REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10675424
Luan Matheus Santos de Oliveira1
Antenor Quintiliano Telles1
Paulo Eduardo Redkva1
Resumo
A partir da relação hiperbólica entre velocidade/potência e a duração tolerável do exercício, estrutura-se o conceito de Velocidade/Potência Crítica (VC/PC). Esse parâmetro fisiológico é altamente relevante para esportes de resistência e se manifesta como PC para ciclismo e VC para corrida e natação. A VC/PC demarca o limite entre o domínio de intensidade pesada e o domínio severo do exercício, de um estado estável para um estado metabólico não estável. Esforços acima da VC/PC são determinados por D’ ou W’, uma capacidade derivada principalmente do metabolismo anaeróbico. A VC/PC parece ser um indicador relevante de desempenho físico no treinamento e competição, tanto para atletas quanto para não atletas, e seus conceitos podem ser aplicados a praticantes de exercícios físicos recreacionais, idosos e pacientes clínicos. Além disso, a literatura especializada atualmente indica que a VC/PC deve ser considerada a métrica “padrão-ouro” para avaliar a capacidade de exercício de resistência. Devido à aplicabilidade e potencial da VC/PC, o objetivo deste artigo, por meio de uma revisão narrativa, é apresentar os fundamentos e a determinação do estado metabólico máximo estável por meio da VC/PC.
Palavras-chave: Fadiga, Resistência, Desempenho, Metabolismo.
Abstract
Based on the hyperbolic relationship between speed/power and the tolerable duration of exercise, the concept of Critical Speed/Power (CS/CP) is structured. This physiological parameter is highly significant for endurance sports and manifests as CP for cycling and CS for running and swimming. CS/CP delineates the boundary between the heavy-intensity domain and the severe-intensity domain of exercise, transitioning from a stable to an unstable metabolic state. Efforts exceeding CS/CP are determined by D’ or W’, a capacity primarily derived from anaerobic metabolism. CS/CP appears to be a relevant indicator of physical performance in training and competition for both athletes and non-athletes, and its principles can be applied to recreational exercise participants, the elderly, and clinical patients. Furthermore, current specialized literature indicates that CS/CP should be considered the “gold standard” metric for assessing endurance exercise capacity. Due to its applicability and potential, the aim of this article, through a narrative review, is to present the foundations and the determination of the maximal stable metabolic state through CS/CP.
Keywords: Fatigue, Endurance, Performance, Metabolism.
Introdução
As prescrições de exercícios para pessoas saudáveis ou pessoas afetadas por doenças cardiovasculares e metabólicas são geralmente baseadas em variáveis fisiológicas. A base para determinar a intensidade do exercício está associada a faixas, usando porcentagens fixas do consumo máximo de oxigênio (%VO2max), frequência cardíaca máxima (%FCmax), reserva de frequência cardíaca (%RFC), reserva de consumo de oxigênio (%RCO2), limiares metabólicos e intensidade correspondente ao VO2max (iVO2max) (Garber et al., 2011; Hills; Byrne; Ramage, 1998).
Quando as pessoas realizam exercícios em intensidades comumente prescritas, baseadas em uma porcentagem fixa de VO2max, FCmax ou até mesmo potência de trabalho máxima (%Wpeak) (Garber et al., 2011), observa-se uma significativa variabilidade entre os indivíduos (Iannetta et al., 2020). Além disso, existem evidências sólidas de que prescrever com base em “âncoras” máximas promove perturbações distintas na homeostase e não é recomendado para a prescrição de intensidade relativa de exercício (Jamnick et al., 2020).
Como alternativa à prescrição de exercícios, identificar os limiares de transição entre os domínios de intensidade pode ser aceitável para esse propósito. Poole e Jones (2012) discutiram a cinética do consumo de oxigênio (VO2) em domínios de intensidade caracterizados como: 1) Domínio Moderado – Intensidades abaixo do limiar de lactato (LT) ou limiar de troca gasosa (GET). Nesse domínio, o VO2 rapidamente atinge um estado estável. 2) Domínio Pesado – Intensidades entre o GET e a potência crítica (CP) ou ponto de compensação respiratória (RCP) (Meyer et al., 2004). Embora o VO2 também tenha um estado estável dinâmico, pode ser observado um atraso antes que esse fenômeno fisiológico ocorra. 3) Domínio Severo – Compreendendo intensidades acima da CP após o VO2max. Nesse domínio, o VO2 não apresenta um estado estável dinâmico e pode se projetar até o VO2max. Por fim, há também o domínio extremo (ED), no qual a fadiga ocorre antes de se atingir o VO2max (Figura 1).
Figura 1. Resposta do VO2 após o início do exercício moderado, pesado, severo e extremo. Adaptado de Poole e Jones (Poole; Jones, 2012).
Os testes de exercício incremental são geralmente utilizados para permitir uma estimativa mais precisa do máximo estado metabólico estável (MMSS). O MMSS é considerado a intensidade de esforço sustentado mais alta sem perda progressiva de homeostase (Kerr et al., 2013). Portanto, podemos considerar o limite para o exercício realizado no domínio pesado e no domínio severo. Entre os métodos mais comumente utilizados para essa determinação estão o LT, a concentração absoluta de lactato ([Lac]) no sangue de 4 mmol/L (OBLA), o limiar anaeróbico individual (IaT), o lactato mínimo, o limiar anaeróbico (AT) e o GET, que por sua vez tem sido considerado como o marcador respiratório em que [Lac] começa a aumentar no organismo (Cerezuela-Espejo et al., 2018; Faude; Kindermann; Meyer, 2009; Jones; Burnley; Vanhatalo, 2018).
Como essas medidas são dependentes do protocolo e existem diferenças na carga incremental utilizada ou no tempo de estágio na aplicação dos testes, os resultados mostram variações significativas nos valores de intensidade dos domínios que devem representar o mesmo fenômeno fisiológico (Heuberger et al., 2018). Isso pode ocorrer em taxas metabólicas contrastantes, dependendo da técnica ou suposição do teste específico utilizado (Jamnick et al., 2018). Portanto, essas abordagens tradicionais são controversas para determinar o estado máximo de equilíbrio metabólico (ou seja, a velocidade do limiar anaeróbico ou a potência que separa o domínio pesado do domínio severo) (Jones et al., 2019).
Ao contrário da problemática determinação de domínios de intensidade usando avaliações complexas realizadas em laboratórios de fisiologia do exercício, por meio de métodos de análise de sangue e troca gasosa, podemos considerar um método simples que tem se mostrado relevante em pesquisas recentes, o CP ou velocidade crítica (CS). O CP é comumente usado no ciclismo, enquanto o CS é usado em corrida e natação (Galán-Rioja et al., 2020; Nixon et al., 2021). O CP/CS está altamente correlacionado com o desempenho em modalidades de exercício ou esportes de resistência (Black et al., 2014; Kolbe et al., 1995; Smith; Jones, 2001), sendo uma interpretação matemática robusta da relação entre potência/velocidade e duração do esforço (Chorley; Lamb, 2020). O CP/CS está associado a um parâmetro fisiológico distintivo e significativo da função aeróbica, como VO2max, LT ou GET (Jones et al., 2010). O LT e o GET ocorrem em 50-65% do VO2max, enquanto o CP/CS ocorre em 70-90% do VO2max em indivíduos saudáveis e pode variar dependendo de sua saúde e status de treinamento (Poole et al., 2016).
O CP/CS tem sido destacado na literatura atual (Chorley; Lamb, 2020; Follador et al., 2021; Galán-Rioja et al., 2020; Goulding; Roche; Marwood, 2021; Jamnick et al., 2020; Kuo et al., 2021; Leo et al., 2022; Podlogar; Leo; Spragg, 2022) como um método eficaz para separar o domínio pesado do domínio severo. No domínio pesado, temos um estado estável alcançável para a troca gasosa pulmonar e as variáveis metabólicas, enquanto no domínio severo da intensidade do exercício, essas variáveis mudam ao longo do tempo até que o exercício não possa mais ser tolerado, consequentemente, um estado estável não é alcançado (Gaesser; Poole, 1996; Jones et al., 2010; POOLE et al., 1988). Assim, o conceito de CP/CS é relevante para qualquer prática de atividade física e exercícios com um período significativo gasto no domínio de intensidade severa (Vanhatalo; Jones; Burnley, 2011). Além disso, podemos considerar o CP/CS como a única medida baseada puramente na medição do trabalho mecânico realizado no esforço e na tolerância ao exercício (Jones et al., 2019).
Modelos Propostos de Potência Crítica/Velocidade Crítica
A PC e a VC apresentam sólidas bases históricas, teóricas, fisiológicas e matemáticas que sustentam o conceito de hiperbolicidade (Hill, 1925; Hill; Ferguson, 1999; Jones et al., 2008, 2019; Monod; Scherrer, 1965; Moritani et al., 1981; Morton, 2006; POOLE et al., 1988; Vanhatalo et al., 2016). Os estudos iniciais sobre esse conceito foram realizados pelo fisiologista Archibald Vivian Hill. Em 1925, ele apresentou a relação entre a velocidade média e o tempo sustentável nessa velocidade para várias distâncias de corrida e natação, para homens e mulheres, utilizando os tempos de desempenho registrados desses atletas, apresentando em cada caso uma relação hiperbólica (Hill, 1925).
Desde então, vários conceitos foram propostos para explicar a PC/VC. Um dos primeiros conceitos relatados foi proposto por Monod e Scherrer (1965) e Moritani et al. (1981), que definiram a PC/VC como a taxa máxima de trabalho que poderia ser sustentada por um longo período sem a ocorrência de fadiga, sugerindo que quando a potência/velocidade realizada é menor ou igual à PC/VC, a exaustão não ocorre; portanto, permitindo a interpretação do infinito do exercício.
Esse conceito foi posteriormente reformulado, uma vez que o exercício não é infinito e a exaustão ao longo do tempo pode ocorrer devido a fatores limitantes, como a depleção de substrato energético e hipertermia (Jones et al., 2008; Poole et al., 2016). Assim, a PC/VC pode ser entendida como uma taxa metabólica crítica (Jones; Vanhatalo, 2017), na qual há uma associação com índices de aptidão aeróbica e com Lan e VO2max (Hill; Ferguson, 1999), e definida como respostas fisiológicas ao exercício (Hill; Ferguson, 1999), bem como a partir de uma perspectiva matemática (Vanhatalo; Jones; Burnley, 2011).
Fisiologicamente, a PC/VC é considerada o limite entre a zona de intensidade pesada e severa do exercício (Jones et al., 2019). A zona de intensidade pesada é caracterizada por proporcionar um estado metabólico estável, ou seja, o VO2 atinge um estado constante e não há acumulação progressiva de lactato sanguíneo (as taxas de produção e remoção são equivalentes) (Poole; Jones, 2012; POOLE et al., 1988), bem como estabilização na concentração de fosfocreatina e pH muscular, não gerando acidose metabólica (Jones et al., 2008). Essas características permitem que o exercício seja realizado por um tempo mais longo nessa zona. Nos esforços da zona severa, ao contrário do que ocorre na zona pesada, observa-se um aumento constante no VO2, até atingir (ou quase) o VO2max e concentrações estáveis de lactato sanguíneo, fosfocreatina e pH (Gaesser; Poole, 1996; Jones et al., 2019; POOLE et al., 1988). Como consequência dessa característica, há um aumento na acidose metabólica que contribui para a redução da tolerância ao exercício; ou seja, o tempo de exercício sustentado nessa intensidade é consideravelmente menor do que na zona pesada (Gaesser; Poole, 1996; Jones et al., 2019; POOLE et al., 1988).
Essas diferenças factuais entre as zonas de intensidade refletem a contribuição variável das vias metabólicas predominantes de fornecimento de energia (anaeróbia e aeróbia) para o desempenho do exercício. Tais condições específicas estão diretamente relacionadas à tolerância ao exercício e ao fenômeno da fadiga. Assim, a PC/VC é essencial para prescrever, monitorar e prever o desempenho nos treinamentos e competições, já que é um limiar que delimita dois estados fisiológicos e metabólicos (Jones et al., 2019).
De uma perspectiva matemática, a PC/VC é definida por uma relação hiperbólica (Figura 2) entre potência ou velocidade e tempo até a exaustão (Tlim), em que a assíntota dessa relação é a PC/VC (a linha reta). A PC/VC é medida em watts (W) e metros por segundo (m/s), respectivamente, e a constante de curvatura é o W’ (W prima, medida em quilojoules [kJ]) para potência e o D’ (D prima, medida em metros [m]) para velocidade (Hill, 1925, 1993; Jones et al., 2010; Monod; Scherrer, 1965). O W’/D’ é uma medida finita relacionada à quantidade máxima de trabalho que pode ser realizado acima da PC/VC (Jones et al., 2008), ou seja, em intensidade severa. O W’/D’ tem sido associado à acumulação de metabólitos fadigantes, como fosfatos inorgânicos e íons hidrogênio (Jones et al., 2008; Poole et al., 2016); no entanto, a fisiologia subjacente ao W’/D’ permanece incerta (Chorley; Lamb, 2020).
Figura 2. A relação hiperbólica entre a intensidade do exercício e o tempo até a exaustão. Adaptado de Poole et al. (2016).
Assim, ao expressar essa relação hiperbólica da PC/VC usando um modelo linear de potência-tempo ou distância-tempo, podemos observar a relação entre a potência de saída/distância percorrida e o tempo necessário para completar essas potências/distâncias. Além disso, podemos observar o estabelecimento de uma linha linear, em que a inclinação dessa linha é a PC/VC, enquanto a interseção é o W’/D’ (Figura 2) (Poole et al., 2016). Além disso, por meio das informações da equação da linha de regressão (Equação 1), é possível prever o tempo em que um atleta pode completar a distância de interesse (Equação 2) (Figura 3) (Vanhatalo; Jones; Burnley, 2011).
Figure 3. Modelo linear de tempo-distância.
Eq1: Equação 1, é a informação fornecida por uma equação de regressão linear simples; Eq2: Equação 2, Tlim: tempo até a exaustão; D: distância; D’: D prima; CS: velocidade crítica. Adaptado de Vanhatalo; Jones; Burnley (2011).
Portanto, a PC/VC é a intensidade de exercício submáxima mais alta sustentada sem induzir o VO2max (Hill; Ferguson, 1999), apresentada como um índice da capacidade metabólica oxidativa que é sensível ao treinamento de resistência e à fração de oxigênio inspirado (Jones et al., 2010, 2019; Poole; Ward; Whipp, 1990). Portanto, podemos considerar a PC/VC como um parâmetro representando a taxa metabólica mais alta de fornecimento de energia derivada do metabolismo oxidativo (Jones et al., 2010; Jones; Vanhatalo, 2017).
Assim, conhecer a velocidade de corrida ou potência de ciclismo que proporciona a máxima taxa metabólica oxidativa sustentável pode ser relevante ao avaliar o potencial de desempenho atlético e não atlético, especialmente como uma ferramenta essencial para a prescrição adequada de programas de treinamento físico (Jones et al., 2010, 2019; Vanhatalo; Jones; Burnley, 2011).
A Determinação da Potência/Velocidade Crítica e a Perspectiva Moderna
Atualmente, não existe um teste padrão ouro para determinar a PC/VC, e não há consenso sobre as melhores práticas para estabelecer a PC/VC (Jamnick et al., 2020). Apesar disso, podemos contar com os procedimentos de laboratório e protocolos de teste de campo estabelecidos na literatura como aceitáveis para sua determinação (Bergstrom et al., 2014).
A abordagem convencional é a mais comum, na qual é necessário realizar pelo menos dois testes em potência/velocidade constante até a exaustão, em dias separados, no ergômetro de ciclo ou esteira, fornecendo tempos de exaustão entre 2 e 15 minutos (Galbraith et al., 2011; Jones et al., 2019; POOLE et al., 1988; Vanhatalo; Jones; Burnley, 2011). Geralmente, sugere-se que sejam realizados pelo menos três ou quatro esforços, para garantir uma determinação mais assertiva (Vanhatalo; Jones; Burnley, 2011). Embora o número de testes escolhido não pareça influenciar a PC/VC (Housh; Housh; Bauge, 1990; Simpson; Kordi, 2017) quando apenas dois testes são usados como referência, um erro em qualquer ponto pode afetar significativamente a magnitude das estimativas dos parâmetros (Hill, 1993).
As velocidades escolhidas para a realização dos testes geralmente estão entre 95% e 120% da velocidade do VO2max, determinada por meio de um teste incremental (Hill; Ferguson, 1999; Smith; Jones, 2001). Enquanto isso, as potências estão entre 75% e 105% da potência máxima alcançada em um teste de rampa (Vanhatalo; Jones; Burnley, 2011). A vantagem dessa abordagem é o fato de que os esforços podem ser feitos em uma pista de atletismo, piscina ou velódromo, o que aproxima tanto o teste quanto a avaliação da especificidade da modalidade em que o participante será testado (Nimmerichter et al., 2017).
Uma grande limitação prática da avaliação da PC/VC por meio dessa abordagem é a necessidade de realizar vários conjuntos de esforço máximo em dias separados, tornando o processo de avaliação árduo, demorado e trabalhoso para o avaliador (Vanhatalo; Jones; Burnley, 2011). Como alternativa, foi desenvolvido o teste de três minutos de esforço máximo, no qual um teste de esforço máximo é realizado por 3 minutos, sendo que a potência/velocidade final representa a PC/VC e o trabalho total realizado acima da PC/VC representa o W’/D’ (Figura 4) (Broxterman et al., 2013; Jones et al., 2019).
Figure 4. Representação do teste de três minutos de esforço máximo.
Outros métodos estão disponíveis para determinar a PC/VC. Um exemplo é o teste de três distâncias em pista (1.200m, 2.400m e 3.600m) realizado em velocidade constante e esforço máximo, com um intervalo de 30 minutos entre cada avaliação, com um tempo de exaustão de aproximadamente 3, 7 e 12 minutos em cada distância, a fim de determinar a VC (Galbraith et al., 2014). No entanto, essas abordagens ainda requerem que os testes sejam realizados até que o indivíduo esteja exausto, o que pode limitar sua aplicação apenas a pessoas com alta aptidão física (Follador et al., 2021).
Nesse sentido, um teste capaz de prever a VC foi desenvolvido recentemente por meio de um teste submáximo de 10 minutos chamado de T10 (Follador et al., 2021). O teste pressupõe que a velocidade autosselecionada no protocolo esteja próxima da velocidade máxima relacionada ao estado metabólico estável, caracterizando um perfil estável de consumo de oxigênio (VO2) após entre 5 e 10 minutos, justificando a duração do teste de 10 minutos (Follador et al., 2021; Galbraith et al., 2014; Whipp, 1994).
A velocidade T10 (vT10, atribuída como medida de VC) é obtida nos últimos 5 minutos do teste, nos quais o indivíduo permanece correndo em um ritmo autosselecionado intenso. Uma limitação do teste é que o D’ não é fornecido. No entanto, o teste mostrou-se confiável e correspondeu à VC determinada usando a abordagem convencional (Follador et al., 2021). Assim, tornou-se uma boa alternativa para aplicar o conceito de VC a corredores recreativos e populações com baixa aptidão física, nas quais a medição do D’ não é necessária da mesma forma que para atletas de elite.
Apesar de apresentar essa limitação para a determinação do D’, o teste T10 parece ser um teste conveniente para a predição da VC, uma vez que é um teste submáximo, fácil de aplicar, tem curta duração e possivelmente maior adesão do que os testes máximos, além de sua aplicabilidade na prescrição e predição de desempenho.
O modelo de PC/VC descreve matematicamente a proporção entre a relação potência/velocidade e a duração do esforço necessária para que o metabolismo predominantemente aeróbico atinja a intensidade da PC/VC, iniciando os processos relacionados à fadiga. O parâmetro PC/VC representa a potência/velocidade associada ao estado metabólico máximo e estável, e o W’/D’ é a quantidade fixa de trabalho que pode ser realizado dentro do domínio de intensidade severa sem qualquer recuperação. Outro fator relevante é que a PC/VC pode marcar o limite dos domínios de intensidade pesada e severa, atualmente considerada a métrica “padrão ouro” para avaliar a capacidade de exercício de resistência.
A avaliação da PC/VC pode ser realizada em laboratório ou com testes realizados em campo, piscina ou outras áreas com distâncias conhecidas. Os métodos aplicados nos testes de PC/VC são altamente exigentes e podem causar grande desconforto quando os protocolos são realizados com esforço máximo. Portanto, esforços devem ser feitos para manter o indivíduo avaliado “altamente motivado”, e mesmo assim é importante entender que pode haver uma limitação associada à incapacidade do sujeito de atingir os limites fisiológicos necessários para produzir medições precisas de sua PC/VC. Assim, deve-se considerar qual protocolo ajudará o indivíduo avaliado a se aproximar de seu limite. É interessante reconhecer a importância de protocolos com um único teste, oferecendo vantagens significativas em termos de praticidade. O teste mais recente e promissor é o T10, que utiliza conceitos de um teste de velocidade autosselecionada, que está próxima da velocidade máxima associada ao estado metabólico máximo e estável do indivíduo avaliado.
Conflitos de interesse
Os autores declaram não ter nenhum conflito de interesse.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao Centro Universitário de Telêmaco Borba pela bolsa de iniciação científica fornecida através do Programa de Iniciação Científica da Unifateb.
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1Centro Universitário de Telêmaco Borba (Unifateb)