ESTIMATIVA DA FORÇA MUSCULAR RESULTANTE NO APARELHO

“VOADOR”

Resumo: A crescente procura pela prática de musculação não é acompanhada pela investigação científica dos aparelhos utilizados nesse treinamento. Este estudo tem o intento verificar o comportamento da força muscular resultante exigida pelo “aparelho voador” ao longo do exercício e se o esforço que o aparelho exige dos músculos envolvidos condiz com as características musculares de produção de força. Para tanto, foram esquematizados diagramas de corpo livre da parte móvel do aparelho e do segmento humano e, também, foram realizadas equações de equilíbrio de torque onde a velocidade foi considerada constante. O aparelho analisado exige maior produção de força muscular no início do exercício onde os músculos estão mais alongados e, portanto, mais capazes de produzir força. Palavras chaves: musculação, flexores horizontais, torque.

Abstract: The increasing searching for resistance training is not followed by the scientific investigation upon the machines used in this training. The present study intends to verify how muscle force behaves on the “fly machine” throughout the range of movement and if the demanded effort fits to the muscle capacity to generate force. For that, free body diagrams had been schematized of the movable part of the machine and also, the human segment. Lo longer, we had used torque equilibrium equations where the velocity was considered to be steady. The analyzed machine demands higher force output in the beginning of the exercise, just right where the muscle are stretched, therefore, more able to produce force. Key words: resistance training, horizontal flexors, torque.

INTRODUÇÃO

O treinamento com pesos ou musculação, seja

com pesos livres ou com aparelhos, se tornou muito

popular nos últimos 70 anos [1]. Os primeiros

estudos científicos sobre esse treinamento surgiram

poucos anos mais tarde [2,3].

A prática regular da musculação tem atraído a

atenção de homens e mulheres, interessados na

melhora ou manutenção da saúde [4,5], na

reabilitação [6] e em benefícios estéticos.

Para o treinamento de musculação pesos livres

e aparelhos específicos podem ser utilizados. No

entanto, apesar de terem grande apelo nas academias

e de serem recomendados por uma importante

comunidade científica [7], há poucas informações

acerca da mecânica de tais máquinas.

Entre os grupos musculares que devem fazer

parte de uma rotina de treinamento [7] e que o

reforço pode ser realizado com aparelhos de

musculação, estão os flexores horizontais da

articulação gleno-umeral. Esse grupo muscular

aproxima o braço da linha média do corpo no plano

transverso é composto pelo peitoral maior e deltóide

anterior como motores primários [8].

Entre os flexores horizontais o peitoral maior

merece destaque. É um músculo que, embora

aparentemente robusto, possui relativa fragilidade.

Há relato de caso sobre rupturas do seu tendão de

inserção durante a execução do exercício “supino”,

um exercício comum em programas de

condicionamento físico [9]. Estudos sobre atividade

elétrica do peitoral maior durante o exercício de

supino já foram realizados [10,11].

Outro exercício, que também recebe o nome

do aparelho, para o reforço desse grupo muscular é o

“voador”. Esse exercício/aparelho é de fácil

execução, onde o indivíduo permanece em posição

sentado e não necessita de grandes ajustes na postura.

Embora muito popular em academias, pouco

tem sido estudado sobre como os músculos

envolvidos são trabalhados nesse aparelho. A

carência de informações dificulta comparações entre

aparelhos de mesma função. Acompanhar o

comportamento da força muscular ao longo da

amplitude de movimento (ADM) justifica-se pela

necessidade de conhecer em quais angulações os

músculos estão sendo mais exigidos.

Em virtude da falta de informações

biomecânicas na literatura o presente o estudo

propõem-se em: a) verificar o comportamento da

força muscular resultante exigida pelo aparelho

voador em sua ADM; b) verificar se o esforço que o

aparelho exige dos músculos envolvidos condiz com

as características musculares de produção de força.

MATERIAIS E MÉTODOS

Para as medidas lineares foi utilizada uma

trena metálica com resolução de 1 milímetro, e para

as medições angulares foi utilizado um goniômetro

com resolução de 2 graus. Para elaborar os gráficos e

calcular as equações foi usado um computador

Celeron com processador de 1 GHz e o software

Excel.

O aparelho analisado possui uma coluna de

pesos, uma roldana móvel simétrica que divide a

carga selecionada entre os dois segmentos, uma

roldana assimétrica que varia o torque da carga

externa ao longo do exercício e um segmento fixo da

máquina que serve como apoio para o segmento

humano que será chamado de “parte móvel do

aparelho”. Para melhor compreensão das forças

atuantes na parte móvel do aparelho foi

esquematizado um diagrama de corpo livre (DCL) A

Figura 1 ilustra a parte móvel do aparelho voador no

início e no final do movimento e as forças que

atuam somente sobre ele, em uma vista superior.

Figura 1- DCL da parte móvel do aparelho voador-.

1:posição inicial; 2: posição final.

A roldana assimétrica e os vetores da Fc e Fh

estão representados apenas na posição inicial. A Fh

representa a força do segmento humano em contato

com a máquina, o braço.

A Figura 2 ilustra o braço direito do

executante e todas as forças atuantes sobre ele,

também, em uma vista superior.

Figura 2- DCL do segmento braço - vista superior.

1:posição inicial (100º de flexão horizontal); 2:posição final (10º de flexão horizontal);

Pelo princípio da ação e reação, a Fe atuando

sobre o braço foi assumida de mesma magnitude e

sentido contrário da força Fh, atuando sobre a

máquina.

Após a esquematização dos DCL foram

realizadas duas equações de equilíbrio de torques. A

Equação 1 diz respeito ao equilíbrio de torques da

Figura 1. Assumiu-se a execução do exercício com

velocidade constante, ou seja, sem aceleração. ⊥⊥ ×=× FhhFcc dFdF (1)

Onde:

d┴Fc: distância perpendicular da Fc; d┴Fh: distância perpendicular da Fh;

A Fc é referente às placas da coluna de pesos

dividido por dois, em função da característica

mecânica do aparelho, que possui uma roldana

móvel. Para descobrir a distância perpendicular (d┴)

da Fc foi medida a distância em três diferentes

posições ao longo da amplitude de 0o (final do

movimento) à 90º (início do movimento) e

interpolada uma equação. A partir dessa equação foi

possível obter, em cada ângulo, a d┴ Fc.

A d┴Fh corresponde à d┴ entre o eixo da parte

móvel e a linha de ação da Fh. Tendo em vista que o

eixo da parte móvel está alinhada com o eixo da

articulação do ombro, e que a força aplicada é sempre

perpendicular a parte móvel da máquina, assumiu-se

que a d┴Fh é constante por toda a ADM, e igual a

distância do eixo ao centro do local próprio para o

apoio do braço (sendo fixo e não possível de ser

ajustado). A distância do eixo ao ponto de aplicação

da força é de 27 centímetros.

Os dados de d┴ muscular foram retiradas da

literatura [12]. A distância perpendicular muscular

média ponderada (d┴Mmp) à área de secção transversa

fisiológica (ASTF) foi calculada levando em conta

os dois principais músculos desse grupo.

dapm

dadapmpmMmp ASTFASTF

dASTFdASTFd

+

×+×=

⊥⊥⊥

(2)

Onde:

d┴Mmp: d┴ media ponderada; ASTFpm: área de secção transversa fisiológica do peitoral maior; d┴pm: d┴ muscular do peitoral maior; ASTFda: área de secção transversa fisiológica do deltóide anterior; d┴da: d┴ muscular do deltóide anterior;

A força muscular resultante (FMr) foi

calculada em função do grupo muscular flexor

horizontal. A Figura 2 resultou na seguinte equação

de equilíbrio de torques:

⊥

⊥×=

Mmp

FeeMr

d

dFF

(3)

Onde: d┴Fe: d┴ da Fe; Foi considerado que, quando a parte móvel

do aparelho está na posição 90o o braço está à 100o

de flexão horizontal e quando a parte móvel do

aparelho está na posição 0o o braço está 10o

flexionado horizontalmente (Fig. 1 e 2). O braço não

alcança a posição de 0o de flexão horizontal (à frente

do corpo) porque as partes móveis do aparelho (lado

direito e esquerdo) se tocam quando o braço está à

10o.

A FMr foi calculada com diferentes cargas, a

saber: 5, 25, 50 e na capacidade máxima de 90 kg.

RESULTADOS

O torque exigido pelo aparelho ao longo da

ADM, é razoavelmente constante para cargas

inferiores à 90 kg (Figura 3).

Figura 3- Torque de resistência da parte móvel do

aparelho.

A Figura 4 mostra o comportamento da d┴Mmp

ao longo da ADM que o braço perfaz nesse aparelho.

Figura 4- d┴Mmp dos músculos flexores horizontais

durante flexão horizontal.

A d┴ muscular do grupo flexor horizontal é

65% (1.43cm) menor do início do movimento em

relação ao final, mostrando um comportamento

crescente ao longo da flexão.

A Figura 5 apresenta a relação entre posição

articular e FMr ao longo da ADM. As curvas de FMr

são decrescente, partindo do início, para qualquer

valor de carga. Na posição em que os músculos

estão alongados (100o) existe uma maior exigência

da musculatura envolvida.

Figura 5- FMr ao longo da ADM.

DISCUSSÃO

Um dos objetivos deste estudo era verificar o

comportamento da força muscular resultante exigida

pelo aparelho voador em sua ADM. Na Figura 5 fica

claro que a maior exigência imposta pelo aparelho à

musculatura é no final do movimento. Esses

resultados vêem ao encontro com sensação subjetiva

ao realizar este exercício a qual parece ser mais

difícil de vencer a resistência do aparelho no início

do movimento quanto comparado ao final. Ou seja,

é necessário maior produção de força no início do

movimento quando comparado ao final. Quando o

braço esta mais afastado da linha média é necessário

maior produção de força muscular.

Complementarmente pretendia-se verificar se

o esforço que o aparelho exige dos músculos

envolvidos é condizente com as características

musculares de produção de força. A capacidade de

produzir força isométrica dos flexores horizontais

está em uma amplitude de 90 e 110º de flexão

horizontal [15]. Conforme os resultados da Figura 5 o

aparelho analisado potencializa a característica

intrínseca da musculatura e, parece atender as

indicações da necessidade de reforça muscular para

atletas e praticantes de esportes de lançamento antes

que os mesmo apresentem lesão [16].

Assim como a força, a distância perpendicular

é um importante componente do torque muscular. O

aparelho voador exige que nos primeiros ângulos de

movimento os flexores horizontais sejam submetidos

a um esforço onde a contribuição da distancia

perpendicular é relativamente menor (Fig. 4). No

entanto, esse aparelho parece ser uma boa opção para

reforço muscular, pois exige dos músculos

envolvidos um esforço dentro das capacidades

fisiológicas de produção de força. No início do

movimento os músculos estão mais alongados,

portanto, mais capazes de produzir força [13,14].

Em um estudo eletromiográfico foram

analisados [16] os músculos da região do ombro

separadamente em diferentes planos de movimento.

Os resultados mostram que o deltóide anterior, no

plano horizontal, atinge maiores níveis de ativação

elétrica que o peitoral maior nas angulações de 0, 30,

60 e 90º, tanto para cargas máximas quanto para sub-

máximas. Esses resultados corroboram os

encontrados por [17] que encontrou maior atividade

elétrica do deltóide anterior em relação ao peitoral

maior em atividades de lançamento (plano

horizontal) quando o braço está antes da metade do

movimento completo de flexão horizontal. Assim,

além de fazer parte das rotinas de treinamento para o

peitoral, o exercício voador, também, poderia ser

prescrito como um exercício para reforço do

deltóide anterior.

A prescrição do exercício voador para o

reforço do peitoral maior é enaltecida pelos

resultados de estudos eletromiográficos [10,11].

Onde ambos os estudos avaliaram

eletromiograficamente os flexores horizontais

durante a realização de um exercício de musculação,

no plano horizontal, e concluíram que o peitoral

maior é ativado quando comparado ao deltóide

anterior.

Exercícios para reabilitação da região do

ombro devem ser de fácil execução, onde o

indivíduo deve estar confortável [18], e deve ser

possível identificar o ângulo de maior sobrecarga

muscular [19]. O aparelho além de atender às

características intrínsecas da musculatura para

produzir força parece ser adequado para reabilitação

da região do ombro.

CONCLUSÃO

Os resultados sugerem que o aparelho voador

exige que os músculos flexores horizontais

produzam maior força no início do movimento onde

os músculos estão mais alongados e, portanto, mais

capazes de produzir força.

REFERÊNCIA

[1] Kraemer WL. Strength training basis. The Physician and Sportmedicine. 31(8). 2003.

[2] DeLorme TL. Restoration of muscle power by

heavy resistance exercise. J Bone Surg. 1945; 27:645-667.

[3] DeLorme TL, Watkins AL. Techniques of progressive resistance exercise. Arch. Phys. Med. 1948; 29: 263-273.

[4] Salvador EP, Cyrino ES, Gurjão ALD, Dias

RMR, Nakamura FY, Oliveira AR. Comparação entre o desempenho motor de homens e mulheres em séries múltiplas de exercícios com pesos. Rev Bras Med Esporte. 2005; 11(5): 257-261.

[5] American College of Sports Medicine. Kraemer

WJ, Position Stand: Progression models in resistance training for healthy adults. Med Sci Sports Exerc. 2002; 34: 364-80.

[6] McMullen J, Uhl TL. A Kinetic Chain Approach

for Shoulder Rehabilitation. Joumal of Athletic Training. 2000; 35(3):329-337.

[7] American College of Sports Medicine. Position

Stand on Progression Models in Resistance Training for Healthy Adults. Med. Sci. Sports Exerc. 2002; 34(2): 364-380.

[8] Rasch PJ. 7a edição: Cinesiologia a Anatomia

Aplicada. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1991.

[9] Kretzer HH, Richardson AB. Rupture of the

pectoralis major muscle. The American Journal of Sports Medicine. 1989; 17(4): 453-8.

[10] Silva SRS, Gonçalves M, Leme MAA. Supino

Plano com Halteres: Um Estudo Eletromiográfico Motriz. 2001; 7(1): 1-5.

[11] Glass SC, Armstrong T. Electromyographical

activity of the pectoralis muscle during incline and decline bench presses. Journal of Strength and Conditioning Research. 1997; 11(3): 163-167.

[12] Kuechle DK, Newman SR, Itoi E, Niebur GL,

Morrey BF, An K.The relevance of the moment arm of shoulder muscles with respect to axial rotation of the glenohumeral joint in four

positions. Clinical Biomechanics. 2000; 15:322-9.

[13] Rassier DE, MacIntosh BR, Herzog W. Length

dependence of active force production in skeletal muscle. J. Appl. Physiol. 1999; 86(5): 1445-1457.

[14] Herzog W, Schachar R, Leonard TR.

Characterization of the passive component of force enhancement following active stretching of skeletal muscle. The Journal of Experimental Biology. 2003; 3635-3643.

[15] Nijhof EJ, Gabriel DA. Maximum isometric

arm forces in the horizontal plane. Journal of Biomechanics. 2006. 39 (4): 708-716.

[16] Wilk Ke, Andrews JR, Arrigo CA, Keirns MA,

Erber DJ. The strength characteristics of internal and external rotator muscles in professional baseball pitchers. Am J Sports Med. 1993; 21(1): 61-6.

[17] Anders A, Bretschneider S. Bernsdorf A.

Schneider W. Activation characteristics of shoulder muscles during maximal and submaximal efforts. Eur J Appl Physiol. 2005; 93: 540-546.

[18] Illye´s A, Kiss R. Shoulder muscle activity

during pushing, pulling, elevation and overhead throw. Journal of Electromyography and Kinesiology. 2005; 15: 282–289.

[19] McMullen J, Timothy L. A Kinetic Chain

Approach for Shoulder Rehabilitation. Joumal of Athletic Training. 2000; 35(3):329-337

[20] Grooten WJA, Tuttemans V, Larsson RJM.

Reliability of isokinetic supine bench press in healthy women using the Ariel Computerized exercise system. Scan J Med Sci Sport. 2002; 12: 218: 222.

email: