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Os autores agradecem aos estudantes matriculados em Biologia do Músculo (UML BIOL4890, 2023–2025) e aos estudantes da Lawrence High School (Lawrence, MA) por participarem do projeto final que serviu de base para esta tese de honra (GC). Também agradecem a Matthew Borokowski, da Aurora Scientific, pelo apoio contínuo, e a Victoria Flint e Samuel DeLap pelos esforços iniciais no desenvolvimento&#160;e implantação do módulo de flexores dos dedos para o curso da UML. Os autores também agradecem a Daniel Bartlett e Darrell La pela assistência com abordagens de análise. Financiado por uma bolsa da UMass Lowell Honors College (para GC) e pela National Science Foundation (prêmio 2217246), bem como por verbas iniciais da UMass Lowell (para NK).

Todos os experimentos que constituem a base desta publicação foram aprovados pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade de Massachusetts Lowell (Protocolo nº 21-163-KON-XPD).
OBSERVAÇÃO: O aparato utiliza um smartphone suspenso com cargas externas por meio de um sistema de polias impresso em 3D. Os dados de aceleração são coletados a 100 Hz usando um aplicativo baseado em smartphone para aquisição de dados. A força é calculada multiplicando-se a massa combinada do smartphone e da carga externa pela aceleração. A velocidade é obtida integrando-se a aceleração, e a potência é calculada como o produto da força pela velocidade (Arquivo de Código Suplementar 1).
1. Montagem do aparelho
<ol>
	<li>Prenda duas hastes curtas de alumínio na parte inferior de uma haste longa de alumínio utilizando conectores para estrutura de alumínio. Posicione as hastes curtas aproximadamente a 8 cm de cada extremidade da haste longa para formar uma base estável e não complacente. 
	NOTA: Este conjunto será denominado doravante como estrutura.</li>
	<li>Monte o suporte da polia
	<ol>
		<li>Posicione um bloco grande de cloreto de polivinila celular com o lado de 7 in orientado verticalmente e o lado de 6,75 in orientado horizontalmente.</li>
		<li>Meça 2,75 in a partir do canto inferior esquerdo ao longo da borda esquerda e marque a posição.</li>
		<li>Meça 2,75 in a partir do canto superior esquerdo ao longo da borda superior e marque a posição.</li>
		<li>Trace uma linha reta conectando os dois pontos marcados.</li>
		<li>Corte ao longo da linha marcada e remova a seção triangular resultante.</li>
		<li>Faça um furo de 7/16 in a 1,25 in do canto superior direito.</li>
		<li>Repita os passos 1.2.1–1.2.6 para o segundo bloco grande.</li>
		<li>Posicione o bloco pequeno de cloreto de polivinila celular atrás da estrutura.</li>
		<li>Fixe ambos os blocos grandes ao bloco pequeno de modo que fiquem separados por 8 in. Oriente os cortes diagonais acima do bloco pequeno e posicione os furos perfurados além da borda do bloco pequeno.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Prenda firmemente o suporte da polia ao canto de uma mesa ou bancada. 
	NOTA: Posicione o suporte de modo que a polia se estenda além da borda da mesa. Isso evita que os pesos suspensos e o smartphone entrem em contato com as pernas da mesa durante as contrações.</li>
	<li>Monte e fixe o apoio para o antebraço
	<ol>
		<li>Corte o bloco de apoio para o antebraço de cloreto de polivinila celular de 14 in em três peças, consistindo em duas seções de 1,5 in e uma seção de 3,5 in.</li>
		<li>Faça um entalhe de 2 in x 1/8 in na superfície superior de cada seção menor, posicionando o entalhe a 1 in da borda frontal.</li>
		<li>Fixe as seções menores na parte inferior da seção maior em ambas as extremidades. Alinhe os entalhes entre si.</li>
		<li>Cubra a superfície superior da seção maior com fita de velcro.</li>
		<li>Passe a alça do antebraço pelos dois entalhes.</li>
		<li>Fixe o apoio para o antebraço à estrutura utilizando parafusos e porcas T embutidas. Posicione o apoio a 14 in do suporte da polia, com a alça do antebraço voltada para longe da polia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Insira rolamentos de esferas nas ranhuras dos componentes da engrenagem interna e da engrenagem externa (Arquivo Suplementar 1).</li>
	<li>Passe uma correia dentada de 40 cm pela ranhura lateral do componente da engrenagem interna. Forme um laço com sobreposição de 2 cm e fixe a sobreposição dentro da ranhura.</li>
	<li>Passe o eixo metálico pelo suporte esquerdo da polia, um travador, o componente da engrenagem interna, o componente de transmissão de força, o componente da engrenagem externa, um segundo travador e o suporte direito da polia. 
	NOTA: Oriente a ranhura lateral do componente da engrenagem interna em direção à estrutura. Posicione ambos os travadores a 1 mm de cada lado do conjunto da polia.</li>
	<li>Instale dois travadores adicionais no eixo, posicionando cada um a 1 mm dos suportes da polia para impedir movimento lateral.</li>
	<li>Passe um fio de aço multifilamentar de 40 cm pelo suporte para os dedos e fixe-o com um grampo. Passe a outra extremidade pelo mosquetão A e fixe-o com um segundo grampo. 
	NOTA: Os mosquetões A e B são idênticos e são rotulados apenas para identificação durante a montagem.</li>
	<li>Conecte o componente da engrenagem interna ao mosquetão A utilizando a correia dentada acoplada. Fixe a sobreposição com a Chave A. 
	NOTA: As Chaves A, B e C são idênticas. Chaves adicionais podem ser impressas, pois são projetadas como componentes sacrifícios que falham antes que outras partes do equipamento sejam danificadas.</li>
	<li>Passe um fio de aço multifilamentar de 10 cm ao redor do mosquetão A e fixe-o com um grampo. Passe a outra extremidade ao redor de um conector de estrutura de alumínio, prenda o fio com um grampo e fixe o conector à estrutura. 
	NOTA: Este conjunto será denominado doravante como parafuso de segurança.</li>
	<li>Crie um laço usando 40 cm de correia dentada com sobreposição de 2 cm e insira o laço na Chave B. Passe a outra extremidade ao redor do mosquetão B e fixe a sobreposição utilizando a Chave C.</li>
	<li>Insira a Chave B no nível mais largo do componente da engrenagem externa.</li>
	<li>Fixe o suporte para smartphone ao mosquetão B utilizando a alça do braçadeira ou as aberturas para cabo de fone de ouvido.</li>
	<li>Suspenda o peso inicial desejado no mosquetão B utilizando um fio de aço com laço e grampo.</li>
</ol>
2. Configuração da aquisição de dados
<ol>
	<li>Instale o aplicativo de aquisição de dados em um smartphone equipado com acelerômetro.</li>
	<li>Abra o módulo Aceleração (sem g).</li>
	<li>Coloque o smartphone no suporte do braçadeira preso ao mosquetão B.</li>
	<li>Colete os dados conforme a seção 3.</li>
	<li>Exporte os dados gravados como um arquivo .xls. Atribua um nome de arquivo exclusivo correspondente ao participante.</li>
	<li>Transfira o arquivo .xls para um computador com acesso à internet.</li>
	<li>Processe os dados usando o Arquivo de Código Suplementar 1 
	NOTA: O script calcula a velocidade usando a integração de Euler progressiva da aceleração vertical medida (Equação 3). A posição é calculada usando a equação cinemática de aceleração constante (Equação 4). Os cálculos utilizam os valores brutos de aceleração, sem suavização ou filtragem. 
	Equação 3: vi = vi-1&#160;+ ai&#160;∆t 
	Equação 4:&#160;&#160;<img alt="Equação 4" src="/files/ftp_upload/71757/71757eq4.jpg" style="margin:auto;" />
	<ol>
		<li>Instale o Arquivo de Código Suplementar 1.</li>
		<li>Instale o Python no computador usado para o processamento dos dados.</li>
		<li>Abra uma janela de terminal e execute: pip install streamlit pandas matplotlib scipy openpyxl xlrd.</li>
		<li>Navegue até a pasta que contém o Arquivo de Código Suplementar 1 e execute: streamlit run muscle_velocity_gui.py. 
		NOTA: Ao usar o Windows PowerShell, execute: python -m streamlit run muscle_velocity_gui.py. Se for solicitado um endereço de e-mail, deixe o campo em branco e pressione Enter.</li>
		<li>Clique em Carregar e selecione o arquivo .xls exportado.</li>
		<li>Clique em Processar Dados para carregar e analisar o conjunto de dados.</li>
		<li>Revise os gráficos de aceleração, velocidade e posição gerados para o primeiro ensaio.</li>
		<li>Selecione os picos detectados correspondentes a contrações musculares válidas usando as caixas de seleção adjacentes a cada pico. 
		NOTA: Picose válidos geralmente ocorrem antes de a curva de aceleração se tornar negativa e estão associados a valores positivos de velocidade e posição. O algoritmo automatizado de detecção de picos pode identificar incorretamente picos e, portanto, exige verificação manual.</li>
		<li>Ajuste os parâmetros de detecção de picos 
		NOTA: Se o software não identificar corretamente os picos, expanda Ajustes Avançados &#62; Parâmetros de Detecção de Picos e ajuste as configurações de detecção.
		<ol>
			<li>Ajuste o Limiar de Zero para definir a faixa de aceleração considerada estacionária. 
			NOTA: Aumente este valor quando as curvas de aceleração contiverem ruído excessivo. O limiar é exibido como linhas de referência vermelhas no gráfico de aceleração. Valor padrão = 0,30. Faixa sugerida = 0,10–5,00.</li>
			<li>Ajuste o Velocidade Mínima para Pico para definir o pico mínimo de velocidade aceito. 
			NOTA: Diminua este valor se picos válidos forem excluídos. O limiar é exibido como a linha de referência verde inferior no gráfico de velocidade. Valor padrão = 0,30. Faixa sugerida = 0,10–10,00.</li>
			<li>Ajuste o Escopo de Zero para definir o número mínimo de amostras consecutivas de aceleração próximas de zero necessárias para identificar um período estacionário. 
			NOTA: Diminua este valor se as curvas de velocidade e posição não forem redefinidas. Valor padrão = 10. Faixa sugerida = 3–25.</li>
			<li>Ajuste o Velocidade Máxima para Pico para definir o pico máximo de velocidade aceito. 
			NOTA: Aumente este valor se picos válidos excederem o limiar. O limiar é exibido como a linha de referência verde superior no gráfico de velocidade. Valor padrão = 10,00. Faixa sugerida = 10,00–30,00.</li>
			<li>Ajuste a Distância Mínima entre Picose para definir o número mínimo de amostras entre picos detectados. 
			NOTA: Valor padrão = 2. Faixa sugerida = 1–10. A modificação geralmente não é necessária.</li>
			<li>Ajuste a Prominentia Mínima do Pico para definir a proeminência exigida para a detecção do pico. 
			NOTA: Valores mais baixos aumentam a sensibilidade e podem identificar picos adicionais. Valor padrão = 0,10. Faixa sugerida = 0,01–0,90. A modificação geralmente não é necessária.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Após identificar todos os picos válidos para o ensaio atual, clique em Próximo para avançar para o próximo ensaio.</li>
		<li>Repita os passos 2.7.7–2.7.10 até que todos os ensaios tenham sido processados. 
		NOTA: Não modifique os parâmetros de detecção de picos após o processamento do primeiro ensaio. Se alterações nos parâmetros se tornarem necessárias, repita a análise de todos os ensaios previamente processados usando as configurações atualizadas.</li>
		<li>Copie os dados de velocidade e aceleração selecionados para uma planilha para análises subsequentes de força–velocidade–potência.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Protocolo experimental 
<ol>
	<li>Fixe o antebraço do participante ao apoio de braço usando a correia do antebraço. Aperte a correia o suficiente para impedir que o antebraço se mova para frente.</li>
	<li>Coloque o suporte para o dedo no polegar do participante e aperte-o firmemente.</li>
	<li>Elimine a folga do sistema de polia girando a polia por meio do mecanismo de catraca até que a correia de sincronização esteja esticada. 
	NOTA: O mecanismo de catraca produz um clique audível ao avançar entre as posições.</li>
	<li>Deslize o pino de segurança em direção à polia até que o fio que conecta o pino de segurança e o mosquetão A esteja esticado.</li>
	<li>Selecione dois pesos de massa aproximadamente igual, cada um pesando cerca de 1,25 kg.</li>
	<li>Sequência fixa de testes
	<ol>
		<li>Teste o nível maior, o nível intermediário e o nível menor usando um peso e o smartphone.</li>
		<li>Teste o nível menor, o nível intermediário e o nível maior usando dois pesos e o smartphone.</li>
		<li>Teste o nível maior e o nível menor usando apenas o smartphone. 
		NOTA: Utilize a mesma sequência para todos os participantes para minimizar o viés relacionado à fadiga.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Toque em Iniciar Gravação no aplicativo de aquisição de dados.</li>
	<li>Instrua o participante a contrair o polegar tão rapidamente e com tanta força quanto possível. 
	NOTA: A motivação do participante pode afetar substancialmente o desempenho. Ofereça incentivo verbal consistente durante todo o teste para promover esforço máximo.</li>
	<li>Pare a gravação dos dados após cada tentativa. Ajuste o nível da polia e a condição de carga de acordo com a sequência estabelecida na etapa 3.6.</li>
	<li>Retome a gravação dos dados e repita as etapas 3.8–3.9 até que todas as oito combinações de nível da polia e carga tenham sido concluídas.</li>
	<li>Monitore o participante durante todo o teste e repita tentativas afetadas por movimento excessivo do braço ou esforço incompleto.</li>
	<li>Revise o traçado de aceleração após cada tentativa. 
	NOTA: Repita tentativas que apresentem picos iniciais anormalmente baixos de aceleração, oscilações excessivas ou movimento contínuo do smartphone entre as contrações, pois essas condições podem comprometer a qualidade dos dados.</li>
	<li>Anote observações para cada tentativa, incluindo tentativas repetidas ou excluídas, para facilitar a análise subsequente dos dados.</li>
</ol>
4. Uso do ergômetro padrão-ouro
<ol>
	<li>Configurar o ergômetro padrão-ouro
	<ol>
		<li>Ligue o computador e inicie o software de aquisição de dados. Abra o arquivo do procedimento do sistema de alavanca de modo duplo.</li>
		<li>Defina o deslocamento de força para 10 e o deslocamento de comprimento para 9 na unidade de controle da alavanca.</li>
		<li>Ligue o sistema de alavanca de modo duplo e a unidade de aquisição de dados.</li>
		<li>Verifique o funcionamento adequado do motor girando suavemente a alavanca e confirmando a presença de resistência.</li>
		<li>Passe 40 cm de fio de aço multifilamento pelo segundo orifício a partir da base da alavanca e fixe o fio usando um grampo.</li>
		<li>Passe a extremidade oposta do fio pelo suporte para o dedo e fixe o fio usando um grampo.</li>
		<li>Fixe o sistema de alavanca de modo duplo ao quadro, a 3 polegadas à frente do apoio de braço.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Fixe o antebraço do participante ao apoio de braço e posicione o polegar dentro do suporte para o dedo.</li>
	<li>Deslize o braço do participante para frente até que o polegar atinja a flexão máxima e o cabo esteja sob leve tensão.</li>
	<li>Ajuste a tira do antebraço o suficiente para impedir movimentos do braço nas direções anterior ou lateral.</li>
	<li>Configure as configurações de aquisição de dados
	<ol>
		<li>Abra&#160;Scan Control Device Dev6.</li>
		<li>Defina Número de Amostras&#160;para&#160;60.000.</li>
		<li>Defina Média de Amostras&#160;para&#160;1.</li>
		<li>Defina Período de Amostragem&#160;para&#160;0,0001.</li>
		<li>Defina Período de Conversão&#160;para&#160;0.</li>
		<li>Defina Amostras Pós-Gatilho&#160;para&#160;0.</li>
		<li>Defina Fonte de Gatilho de Referência&#160;para&#160;/Dev6/PFI1.</li>
		<li>Defina Tipo 2x&#160;para&#160;Digital.</li>
		<li>Defina Alavanca1 2x&#160;para&#160;0.</li>
		<li>Defina Alavanca2 2x&#160;para&#160;0.</li>
		<li>Defina Modo&#160;para&#160;One Shot.</li>
		<li>Defina Retornar Imediatamente&#160;para&#160;Desligado.</li>
		<li>Defina Gatilho de Início&#160;para&#160;Desligado.</li>
		<li>Defina Fonte do Gatilho&#160;para&#160;/Dev6/PFI0.</li>
		<li>Defina Relógio de Amostragem&#160;para&#160;Desligado.</li>
		<li>Defina Fonte do Relógio&#160;para&#160;/Dev6/PFI7.</li>
		<li>Defina Relógio de Conversão&#160;para&#160;Desligado.</li>
		<li>Defina Fonte do Relógio de Conversão&#160;para&#160;/Dev6/PFI2.</li>
		<li>Selecione Canal 1 + Canal 2&#160;em Selecionar Canais para Varredura.</li>
	</ol>
	 </li>
	<li>Clique em Iniciar em Scan Control Device e instrua o participante a contrair o polegar tão rapidamente e com tanta força quanto possível. 
	OBSERVAÇÃO: A motivação do participante pode afetar substancialmente o desempenho. Forneça encorajamento verbal consistente durante todo o teste para promover esforço máximo.</li>
	<li>Clique em GetWaves e salve os dados resultantes usando o identificador do participante e o valor atual do deslocamento de força. 
	OBSERVAÇÃO: Para a primeira contração, o deslocamento de força é 10.</li>
	<li>Reduza o deslocamento de força em incrementos de 1,0. 
	OBSERVAÇÃO: Exemplo de progressão: 10,0 &#62; 9,0 &#62; 8,0.</li>
	<li>Repita os passos 4.6–4.8 até que o motor não ofereça resistência perceptível ao movimento do polegar.</li>
	<li>Extraia os valores de força de pico e velocidade de pico de cada tentativa usando o procedimento de análise descrito em Arquivo de Código Suplementar 2.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Hill AV. The heat of shortening and the dynamic constants of muscle. Proc R Soc Lond B Biol Sci. 1938;126:136-195.</li>
	<li>Huxley AF. Muscle structure and theories of contraction. Prog Biophys Biophys Chem. 1957;7:255-318.</li>
	<li>Seow CY. Hill&#39;s equation of muscle performance and its hidden insight on molecular mechanisms. J Gen Physiol. 2013;142:561-573.</li>
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</ol>

Os autores não têm divulgações a declarar.

Um aparelho de baixo custo foi validado como uma alternativa aos ergômetros padrão-ouro para medir as relações força-velocidade e potência-velocidade dos músculos humanos em sala de aula.
Os resultados da validação apoiam a afirmação de que um aparelho de baixo custo, e portanto mais acessível do ponto de vista econômico e tecnológico, pode gerar medições estatisticamente indistinguíveis daquelas obtidas com um ergômetro padrão-ouro. A capacidade do aparelho de baixo custo de gerar relações fo...

O músculo estriado é o motor que gera o movimento esquelético em humanos e outros animais. Compreender sua composição hierárquica única é complicado por fatores multiescala que influenciam a geração de força e a produção de trabalho1,2. Talvez por causa dessas complexidades, a função muscular possa ser um componente subpriorizado nos currículos de anatomia e fisiologia, porque os educadores carecem das ferramentas necessárias para demonstrar adequadamente os aspectos fundamentais e mais fascinantes da função muscular3,4,5,6.
A função muscular historicamente tem sido descrita por meio de vários paradigmas duradouros, nenhum mais amplamente reconhecido do que o compromisso entre força e velocidade, primeiramente caracterizado quase um século atrás por Archibald Vivian Hill1,2,3,4,5,6. Essa relação fisiológica fundamental descreve o compromisso entre a velocidade de contração muscular e a força, em que contrações isométricas ou com encurtamento muito lento geralmente são as mais fortes, produzindo a força máxima do músculo (Fmax), enquanto as contrações isotônicas mais rápidas, que se aproximam da velocidade máxima do músculo (Vmax), normalmente são as mais fracas1. Quando Hill descreveu a relação força–velocidade–potência (FVP) em 1938, ele introduziu uma função que ainda leva seu nome. A equação de Hill (Equação 1) relaciona a força máxima gerada durante uma contração isométrica (com extremidades musculares fixas) à velocidade máxima alcançada na ausência de uma carga externa.
Equação 1:&#160;(v + b) (F + a) = b (Fmax + a)
em que v é a velocidade de encurtamento, F é a força muscular, Fmax é a força isométrica máxima, e a e b são&#160;constantes que descrevem a relação força–velocidade e as propriedades energéticas do encurtamento muscular1.
Inseridos nessa relação fundamental estão vários conceitos-chave da função muscular representados por cinco parâmetros quantitativos que definem a relação força-velocidade-potência (FVP). O produto da força muscular instantânea pela velocidade é a potência, que normalmente atinge um valor máximo (Pmax) em aproximadamente um terço de Vmax7. A velocidade na qual&#160;&#160;Pmax&#160;ocorre é denominada velocidade ótima (Vopt), e sua localização dentro da faixa de velocidades de encurtamento (de V0 a Vmax) é uma característica importante das relações força–velocidade e potência–velocidade. Por exemplo, uma Vopt maior resulta na potência máxima sendo gerada em uma velocidade de encurtamento mais alta. Na própria relação força–velocidade, a força máxima (Fmax) e a velocidade máxima (Vmax) estão conectadas por relações intermediárias de força–velocidade de maneira curvilínea (Figura 5A). Relações representativas de força–velocidade e potência–velocidade obtidas com a metodologia atual são apresentadas na Figura 1.&#160;O coeficiente angular dessa curva é denominado curvatura da relação força–velocidade, que descreve a taxa de declínio da força com o aumento da velocidade. A curvatura é definida como a/Fmax8, onde a é&#160;a constante termodinâmica na equação de Hill que quantifica a geração de calor friccional por um músculo encurtando sem carga1. A curvatura influencia a posição de Vopt na curva força–velocidade e determina quanta força um músculo pode gerar em uma determinada velocidade de encurtamento. A curvatura&#160;também tem sido descrita utilizando a razão de potência muscular (Equação 2)9.&#160;
Equação 2:&#160;&#160;<img alt="Equação 2" src="/files/ftp_upload/71757/71757eq2.jpg" style="margin:auto;" />
onde Pmax é a potência máxima de saída muscular, e Vmax e Fmax são a velocidade máxima de encurtamento e a força isométrica máxima, respectivamente.
A natureza intuitiva das relações força-velocidade e potência-velocidade oferece pontos de entrada eficazes ao ensinar a função muscular na sala de aula de ciências da vida. A importância de oferecer aos alunos oportunidades práticas para desenvolver uma compreensão mais completa das relações FVP é reforçada pelo fato de que a aprendizagem prática tem demonstrado melhorar a retenção de conhecimento10. Além disso, sabe-se que a aprendizagem experimental fortalece a base para avaliar a função muscular, tanto em um contexto científico fundamental quanto como preparação para profissões na área da saúde, incluindo prevenção de lesões, reabilitação e treinamento físico.
Instrumentos tradicionais para testar propriedades fisiológicas musculares, como sistemas de alavanca servoelétricos de modo duplo, são altamente precisos e exatos, mas apresentam custos proibitivos e, portanto, representam barreiras substanciais à implementação na maioria dos ambientes de sala de aula7. Para superar essas limitações e ampliar as oportunidades de aprendizado prático, foi desenvolvida uma alternativa de baixo custo. O aparelho é baseado em uma polia impressa em 3D que incorpora um mecanismo de catraca e engate e utiliza trilhos de alumínio ranhurados disponíveis no mercado, fio rígido e um smartphone montado em um suporte portátil, executando um aplicativo gratuito de aquisição de dados (Figura 2). Optou-se pelo smartphone em vez de dispositivos dedicados de medição de aceleração porque os smartphones são amplamente acessíveis e geralmente possuem acelerômetros precisos e robustos11. A utilidade dos smartphones como dispositivos científicos de medição já foi demonstrada anteriormente, incluindo a incorporação de um acelerômetro de smartphone comercialmente disponível na unidade de medição inercial do helicóptero Ingenuity em Marte12.
Embora existam algumas ferramentas de baixo custo para ensinar fisiologia muscular, elas abordam conceitos diferentes: Judge et al.6 desenvolveram&#160;atividades acessíveis baseadas no SpikerBox para registrar a atividade elétrica muscular, e Medeiros et al.10 criaram um modelo bidimensional de sarcômero de baixo custo para demonstrar a mecânica relacionada à titina. No entanto, nenhuma ferramenta existente de baixo custo permite que os alunos meçam diretamente as relações FVP de um músculo humano em contração e gerem dados quantitativos comparáveis aos da pesquisa. O aparelho aqui apresentado tem como objetivo preencher essa lacuna, fornecendo medições de FVP validadas como padrão-ouro por menos de 300 dólares.
O presente estudo relata a construção de um aparelho de PVM de baixo custo com validação cruzada frente ao padrão ouro da indústria. As análises de validação baseiam-se em comparações pareadas das cinco variáveis resumo de PVM reconhecidas, medidas nos mesmos indivíduos em ambos os aparelhos. As análises testam a hipótese de que ambos os aparelhos geram curvas equivalentes de força-velocidade e potência-velocidade. Com a validação cruzada bem-sucedida, o aparelho de baixo custo pode democratizar os estudos em sala de aula da fisiologia muscular e da biomecânica músculo-esquelética, reduzindo a barreira financeira para a aquisição do equipamento, mantendo ao mesmo tempo a precisão experimental e, portanto, o rigor científico. Espera-se que o aparelho de baixo custo possa inspirar e capacitar estudantes e educadores em salas de aula de fisiologia e biomecânica em todo o mundo, que já estudam e ensinam a anatomia muscular, a explorar de forma prática uma das relações musculares mais fundamentais. Ao incluir uma atividade prática para a geração de medidas fisiológicas, as salas de aula podem alcançar uma compreensão multimodal e uma melhor retenção do conhecimento.

<table><tbody><tr><td>Pesos de 1,25 kg</td><td>NEXO Fitness</td><td>ASIN: B09JHQ6QB8</td><td>Pode ser substituído por pesos genéricos de aproximadamente 1-2 kg&lt;br/&gt; quantidade necessária: 2</td></tr><tr><td>Correia de sincronização para impressora 3D</td><td>&amp;lrm;Correia para impressora 3D de 10 m</td><td>ASIN: B08974S1CC</td><td>Pode ser substituída por correias genéricas de sincronização para impressora 3D: passo de 2 mm, largura de 6 mm, feitas de borracha e fibra de vidro&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>3DPart1 - Engrenagem Interna</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Consulte os arquivos STL suplementares - Imprimir em ABS&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>3DPart2 - Engrenagem Externa</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Consulte os arquivos STL suplementares - Imprimir em ABS&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>3DPart3 - Chave</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Consulte os arquivos STL suplementares - Imprimir 3-5 vezes em ABS&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>3DPart4 - Suporte de Força</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Consulte os arquivos STL suplementares - Imprimir em PLA&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>Viga de alumínio longa</td><td>80/20 inc</td><td>1020</td><td>1 in x 2 in x 32 in&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>Viga de alumínio curta</td><td>80/20 inc</td><td>1010</td><td>1 in x 1 in x 12 in&lt;br/&gt; quantidade necessária: 2</td></tr><tr><td>Fixador para estrutura de alumínio / Parafuso de segurança</td><td>80/20 inc</td><td>4108</td><td>&amp;nbsp;quantidade necessária: 3</td></tr><tr><td>Protetor de braço</td><td>&amp;nbsp;FEATOL</td><td>ASIN: B0CGX8QZ3C</td><td>Pode ser substituído por um protetor de braço genérico&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>Bloco de cloreto de polivinila celular para apoio de braço</td><td>Azek board</td><td>8/4 X Thickness Traditional Only</td><td>14 in x 6 1/2 in x 3/4 in&lt;br/&gt; quantidade necessária: 14</td></tr><tr><td>Gateadores</td><td>Rewoalzx</td><td>ASIN:&amp;nbsp; B0FB3VYV3N&amp;nbsp;</td><td>quantidade necessária: 2</td></tr><tr><td>Mancais de esferas de aço com liga de cromo</td><td>uxcell</td><td>UXCELL 6900 2RS - ASIN: B07FVX92MJ</td><td>Dimensões: diâmetro interno 10 mm, diâmetro externo 22 mm, largura 6 mm.&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>Excel/Folha de cálculo</td><td>Microsoft</td><td>Excel</td><td>Pode ser substituído por qualquer software de planilha&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>Protetor de dedo</td><td>Sopito</td><td>ASIN:&amp;nbsp; B0B5C6RWR4&amp;nbsp;</td><td>Pode ser substituído por um protetor de dedo genérico&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>IGOR 8 PRO</td><td>Wavemetrics.com</td><td>8 PRO</td><td>Utilizado com equipamentos da Aurora Scientific e para cálculo de a/Fmax.&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>Placa grande de cloreto de polivinila celular</td><td>Azek board</td><td>8/4 X Thickness Traditional Only</td><td>6 3/4 in x 7 in x 3/4 in&lt;br/&gt; quantidade necessária: 2</td></tr><tr><td>Eixo metálico</td><td>Genérico</td><td>ASIN: B0CC8T8X77</td><td>Haste de aço com 9,97 mm de espessura e 45 cm de comprimento.&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>Fio de aço multifilamentar&amp;nbsp;</td><td>Catch All Tackle</td><td>ASIN: B00JTWDSQS</td><td>Diâmetro de 1,4 mm, classificação de 400 lb&lt;br/&gt; quantidade necessária: 2</td></tr><tr><td>Suporte para telefone</td><td>Tribe</td><td>ASIN: B00SXRXUFE</td><td>quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>Aplicativo Phyphox</td><td>Phyphox.org</td><td>N/A</td><td>Baixar na Apple App Store ou Google Play Store&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>Script Python</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Pode ser baixado: Documento Suplementar 1 muscle_velocity_gui.py&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>Placa pequena de cloreto de polivinila celular</td><td>Azek board</td><td>8/4 X Thickness Traditional Only</td><td>1 in x 3 1/4 in x 3/4 in&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>Smartphone</td><td>Apple</td><td>IPhone 11</td><td>Pode ser substituído por qualquer smartphone com acelerômetro&lt;br/&gt; quantidade necessária: 1</td></tr><tr><td>Abraçadeiras para fio de aço</td><td>Catch All Tackle</td><td>ASIN: B00JTWDSQS</td><td>Classificação de 400 lb&lt;br/&gt; quantidade necessária: 6</td></tr><tr><td>Tampões</td><td>Befenybay</td><td>ASIN: B0B1C6BPKQ</td><td>diâmetro interno 10 mm, diâmetro externo 20 mm, largura 20 mm&lt;br/&gt; quantidade necessária: 2</td></tr></tbody></table>

um aparelho de baixo custo para medir as relações força-velocidade muscular

A Low-Cost Apparatus for Measuring Muscle Force&#8211;Velocity Relationships

A relação entre força muscular, velocidade contrátil e potência representa um paradigma com quase um século na fisiologia e um pilar fundamental da nossa compreensão da função musculoesquelética. No entanto, esse paradigma raramente é estudado diretamente em salas de aula de fisiologia e biomecânica devido ao custo proibitivo dos equipamentos necessários. Este estudo teve como objetivo projetar e validar um aparato de baixo custo utilizando um sistema de polia impresso em 3D, que incorpora um mecanismo de catraca e engrenagem, podendo ser facilmente construído e configurado para coletar dados de força–velocidade–potência dos músculos dos dedos humanos por meio do acelerômetro de um smartphone, utilizando o aplicativo gratuito Phyphox. Um script personalizado em Python converte as medidas brutas do acelerômetro em saídas de velocidade e potência, que são então comparadas, sujeito por sujeito, com as medidas obtidas usando um sistema de alavanca de modo duplo considerado padrão-ouro. Comparações pareadas de cinco variáveis resumo (força máxima, Fmax; velocidade máxima, Vmax; potência máxima, Pmax; velocidade ótima, Vopt; e curvatura da relação força–velocidade, a/Fmax) revelaram diferenças estatisticamente não significativas entre os dados de força–velocidade–potência coletados com os dois aparelhos (testes t pareados, p &#62; 0,05). Assim, sem redução significativa na qualidade dos dados, o aparato de baixo custo oferece um meio acessível, seguro e economicamente viável para ensinar e estudar princípios biomecânicos e fisiológicos. Esse aparato tem o potencial de democratizar o ensino de fisiologia muscular e biomecânica, especialmente em ambientes educacionais subfinanciados e com recursos limitados em todo o mundo.

Os dados de força–velocidade e potência–velocidade foram coletados de uma amostra de estudantes de graduação (N = 15) utilizando tanto o ergômetro padrão-ouro quanto o aparelho de baixo custo, a fim de avaliar as saídas funcionais de cada sistema sob um protocolo experimental idêntico. Os dados individuais dos participantes são apresentados na Figura 1, e os dados resumidos para cada aparelho são mostrados na Figura 3.
O aparato de ba...

Foi desenvolvido um aparelho acessível e de baixo custo para medir as relações força–velocidade–potência muscular humana, utilizando materiais baratos, uma engrenagem impressa em 3D, um acelerômetro de smartphone e software livre em Python. A validação frente a um ergômetro padrão-ouro demonstrou medições fisiologicamente relevantes, ao mesmo tempo que ofereceu oportunidades equitativas de aprendizado prático em um ambiente de sala de aula universitária.

Um Aparelho de Baixo Custo para Medir as Relações Força-Velocidade Muscular

A relação entre a força muscular, a velocidade contrátil e a potência representa um paradigma de quase um século na fisiologia e um pilar fundamental de nossa...

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Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Myo-mecânico Análise do músculo esquelético isolado

Este vídeo demonstra a preparação cirúrgica e os procedimentos necessários para estudar as respostas contráteis da preparação músculo gastrocnêmio medial de...

Procedimentos para Rat<em&gt; In situ</em&gt; Propriedades contrátil do músculo esquelético

Nós descrevemos um método para medir diretamente a força muscular, a força muscular, a cinética contráteis e fatigabilidade de músculos esqueléticos isolados em...

Avaliação ex vivo de Fatigabilidade Contratilidade e Alternans em músculos esqueléticos isolados

Medições da força pode ser usada para demonstrar as alterações na função muscular, devido ao desenvolvimento, lesões, doença, o tratamento ou a toxicidade química. Neste vídeo, demonstramos um método para medir a força durante uma contração máxima de zebrafish músculos do tronco larval.

Medição de força durante a contração para avaliar a função muscular em larvas do peixe

Descreve-se um novo vetor de tecido Doppler técnica de imagem baseados em ultra-som para medir a velocidade de contração muscular, tensão e taxa de deformação com resolução temporal sub-milissegundos durante atividades dinâmicas. Esta abordagem fornece medidas complementares a função muscular dinâmica e poderia conduzir a uma melhor compreensão dos mecanismos subjacentes desordens músculo-esqueléticas.

A Aplicação da novela da Musculoskeletal Ecografia

Análise das propriedades contráteis das fibras musculares esqueléticas, pele quimicamente, ou permeabilizadas oferece um poderoso meio para avaliar a função muscular ao nível da célula muscular único. Neste artigo vamos descrever uma técnica válida e confiável para preparar e testar permeabilizadas fibras musculares esqueléticas in vitro.

Medição do isométrica máxima força gerada pelo permeabilizadas fibras musculares esqueléticas

Apresentado aqui está um protocolo para o registro de ciclos de recuperação da velocidade muscular (MVRCs), um novo método de examinar propriedades da membrana muscular. Os MVRCs permitem avaliar ao vivo o potencial da membrana muscular e alterações na função do canal de íons musculares em relação à patologia, e permite a demonstração de despolarização muscular nos músculos neurogênicos.

Ciclos de recuperação da velocidade muscular para examinar propriedades da membrana muscular

Métodos simples e acessíveis foram desenvolvidos para medir o aspecto motor da fadiga relacionada ao câncer objetiva e quantitativamente. Descrevemos, em detalhes, formas de administrar o teste de fadiga física usando um simples dispositivo de aderência manual, bem como métodos para calcular índices de fadiga.

Medindo o aspecto motor da fadiga relacionada ao câncer usando um dinamômetro portátil

Apresentado aqui é um protocolo para avaliar as propriedades contratuais de myofibrils musculares estriados com resolução nano-Newton. O protocolo emprega uma configuração com uma sonda de força óptica baseada em interferometria. Esta configuração gera dados com uma alta relação sinal-ruído e permite a avaliação da cinética contracttil dos myofibrils.

Isolando Myofibrils de Biópsias musculares esqueléticas e determinando função contractile com um transdutor de força de resolução nano-Newton

O presente protocolo descreve detalhes experimentais concisos sobre a avaliação e interpretação dos dados de torque in vivo obtidos por estimulação elétrica do nervo peroneal comum em suínos anestesiados.

In vivo Medição do Torque Isométrico Dorsiflexor Hindlimb do Porco

Aqui, apresentamos um novo protocolo para medir de forma não invasiva a relação torque-velocidade angular-potência in vivo em flexores plantares de ratos usando estimulação muscular transcutânea. Essa configuração permite testes simples de contrações musculares isotônicas em um sistema de transdutor de força/controlador de comprimento para representar melhor a natureza de carga constante dos movimentos diários.

Construção de perfis de Torque-Velocidade-Potência de Carga Constante (Isotônica) e Velocidade Constante (Isocinética) In vivo para os Flexores Plantares de Ratos

Este protocolo tem como objetivo demonstrar como os clínicos podem avaliar a relação torque-velocidade após a reconstrução do ligamento cruzado anterior.

Quantificação da recuperação após a reconstrução do ligamento cruzado anterior usando a relação torque-velocidade

University of Massachusetts Lowell.  An accessible, low-cost apparatus for measuring human muscle force–velocity–power relationships was developed using inexpensive materials, a 3D-printed gear, a smartphone accelerometer, and Python freeware. Validation against a gold-standard ergometer demonstrated physiologically relevant measurements while providing equitable, hands-on learning opportunities in an undergraduate classroom setting.

Um Aparelho de Baixo Custo para Medir as Relações Força-Velocidade Muscular

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