A cadência de pedalada é um importante componente na produção de potência, sendo responsável pelas mudanças na velocidade de encurtamento muscular, a qual influencia diretamente o desempenho no ciclismo. Ainda não está claro se a redução na ativação muscular e o menor torque no pedivela estão associados com a redução na contribuição dos tecidos ativos e/ou passivos em diferentes velocidades de pedalada. O objetivo da presente dissertação foi investigar o efeito de diferentes cadências de pedalada (70 e 90 rpm) sobre a arquitetura muscular do vasto lateral (VL) e comprimento da unidade músculo-tendão (UMT). Além de dados adicionais, da unidade músculo-tendão, força e a atividade elétrica dos músculos vasto medial, reto femoral e bíceps femoral, do torque muscular, força, ângulo do joelho, assim como a força resultante no pedal durante a pedalada. A amostra foi composta por 19 atletas (11 ciclistas e 8 triatletas) experientes em ciclismo. As características dos atletas avaliados foram (média±DP): 29 ± 7,4 anos de idade, 72 ± 8,3 kg de massa corporal, 178 ± 8,9 cm de altura, 382 ± 62 km por semana de treinamento de ciclismo, POMAX = 381 ± 37 W da potência máxima aeróbica e 62 ± 6 ml/kg/min de consumo máximo de oxigênio. Os atletas realizaram um teste preliminar para determinação da potência máxima aeróbica durante carga máxima de trabalho, enquanto no segundo teste eles pedalaram na potência referente ao segundo limiar ventilatório (POLV2 = 324±37 W) a 90 e 70 rpm em ordem randomizada por sorteio. A força aplicada no pedal direito, a ativação muscular do membro inferior, a cinemática da articulação do joelho e a arquitetura muscular foram coletadas durante os últimos 20 segundos de cada teste. Esses dados foram utilizados em um modelo biomecânico para verificação da variação do comprimento da unidade músculo-tendão nas respectivas cadências. Comparações estatísticas foram realizadas utilizando testes t de Student entre as duas cadências (70 e 90 rpm) para todas as variáveis do estudo, assumindo uma diferença significativa quando p≤0,05. Para o teste utilizamos o software SPSS 17.0 para Windows. Foi observada uma diminuição significativa no torque extensor do joelho (70 rpm = 108±13% vs. 90 rpm = 97±13%; p<0,01), na força resultante no pedal (70 rpm = 107±11% vs. 90 rpm = 94±7%; p<0,01) e na força do quadríceps (70 rpm = 107±17% vs. 90 rpm = 98±13%; p<0,01) na cadência de 90 rpm comparado a cadência de 70 rpm. Foram observadas ainda similaridade para o ângulo do joelho entre as cadências (100±20% em 70 rpm vs. 99±6% em 90 rpm; p=0,92), e similaridade na espessura do músculo vasto lateral (70 rpm = 101±5%, 90 rpm = 99±6%; p=0,14), enquanto o comprimento do fascículo (70 rpm = 74±33%, 90 rpm = 86±35%; p=0,01) aumentou e o ângulo de penação diminuiu da cadência de 70 para a de 90 rpm (70 rpm = 115±45%, 90 rpm = 96±34%; p<0,01). O comprimento da UMT do quadríceps (70 rpm = 99±2%, 90 rpm = 100±2%; p≤0,05) e o comprimento da UMT do vasto lateral (70 rpm = 98±4%, 90 rpm = 100±4%; p=0,02) apresentaram um aumento na cadência de 70 para a cadência de 90 rpm. Para os músculos reto femoral (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0,08) e bíceps femoral (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0,16) não houveram diferenças significativas para o comprimento da UMT. A ativação muscular do vasto medial em 90 rpm apresentou um diminuição comparada à cadência de 70 rpm (70 rpm = 114±34% vs. 90 rpm = 83±19%; p≤0,05), enquanto a ativação dos músculos bíceps femoral e reto femoral não apresentaram diferença significativa entre as cadências. Em conclusão, a mudança na cadência de pedalada de 70 para 90 rpm em carga constante de trabalho reduz a produção de força dos extensores do joelho à 90 rpm, provavelmente decorrente de uma menor ativação do vasto medial e de um trabalho do fascículo em um maior comprimento e em um menor ângulo de penação do vasto lateral nessa cadência mais elevada. / Cycling cadence is an important component in power production, where changes muscle shortening velocity can affect cycling performance. It is not yet clear if the reduction in muscle activation and the lower crank torque are associated with decreases in contribution from active and/or passive tissues in different cycling cadences. The propose of this master thesis was to investigated the influence of two cycling cadences (70 and 90 rpm) on muscle architecture of the vastus lateralis and muscle-tendon unit length. As well, addictional data was analyzed as muscle-tendon unit, force, and the muscle activation of vastus medialis, rectus femoris and biceps femoris, muscular torque, force, knee angle and resultant force during pedaling. Nineteen athletes (11 cyclists and 8 triathletes) experienced in cycling have taken part in this study. The characteristics of cyclists/triathletes were(mean ±SD): 29 ±7.4 years of age, 72 ±8.3 kg of body mass, 178 ±8.9 cm of height, 382 ±62 km per week of cycling training, 381 ±37 W of maximal aerobic power output, and 62 ±6 ml/kg/min of maximal oxygen uptake. The athletes performed an incremental cycling test to determinate their maximal workload. In a second they pedalled in their maximal workload and at the workload of their second ventilatory threshold (POVT2 = 324±37 W) at 90 and 70 rpm in random order. The force applied to the right pedal, lower limb muscles’ activation, lower limb kinematics and the ultrasound images from vastus lateralis were collected during the last 20 seconds of each test. This data was used in a biomechanical model to assess the influence of muscle-tendon unit in the two cadences. Student t tests were used to compare effects from pedalling cadences (70 and 90 rpm) in this study, assuming a significant difference when p≤0.05 using a statistical package (SPSS 17.0 for windows). A significant decrease in knee extensor torque (70 rpm = 108±13% vs. 90 rpm = 97±13%; p<0.01), in crank torque (70 rpm = 107±11% vs. 90 rpm = 94±7%; p<0.01) and in quadriceps force (70 rpm = 107±17% vs. 90 rpm = 98±13%; p<0.01) were found at 90 rpm compared to 70 rpm. No differences were found for the knee angle between cadences (100±20% at 70 rpm vs. 99±6% at 90 rpm; p=0.92). Muscle thickness was not significantly different between cadences (70 rpm = 101±5%, 90 rpm = 99±6%; p=0.14), however the fascicle length significantly increased (70 rpm = 74±33%, 90 rpm = 86±35%; p=0.01) and pennation angle decreased (70 rpm = 115±45%, 90 rpm = 96±34%; p<0.01) from 70 rpm to 90 rpm. Muscle-tendon unit length of quadriceps showed a significant increase (70 rpm = 99±2%, 90 rpm = 100±2%; p≤0.05) followed by a significant increase in muscle-tendon unit length of vastus lateralis (70 rpm = 98±4%, 90 rpm = 100±4%; p=0.02) from 70 rpm to 90 rpm. Rectus femoris (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0.08) and biceps femoris (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0.16) did not differ between the two cadences. Muscle activation of vastus medialis at 90 rpm showed a decrease compare to70 rpm (70 rpm = 114±34% vs. 90 rpm = 83±19%; p≤0.05), whistle biceps femoris and rectus femoris muscle did not differ between the two cadences. In conclusion, changes in cycling cadence from 70 rpm to 90 rpm at constant workload reduced force production at 90 rpm, resulting in a lower activation of the vastus medialis while fascicles worked at longer lengths and at smaller pennation angles.

A cadência de pedalada é um importante componente na produção de potência, sendo responsável pelas mudanças na velocidade de encurtamento muscular, a qual influencia diretamente o desempenho no ciclismo. Ainda não está claro se a redução na ativação muscular e o menor torque no pedivela estão associados com a redução na contribuição dos tecidos ativos e/ou passivos em diferentes velocidades de pedalada. O objetivo da presente dissertação foi investigar o efeito de diferentes cadências de pedalada (70 e 90 rpm) sobre a arquitetura muscular do vasto lateral (VL) e comprimento da unidade músculo-tendão (UMT). Além de dados adicionais, da unidade músculo-tendão, força e a atividade elétrica dos músculos vasto medial, reto femoral e bíceps femoral, do torque muscular, força, ângulo do joelho, assim como a força resultante no pedal durante a pedalada. A amostra foi composta por 19 atletas (11 ciclistas e 8 triatletas) experientes em ciclismo. As características dos atletas avaliados foram (média±DP): 29 ± 7,4 anos de idade, 72 ± 8,3 kg de massa corporal, 178 ± 8,9 cm de altura, 382 ± 62 km por semana de treinamento de ciclismo, POMAX = 381 ± 37 W da potência máxima aeróbica e 62 ± 6 ml/kg/min de consumo máximo de oxigênio. Os atletas realizaram um teste preliminar para determinação da potência máxima aeróbica durante carga máxima de trabalho, enquanto no segundo teste eles pedalaram na potência referente ao segundo limiar ventilatório (POLV2 = 324±37 W) a 90 e 70 rpm em ordem randomizada por sorteio. A força aplicada no pedal direito, a ativação muscular do membro inferior, a cinemática da articulação do joelho e a arquitetura muscular foram coletadas durante os últimos 20 segundos de cada teste. Esses dados foram utilizados em um modelo biomecânico para verificação da variação do comprimento da unidade músculo-tendão nas respectivas cadências. Comparações estatísticas foram realizadas utilizando testes t de Student entre as duas cadências (70 e 90 rpm) para todas as variáveis do estudo, assumindo uma diferença significativa quando p≤0,05. Para o teste utilizamos o software SPSS 17.0 para Windows. Foi observada uma diminuição significativa no torque extensor do joelho (70 rpm = 108±13% vs. 90 rpm = 97±13%; p<0,01), na força resultante no pedal (70 rpm = 107±11% vs. 90 rpm = 94±7%; p<0,01) e na força do quadríceps (70 rpm = 107±17% vs. 90 rpm = 98±13%; p<0,01) na cadência de 90 rpm comparado a cadência de 70 rpm. Foram observadas ainda similaridade para o ângulo do joelho entre as cadências (100±20% em 70 rpm vs. 99±6% em 90 rpm; p=0,92), e similaridade na espessura do músculo vasto lateral (70 rpm = 101±5%, 90 rpm = 99±6%; p=0,14), enquanto o comprimento do fascículo (70 rpm = 74±33%, 90 rpm = 86±35%; p=0,01) aumentou e o ângulo de penação diminuiu da cadência de 70 para a de 90 rpm (70 rpm = 115±45%, 90 rpm = 96±34%; p<0,01). O comprimento da UMT do quadríceps (70 rpm = 99±2%, 90 rpm = 100±2%; p≤0,05) e o comprimento da UMT do vasto lateral (70 rpm = 98±4%, 90 rpm = 100±4%; p=0,02) apresentaram um aumento na cadência de 70 para a cadência de 90 rpm. Para os músculos reto femoral (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0,08) e bíceps femoral (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0,16) não houveram diferenças significativas para o comprimento da UMT. A ativação muscular do vasto medial em 90 rpm apresentou um diminuição comparada à cadência de 70 rpm (70 rpm = 114±34% vs. 90 rpm = 83±19%; p≤0,05), enquanto a ativação dos músculos bíceps femoral e reto femoral não apresentaram diferença significativa entre as cadências. Em conclusão, a mudança na cadência de pedalada de 70 para 90 rpm em carga constante de trabalho reduz a produção de força dos extensores do joelho à 90 rpm, provavelmente decorrente de uma menor ativação do vasto medial e de um trabalho do fascículo em um maior comprimento e em um menor ângulo de penação do vasto lateral nessa cadência mais elevada. / Cycling cadence is an important component in power production, where changes muscle shortening velocity can affect cycling performance. It is not yet clear if the reduction in muscle activation and the lower crank torque are associated with decreases in contribution from active and/or passive tissues in different cycling cadences. The propose of this master thesis was to investigated the influence of two cycling cadences (70 and 90 rpm) on muscle architecture of the vastus lateralis and muscle-tendon unit length. As well, addictional data was analyzed as muscle-tendon unit, force, and the muscle activation of vastus medialis, rectus femoris and biceps femoris, muscular torque, force, knee angle and resultant force during pedaling. Nineteen athletes (11 cyclists and 8 triathletes) experienced in cycling have taken part in this study. The characteristics of cyclists/triathletes were(mean ±SD): 29 ±7.4 years of age, 72 ±8.3 kg of body mass, 178 ±8.9 cm of height, 382 ±62 km per week of cycling training, 381 ±37 W of maximal aerobic power output, and 62 ±6 ml/kg/min of maximal oxygen uptake. The athletes performed an incremental cycling test to determinate their maximal workload. In a second they pedalled in their maximal workload and at the workload of their second ventilatory threshold (POVT2 = 324±37 W) at 90 and 70 rpm in random order. The force applied to the right pedal, lower limb muscles’ activation, lower limb kinematics and the ultrasound images from vastus lateralis were collected during the last 20 seconds of each test. This data was used in a biomechanical model to assess the influence of muscle-tendon unit in the two cadences. Student t tests were used to compare effects from pedalling cadences (70 and 90 rpm) in this study, assuming a significant difference when p≤0.05 using a statistical package (SPSS 17.0 for windows). A significant decrease in knee extensor torque (70 rpm = 108±13% vs. 90 rpm = 97±13%; p<0.01), in crank torque (70 rpm = 107±11% vs. 90 rpm = 94±7%; p<0.01) and in quadriceps force (70 rpm = 107±17% vs. 90 rpm = 98±13%; p<0.01) were found at 90 rpm compared to 70 rpm. No differences were found for the knee angle between cadences (100±20% at 70 rpm vs. 99±6% at 90 rpm; p=0.92). Muscle thickness was not significantly different between cadences (70 rpm = 101±5%, 90 rpm = 99±6%; p=0.14), however the fascicle length significantly increased (70 rpm = 74±33%, 90 rpm = 86±35%; p=0.01) and pennation angle decreased (70 rpm = 115±45%, 90 rpm = 96±34%; p<0.01) from 70 rpm to 90 rpm. Muscle-tendon unit length of quadriceps showed a significant increase (70 rpm = 99±2%, 90 rpm = 100±2%; p≤0.05) followed by a significant increase in muscle-tendon unit length of vastus lateralis (70 rpm = 98±4%, 90 rpm = 100±4%; p=0.02) from 70 rpm to 90 rpm. Rectus femoris (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0.08) and biceps femoris (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0.16) did not differ between the two cadences. Muscle activation of vastus medialis at 90 rpm showed a decrease compare to70 rpm (70 rpm = 114±34% vs. 90 rpm = 83±19%; p≤0.05), whistle biceps femoris and rectus femoris muscle did not differ between the two cadences. In conclusion, changes in cycling cadence from 70 rpm to 90 rpm at constant workload reduced force production at 90 rpm, resulting in a lower activation of the vastus medialis while fascicles worked at longer lengths and at smaller pennation angles.

Introdução. O músculo esquelético se adapta a diferentes estímulos externos. Estas adaptações podem ser intrínsecas, bem como neurais, alterando a capacidade de produção de força. Portanto, é de se esperar que diferentes modalidades esportivas (ciclismo e triathlon), possuam diferentes adaptações intrínsecas e neuromusculares durante o ciclo de pedalada. O objetivo deste estudo foi investigar possíveis mudanças causadas pelo treinamento do ciclismo e do triathlon na arquitetura muscular, unidade músculo tendão, ativação muscular e suas possíveis consequências na capacidade de produção de força no pedal durante o ciclo de pedalada. Ainda, que efeitos o nível da carga de trabalho causa nas estruturas neuromusculares e capacidade de produção de força no pedal. Artigo I. A arquitetura muscular de ciclistas e triatletas não parece ter sido determinada. O presente estudo compara a arquitetura muscular, unidade músculo tendão, ativação muscular e forças no pedal entre ciclistas, triatletas e não-atletas ao longo do ciclo da pedalada. Os sujeitos realizaram um teste incremental para determinar a potência máxima. Forças no pedal, ativação muscular, cinemática articular e arquitetura muscular foram registradas na potência máxima correspondente a primeira sessão na cadência de 90 rpm. O maior ângulo de penação e menor comprimento de fascículo foram encontrados em ciclistas e triatletas, comparados a não-atletas (p < 0,05). Triatletas apresentam maior ativação do reto femoral que ciclistas e não-atletas (p < 0,05); e ciclistas tem maior ativação, comparados a não-atletas (p < 0,05). Triatletas e nãoatletas apresentam maior ativação do sóleo que ciclistas (p < 0,05) nos primeiros 90° do ciclo de pedalada, enquanto ciclistas ativam mais o sóleo que triatletas e não-atletas (p < 0,05) dos 90° aos 180° do ciclo de pedalada. Triatletas aplicam maior força resultante no pedal comparados a não-atletas no segundo quadrante, enquanto que no quarto quadrante não-atletas apresentam maior força resultante no pedal que ciclistas e triatletas (p < 0,05). O índice de efetividade é maior em ciclistas e triatletas, comparados a não atletas (p < 0,05). Ciclitas e triatletas são semelhantes na arquitetura muscular e forças no pedal, mas apresentam menor comprimento de fascículo e maior ângulo de penação, além de melhor eficiência das forças aplicadas ao pedal em relação a nãoatletas. Artigo II. Os efeitos da carga de trabalho na arquitetura muscular de ciclistas e triatletas ainda necessitam de melhores esclarecimentos. O objetivo deste estudo foi comparar a arquitetura muscular, unidade musculo-tendão, ativação muscular e forças no pedal em ciclistas, triatletas e não-atletas em diferentes níveis de carga de trabalho durante a fase propulsiva do ciclo de pedalada. Os participantes realizaram teste incremental para determinar o nível da carga de trabalho (máxima potência e potências correspondentes ao primeiro e segundo limiares ventilatórios). Forças no pedal, ativação muscular, cinemática articular e arquitetura muscular foram registrados um dia após a determinação dos respectivos níveis de carga de trabalho. Maior ângulo de penação e menor do comprimento de fascículo foram encontrados em ciclistas e triatletas, comparados a não-atletas (p < 0,05). A arquitetura muscular e a unidade músculotendão não sofreram alterações com o nível da carga de trabalho (p > 0,05). Ciclistas tem menor ativação do músculo vasto medial, comparados a triatletas e maior ativação do músculo sóleo comparados a triatletas e não-atletas (p < 0,05). Os músculos vasto medial, reto femoral, bíceps femoral e sóleo são mais ativados da com o incremento do nível da carga de trabalho (p < 0,05), sem alterações nos músculos tibial anterior e gastrocnêmio medial (p > 0,05). A força resultante e o índice de efetividade não diferem entre os grupos (p > 0,05). O incremento do nível da carga de trabalho aumenta a força resultante (p < 0,05) sem alterações no índice de efetividade (p > 0,05). Ciclistas e triatletas tem arquitetura muscular similar, mas diferem de não-atletas. O incremento da carga de trabalho, provoca aumento a ativação muscular e a força resultante. / Introduction. Skeletal muscle adapts to different external stimuli, and this adaptation can lead to intrinsic and neural changes, altering the capacity of the force produced. Therefore it is expected that different sports (cycling and triathlon) have different intrinsic and neuromuscular adaptations during crank cycle. Therefore, the objective of this study is to investigate possible changes caused to sports training (cycling and triathlon) in muscle architecture, muscle-tendon unit, muscle activation and its consequences in capacity of pedal force production in crank cycle. Furthermore, it is aimed at determining the effects of different effort levels on the muscle structures neural activation and pedal force mentioned above. Article I. Muscle architecture of cyclists and triathletes during pedaling is unknown. Our study compared muscle architecture, muscle-tendon unit and activation, and pedal forces of cyclists, triathletes and non-athletes during a complete crank cycle. Participants performed an incremental test to determine maximal power output. Pedal forces, muscle activation, joint kinematics and muscle architecture were recorded at maximal power output and 90 rpm of cadence. Increased pennation angle and shorter fascicle length were found for cyclists and triathletes compared to non-athletes (p < 0.05). Higher activation of rectus femoris for triathletes than cyclists and non-athletes (p < 0.05); and for cyclists compared to non-athletes were observed (p < 0.05). Triathletes and non-athletes had higher activation of soleus than cyclists (p < 0.05). Cyclists had higher soleus activation than triathletes and non-athletes (p < 0.05). Triathletes applied greater resultant force on the pedal compared to non-athletes in second quarter while non-athletes presented higher resultant force than triathletes and cyclists in fourth quarter (p < 0.05). The index of effectiveness was higher for the athletes compared to non-athletes (p < 0.05). Cyclists and triathletes were similar in terms of muscle architecture and pedal forces but presented increased in pennation angle and shorter fascicle length for cyclists and triathletes compared to non-athletes and better efficiency of the forces applied to the pedal in relation to non-athletes. Article II. Effects of workload level in cyclists and triathletes’ muscle architecture during pedalling is unknown. Our goal was to compare muscle architecture, muscletendon unit and activation, and pedal forces of cyclists, triathletes and non-athletes at different workload levels during the propulsive phase of the crank cycle. Participants performed an incremental test to determine workload level (maximal power output and power output of the first and second ventilatory thresholds). Pedal forces, muscle activation, joint kinematics and muscle architecture were recorded at pre-set workload level. Increased pennation angle and shorter fascicle length were found for cyclists and triathletes compared to non-athletes (p < 0.05). Muscle architecture and muscle-tendon unit length were not affected by workload level (p > 0.05). Cyclists achieved lower activation of vastus medialis compared to triathletes, and higher activation of soleus compared to triathletes and non-athletes (p < 0.05). Vastus medialis, rectus femoris, biceps femoris and soleus activations were increased at higher workload level for all groups (p < 0.05) without changes for tibialis anterior and gastrocnemius medialis (p > 0,05). Resultant force and effectiveness index did not differ for between groups (p > 0. 05). Higher workload level increased resultant force (p < 0.05) without changes in index of effectiveness (p > 0.05). Cyclists and triathletes were similar for muscle architecture but differed to non-athletes. Higher workload level increased muscle activation and resultant force.

A cadência de pedalada é um importante componente na produção de potência, sendo responsável pelas mudanças na velocidade de encurtamento muscular, a qual influencia diretamente o desempenho no ciclismo. Ainda não está claro se a redução na ativação muscular e o menor torque no pedivela estão associados com a redução na contribuição dos tecidos ativos e/ou passivos em diferentes velocidades de pedalada. O objetivo da presente dissertação foi investigar o efeito de diferentes cadências de pedalada (70 e 90 rpm) sobre a arquitetura muscular do vasto lateral (VL) e comprimento da unidade músculo-tendão (UMT). Além de dados adicionais, da unidade músculo-tendão, força e a atividade elétrica dos músculos vasto medial, reto femoral e bíceps femoral, do torque muscular, força, ângulo do joelho, assim como a força resultante no pedal durante a pedalada. A amostra foi composta por 19 atletas (11 ciclistas e 8 triatletas) experientes em ciclismo. As características dos atletas avaliados foram (média±DP): 29 ± 7,4 anos de idade, 72 ± 8,3 kg de massa corporal, 178 ± 8,9 cm de altura, 382 ± 62 km por semana de treinamento de ciclismo, POMAX = 381 ± 37 W da potência máxima aeróbica e 62 ± 6 ml/kg/min de consumo máximo de oxigênio. Os atletas realizaram um teste preliminar para determinação da potência máxima aeróbica durante carga máxima de trabalho, enquanto no segundo teste eles pedalaram na potência referente ao segundo limiar ventilatório (POLV2 = 324±37 W) a 90 e 70 rpm em ordem randomizada por sorteio. A força aplicada no pedal direito, a ativação muscular do membro inferior, a cinemática da articulação do joelho e a arquitetura muscular foram coletadas durante os últimos 20 segundos de cada teste. Esses dados foram utilizados em um modelo biomecânico para verificação da variação do comprimento da unidade músculo-tendão nas respectivas cadências. Comparações estatísticas foram realizadas utilizando testes t de Student entre as duas cadências (70 e 90 rpm) para todas as variáveis do estudo, assumindo uma diferença significativa quando p≤0,05. Para o teste utilizamos o software SPSS 17.0 para Windows. Foi observada uma diminuição significativa no torque extensor do joelho (70 rpm = 108±13% vs. 90 rpm = 97±13%; p<0,01), na força resultante no pedal (70 rpm = 107±11% vs. 90 rpm = 94±7%; p<0,01) e na força do quadríceps (70 rpm = 107±17% vs. 90 rpm = 98±13%; p<0,01) na cadência de 90 rpm comparado a cadência de 70 rpm. Foram observadas ainda similaridade para o ângulo do joelho entre as cadências (100±20% em 70 rpm vs. 99±6% em 90 rpm; p=0,92), e similaridade na espessura do músculo vasto lateral (70 rpm = 101±5%, 90 rpm = 99±6%; p=0,14), enquanto o comprimento do fascículo (70 rpm = 74±33%, 90 rpm = 86±35%; p=0,01) aumentou e o ângulo de penação diminuiu da cadência de 70 para a de 90 rpm (70 rpm = 115±45%, 90 rpm = 96±34%; p<0,01). O comprimento da UMT do quadríceps (70 rpm = 99±2%, 90 rpm = 100±2%; p≤0,05) e o comprimento da UMT do vasto lateral (70 rpm = 98±4%, 90 rpm = 100±4%; p=0,02) apresentaram um aumento na cadência de 70 para a cadência de 90 rpm. Para os músculos reto femoral (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0,08) e bíceps femoral (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0,16) não houveram diferenças significativas para o comprimento da UMT. A ativação muscular do vasto medial em 90 rpm apresentou um diminuição comparada à cadência de 70 rpm (70 rpm = 114±34% vs. 90 rpm = 83±19%; p≤0,05), enquanto a ativação dos músculos bíceps femoral e reto femoral não apresentaram diferença significativa entre as cadências. Em conclusão, a mudança na cadência de pedalada de 70 para 90 rpm em carga constante de trabalho reduz a produção de força dos extensores do joelho à 90 rpm, provavelmente decorrente de uma menor ativação do vasto medial e de um trabalho do fascículo em um maior comprimento e em um menor ângulo de penação do vasto lateral nessa cadência mais elevada. / Cycling cadence is an important component in power production, where changes muscle shortening velocity can affect cycling performance. It is not yet clear if the reduction in muscle activation and the lower crank torque are associated with decreases in contribution from active and/or passive tissues in different cycling cadences. The propose of this master thesis was to investigated the influence of two cycling cadences (70 and 90 rpm) on muscle architecture of the vastus lateralis and muscle-tendon unit length. As well, addictional data was analyzed as muscle-tendon unit, force, and the muscle activation of vastus medialis, rectus femoris and biceps femoris, muscular torque, force, knee angle and resultant force during pedaling. Nineteen athletes (11 cyclists and 8 triathletes) experienced in cycling have taken part in this study. The characteristics of cyclists/triathletes were(mean ±SD): 29 ±7.4 years of age, 72 ±8.3 kg of body mass, 178 ±8.9 cm of height, 382 ±62 km per week of cycling training, 381 ±37 W of maximal aerobic power output, and 62 ±6 ml/kg/min of maximal oxygen uptake. The athletes performed an incremental cycling test to determinate their maximal workload. In a second they pedalled in their maximal workload and at the workload of their second ventilatory threshold (POVT2 = 324±37 W) at 90 and 70 rpm in random order. The force applied to the right pedal, lower limb muscles’ activation, lower limb kinematics and the ultrasound images from vastus lateralis were collected during the last 20 seconds of each test. This data was used in a biomechanical model to assess the influence of muscle-tendon unit in the two cadences. Student t tests were used to compare effects from pedalling cadences (70 and 90 rpm) in this study, assuming a significant difference when p≤0.05 using a statistical package (SPSS 17.0 for windows). A significant decrease in knee extensor torque (70 rpm = 108±13% vs. 90 rpm = 97±13%; p<0.01), in crank torque (70 rpm = 107±11% vs. 90 rpm = 94±7%; p<0.01) and in quadriceps force (70 rpm = 107±17% vs. 90 rpm = 98±13%; p<0.01) were found at 90 rpm compared to 70 rpm. No differences were found for the knee angle between cadences (100±20% at 70 rpm vs. 99±6% at 90 rpm; p=0.92). Muscle thickness was not significantly different between cadences (70 rpm = 101±5%, 90 rpm = 99±6%; p=0.14), however the fascicle length significantly increased (70 rpm = 74±33%, 90 rpm = 86±35%; p=0.01) and pennation angle decreased (70 rpm = 115±45%, 90 rpm = 96±34%; p<0.01) from 70 rpm to 90 rpm. Muscle-tendon unit length of quadriceps showed a significant increase (70 rpm = 99±2%, 90 rpm = 100±2%; p≤0.05) followed by a significant increase in muscle-tendon unit length of vastus lateralis (70 rpm = 98±4%, 90 rpm = 100±4%; p=0.02) from 70 rpm to 90 rpm. Rectus femoris (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0.08) and biceps femoris (70 rpm = 100±1%, 90 rpm = 100±1%; p=0.16) did not differ between the two cadences. Muscle activation of vastus medialis at 90 rpm showed a decrease compare to70 rpm (70 rpm = 114±34% vs. 90 rpm = 83±19%; p≤0.05), whistle biceps femoris and rectus femoris muscle did not differ between the two cadences. In conclusion, changes in cycling cadence from 70 rpm to 90 rpm at constant workload reduced force production at 90 rpm, resulting in a lower activation of the vastus medialis while fascicles worked at longer lengths and at smaller pennation angles.

Introdução. O músculo esquelético se adapta a diferentes estímulos externos. Estas adaptações podem ser intrínsecas, bem como neurais, alterando a capacidade de produção de força. Portanto, é de se esperar que diferentes modalidades esportivas (ciclismo e triathlon), possuam diferentes adaptações intrínsecas e neuromusculares durante o ciclo de pedalada. O objetivo deste estudo foi investigar possíveis mudanças causadas pelo treinamento do ciclismo e do triathlon na arquitetura muscular, unidade músculo tendão, ativação muscular e suas possíveis consequências na capacidade de produção de força no pedal durante o ciclo de pedalada. Ainda, que efeitos o nível da carga de trabalho causa nas estruturas neuromusculares e capacidade de produção de força no pedal. Artigo I. A arquitetura muscular de ciclistas e triatletas não parece ter sido determinada. O presente estudo compara a arquitetura muscular, unidade músculo tendão, ativação muscular e forças no pedal entre ciclistas, triatletas e não-atletas ao longo do ciclo da pedalada. Os sujeitos realizaram um teste incremental para determinar a potência máxima. Forças no pedal, ativação muscular, cinemática articular e arquitetura muscular foram registradas na potência máxima correspondente a primeira sessão na cadência de 90 rpm. O maior ângulo de penação e menor comprimento de fascículo foram encontrados em ciclistas e triatletas, comparados a não-atletas (p < 0,05). Triatletas apresentam maior ativação do reto femoral que ciclistas e não-atletas (p < 0,05); e ciclistas tem maior ativação, comparados a não-atletas (p < 0,05). Triatletas e nãoatletas apresentam maior ativação do sóleo que ciclistas (p < 0,05) nos primeiros 90° do ciclo de pedalada, enquanto ciclistas ativam mais o sóleo que triatletas e não-atletas (p < 0,05) dos 90° aos 180° do ciclo de pedalada. Triatletas aplicam maior força resultante no pedal comparados a não-atletas no segundo quadrante, enquanto que no quarto quadrante não-atletas apresentam maior força resultante no pedal que ciclistas e triatletas (p < 0,05). O índice de efetividade é maior em ciclistas e triatletas, comparados a não atletas (p < 0,05). Ciclitas e triatletas são semelhantes na arquitetura muscular e forças no pedal, mas apresentam menor comprimento de fascículo e maior ângulo de penação, além de melhor eficiência das forças aplicadas ao pedal em relação a nãoatletas. Artigo II. Os efeitos da carga de trabalho na arquitetura muscular de ciclistas e triatletas ainda necessitam de melhores esclarecimentos. O objetivo deste estudo foi comparar a arquitetura muscular, unidade musculo-tendão, ativação muscular e forças no pedal em ciclistas, triatletas e não-atletas em diferentes níveis de carga de trabalho durante a fase propulsiva do ciclo de pedalada. Os participantes realizaram teste incremental para determinar o nível da carga de trabalho (máxima potência e potências correspondentes ao primeiro e segundo limiares ventilatórios). Forças no pedal, ativação muscular, cinemática articular e arquitetura muscular foram registrados um dia após a determinação dos respectivos níveis de carga de trabalho. Maior ângulo de penação e menor do comprimento de fascículo foram encontrados em ciclistas e triatletas, comparados a não-atletas (p < 0,05). A arquitetura muscular e a unidade músculotendão não sofreram alterações com o nível da carga de trabalho (p > 0,05). Ciclistas tem menor ativação do músculo vasto medial, comparados a triatletas e maior ativação do músculo sóleo comparados a triatletas e não-atletas (p < 0,05). Os músculos vasto medial, reto femoral, bíceps femoral e sóleo são mais ativados da com o incremento do nível da carga de trabalho (p < 0,05), sem alterações nos músculos tibial anterior e gastrocnêmio medial (p > 0,05). A força resultante e o índice de efetividade não diferem entre os grupos (p > 0,05). O incremento do nível da carga de trabalho aumenta a força resultante (p < 0,05) sem alterações no índice de efetividade (p > 0,05). Ciclistas e triatletas tem arquitetura muscular similar, mas diferem de não-atletas. O incremento da carga de trabalho, provoca aumento a ativação muscular e a força resultante. / Introduction. Skeletal muscle adapts to different external stimuli, and this adaptation can lead to intrinsic and neural changes, altering the capacity of the force produced. Therefore it is expected that different sports (cycling and triathlon) have different intrinsic and neuromuscular adaptations during crank cycle. Therefore, the objective of this study is to investigate possible changes caused to sports training (cycling and triathlon) in muscle architecture, muscle-tendon unit, muscle activation and its consequences in capacity of pedal force production in crank cycle. Furthermore, it is aimed at determining the effects of different effort levels on the muscle structures neural activation and pedal force mentioned above. Article I. Muscle architecture of cyclists and triathletes during pedaling is unknown. Our study compared muscle architecture, muscle-tendon unit and activation, and pedal forces of cyclists, triathletes and non-athletes during a complete crank cycle. Participants performed an incremental test to determine maximal power output. Pedal forces, muscle activation, joint kinematics and muscle architecture were recorded at maximal power output and 90 rpm of cadence. Increased pennation angle and shorter fascicle length were found for cyclists and triathletes compared to non-athletes (p < 0.05). Higher activation of rectus femoris for triathletes than cyclists and non-athletes (p < 0.05); and for cyclists compared to non-athletes were observed (p < 0.05). Triathletes and non-athletes had higher activation of soleus than cyclists (p < 0.05). Cyclists had higher soleus activation than triathletes and non-athletes (p < 0.05). Triathletes applied greater resultant force on the pedal compared to non-athletes in second quarter while non-athletes presented higher resultant force than triathletes and cyclists in fourth quarter (p < 0.05). The index of effectiveness was higher for the athletes compared to non-athletes (p < 0.05). Cyclists and triathletes were similar in terms of muscle architecture and pedal forces but presented increased in pennation angle and shorter fascicle length for cyclists and triathletes compared to non-athletes and better efficiency of the forces applied to the pedal in relation to non-athletes. Article II. Effects of workload level in cyclists and triathletes’ muscle architecture during pedalling is unknown. Our goal was to compare muscle architecture, muscletendon unit and activation, and pedal forces of cyclists, triathletes and non-athletes at different workload levels during the propulsive phase of the crank cycle. Participants performed an incremental test to determine workload level (maximal power output and power output of the first and second ventilatory thresholds). Pedal forces, muscle activation, joint kinematics and muscle architecture were recorded at pre-set workload level. Increased pennation angle and shorter fascicle length were found for cyclists and triathletes compared to non-athletes (p < 0.05). Muscle architecture and muscle-tendon unit length were not affected by workload level (p > 0.05). Cyclists achieved lower activation of vastus medialis compared to triathletes, and higher activation of soleus compared to triathletes and non-athletes (p < 0.05). Vastus medialis, rectus femoris, biceps femoris and soleus activations were increased at higher workload level for all groups (p < 0.05) without changes for tibialis anterior and gastrocnemius medialis (p > 0,05). Resultant force and effectiveness index did not differ for between groups (p > 0. 05). Higher workload level increased resultant force (p < 0.05) without changes in index of effectiveness (p > 0.05). Cyclists and triathletes were similar for muscle architecture but differed to non-athletes. Higher workload level increased muscle activation and resultant force.

Introdução. O músculo esquelético se adapta a diferentes estímulos externos. Estas adaptações podem ser intrínsecas, bem como neurais, alterando a capacidade de produção de força. Portanto, é de se esperar que diferentes modalidades esportivas (ciclismo e triathlon), possuam diferentes adaptações intrínsecas e neuromusculares durante o ciclo de pedalada. O objetivo deste estudo foi investigar possíveis mudanças causadas pelo treinamento do ciclismo e do triathlon na arquitetura muscular, unidade músculo tendão, ativação muscular e suas possíveis consequências na capacidade de produção de força no pedal durante o ciclo de pedalada. Ainda, que efeitos o nível da carga de trabalho causa nas estruturas neuromusculares e capacidade de produção de força no pedal. Artigo I. A arquitetura muscular de ciclistas e triatletas não parece ter sido determinada. O presente estudo compara a arquitetura muscular, unidade músculo tendão, ativação muscular e forças no pedal entre ciclistas, triatletas e não-atletas ao longo do ciclo da pedalada. Os sujeitos realizaram um teste incremental para determinar a potência máxima. Forças no pedal, ativação muscular, cinemática articular e arquitetura muscular foram registradas na potência máxima correspondente a primeira sessão na cadência de 90 rpm. O maior ângulo de penação e menor comprimento de fascículo foram encontrados em ciclistas e triatletas, comparados a não-atletas (p < 0,05). Triatletas apresentam maior ativação do reto femoral que ciclistas e não-atletas (p < 0,05); e ciclistas tem maior ativação, comparados a não-atletas (p < 0,05). Triatletas e nãoatletas apresentam maior ativação do sóleo que ciclistas (p < 0,05) nos primeiros 90° do ciclo de pedalada, enquanto ciclistas ativam mais o sóleo que triatletas e não-atletas (p < 0,05) dos 90° aos 180° do ciclo de pedalada. Triatletas aplicam maior força resultante no pedal comparados a não-atletas no segundo quadrante, enquanto que no quarto quadrante não-atletas apresentam maior força resultante no pedal que ciclistas e triatletas (p < 0,05). O índice de efetividade é maior em ciclistas e triatletas, comparados a não atletas (p < 0,05). Ciclitas e triatletas são semelhantes na arquitetura muscular e forças no pedal, mas apresentam menor comprimento de fascículo e maior ângulo de penação, além de melhor eficiência das forças aplicadas ao pedal em relação a nãoatletas. Artigo II. Os efeitos da carga de trabalho na arquitetura muscular de ciclistas e triatletas ainda necessitam de melhores esclarecimentos. O objetivo deste estudo foi comparar a arquitetura muscular, unidade musculo-tendão, ativação muscular e forças no pedal em ciclistas, triatletas e não-atletas em diferentes níveis de carga de trabalho durante a fase propulsiva do ciclo de pedalada. Os participantes realizaram teste incremental para determinar o nível da carga de trabalho (máxima potência e potências correspondentes ao primeiro e segundo limiares ventilatórios). Forças no pedal, ativação muscular, cinemática articular e arquitetura muscular foram registrados um dia após a determinação dos respectivos níveis de carga de trabalho. Maior ângulo de penação e menor do comprimento de fascículo foram encontrados em ciclistas e triatletas, comparados a não-atletas (p < 0,05). A arquitetura muscular e a unidade músculotendão não sofreram alterações com o nível da carga de trabalho (p > 0,05). Ciclistas tem menor ativação do músculo vasto medial, comparados a triatletas e maior ativação do músculo sóleo comparados a triatletas e não-atletas (p < 0,05). Os músculos vasto medial, reto femoral, bíceps femoral e sóleo são mais ativados da com o incremento do nível da carga de trabalho (p < 0,05), sem alterações nos músculos tibial anterior e gastrocnêmio medial (p > 0,05). A força resultante e o índice de efetividade não diferem entre os grupos (p > 0,05). O incremento do nível da carga de trabalho aumenta a força resultante (p < 0,05) sem alterações no índice de efetividade (p > 0,05). Ciclistas e triatletas tem arquitetura muscular similar, mas diferem de não-atletas. O incremento da carga de trabalho, provoca aumento a ativação muscular e a força resultante. / Introduction. Skeletal muscle adapts to different external stimuli, and this adaptation can lead to intrinsic and neural changes, altering the capacity of the force produced. Therefore it is expected that different sports (cycling and triathlon) have different intrinsic and neuromuscular adaptations during crank cycle. Therefore, the objective of this study is to investigate possible changes caused to sports training (cycling and triathlon) in muscle architecture, muscle-tendon unit, muscle activation and its consequences in capacity of pedal force production in crank cycle. Furthermore, it is aimed at determining the effects of different effort levels on the muscle structures neural activation and pedal force mentioned above. Article I. Muscle architecture of cyclists and triathletes during pedaling is unknown. Our study compared muscle architecture, muscle-tendon unit and activation, and pedal forces of cyclists, triathletes and non-athletes during a complete crank cycle. Participants performed an incremental test to determine maximal power output. Pedal forces, muscle activation, joint kinematics and muscle architecture were recorded at maximal power output and 90 rpm of cadence. Increased pennation angle and shorter fascicle length were found for cyclists and triathletes compared to non-athletes (p < 0.05). Higher activation of rectus femoris for triathletes than cyclists and non-athletes (p < 0.05); and for cyclists compared to non-athletes were observed (p < 0.05). Triathletes and non-athletes had higher activation of soleus than cyclists (p < 0.05). Cyclists had higher soleus activation than triathletes and non-athletes (p < 0.05). Triathletes applied greater resultant force on the pedal compared to non-athletes in second quarter while non-athletes presented higher resultant force than triathletes and cyclists in fourth quarter (p < 0.05). The index of effectiveness was higher for the athletes compared to non-athletes (p < 0.05). Cyclists and triathletes were similar in terms of muscle architecture and pedal forces but presented increased in pennation angle and shorter fascicle length for cyclists and triathletes compared to non-athletes and better efficiency of the forces applied to the pedal in relation to non-athletes. Article II. Effects of workload level in cyclists and triathletes’ muscle architecture during pedalling is unknown. Our goal was to compare muscle architecture, muscletendon unit and activation, and pedal forces of cyclists, triathletes and non-athletes at different workload levels during the propulsive phase of the crank cycle. Participants performed an incremental test to determine workload level (maximal power output and power output of the first and second ventilatory thresholds). Pedal forces, muscle activation, joint kinematics and muscle architecture were recorded at pre-set workload level. Increased pennation angle and shorter fascicle length were found for cyclists and triathletes compared to non-athletes (p < 0.05). Muscle architecture and muscle-tendon unit length were not affected by workload level (p > 0.05). Cyclists achieved lower activation of vastus medialis compared to triathletes, and higher activation of soleus compared to triathletes and non-athletes (p < 0.05). Vastus medialis, rectus femoris, biceps femoris and soleus activations were increased at higher workload level for all groups (p < 0.05) without changes for tibialis anterior and gastrocnemius medialis (p > 0,05). Resultant force and effectiveness index did not differ for between groups (p > 0. 05). Higher workload level increased resultant force (p < 0.05) without changes in index of effectiveness (p > 0.05). Cyclists and triathletes were similar for muscle architecture but differed to non-athletes. Higher workload level increased muscle activation and resultant force.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(人間健康科学) / 甲第18200号 / 人健博第17号 / 新制||人健||2(附属図書館) / 31058 / 京都大学大学院医学研究科人間健康科学系専攻 / (主査)教授 黒木 裕士, 教授 三谷 章, 教授 杉本 直三 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Human Health Sciences / Kyoto University / DFAM

This thesis examined the change in skeletal muscle architecture with contractile force production, the relationship of architecture with muscle strength parameters and if muscle tendinous tissue stiffness determines in vivo explosive strength (i.e. rate of torque development, RTD). Muscle and tendinous tissue adaptations to contrasting strength training regimes, and the potential capacity of these tissues to adapt following chronic strength training were also explored. Quadriceps femoris fascicle length (FL) decreased, while the pennation angle (PA) increased in a curvi-linearly manner from rest to maximal voluntary contraction (MVC) torque. Consequently, effective physiological cross-sectional area (effPCSA) during MVC was 27% greater than at rest, although effPCSA measured at rest and during MVC had similar correlations to maximal strength. In the earliest phase of contraction, FL, but not PA, was negatively related (R2=0.187) to voluntary RTD. Neither FL nor PA was related to maximal isometric or dynamic strength. Muscle-tendon unit (MTU) and patellar tendon (PT) stiffness were unrelated to voluntary and evoked RTD. Relative PT stiffness was also unrelated to relative RTD, although relative MTU stiffness was related to voluntary RTD (25-55%MVT, R2≤0.188) and evoked RTD (5-50%MVT, R2≤0.194). MTU stiffness increased after sustained-contraction (SCT, +21%), though not explosive-contraction strength training (ECT). PT stiffness increased similarly after ECT (+20%) and SCT (+16%), yet neither induced tendon hypertrophy. SCT produced modest muscle (+8%) and aponeurosis (+7%) hypertrophy. Chronic strength trained (CST: >3 years) males had substantially greater muscle and aponeurosis size, but similar tendon size as untrained controls (UNT) and short-term (12 weeks) strength trained (STT) individuals. Between these groups, at the highest common force, MTU stiffness was indifferent, while PT stiffness was similarly greater in STT and CST than UNT. These results suggest FL and PA have little influence on muscle strength and tendon stiffness has no influence on RTD. Maximum strength negated any qualitative influence of MTU stiffness on in vivo RTD. Component MTU tissues (muscle-aponeurosis vs. external tendon) adapt differentially depending on the strength training regime. Specifically, free tendon appeared to adapt to high magnitude loading, while loading duration is also an important stimulus for the muscle-aponeurosis. However, chronic strength training was not concordant with greater higher force MTU stiffness, and does not further increase higher force PT stiffness beyond the adaptations that occur after 12 weeks of strength training. Finally, no evidence was found for tendon hypertrophy in response to strength training.