética e capacidade atlética, tem gerado um acentuado crescimento e proliferação de instituições como academias de ginástica (BAPTISTA, 2002). Nestas instituições, profissionais de Educação Física orientam seus alunos em diferentes modelos de exercícios físicos, inclusive o CI. Estes modelos de exercícios devem ser insistentemente estudados, a fim de fundamentar o trabalho que vem sendo feito junto à população que as procuram.

Nos últimos anos, vem aumentando o empenho dos pesquisadores da área de Educação Física em evidenciar cientificamente o CI. Embora, neste âmbito, a produção científica ainda seja pequena, sendo que, daquilo que já foi publicado, pode-se dividir os estudos em dois grupos. No primeiro, enquadram-se aqueles que, para a realização dos experimentos, foram utilizadas bicicletas de CI convencionais, assim, em suas medições a quantificação de cargas foi negligenciada (FLANAGAN et al., 1998; CHINKSY et al., 1998; ROBERGS et al., 1998; RICHEY et al., 1999; JOHN et al., 1999; BRADFORD et al., 1999; SMITH et al., 2000; PARANHOS; PINTO, 2002; MOTTA et al., 2002; DANGELO et al., 2004; SOUZA et al.,2004; BRAGA et al., 2005; KANG et al., 2005; GOMES et al., 2004; LIMA et al., 2003; UCHIDA et al., 2002; BAPTISTA, 2002; FERREIRA et al., 2005; SILVA et al.,2006ª; ARRUDA et al. 2006; FERRARI; GUGLIELMO, 2007).

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No segundo grupo, foram utilizados cicloergômetros equipados com pião-livre que não refletem as reais características da modalidade (MELLO et al., 2003; SILVA et al.,2005; SILVAet al., 2006). Desta forma, as práticas e os protocolos que visam investigações científicas, principalmente no que se refere à fisiologia do exercício, têm apresentado avanços pouco consistentes para o CI.

2.4 Cicloergômetros na medição do desempenho

Os sistemas cicloergométricos são capazes de medir o trabalho produzido, mediante os graus de automação, nas condições impostas à situação de mensuração e, na sofisticação e custos dos equipamentos acoplados.

O cicloergômetro tem sido utilizado para quantificar as respostas fisiológicas em função do treinamento e, para verificar a capacidade física de gerar trabalho. Este instrumento tem sido utilizado em laboratórios de pesquisa de todo o mundo. Estes equipamentos estão sujeitos a mudanças e erros, assim, para seu correto uso, estes equipamentos devem ser devidamente calibrados e requerem manutenção durante o curso das coletas (WILMORE et al., 1982; RUSSEL; DALE, 1986).

Os cicloergômetros são utilizados em testes de esforço para avaliação do máximo consumo de oxigênio, podem ser freados mecanicamente (a partir de imposição de cargas conhecidas) e eletromagneticamente (a partir da indução de um dínamo que gera uma determinada potência elétrica), ou mesmo por meio de frenagem aérea, onde a resistência é produzida por palhetas girando contra o ar ambiente (RAMOS, 1991; PANTON; HOPKINS, 2001).

Os testes de esforço são utilizados para medir e avaliar a função cardio-respiratória pela imposição de cargas de trabalho (potência) contínuas e descontínuas, além de poderem ser monitoradas alterações eletrocardiográficas, respostas ventilatórias e da freqüência cardíaca, além de sinais e sintomas específicos. Essas provas podem apresentar caráter máximo ou sub-máximo (ACMS, 1995).

(30)

são promovidos incrementos na potência de 100 a 150 kpm/min por estágio. Em populações de cardiopatas ou de meia idade iniciam a um nível mais baixo, já indivíduos mais jovens e bem condicionados, iniciam a um nível de 300 a 600 kpm/min, passando por incrementos na potência de 150 a 300 kpm/min (POLLOCK; WILMORE, 1993).

Alguns cicloergômetros não são capazes de ajustar internamente a potência de forma a compensar a mudança de velocidade no pedalar. Nestes casos, durante o uso devem ser pedalados a uma velocidade constante, ou seja, com um valor fixo de rotações por minuto (rpm - unidade de medida da cadência). Alguns protocolos recomendam uma velocidade de 50 rpm, porém, a eficiência do teste pouco varia entre 50 e 80 rpm. Os ciclistas de competição geralmente pedalam entre 90 e 120 rpm. A maior parte dos cicloergômetros disponíveis no mercado não foi elaborada para testar ciclistas de elite (POLLOCK; WILMORE, 1993).

Para a avaliação da capacidade física em laboratórios, são realizadas provas de esforço em diferentes ergômetros, contudo, a biomecânica dos diferentes esportes e sua especificidade deve ser respeitada a partir de ergômetros específicos, como por exemplo: cicloergômetro, caiaqueergômetro, remoergômetro, dentre outros (RAMOS, 1991).

2.5 Calibração dos cicloergômetros

É muito importante a calibração periódica de todos os tipos de cicloergômetros mecânicos. Esta operação garante a validade dos dados obtidos, além de ser um procedimento de simples realização. Neste tipo de equipamento, o cinturão de atrito se expande à medida que o calor vai sendo gerado pela roda volante, de modo que o ajuste periódico do cinturão corrige possíveis alterações na potência (POLLOCK; WILMORE, 1993).

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aquisição de equipamentos que não possam ser calibrados (POLLOCK; WILMORE, 1993). Já os equipamentos com frenagem mecânica apresentam características vantajosas em relação aos demais, tais como: permite controlar pequenos aumentos de carga, além da facilidade para a prescrição de treinamento físico e manuseio. O principal exemplar de cicloergômetro mecânico é o da marca Monark®, que teve seus pré-supostos teóricos delimitados por Von Döbeln (1954). Este equipamento é considerado “padrão ouro”3 em cicloergometria mecânica.

No cicloergômetro Monark®, a potência é dada pelo produto de duas variáveis: 1) velocidade da roda e, 2) a carga mecânica resistiva aplicada na roda. Sendo que a velocidade da roda é obtida multiplicando-se o deslocamento da roda (distância) em uma rotação completa do pedal pela freqüência de rotação do pedal (cadência), o que é facilmente medido por um ciclocomputador (Von DÖBELN, 1954; GLEDHILL; JAMNIK, 1995; LIMA et al., 2003b).

A carga mecânica resistiva é obtida por meio do atrito provocado por uma cinta que envolve a circunferência da roda. A intensificação do atrito ocorre a partir do aumento da pressão da cinta contra a roda, o que pode ser feito por meio de pesos ou por um tensionador e uma balança de pêndulo, que mede a diferença de força entre dois pontos da cinta (Von DÖBELN, 1954; GLEDHILL; JAMNIK, 1995; LIMA et al., 2003b).

Para a calibração de cicloergômetros existem dois modelos, o fragmentado e o dinâmico. Ambos possuem o mesmo objetivo, o de confirmar se os resultados obtidos a partir de um cicloergômetro são reais e acurados.

Medições independentes da velocidade da roda e da carga mecânica resistiva compõem a calibração fragmentada, que consiste na medição da circunferência da roda e de seu deslocamento em uma revolução completa do pedal e, também, na conferência do perfeito funcionamento do equipamento utilizado para medir a cadência de pedalada (LIMA et al., 2003b).

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medição e não leva em consideração as perdas por atrito no mecanismo de transmissão. Mas, quando da necessidade de medições mais precisas, a calibração dinâmica é a mais indicada, avaliando o sistema enquanto este está sendo acionado a velocidades conhecidas para cada um dos ajustes de carga (COLLUCCI, 1995).

Ao calibrar o sistema em condições reais de uso, a calibração dinâmica pode ser realizada direta ou indiretamente. A calibração dinâmica direta é feita por meio do uso de torquímetros, calibradores específicos, ou por células de carga (CUMMING; ALEXANDER, 1968; RUSSEL; DALE, 1986; WOODS et al., 1994; ARSAC et al., 1996; MAXWELL et al., 1998; DEVILLARD et al., 2001). Contudo, existe uma tendência de que os métodos diretos de medição sejam de difícil acesso ao profissional de Educação Física, sobretudo, por apresentarem alto custo para aquisição e manutenção e, por não serem de uso habitual em laboratórios de fisiologia do exercício (CYRINO et al., 2005). Já , a calibração dinâmica indireta é feita por meio da comparação entre consumo de oxigênio medido em duas ou mais situações randomizadas (REISER et al., 2000) ou, entre o volume de oxigênio consumido medido com os valores preditos através de equações (LIMA et al., 2003b).

O estudo de Lima et al. (2003b), ao calibrar dinâmica e indiretamente um cicloergômetro construído a partir do modelo Monark®, encontrou que a potência real produzida tende a ser menor que a calculada, tomando-se por base a velocidade da roda volante e a carga resistiva. Os autores afirmam que isso pode ser explicado pelo atrito da cinta gerado sobre a roda não ser linear à carga resistiva aplicada. Isso, provavelmente, deve-se às adaptações do mecanismo de frenagem feitos pelo fabricante, e que não seguem o modelo Monark®, tais como: desgaste do material, fixação de lonas de freio entre a cinta e a roda volante e, a forma de fixação da cinta de frenagem ao quadro do cicloergômetro. Desta forma, na construção de cicloergômetros baseados em modelos de referência, é necessário o respeito frente ao constructo teórico do padrão adotado. Os autores alertam que, as alterações aparentemente sem importância, podem resultar em grandes alterações na potência produzida. Portanto, calibrações dinâmicas periódicas são necessárias para assegurar a alta qualidade dos resultados obtidos.

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teve as mesmas medidas variando entre 98% e 104,2%. Para os cicloergômetros eletromagnéticos testados, a variação ficou entre 89,3% e 101,4%. Os autores enfatizam e existência de erros entre os cicloergômetros e que o modelo Monark® foi o único a mostrar significância quando comparado com um torquímetro, ou seja, apresentou maior variabilidade de mensuração.

O estudo proposto busca minimizar as possibilidades de erro com a utilização de peças novas na construção da BECI, exceto a roda. Além de considerar os pré-supostos teóricos do critério de referência.

2.6 Tipos de carga e cálculo da potência

Segundo Gregor (2000), o trabalho mecânico e a potência são variáveis tradicionalmente de interesse tanto de biomecânicos, quanto de fisiologistas do exercício, por se relacionar a transmissão de potência mecânica para bicicleta, assim como, ao custo fisiológico do ciclismo nas cargas de trabalho selecionadas.

A carga mecânica resistiva é tida como aquela carga aplicada diretamente à roda (carga convencional), enquanto a carga mecânica de inércia da roda é aquela necessária em qualquer instante, para fazer com que a roda não seja acelerada ou desacelerada durante o ato de pedalar, mantendo assim a velocidade constante. A carga mecânica efetiva é a soma destas duas componentes e, também, é o produto da carga efetiva com a velocidade instantânea da roda que fornece o valor correto da potência mecânica (DUARTE et al., 1999).

É interessante notar que, muito provavelmente, a carga mecânica de inércia terá maior influência sobre a carga mecânica efetiva nas bicicletas de CI do que nas bicicletas estacionárias convencionais, por conta da presença do pião-fixo, que inerentemente gera maior inércia na roda dependendo da cadência. Contudo, a real natureza desse impacto só será determinada com ensaios experimentais.

(34)

O cicloergômetro é capaz de medir o trabalho produzido, mediante seus graus de automação, onde a potência é dada pelo produto da carga mecânica resistiva com a velocidade da roda, valendo-se da relação física: potência= força×velocidade (KELLER et al., 1997), sendo a velocidade mantida constante (DUARTE et al., 1999). A velocidade da roda e a carga mecânica resistiva são calculadas assim, respectivamente: multiplica-se o deslocamento da roda (distância) em uma rotação completa do pedal pela freqüência de rotação do pedal (ciclo), medida por um ciclo-computador; e, a carga por meio do atrito provocado por uma cinta que envolve a circunferência da roda.

A intensificação do atrito ocorre a partir do aumento da pressão da cinta contra a extremidade da roda, por meio de pesos ou por um tensionador acoplado a uma balança de pêndulo que mede a diferença de força entre dois pontos da cinta (Von DÖBELN, 1954; GLEDHILL; JAMNIK, 1995; LIMA et al., 2003b).

Para medir a distância percorrida pela roda no cicloergômetro Monark®, parte-se de que uma rotação completa do pedal desloca um ponto qualquer da extremidade da roda por 6,04 m (Von DÖBELN, 1954; GLEDHILL; JAMNIK, 1995; LIMA et al., 2003b). Para tanto, é necessário que a circunferência da roda seja de 1,625 m e, que a relação de marcha seja de 52 dentes para a coroa e 14 dentes para a catraca, onde se encontra a relação: 3,714

14 52₌

. Assim, multiplicando a

circunferência da roda pela relação de marcha encontra-se o deslocamento da roda, ou seja: 1,625×3,714=6,04m (SZMUCHROWSKI et al., 2001).

Para testes laboratoriais são recomendados 50 rpm de cadência fixa, mesmo existindo protocolos que propõem um número maior de rotações (ÅSTRAND, 1980). Para a obtenção da velocidade da roda, calcula-se o produto da cadência pelo deslocamento da roda, sendo: 50rpm×6,04m, tem-se uma velocidade de 300 m/min.-1_{. Para o cálculo da potência, multiplica-se a velocidade por uma carga} mecânica resistiva, de por exemplo 1 kg, resulta em uma potência de 300 kgm/min-1 (SZMUCHROWSKI et al., 2001).

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que 1 Watt (W) = 6,12 kpm/min-1 (ÅSTRAND, 1980; SZMUCHROWSKI et al., 2001). Essa conversão faz-se necessária pela unificação do Watt como unidade de medida de potência pelo Sistema Internacional de Unidades (KELLER et al., 1997).

Os parâmetros para o cálculo da potência citados, norteiam a confecção de planilhas sobre a potência produzida em cicloergômetros. A Tabela 2, exemplifica os valores e cargas de trabalho produzidas (potência), obtidos em teste cicloergométrico de laboratório, com cadência fixa de 50 rpm e incrementos de 1 kp.

Tabela 2 - Cargas de trabalho produzidas em um cicloergômetro em teste com cadência fixa de 50 rpm e incrementos de 1 kp.

Carga de trabalho

Watts kpm/min 50 300 100 600

150 900 200 1200 250 1500 300 1800 350 2100 400 2400 em diante em diante

Fonte: ÅSTRAND (1980).

Os parâmetros citados na Tabela 2 podem ser ajustados a diversos modelos de cicloergômetros com frenagem mecânica. No caso do cicloergômetro Monark®, que utiliza o sistema de cesto de anilhas, os pesos são colocados na balança para a regulagem da carga. O cicloergômetro com frenagem mecânica promove uma força constante, mas não uma potência constante, a qual varia com as rotações do pedal (velocidade). Assim, qualquer alteração na freqüência de pedaladas causará mudança no trabalho e na potência produzidos.

2.7 Sistemas de cargas

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mais acurado que o pendular, por apresentar menor variabilidade da carga durante o teste de esforço (PATON; HOPKINS, 2001; HOPKINS; ELSKE; HAWLEY, 2001).

As Figuras 2a e 2b, apresentam dois modelos de cicloergômetro Monark®, sendo um equipado com o sistema pendular (2a) e o outro com sistema de cesto de anilhas (2b).

Figura 2a - Cicloergômetro Monark® (modelo 828 E) com sistema de carga pendular.

Figura 2b - Cicloergômetro Monark® (modelo 874 E) com sistema de cesto de anilha.

A diferença principal entre os dois sistemas está na forma de aplicação da carga imposta sobre a roda, que permite maior ou menor variabilidade da leitura da carga no cicloergômetro. No sistema pendular, molas são usadas para o equilíbrio de um pêndulo, sendo que estas se desgastam com o uso diário, dependem de calibração constante e não permitem uma fixação da carga exata. O sistema de cesto de anilhas possui um número de peças e engrenagens bem menor, o que minimiza o desgaste, não possui pêndulo e permite fixação exata da carga imposta (PATON; HOPKINS, 2001).

2.8 Ajustes biomecânicos de cicloergômetros

Um ciclista só obterá o melhor rendimento se sua bicicleta estiver perfeitamente adaptada à morfologia do seu corpo. Esta premissa é válida para todos os modelos de bicicletas e modalidades do ciclismo (HINAULT; GENZLING, 1988, JEUKENDRUP, 2002). Neste sentido, é intensa a produção científica que objetiva entender os efeitos da posição do corpo do ciclista na bicicleta em relação

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ao seu desempenho (HEIL et al., 1994; HEIL et al., 1997; GRAPPE et al., 1998; GREGOR, 2000).

A geometria do quadro das bicicletas influencia diretamente o desempenho dos praticantes. Medidas como: comprimento, largura, espessura e ângulos formados entre os diversos tubos formadores do quadro da bicicleta determinam modificações na ativação muscular de membros inferiores, respostas cardiovasculares, potência produzida, relação força-velocidade muscular, nível de arrasto aerodinâmico, custo energético e eficiência mecânica.

É muito comum alterações na geometria dos quadros da bicicleta por meio de modificações no ângulo do tubo do selim (tubo vertical) conforme visto na Figura 3.

Figura 3 - Geometria da bicicleta

O ângulo do tubo de assento é definido pelo ângulo formado entre um prolongamento, paralelo ao chão, da altura da caixa de centro do pé-de-vela e o tubo vertical. A medida é feita utilizando-se o método goniométrico e sua típica escala de variação está entre 70° e 76° para bicicletas de ciclismo de estrada (RICARDet al., 2006).

A mudança na posição do membro inferior em relação ao pedal, possivelmente modifica o direcionamento da força aplicada no pé-de-vela, alterando por sua vez o aproveitamento desta em suas componentes normal (Fy) e tangencial (Fx) (DIEFENTHAELER et al., 2005).

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Monark adaptado, foram criadas nove possibilidades de ajuste (três ângulos do tubo do assento e três ângulos de tronco), não foram identificadas diferenças significativas nos valores médios de VO2 e FC. O ângulo do quadril foi à única variável que mostrou diferenças significativas entre as condições testadas. Conclui-se que os ciclistas otimizam Conclui-seu custo de oxigênio quando pedalam em condições geométricas com menor variação cinemática do quadril, tal como a geometria de suas próprias bicicletas.

Neste sentido, como o quadro da BECI apresenta uma geometria similar às bicicletas de ciclismo de estrada, o ângulo do tubo de assento foi fixado em 72°, respeitando a típica escala para essa categoria de bicicletas.

Os cicloergômetros e as bicicletas de ciclismo indoor foram projetados para serem facilmente adaptados a pessoas com dimensões corporais diferentes, tendo em vista as possibilidades de ajustamento do equipamento.

Os métodos e técnicas para ajuste da bicicleta à morfologia do ciclista são baseados em estudos ergonômicos e biomecânicos, tal como, na experiência prática de treinadores e atletas. Para o estudo ergonômico e realização dos ajustes da bicicleta, as medidas necessárias se subdividem em dois grupos:

1. Medidas Absolutas - determinam a forma e a estrutura da bicicleta, são elas: comprimento e diâmetro dos diferentes tubos, alturas e ângulos de inclinação dos tubos, dentre outras (Figura 3).

2. Medidas Relativas - determinam as relações geométricas do ciclista (pontos de apoio), são elas: altura do selim, recuo do selim, avanço do guidom, altura do guidom, tamanho do guidom, dentre outras.

No caso do CI as medidas absolutas apresentam-se bastante peculiares dependendo dos diferentes modelos e marcas das bicicletas de CI.

Nos cicloergômetros e bicicletas de CI, as principais medidas relativas a serem consideradas são:

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b. recuo ‘antero-posterior’ do selim - medida realizada em paralelo ao solo, da parte final da base de fixação do selim, anteriormente até a maior barra vertical;

c. desnível do selim para o guidom - desnível entre selim e canote do guidom, correspondendo à diferença de alturas entre os dois;

d. altura do guidom - medida da extremidade superior do guidão até o ápice da barra vertical que o sustenta.

Quanto à morfologia do ciclista, as medições antropométricas compõem as bases para uma descrição geométrica e ajustamento da bicicleta. Neste sentido, para o ciclismo estacionário as principais medidas seriam:

a. estatura - critério útil, contudo, ineficiente enquanto análise morfológica analisada isoladamente;

b. altura da sínfise púbica - medida mais importante, obtida por meio da medição da altura entre o solo e a extremidade inferior da sínfise púbica, estando o indivíduo de pé, descalço e encostado em parede plana.

Com a obtenção destas medidas, é possível realizar os ajustamentos individuais em cicloergômetros e bicicletas de ciclismo indoor. Para tanto, é necessário assumir um procedimento de uniformização, onde, primeiro regula-se a altura do selim, em seguida regula-se o recuo do selim e, por fim, a altura do guidom, e demais ajustes somente são feitos se o equipamento permitir. Desta forma configura-se um procedimento interessante para a reprodução dos ajustes.

O protocolo descrito por Burke (1996), que utiliza as técnicas descritas a seguir, é utilizado em escala mundial para ajustar bicicletas de ciclismo de estrada. Este protocolo pode ser adaptado aos cicloergômetros, salvaguardando algumas poucas limitações. Um exemplo de limitação refere-se à dificuldade de precisar os ajustes, em virtude dos cicloergômetros não permitirem ajustes milimétricos.

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caixa de centro e o topo do selim, a partir também de diferentes valores percentuais, variando entre 102 e 110%.

A medida relativa do recuo do selim é baseada nos estudos de Daniel Clemont, que propôs a técnica do Fio de Prumo. Nesta técnica o ciclista permanece sentado no selim com os pés nos pedais presos ao firma pé ou sapatilhas e os pés de vela horizontalmente paralelos ao solo. Em seguida, um fio de prumo deve ser posicionado passando sobre a face mediana anterior da patela devendo sobrepor o pedal na altura de seu eixo.

Este modelo apresenta-se de simples aplicação e grande funcionalidade. Sua limitação encontra-se apenas na questão de que ele é medido com o ciclista parado, que para o ciclismo outdoor é um agravante. Já para o CI é totalmente aplicável.

2.9 Teste de esforço ergoespirométrico e variáveis medidas

O teste de esforço ergoespirométrico ou teste de esforço cardiopulmonar é um procedimento não-invasivo de análise dos gases expirados, que objetiva medir e avaliar o desempenho físico ou a capacidade funcional de um indivíduo. Este tipo de teste oferece a única forma de se estudar simultaneamente às respostas dos sistemas celular, cardiovascular e ventilatório em condições controladas de estresse metabólico (WASSERMAM et al., 1999).

Colantonio et al. (2003) afirmam que a medida do consumo de oxigênio, por permitir o acesso à potência aeróbia e também ao contexto metabólico, deve ser utilizado para investigar o desempenho de esportistas, por meio de testes de campo e de laboratório, com intuito de observar as repostas fisiológicas e funcionais particularmente nestas condições. Mas pode ser utilizado também, no diagnóstico cardiovascular de patologias e anormalidades ventilatórias (WASSERMAM et al., 1999).

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apropriadas. A medida consta da análise das diferenças entre os gases inspirados (constantes na atmosfera até determinada altitude) e os expirados (YAZBEK et al., 2001).

A calibração do aparelho precedendo o exame é necessária, pois algumas variáveis são analisadas na presença de vapores de água em condições de temperatura, pressão e umidade padronizadas. Outros parâmetros são analisados em condições de temperatura e pressão corporais saturadas em vapor de água, que corresponde à situação de 0oC de temperatura e à pressão de 760 mmHg ao nível do mar e, em condições de ausência de vapor de água. Esses equipamentos podem utilizar o sistema “ciclo-respiratório por ciclo-respiratório”. Ambos permitem a medição segura das variáveis ergoespirométricas (WASSERMAM et al., 1999; YAZBEK et al., 2001).

A ventilação é obtida em condições de vapores de água com temperatura, pressão e umidade padronizadas. Nas relações em que o volume de oxigênio consumido e o volume de dióxido de carbono produzido em condições de temperatura e pressão corporais saturadas em vapor de água são os equivalentes ventilatórios, ou seja, os dois parâmetros sendo divididos pelo valor da ventilação minuto, lê-se o numerador em vapores de água em condições de temperatura, pressão e umidade padronizadas e o denominador em condições de temperatura e pressão corporais saturadas em vapor de água (WASSERMAM et al., 1999; YAZBEK et al., 2001).

Para a análise dos dados de um teste de esforço ergoespirométrico é necessária a interpretação adequada e criteriosa dos parâmetros ventilatórios obtidos. Os principais parâmetros envolvidos são: volume de oxigênio consumido (VO2), volume máximo de oxigênio consumido (VO2MAX), volume de dióxido de carbono produzido (VCO2), razão de trocas gasosas (QR), equivalentes metabólico de oxigênio (VE/VO2) e equivalentes metabólico de dióxido de carbono (VE/VCO2), fração expirada de oxigênio (FeO2) e fração expirada de dióxido de carbono (FeCO2) e ventilação pulmonar (VE).

Volume de oxigênio consumido é a capacidade de um indivíduo captar,

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ser expressos em mililitros por quilograma de massa corpórea (ml/kg/min-1). Pode ser classificado em: consumo máximo – maior valor obtido após um platô; consumo de pico – maior valor obtido sem que haja um platô. Segundo Hodges et al. (1999) o volume máximo de oxigênio consumido é a medida mais importante em fisiologia do exercício.

Volume de dióxido de carbono produzido reflete a ascendência da

formação de gás carbônico, em proporção quase linear à magnitude da carga empregada durante o esforço progressivo. Existe estreita relação entre a eliminação do dióxido de carbono e diversos parâmetros fisiológicos do esforço, como freqüência cardíaca, ventilação e consumo de oxigênio.

Razão de trocas respiratórias é um modelo matemático que traduz a

relação entre a produção de dióxido de carbono e o consumo de oxigênio. Durante a oxidação biológica de carboidratos, proteínas e lipídeos formam-se grandes quantidades de dióxido de carbono, podendo-se estimar a participação proporcional do substrato energético que está sendo utilizado. Ao realizar exercício com QR próximo do valor 1,0, estará sendo consumindo mais carboidrato, 0,80 mais proteínas e 0,70 mais lipídeos. Os valores dependem da intensidade do exercício, do nível de treinamento e das condições metabólicas do sujeito.

Equivalentes metabólicos de oxigênio e dióxido de carbono são razões matemáticas que traduzem a relação da ventilação com a produção de dióxido de carbono e o consumo de oxigênio. Estas relações, mantendo-se a ventilação com vapores de água em temperatura, pressão e umidade padronizadas e o VO2 e VCO2 com temperatura e pressão corporais saturadas em vapor de água, indicam quantos litros de ar por minuto são necessários e devem ser ventilados para consumir 100 ml de oxigênio (normal entre 2,3 L/100ml e 2,8 L/100ml) ou para produzir dióxido de carbono. Essa relação pode ser expressa em 23 litros a 28 litros de ar ventilado para 1 litro de oxigênio consumido. Durante o esforço crescente, as relações VE/VO2 e VE/VCO2 diminuem progressivamente, para depois aumentar até o final do esforço. A VE/VO2 atinge valores mínimos (limiar anaeróbio I) precedendo a relação VE/VCO2 (limiar anaeróbio II).

Frações expiradas de oxigênio e dióxido de carbono são medidas das

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Ventilação Pulmonar representa o de volume de ar inspirado e expirado pelos pulmões, sendo expressa no produto da freqüência respiratória pelo volume corrente. No repouso os valores de referência estão entre 6 e 9 L/min enquanto no esforço máximo pode atingir os 150 L/min.

Segundo Wassermam et al. (1999) o comportamento destas variáveis durante o teste de esforço ergoespirométrico decorre do aumento das cargas de trabalho, onde o VO2, a VE e o VCO2 devem aumentar de forma linear. Em níveis de intensidade acima do limiar anaeróbio o incremento do VO2 permanece linear, contudo, seu o estado estável tende a ser retardado ou não atingido antes que o indivíduo entre em fadiga. Nesta mesma intensidade de exercício a VE acelera em função de uma maior FeO2, enquanto que a FeCO2 não diminui reciprocamente. Ademais, o VE/VCO2 tende a não se alterar, ao contrário de FC e VE/VO2 que tendem a aumentar vertiginosamente, o que reflete o aumento da modulação simpática, do débito cardíaco e do tamponamento metabólico. Em conseqüência, o pH sanguíneo tende a diminuir acarretando uma queda no desempenho, até a interrupção do teste por exaustão voluntária. Paralelamente a PSE responde aumentando de acordo com os níveis crescentes de esforço.

2.10 Construção e validação de cicloergômetros

O termo “padrão-ouro” é utilizado para designar um equipamento ou uma seleção de procedimentos, validados para obtenção de um determinado dado. Como também, devem ser considerados internacionalmente como referência na área. Na cicloergometria mecânica, os cicloergômetros da marca sueca Monark® são assim caracterizados.

Existem inúmeras marcas e modelos de cicloergômetros e bicicletas estacionárias no mercado, contudo, são poucos os estudos de validação destes equipamentos e das partes que os compõem.

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também para validar cadeiras de roda, como mostrado na Figura 4 (FINLEY et al., 2004).

Figura 4 - Cadeira de roda instrumentada com roda padrão Monark ® (FINLEY et al., 2004).

Foram desenvolvidos também estudos de validação de cicloergômetros para meio líquido (SHAPIRO et al., 1980; ALMELING et al., 2005) e para atividade concomitante de membros inferiores e superiores (NASCIMENTO, 2004). Estes estudos têm utilizado procedimentos de calibração dinâmica direta e indireta para testar se os dados obtidos nos protótipos são similares ao modelo de referência (ATTAWAY et al., 1992; CHEN et al., 1996).

Ao testaram a validade de um ergômetro para cadeiras de roda, através do procedimento de teste e re-teste, Devillard et al. (2001) encontraram um erro de medida entre 0,89% e 7,56% para a medida de força, enquanto para potência o erro ficou entre 0,41% e 6,74%. Contudo, o erro encontrado não apresentou significância entre as testagens. Assim, concluíram que o novo ergômetro é válido e reprodutível.

No estudo de Reiser et al. (2000) foram analisadas as mensurações de trabalho em três tipos de cicloergômetros. Os autores encontraram haver igualdade nas medidas metabólicas e cardiovasculares, independente da característica de carga do equipamento. Diferentemente, Wilmore et al. (2000) ao compararem quatro modelos de cicloergômetros, encontraram que ocorrem erros de calibração na grandeza de 10% e, enfatizam a necessidades de calibrações mecânicas e fisiológicas periódicas. Em bicicletas estacionárias equipadas com pião-fixo, existe apenas um estudo de calibração fragmentada, no caso o proposto por Silva (2006).