Protocolo Padronizado para Monitoramento da Fadiga Muscular e Biomecânica em Ciclistas Amadores Utilizando Termografia Infravermelha

Resumo

A biomecânica do ciclismo depende da ativação muscular eficiente e da estabilização do core. A termografia infravermelha (TRI) oferece monitoramento não invasivo da fadiga muscular. Esse protocolo estabelece uma metodologia padronizada para integrar a TI na análise biomecânica, visando otimizar o desempenho e prevenir lesões em ciclistas amadores por meio de monitoramento fisiológico preciso.

Resumo

O uso de bicicletas estáticas aumentou significativamente, tornando a atividade física mais acessível à população em geral. No entanto, a falta de monitoramento preciso e não invasivo durante as sessões de treinamento pode mascarar desequilíbrios musculares e padrões biomecânicos ineficientes. Esses fatores, subclínicos em seus estágios iniciais, podem levar a uma alta incidência de lesões musculoesqueléticas. Atualmente, a avaliação do exercício depende da percepção subjetiva do esforço ou de métricas convencionais de desempenho, criando uma lacuna crítica na detecção precoce de problemas fisiológicos antes que progridam para condições crônicas. Dado o papel crucial do exercício na saúde pública, é imprescindível implementar estratégias de avaliação sustentáveis aplicáveis a vários níveis de condicionamento físico. Nesse contexto, a termografia infravermelha (TRI) surge como uma alternativa promissora devido à sua capacidade de quantificar a temperatura da superfície da pele, um indicador direto de atividade metabólica, termorregulação e fluxo sanguíneo. Este projeto estabelece um protocolo metodológico padronizado usando TIR para monitorar a resposta fisiológica durante sessões de ciclismo em uma população não atlética. A aplicação desse protocolo revelou que a TI padronizada pode detectar efetivamente assimetrias térmicas subclínicas e "hotspots" localizados em articulações (por exemplo, o joelho a 32,8 °C) que seriam indetectáveis por meio da percepção subjetiva do esforço (escala de Borg) ou monitoramento da cadência do pedal. Ao controlar sistematicamente variáveis ambientais e relacionadas ao tema, esta pesquisa analisa a distribuição da temperatura superficial na parte inferior do corpo para avaliar a biomecânica e a fadiga muscular. Especificamente, o protocolo facilita a correlação entre padrões térmicos, níveis de fadiga e cadência de pedalada. Essa abordagem não apenas apoia a inovação tecnológica em medicina preventiva e saúde pública, mas também estabelece as bases para uma ferramenta de detecção precoce capaz de mitigar riscos de lesões e otimizar o bem-estar da população envolvida nessa atividade.

Introdução

A biomecânica do ciclismo é uma disciplina multifacetada que integra princípios de movimento humano, fisiologia muscular e transferência de energia para otimizar o desempenho e prevenir lesões. No seu cerne, o ciclismo envolve uma alternância cíclica entre a fase de potência — onde os quadríceps, os músculos glúteos e o gastrocnêmio geram a maior parte da força propulsora — e a fase de recuperação, durante a qual os isquiotibiais e flexores do quadril facilitam o retorno da perna à sua posição inicial. A transferência eficiente de energia para os pedais não é apenas uma função da ativação muscular dos membros inferiores, mas também depende criticamente da estabilização do core, que garante eficiência biomecânica e minimiza movimentos compensatórios que podem predispor o ciclista a ^{lesões 1,2,3}.

Atualmente, os pesquisadores estão focados na avaliação dos padrões de ativação muscular, fadiga e respostas termorregulatórias durante o^{ciclismo 3,4,5}. Esse interesse se deve ao reconhecimento de que a fadiga muscular é um fenômeno complexo, prejudicando o desempenho e aumentando o risco de lesões, e que sua detecção e manejo precoces são essenciais tanto para ciclistas de elite quanto^{recreativos 2,6}. Entre as ferramentas de avaliação disponíveis, a termografia infravermelha (TRI) foi estabelecida como uma técnica promissora e não invasiva para monitoramento da atividade muscular e da^{fadiga 5}. A TRI permite visualizar mudanças na temperatura da pele, que podem refletir a ativação muscular subjacente e os processos termorregulatores durante o exercício que têm efeito direto no metabolismo dos^{atletas 5,7}.

Apesar de seu potencial, a aplicação da TI na pesquisa e prática da biomecânica do ciclismo enfrenta vários desafios metodológicos. Embora alguns procedimentos operacionais padrão (SOPs) tenham sido propostos em contextos esportivos e clínicos^{gerais 8,9}, há uma necessidade reconhecida de refinamento adicional dos protocolos existentes para atender às demandas fisiológicas e de resfriamento convectivo únicas do ciclismo^{amador 7,10}. A variabilidade nas condições ambientais, as inconsistências na preparação dos sujeitos e a falta de consenso quanto à seleção das regiões anatômicas de interesse limitaram a reprodutibilidade e a comparabilidade dos achados entre^{os estudos 1, 5, 7 e 9}. Essas limitações ressaltam a necessidade de estruturas metodológicas rigorosas para aproveitar todo o potencial da TI no contexto do^ciclismo 7,10,11,12.

A literatura revela que os principais eixos temáticos nessa área incluem fisiologia do exercício, TI, monitoramento da temperatura da pele, desempenho no exercício e^{termorregulação 2,5,7}. Estudos demonstraram correlações significativas entre a temperatura da pele e os parâmetros de ativação muscular, como os obtidos por meio de eletromiografia de superfície (sEMG), sugerindo que a TRI pode servir como um marcador substituto para fadiga muscular durante exercícios^{dinâmicos 5}. No entanto, fatores externos como transpiração, temperatura ambiente e diferenças individuais na capacidade termorreguladora podem influenciar os resultados termográficos, exigindo controle cuidadoso e relato das condições^{experimentais 7}.

Da mesma forma, os avanços no monitoramento não invasivo da fadiga muscular se expandiram além da IRT, incluindo técnicas como sEMG, mecanomiografia (MMG), espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS) e ultrassom 13,14,15,16,17. Cada modalidade oferece insights únicos sobre a função muscular: o sEMG quantifica a atividade elétrica durante a contração, o MMG captura vibrações mecânicas, o NIRS avalia a oxigenação muscular e o ultrassom visualiza a deformação muscular. A integração da TIR nesse cenário multimodal traz uma promessa particular para o ciclismo, onde o monitoramento contínuo e sem contato é vantajoso. A IRT pode complementar outras modalidades fornecendo dados espacialmente resolvidos em tempo real sobre a distribuição da temperatura da pele, que podem refletir ativação muscular localizada, assimetrias e possíveis locais de uso excessivo ou^{lesão 14,18}.

Para superar as inconsistências metodológicas identificadas em pesquisas anteriores, o protocolo proposto neste estudo está estritamente alinhado com os padrões internacionais para termografia clínica e esportiva. Especificamente, os parâmetros para preparação dos sujeitos e controle ambiental — como a restrição de estimulantes e atividade física, e o uso de períodos padronizados de aclimatação — são baseados nas diretrizes estabelecidas pela Academia Internacional de Termologia Clínica (IACT), pela Academia Americana de Termologia (AAT) e pelo Protocolo^{Glamorgan 8}. Além disso, os cenários ambientais e técnicos, incluindo emissividade e avaliação de deformação térmica, seguem as normas ISO 9886 e as recomendações da Associação Europeia de Termologia (EAT). Ao integrar essas regulamentações estabelecidas, este estudo garante que as medições de IRT sejam um reflexo confiável das respostas fisiológicas, fornecendo uma estrutura robusta para monitorar fadiga muscular e biomecânica em ciclistas recreativos.

No entanto, a aplicação bem-sucedida da TI na biomecânica do ciclismo requer o estabelecimento de metodologias padronizadas. Isso inclui a definição dos períodos de aclimatação pré-exercício, controle da temperatura e umidade ambientes, preparação consistente do sujeito e a delimitação precisa das regiões anatômicas de interesse para análise térmica ^5,7. Além disso, o desenvolvimento de protocolos robustos de análise de dados aumentará a interpretabilidade e utilidade dos dados^{IRT 5}.

O presente estudo aborda essas lacunas propondo e validando um arcabouço metodológico abrangente para a integração da TI na análise biomecânica em ciclistas recreativos. Ao controlar sistematicamente variáveis ambientais e relacionadas ao tema, e correlacionando dados térmicos com marcadores estabelecidos de ativação muscular e fadiga, essa abordagem visa otimizar o monitoramento da fadiga muscular, contribuir para a prevenção de lesões e melhorar os resultados de desempenho 2,5,7,14.

Protocolo

O protocolo de pesquisa foi conduzido de acordo com os princípios éticos da Declaração de Helsinque. Devido à natureza não invasiva e sem contato da termografia infravermelha, a segurança dos participantes foi garantida durante todo o processo de monitoramento. Todos os participantes forneceram consentimento informado por escrito antes de qualquer procedimento ser iniciado, concordando com o uso de seus dados fisiológicos para fins de pesquisa. O estudo seguiu as diretrizes internas de pesquisa da Faculdade de Engenharia da Universidad Autónoma de Querétaro, garantindo anonimato e proteção de dados dos participantes.

NOTA: Para superar as inconsistências metodológicas identificadas em pesquisas anteriores, o protocolo proposto neste estudo está estritamente alinhado com os padrões internacionais para termografia clínica e esportiva. Especificamente, os parâmetros para preparação dos sujeitos e controle ambiental seguem as diretrizes estabelecidas pela Academia Internacional de Termologia Clínica (IACT), pela Academia Americana de Termologia (AAT) e pelo Protocolo Glamorgan. Além disso, configurações técnicas como emissividade e avaliação de deformação térmica seguem as normas ISO 9886 e as recomendações da Associação Europeia de Termologia (EAT). A viabilidade desse protocolo foi validada com 60 estudantes de engenharia biomédica da Universidad Autónoma de Querétaro, com idades entre 20 e 25 anos, para garantir a adesão ao protocolo e a homogeneidade da linha de base. Essa população específica garantiu alta adesão às restrições pré-teste e forneceu uma linha fisiológica de base homogênea para verificar a consistência das capturas termográficas.

1. Preparação do sujeito e controle ambiental (Replicabilidade e impacto demográfico)

1. Critérios de inclusão e fatores de assunto
   1. Registre a idade e o sexo de cada sujeito para análise das diferenças etárias e dos efeitos sexuais.
   2. Registre a altura e a massa do sujeito para uso em parâmetros anatômicos.
   3. Administrar a escala de Avaliação de Borg de Esforço Percebido (RPE) (6–20). Instrua o sujeito a apontar para o número que representa seu nível atual de esforço antes e depois do teste para correlacionar dados fisiológicos com fadiga subjetiva.
2. Restrição de consumo e preparação da pele
   1. Proibir o sujeito de consumir álcool e nicotina por 24 horas antes da medição.
   2. Evite que o sujeito consuma cafeína e que realize exercícios intensos durante as 3 horas anteriores ao teste.
   3. Instrua o sujeito a não aplicar cremes, cosméticos ou pomadas nas extremidades inferiores durante as 12 horas anteriores ao exame.
   4. Confirme que o sujeito está devidamente hidratado e registre isso na ficha de dados pré-teste.
   5. Use uma balança clínica para registrar a massa corporal antes do exame. Peça ao sujeito que consuma 300 mL de água 30 minutos antes da sessão para garantir um estado padronizado de hidratação de base.
3. Padronização da roupa e postura
   1. Instrua o sujeito a despir completamente as extremidades inferiores do corpo.
   2. Forneça shorts de ciclismo padronizados (Lycra preto sem costuras visíveis).
4. Padronização das condições ambientais e de repouso
   1. Coloque um termo-higrômetro digital a 1 m do sujeito, a uma altura de 1 m. Verifique se a temperatura ambiente está entre 18–25 °C e a umidade relativa entre 40% e 55%. Registre esses valores a cada 5 minutos em uma planilha.
   2. Certifique-se de que não haja correntes diretas, exposição à luz solar ou fontes de calor/frio que possam influenciar a termorregulação.
   3. Realize um período de descanso estático de 15 minutos sentado para se aclimatar às condições ambientais.
   4. Coloque o sujeito na bicicleta estacionária na postura desejada.

2. Configuração e aquisição de imagens termográficas

1. Abra o menu interno de configurações da câmera térmica. Navegue até Parâmetros do Objeto e insira manualmente 0,98 para emissividade (ε). Ajuste a Temperatura Aparente Refletida para corresponder à temperatura ambiente medida no passo 1.4.1.
   1. Use a câmera térmica de termógrafo infravermelho (IRF) com resolução mínima de 320 x 240 pixels.
   2. Defina a emissividade (ε) para 0,98 para a superfície da pele humana.
   3. Use um medidor de distância a laser ou uma fita métrica física para posicionar o tripé exatamente a 100 cm do plano lateral do manivela da bicicleta. Marque as posições das pernas do tripé no chão com fita adesiva para garantir que não haja deslocamento entre as capturas.
   4. Insira a umidade relativa do ambiente nas configurações do instrumento.
   5. Defina a temperatura atmosférica do laboratório e entre na temperatura externa.
2. Posicionamento e aquisição anatômica.
   1. Coloque o termógrafo em um tripé e ajuste a altura da câmera para 30 cm acima do chão.
   2. Posicione a lente em um ângulo perpendicular (≈90°) em relação à extremidade inferior do sujeito.
   3. No software de análise térmica, selecione a ferramenta de retorno de investimento Polígono/Retângulo. Clique e arraste para delimitar uma caixa de 10 x 5 cm sobre o Reto Femoral (no meio do caminho entre a coluna ilíaca anterosuperior e a patela). Clique em Calcular para extrair a Temperatura Média (média T_).
3. Protocolo de ponto de medição
   1. Capture a imagem termográfica imediatamente após completar o período de descanso de 15 minutos.
   2. Para garantir a captura em até 5 segundos, peça para o pesquisador ficar atrás da câmera com o foco pré-definido. No sinal "Pare de pedalar", estenda a perna dominante para uma posição às 6 horas; imediatamente pressione o botão de Capturar/Congelar no gatilho da câmera.
   3. Recuperação pós-exercício: Capture a terceira imagem termográfica 10 minutos após a conclusão do exercício.

3. Execução do protocolo de exercício

1. Ajuste a bicicleta estacionária para o Modo Ergômetro com uma carga fixa de 150 W (ajustando o peso do sujeito se for necessária potência normalizada).
2. Coloque um metrônomo digital ou use o console integrado da bicicleta para impor uma cadência constante de 80 RPM. Instrua o sujeito a manter esse ritmo dentro de uma margem de ±5 RPM para garantir uma resposta termorreguladora em estado estacionário.
3. Verifique se a câmera térmica está configurada para um modo de gravação Padrão com faixa de temperatura de 20 °C a 45 °C e emissividade de 0,98.

4. Análise de dados e padronização

1. Calcule o deslocamento térmico (ΔT) usando a fórmula: ΔT = _{T após} - T_pré. Realize este cálculo tanto para os membros dominantes quanto para os não dominantes para determinar a assimetria térmica (assimetria ΔT = |T_direita - T_esquerda|)
2. Evite manipular ou recortar a imagem termográfica original.
3. Preserve a resolução inicial da imagem e metadados completos para análise.

Resultados

Biomecânica do ciclismo:
A biomecânica do ciclismo opera no ciclo de pedalada. A Fase de Empurrar (Para Baixo) gera a força principal: os quadríceps (Reto Femoral, Vasto Lateral, Medialis e Intermédio) são os motores primários, estendendo o joelho e acionando o pedal. Os glúteos auxiliam na extensão do quadril, fornecendo potência e estabilidade. Os bezerros (Gastrocnêmio e Sóleo) completam a transferência de força. A Fase de Puxar e Recuperação (Para cima) prepara a ...

Discussão

A pesquisa baseia-se em dois pilares: a eficácia da Termografia Infravermelha (TRI) como ferramenta não invasiva para medir o estresse fisiológico e a necessidade urgente de padronizar seu protocolo metodológico. A justificativa para o uso da TI para avaliar a fadiga no ciclismo é confirmada por uma análise em rede (Figura 2), que estabelece o Monitoramento da Temperatura da Pele e do Exercício como temas centrais na^{literatura 1,2,4}

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Escala Borg	Percepção Borg	Escala RPE 6-20	Escala RPE 6-20 usada para correlacionar fadiga subjetiva com assimetrias térmicas objetivas e hotspots subclínicos.
Câmara Controlada	Instalações Internas	Laboratório de Fisiologia	Ambiente mantido em 18 e graus; C a 25 & deg; C e 40 e ndash; 55% de umidade para garantir a estabilidade da temperatura da pele e minimizar interferências convectivas.
Folhas de Registro de Dados	Google	Google Forms (Entrada Digital)	Formulários padronizados para registro de dados antropométricos (idade, sexo, IMC) e status de hidratação para controlar variáveis termorregulatórias individuais.
Consentimento Informado	Comitê Local de Ética	Formato Institucional	Documentação aprovada pelo Comitê de Ética local, garantindo a adesão à Declaração de Helsinque para monitoramento não invasivo.
Câmera Infravermelha	Sistemas FLIR	49001-2001	Imager térmica de alta resolução (320 x 240 px) configurado para ε = 0,98 para medir deslocamentos metabólicos localizados de calor e térmico (& Delta; T).
Ferramentas de Marcação	BIC / Body Med	Marcador de pele / fita adesiva para o chão	Marcadores seguros para a pele e fita adesiva para o chão são usados para fixar a distância entre câmera e sujeito em exatamente 100 cm e garantir um alinhamento anatômico consistente do ROI.
Estidômetro & Escala	SECA	763 (Estação Digital)	Ferramentas para registrar altura e massa corporal; necessário para calcular a potência normalizada e documentar as linhas fisiológicas específicas de cada sujeito.
Curtas Padronizados	Nike	HV0411-010 / CZ9831-010	Roupas de lycra preta usadas para padronizar a emissividade da pele e proporcionar acesso livre às Regiões de Interesse (ROIs) dos membros inferiores.
Bicicleta Estacionária	Monark	828E Ergomedic	Ergômetro eletromagnético ajustado para uma carga de trabalho fixa (por exemplo, 150 W) e cadência constante (80 RPM) para garantir a produção metabólica de calor em regime estacionário.
Croômetro	Casio	HS-3V-1RET	É fundamental para cronometrar o período de aclimatação de 15 minutos e garantir que a captura de infravermelho ocorra dentro de 5 s após o exercício, evitando uma rápida decadência térmica.
Termômetro-higrômetro	Companhia de Controle/Rastreáveis	4040	Dispositivo de monitoramento em tempo real; usado para inserir temperatura ambiente e umidade nos parâmetros do objeto da câmera IR para correção atmosférica.
Tripé	Sistemas FLIR	T197731	Suporte estável ajustado a 30 cm de altura e ângulo perpendicular (&assínpio; 90°) até as extremidades inferiores para aquisição de imagem repetível.