Relações Força-Velocidade e Potência

A força que um músculo produz depende da velocidade com que ele muda de comprimento: um músculo gera a maior força quando mantido isométrico ou em alongamento, e progressivamente menos força à medida que encurta mais rapidamente. Essa relação força-velocidade, juntamente com a relação comprimento-tensão, define o músculo como um sistema mecânico, e como a potência é a força multiplicada pela velocidade, a potência máxima ocorre em força e velocidade intermediárias.

Definition

A relação força-velocidade descreve como a força que um músculo pode gerar diminui hiperbolicamente à medida que sua velocidade de encurtamento aumenta (e excede a força isométrica durante o alongamento), enquanto a potência de saída, sendo o produto da força e da velocidade, é máxima em valores intermediários.

Scope

Este tópico aborda a relação força-velocidade e sua descrição clássica de Hill, a relação comprimento-tensão e a curva potência-velocidade resultante, incluindo como as diferenças nos tipos de fibra alteram essas relações. É um relato de referência e educacional sobre a mecânica muscular, não um guia para treinamento de força ou potência.

Core questions

• Como a velocidade de encurtamento altera a força que um músculo pode produzir?
• Por que a potência muscular é maior em uma força e velocidade intermediárias?
• Como a relação comprimento-tensão interage com a força e a velocidade?
• Como os tipos de fibra moldam as curvas força-velocidade e potência?

Key concepts

• Curva força-velocidade
• Equação de Hill
• Velocidade máxima de encurtamento
• Força isométrica
• Contração concêntrica e excêntrica (alongamento)
• Potência como força vezes velocidade
• Relação comprimento-tensão
• Efeitos do tipo de fibra na velocidade e potência

Key theories

Relação força-velocidade de Hill

A. V. Hill demonstrou, a partir de medições mecânicas e de calor, que a força produzida por um músculo em encurtamento diminui como uma função hiperbólica da velocidade de encurtamento, capturada pela equação de Hill, com força máxima em velocidade zero e força zero em velocidade máxima.

Relação comprimento-tensão

A força isométrica depende do comprimento do sarcômero através da sobreposição de filamentos finos e grossos, atingindo o pico na sobreposição ótima; essa dependência geométrica complementa a dependência da velocidade na definição da mecânica muscular.

Mechanisms

Quando um músculo encurta, menos pontes cruzadas estão ligadas e produzindo força a cada instante, porque as pontes cruzadas devem se desprender e se religar repetidamente, de modo que um encurtamento mais rápido deixa menos tempo para ligações geradoras de força e a força diminui; na velocidade máxima de encurtamento, a força atinge zero. Inversamente, quando um músculo é alongado contra uma carga (ação excêntrica), ele pode suportar mais do que sua força isométrica. As medições de calor e tensão de Hill estabeleceram a curva hiperbólica força-velocidade e sua equação governante, que o modelo de pontes cruzadas explicou mecanicamente mais tarde. Como a potência mecânica é o produto da força e da velocidade, e a força e a velocidade se compensam mutuamente, a potência atinge um pico em velocidades de encurtamento intermediárias e depois diminui. A velocidade máxima de encurtamento é determinada em grande parte pela isoforma de miosina, de modo que as fibras rápidas atingem velocidades e potências de pico mais altas do que as fibras lentas. A relação comprimento-tensão adiciona uma segunda dependência, uma vez que a força disponível em qualquer velocidade também depende da sobreposição dos filamentos naquele comprimento.

Clinical relevance

As relações força-velocidade e potência fornecem a estrutura mecânica para entender quanta força, velocidade e potência os músculos podem produzir e como estas mudam com a composição das fibras. Elas são apresentadas como fisiologia de referência e não são uma base para prescrição de treinamento individual, diagnóstico ou tratamento.

Evidence & guidelines

As relações baseiam-se na fisiologia primária clássica — o estudo de calor e mecânica de Hill de 1938 e os experimentos de comprimento-tensão de Gordon, Huxley e Julian (1966) — interpretados através do modelo de pontes cruzadas e estendidos por estudos de tipo de fibra. Trata-se de ciência básica mecanicista, e não de evidências clínicas regidas por diretrizes.

History

O estudo de A. V. Hill de 1938 sobre o calor do encurtamento e as constantes dinâmicas do músculo estabeleceu a relação força-velocidade hiperbólica e sua equação, baseando-se em seu trabalho anterior que lhe rendeu um Prêmio Nobel. A relação comprimento-tensão foi estabelecida em bases estruturais por Gordon, Huxley e Julian em 1966, e a teoria das pontes cruzadas de Hugh Huxley forneceu uma explicação molecular para o porquê da força depender da velocidade de encurtamento. Estudos posteriores ligaram a velocidade máxima e a potência de pico à isoforma de miosina e ao tipo de fibra.

Key figures

• Archibald Vivian Hill
• Andrew Huxley
• Fred Julian
• Stefano Schiaffino
• Carlo Reggiani

Seminal works

• hill-1938
• gordon-1966
• huxley-1969

Frequently asked questions

Por que um músculo produz menos força quando encurta rapidamente?

Um encurtamento mais rápido deixa menos tempo para as pontes cruzadas se ligarem e gerarem força, de modo que menos delas estão ligadas a cada instante e a força diminui. Na velocidade máxima de encurtamento, a força cai para zero.

Em que ponto um músculo produz a maior potência?

Como a potência é força vezes velocidade e as duas se compensam, a potência máxima ocorre em uma velocidade de encurtamento intermediária e uma força intermediária, não na força máxima ou na velocidade máxima.