Biomecânica da Ação Muscular

7/21/2019 Biomecnica da Ao Muscular

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Biomecnica da

Ao Muscular


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Ao Muscular

MSCULO

A ao muscular determina todos osmovimentos do corpo humano

O msculo o nico tecido do corpo humanocapaz de produzir fora, i.e.,

biomecanicamente, o msculo a nicaestrutura ativa do corpo


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Msculos do corpo(40% a 45% massa corporal)

Liso: involuntrio (paredes de vasos sangneose de rgos internos)

Cardaco: involuntrio, estriado (msculo docorao)

Esqueltico: voluntrio, estriado, ligam-se aoesqueleto (cerca de 215 pares)


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Tipos de msculos no corpo humano


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Macro-estruturas Musculares


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Macro-Estrutura Muscular


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Microstructure

of SkeletalMuscle


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Hugh E. Huxley


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Contrao Muscular1. Potencial de ao liberao de

Ach;

2. Ach aumenta a permeabilidadeliberao de sdio e potssiogerando um potencial de ao;

3. A membrana despolarizada(sarcolema), gerando um potencial

de ao no sarcoplasma;4. Os tbulos transversos liberam

Ca+2 no sarcoplasma;5. Ca+2 se liga a troponina, a

tropomiosina movida permitindoa ligao actina-miosina;

6. ATP quebrado liberando energiapara o movimento da cabea daactina;

7. Ocorre o deslizamento dosfilamentos;


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A fora gerada durante acontrao muscular dependede quais fatores?


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A fora depende do nmero

de pontes de actina-miosina


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Logo, o principal fator queinfluencia a capacidade de um

msculo gerar fora aquantidade de pontes deactina e miosina efetivamente

ligadas


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Fatores Determinantesda Fora Muscular

A fora de uma fibramuscular depende donmero de sarcmeros;

A fora de um msculo

depende do nmero defibras musculares; Relao Fora x rea de

Seco Transversa do

Msculo; Fo ra N o rm a l iz ada :Fora dividida pela reade Seco Transversal;

1 60

1 0 0

4 0

a

M

u

u

a

1 8

14

rea de Seco Transve rsa (cm

2

)

1 0

F lexores de Cotove lo

H om e n s

Mu lhe r e s

7 00

4 5 0

2 0 0

a

M

u

u

a

1 00

0

80

rea de Seco Transve rsa

(cm

2

)

6 0

Ex tenso re s de Joe lho

H om e n s

Mu lhe r e s


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Frolich, Human Anatomy, Mechanics of Move

Fsica Muscular: Princpio I

rea de seco transversa proporcional fora muscular


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Penao: Efeito na Fora

Forces generated in series and parallel

Numero igual de sarcmeros em ambos os exemplos, masmais fora gerada no arranjo em paralelo


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Penao: Efeito na Distncia

e Velocidade de Contrao

Numero igual de sarcmero em ambos os exemplos, mas mais

velocidade e distncia de encurtamento ocorre no arranjo em srie

Forces generated in series and parallel


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Tipos de Arquitetura Muscular

Paralelo (longitudinalmente) organizadas Fibras organizadas em paralelo

Unipienado

Fibras organizadas em um nico ngulo

Multipenado

Fibras orientadas em vrios ngulos most muscles are mulitpinnate ngulos geralmente variam de 0 a 30 Arquitetura afeta a fora muscular, a fora e a velocidade


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PENAO: Efeito na SecoTransversa (PCSA)

A rea de fisiolgica transversa

(PCSA) = soma terica das reasde todas as fibas no msculo

Penao aumenta a PCSA


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Arquitetura da fibra


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Fibras oblquas (peniformes)

Formam um ngulo entre o eixolongitudinal do msculo;

Durante o encurtamento, rodamao redor de sua insero;

Seu arranjo promove fora(sarcomeros em paralelo);

Mais fibras por unidade de rea;

Ex.: tibial posterior, reto femoral,deltide.


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Penao: Efeito na Fora

Fibras em 30 (ngulo relativamente grande eraramente observado) perde aproximadamente13% da fora

ngulo de penao aumenta o nmero de fibrasque posem gerar tenso no tendo

Gerao de fora mxima proporcional a rea

de seo transversa (PCSA)

Force' Force = X

= 30Force' = X * cosForce' = X * 0.87


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Quanto > ngulo < F total,

independentemente da F dasfibras

Fibras Oblquas - < F efetivapara movimentar grandesamplitudes, mas como > #

fibras por unidade de volume,pode gerar mais Fora

Fibras a um ngulo de 30perdem 13 % da fora


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Efeito da contrao sobre a fora

Logo, no apenas o efeito dodeslizamento dos sarcmeros que

influencia a fora muscular, mastambm a fatores mecnicos queocorrem pela reorganizao(reorientao) do sarcmero emrelao linha de trao

M d ????


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Mas.. e da ????O comprimento muscular e a orientao das linhas de trao

variam ao longo da contrao e faz com que o msculono desenvolva tenso constante ao longo de toda aamplitude articular em que atua


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Logo, os testes de foramxima (1RM) iniciados em

uma determinada posiopodem no representar ummximo, mas um mnimo!


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Existem ainda outros fatores

Um dos fatores que influencia acapacidade de atuar ao redor deuma articulao a forma com queo torque exercido.


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6-20


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6-21

O pico de torque ocorre numa regio entre o pico


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O pico de torque ocorre numa regio entre o picode momento e o pico de tenso muscular. A maior parte da fora produzida relacionadaaos msculos, excluindo: Sleo, glteo mdio e retofemoral.

Diferentes contribuies nas diferentes aesmusculares. (Enoka)


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A velocidade de contrao muscular


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Diagrama dos componentes viscoelsticos dafibra muscular e tecido conjuntivo

circundante

F

Golgi

TCI

TCE

CES

CEP

FT

TC

FT

CC

FT: Fascculos do tendo CC: Componente contrtil

TCE: Tecido conjuntivo extra TCI: tecido conjuntivo intramuscular

CEP: Componente elstico paralelo TC:Tendo comum

CES: Componente elstico em srie


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Titina e outros...


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Logo, dependendo da velocidade decontrao muscular, os testes de fora

mxima (1RM) podem apresentarresultados mais baixos se executados

em elevada velocidade!

i d C l


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Tipos de Contrao Muscular

No rd i n F r anke l ( 1989 )

Trabalho Esttico Trabalho Dinmico

ContraoIsomtrica

ContraoConcntrica

ContraoExcntrica

ContraoIsocintica

Contrao

IsoinercialContraoIsotnica

C I i


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Contrao Isomtrica

Trabalho esttico domsculo;

Compr imen toCons tan te ;

O msculo no estenvolvido na produo de

movimento; O msculo desenvolvetenso necessria parasuportar a carga;

CARGA

FORA

Mov. de Enc.

Mov. de Ext.

C t C t i


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Contrao Concntrica

Trabalho dinmico domsculo;

O msculo desenvolvet enso su f ic ien te pa ra

ven cer a res is tnc ia

que o segmento impe;

O msculo encurta e gerao movimento.

CARGA

FORA

Mov. de Enc.

Mov. de Ext.


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Contrao Excntrica


O m scu lo no

desenvo l ve tenso

su f ic ien te pa ra vencer

a ca rga ex te rna ;

O msculo aumenta seu

comprimento; Um dos propsitos o de

desacelerar o movimentode uma articulao.

CARGA

FORA

Mov. de Enc.

Mov. de Ext.

C t I i ti


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Contrao Isocintica


O movimento em uma

articulao possuiuma ve loc idadecons tan te

;

Conseqentemente a

velocidade deencurtamento ecomprimento domsculo constante.

CARGA

FORA

VelocidadeConstante

VelocidadeConstante

C t I i i l


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Contrao Isoinercial Trabalho dinmico do

msculo; Isoinercial (I so constante;Ine r t i a l

resistncia); Movimento com uma carga

constante e um momento(torque) submximo; Ocorre quando uma cargaconstante levantada;

Esse um dos maioresproblemas que se tem emmovimentos rpidos, onde acarga acelerada no inciodo movimento.

CARGACONSTANTE

FORA

Mov. de Enc.

Mov. de Ext.

C t I t i


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Contrao Isotnica Termo freqentemente

utilizado para definir acontrao muscular emque a

t en so m uscu la r

cons tan te ;

No -F i s i o l g i co :Como o momento defora varia de acordocom a amplitude de

movimento daarticulao, este tipo decontrao verificadoem movimentos da

articulao;

CARGA

FORACONSTANTE

Mov. de Enc.

Mov. de Ext.


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PESO LIVRE(RESISTNCIA CONSTANTE)

R

R


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MQUINA COM POLIADE RESISTNCIA VARIVEL

R R


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Comparao de torques na rosca Scott realizadacom peso livre e em uma mquina com polia de R.V.

Torques mximosem contraes

isomtricas

Mquina com polia deresistncia varivel

Peso livre


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Contraes excntricas-concntricas

Contraes concntricas precedidas de contraes excntricaspodem produzir aes mais vigorosas na fase final

(concntrica) do movimento;

Ciclo excntrico- concntricoCiclo alongamento-encurtamento

PliometriaTreinamento de Choque


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Mecanoreceptores

Fuso Muscular e Orgo Tendinoso de Golgi.

Fuso Muscular: detecta o comprimento relativo domsculo (situam-se entre as fibras musculares).

OTG: detecta a tenso muscular (situam-se dentrodos tendes musculares e imediatamente adiante desuas inseres nas fibras musculares)


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Fuso Muscular


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rgo Tendinoso de Golgi


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Elementos

ElsticosOs msculos no so formados

apenas por tecido contrtil,mas por vrias camadas queformam os envoltriosmusculares (tecido conjuntivo)e outros tecidos de ligao,

que possuem caractersticaselsticas e podem absorver aarmazenar energia.


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Logo, ao permitir um pequenocontra-movimento ao realizarum esforo mximo, pode-seaumentar a capacidade de um

msculo em gerar tenso e

produzir testes de 1RMmaiores

Potncia Muscular


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Potncia Muscular

Potncia fora e velocidade

Velocidade o produto dataxa de ativao das pontes

cruzadas

Fora o produto da reade seco transversa doselementos contrteis (i.e. onmero de pontes)

Potncia a fora evelocidade

Force-velocity

Power


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Independe do tipo de fibra


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Potncia Muscular

o produto da fora muscular e a velocidade deencurtamento.

Define a taxa de produo de torque em uma

articulao

Max. potncia ocorre: aprox. 1/3 max. velocidade, and

aprox. 1/3 max fora concntrica

Afetada pela fora muscular e velocidade demovimento


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Potncia? Quem trabalha isso?

... E como se quantifica potncia

muscular?

Vamos dar uma olhadinha nisso...

Fatores Determinantes dos ganhos


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Quais so os mecanismos responsveis peloaumento da fora motora?

Mecanismos neurais

Mecanismos morfolgicos

Mecanismos fisiolgicos

Fatores Determinantes dos ganhosda Fora Muscular

Fatores Determinantes


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Adaptaes Neurais Decorrentes do Treinamentode Fora;


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Adaptaes Neurais Aumento no recrutamento das UMs Diminuio da inibio neural do recrutamento de Ums Diminuio do recrutamento da musculatura

antagonista Aumento da coordenao intra e intermuscular


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Adaptaes nas fibras

Aumento do tamanho da fibra (ambos os tipos) Aumento via hipertrofia(1)

Aumento via hiperplasia (2) Ocorre mais nas fibras rpidas que nas lentas Pouca ou nenhuma mudana no tipo de fibra Testosterona explica apenas parte das grandes

mudanas na massa muscular em homens


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Hipertrofia


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Problemas

H que manter-se o domnio nuclear (quantidade desarcoplasma por ncleo). A hipertrofia

sarcoplasmtica desequilibra essa proporo

O volume de outras estruturas, que no sejam oretculo sarcoplasmtico, mitocndrias e miofibrilas, muito pequeno e no explica os ganhos musculares

Mecanismos de Hipertrofia


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O volume da clula muscular ocupado por 3 estruturas quecompetem entre si

Miofibrilas (contam por at 90% do volume total)

Retculo Sarcoplasmtico Mitocndiras

Fibras de contrao rpida tm uma maior quantidade demiosina de cadeia pesadaElas tambm tm uma maior concentrao de retculosarcoplasmtico

Volume muscular


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H fortes indcios que esse modelo no correto.

O domnio mionuclear mantido de maneirargida na clula muscular

O msculo no capaz de aumentar a quantidade

de sarcoplasma sem aumentar a quantidade demiofibrila

Hipertrofia


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A maior parte dos estudos demonstrouhipertrofia de fibras tipo II

Alguns estudos no conseguiram demonstrar

hipertrofia. Esses estudos foram executados emum espao de tempo muito curto e envolviamapenas aes concntricas

A hiperplasia s foi demonstrada em modelosanimais

McCall et al., 1996

Hipertrofia ou Hiperplasia ?



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Houve hipertrofia tanto de fibras tipo I (10%)quanto de tipo II (17,1%)

Houve aumento na rea de seco transversado bceps e do trceps (16,5%)

Houve aumento na densidade de capilares porrea de fibra muscular

Houve aumento no espao inter-fibras

O presente estudo no encontrou evidncias dehiperplasia

McCall et al., 1996

p p p



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Culturistas possuem o mesmo nmero de fibrasmusculares do que pessoas no treinadas

Culturistas e no treinados possuem a mesma proporode colgeno e tecido no contrtil.

Isso indica que em termos absolutos culturistas possuemmaior quantidade de tecido contrtil

MacDougall et al., 1984


Domnio Nuclear e Hipertrofia


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Cada ncleo responsvel por um determinado volume desarcoplasma.

Essa proporo mantida constante mesmo com a

hipertrofia

Ento, para haver hipertrofia necessrio primeiroadicionar ncleo clula muscular

O ncleo ir aumentar a sntese das protenas contrteis

Deschenes & Kraemer, 2002




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Para que hajahipertrofia, as clulas

satlites precisamadicionar ncleo sclulas musculares

para que haja um

aumento da snteseprotica .


Hawke, 2005

Mecanismo de Hipertrofia


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A modulao da sntese proteca fortemente controlada

por alguns fatores de crescimento tecidual, expressoslocalmente. IGF-1 estimula a proliferao e diferenciaode clulas satlites.

Yang et al. identificou 2 isoformas de IGF-1 que soreguladas exclusivamente pela sobrecarga mecnica.

Estas isoformas parecem induzir hipertrofia miofibrilar

pela proliferao das clulas satlites.

O alongamento produziu um aumento na produo deIGF-1 mRNA Bamman et al. (2001)

Mecanismo de Hipertrofia

E i i i d l l


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Exercicio que induz leso muscular eDOMS

Diminuem a performance Causesam danos na ultraestrutura Iniciam reaes inflamatrias Causam Dores musculares tardias (DOMS)

Exerccios sem familiarizao induzem a uma

sequencia de eventos:


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Leso Muscular/Reparo

Leso ocorre durante o movimentos dealongamento (excentrico)

Danos ocorrem comumente no sarcolema,discos Z, Tbulos T, miofibrilas ecitoesqueleto

A leso inicial dada seguida por umaresposta inflamatria

Produz emema Afeta mais as fibras rpidas que as lentas Reparo inicia ~3 dias pos-exercicio


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Leso induzida por Exercicio

Extenso da leso mais relacionada ao comprimento que

a fora ou velocidade

Fibras mais fracas tornamse mais alongadas e lesionam(Morgan, 1990)


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Z-line streaming


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Muscle Fiber

Damage

Sarcolemma damage

Clulas Satlite


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Clulas que ficam entre a lamina basal e a membranada clula muscular;

GH age em populaes especficas de clulas satlites.IL-15 e IGF-1 estimulam a proliferao, diferenciao efuso das clulas satlites

Foi sugerido que esterides possuem efeitos regulatriosnas clulas satlites.

Treino de fora estimula os motoneurnios a liberaremfatores que induzem proliferao de clulas satlites.H uma concentrao muito grande de clulas satlites

sob a placa motora

Clulas Satlites


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O dano muscular,proveniente de aesexcntricas produz um

processo inflamatrio que

ativa as clulas satlites

A ativao, proliferao ediferenciao dessas clulaslevam hipertrofiamiofibrilar

Clulas Satlites


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Reparo Muscular

A infiltrao de macrofagos necessria paraque haja a ativao de clulas satlites

As clulas satlites localizadas entre amembrana e a membrana plasmtica sorecrutadas em resposta ao sinal de leso nolocal

Differenciam-se em mioblastos, que se fundemem miotubos


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ReparoMuscular


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Immediately after crush

injury

2 days

5 days

No 2 d, fibras lesionadas possuemnecrose que digerida pormacrfagos.

No 5 d, muitos miotubos so visveis.

No 10 d, miotubos s transformadosem fibras e muitos j se encontramligados as paredes das fibras laterais


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Formas de Ativao de Clulas


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Dano muscular

Estresse mecnico (alongamento muscular)

Hipxia

o as de vao de C u asSatlites

Hipertrofia Tipo de ao muscular


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O treino concntricono alterou a secotransversa dos

flexores do cotovelo

O treino excntricoproduziu hipertrofia

muscular

Vikne et al., 2006

p p

Velocidade da Fase Excntrica e


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O exerccioexcntrico veloz

produziu maiores

ganhos de torque doque o exerccioexcntrico lento

Farthing & Chilibeck, 2003

Hipertrofia



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O exerccioexcntrico veloz

produziu uma maior

hipertrofia naspores proximal,mdia e distal do

bceps braquial

Farthing & Chilibeck, 2003

Hipertrofia



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O treino excntricoveloz produziu

sempre maiorestorques do que otreino excntrico lento

Shepstone et al., 2005

Hipertrofia



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O treino excntricorpido produziu maior

hipertrofia nas fibras decontrao rpida Qual a explicao

para tal fato?

Shepstone et al., 2005

Hipertrofia



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O treino excntrico produziuuma maiorquantidade de leso nasfibras de contrao rpida

Durante contraesexcntricas h uma reverso

do princpio do tamanho.

Fato que produz maiorhipertrofia nas fibras de

contrao rpida

Hipertrofia

A t d d


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Aumento do nmero defilamentos de actina e

miosina como resultado dotreinamento de fora

Aumento da obliquidadedos filamentos devido aocrescimento das miofibrilas.

A obliquidade da traoexercida sobre a Banda Z

faz com que esta se rompa.

Duas novas miofibrilasso formadas.

Ocluso e Hipertrofia


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A ocluso do fluxosanguneo parece ser umfator importante para osganhos de fora

muscular

Ela estimularia ahipxia, fadiga local,

produzindo maioresganhos em fora.

p

Takarada, 2000



115/149

A ocluso permitiu umamaior ativao muscular,

mesmo com cargas maisbaixas

p

Takarada 2000



116/149

Os ganhos de fora,

em vriasvelocidades, foramiguais com ocluso

p

Takarada, 2000

Contrao Excntrica


117/149

A acentuao dasobrecarga excntrica

produziu maioresganhos no supino que

uma sobrecargaregular

Doan et al., 2002

Exerccio Excntrico


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A diminuio da quantidade de lesoproveniente do exerccio excntrico parece

estar vinculada adio de mais sarcmerosem srie s fibras musculares, ou aalteraes no citoesqueleto da fibra muscular

Morgan & Proske, 2004



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da Fora Muscular

N m e ro d e U MRec ru tadas :

Determina o nmero depontes-cruzadas ligadas;

A quantidade de fora proporcional ao nmero dePontes-Cruzadas formadas(Hux l e y ) ;

F reqnc ia de D i spa ros :Determina quo rpido o

recrutamento ocorre;Princpio do Tamanho(Hennem an , 1957 ) ;

Unidade Motora


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Na coordenao da contrao

de todas as fibras feita atravsde um subdiviso em unidadesfuncionais - as unidadesmotoras;

A unidade motora consiste deum nervo motor, com seu corponervoso e ncleo localizado namatria cinza da medulaespinhal e forma um longo

axnio at os msculos, onde seramifica e inerva muitas fibras.

Princpio do tamanho das


121/149

Princpio do tamanho das

Fibras Musculares as fibras musculares so

recrutadas numa ordem

crescente de tamanho,por que fibras maioresapresentam maior limiarde excitao.

Recrutamento das UM


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Tipo ITipo IIb

Tipo IIa

Tipo IIa

(KOMI, 1992

As fibras musculares sorecrutadas numa ordemcrescente de tamanho, porque asfibras maiores apresentammaiores limiares de excitao;

R t t d UM


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Recrutamento das UM


124/149



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da o a uscu a

As adap taes neu ra i s po ssuem

um im po rt an te pape l n a

de te rm inao da fo r a

muscu l a r ;

Staro n e t a l . (19 94 ) : aumentos de100-200% na fora, mas semalteraes na rea de secotransversa do vasto lateral;

Van denb orne e t a l . (199 8) :diminuio de 25% na rea de seco

transversa do trceps sural e de 50%na fora em funo de uma fratura (8semanas de imobilizao);

Con t r aes Im ag inadas



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Adaptaes Neurais

Decorrentesdo Treinamento de Fora;



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Espec i f ic idade do Tre inam ento :

estmulos especficosinduzem adaptaes especficas; Espec i f ic idade d o Tes te; deve ser o mais especficopossvel; R uther fo rd Jones (198 7) :12 semanas de treinamento;

Excnt r i co : aumento de 11% fora isomtrica mxima;I somt r i co : aumento de 35% fora isomtrica mxima; Ho r tobgy i e t a l . (199 7) : P i co de Fo ra no Joe lho (2 ,36 rad ) : igual para Isometria,

Concntrico e Excntrico; P i co de Fo ra Excn t r i co : Excntrico (116%), Isomtrico

(48%) e Concntrico (29%); Dav ies e t a l . (198 5) :Concn t r i co : aumento 33% Conc. e 11% na Estim. Eltrica;Es t im.E l t r i ca : 0% na Est. Eltrica e reduo de 11% no

Conc.;



129/149


130/149

FatoresNeurais

Hiper-

trofia

FORA

Treinamento

100 Treinamentoa curto prazo Treinamento a longo prazo


131/149

Treinamento (semanas)4 8 16

0

50

Fatores

Neurais

Hipertrofia

% decontribuiopara da

fora

mxima

12 24

Componentes Neuraisda Fora


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da Fora

No

de UM recrutadas Freqncia de ativao das UM Sincronizao do recrutamento das UM

Padro de recrutamento das UM Mecanismos de Desinibio Coordenao dos grupamentos

musculares antagonistas e sinergistas Efeito de cross-training

TREINAMENTO DA FORA


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Adaptaes Neurais

AtivaoApropriada dos

Sinergistas

da Ativao

dos Agonista

da Ativao

dos Antagonistas

da Fora e/ou Taxa de Desenvolvimento da Fora

do Desempenho da Fora

KOMI, P.V. (2003). Strength and Power inSports.

DEFICIT BILATERAL TREINAMENTOBILATERAL PARA REDUO DO DEFICIT .


134/149

Komi PV (2003) Strentgh and Power in Sports

Coativao dos


135/149

Antagonistas

Manuteno da estabilidade articular Coordenao do movimento Prevalncia nas aes em alta velocidade

(treinamento balstico) Promove estabilizao, preciso e mecanismo

de desacelerao.

Mecanismo de proteo (inibio doagonista/coativao do antagonista)


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ESPECIFICIDADE

DETREINAMENTO

60

50Fora Isomtrica*


137/149

ngulo do cotovelo (graus)

0

10

20

30

40

50

25 graus80 graus

120 graus

25 50 80 100 120

** *

*

*

*

* *

*

*

Fleck &Kreamer (1997).


138/149

Transferncia do


139/149

Agachamento Leg Press Extensora

% dafora

010203040

60

50

7080

Transferncia doagachamento para outros

exerccios

Sale e col.(1988) MedSci Sports Ex.20Suppl:S135-145


140/149

Sujeitos - 10 H - 27 2.4 anos

Experincia de 1 ano.

10 RM p/ cada pegada - IMG isomtrica Mxima

3 RPS - Carga de 10 RM. 2 Conc./2 Exc.


141/149

CG SG

WGAWGP

Grande Dorsal Peitoral


142/149

Maior

WGP

* *


143/149


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145/149

Vantagem

mecnica e

gerao de fora

MOMENTO DE FORA OUTORQUE - Tendncia ao


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M = F X D.

TORQUE Tendncia ao

movimento angular.

Twitch alterado pelo comprimento musc.Alterao de 10 e 35 % na freq. para manutenode fora em musc encurtado e alongadorespectivamente.


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p

O pico de torque ocorre numa regio entre o picode momento e o pico de tenso muscular. A maior parte da fora produzida relacionadaaos msculos, excluindo: Sleo, glteo mdio e reto


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femoral.Diferentes contribuies nas diferentes aesmusculares. (Enoka)


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Biomecânica da Ação Muscular