A prescrição de exercício é fundamental para várias profissões, incluindo aquelas que envolvem treinamento em saúde e condicionamento físico, saúde e segurança ocupacional, reabilitação de doenças ou lesões e desempenho esportivo. O objetivo da prescrição de exercícios é restaurar ou melhorar a capacidade funcional de um indivíduo para um nível compatível com uma vida saudável ou com seus objetivos de aptidão atlética ou de desempenho. Em um esforço para entender melhor e otimizar o desempenho atlético, os fisiologistas do exercício desenvolveram modelos matemáticos de treinamento e desempenho atlético. Dois modelos em particular, o modelo de potência crítica (CP) e o modelo de resposta ao impulso (IR) Banister, que a partir de agora denotamos como “modelos de desempenho”, são úteis para o planejamento, análise e otimização do treinamento. Esses modelos vêm sendo estudados há décadas, mas estão começando a usufruir do uso popular devido à comercialização de dispositivos portáteis de monitoramento de exercícios, como medidores de energia para bicicletas e relógios de pulso do sistema de posicionamento global, além de softwares fáceis de usar. Atualmente, o principal fator limitante no uso generalizado desses modelos é a falta de educação.
Organizações profissionais de saúde e fitness, como o Colégio Americano de Medicina Esportiva, e a comunidade de ciência do esporte defendem a prescrição de exercícios baseada em evidências, em que os programas de exercícios são baseados nas melhores evidências disponíveis atualmente, incluindo estudos científicos revisados por pares e raciocínio profissional. Embora a prescrição de exercícios baseada em evidências seja um objetivo nobre, alcançá-la na prática é um desafio. Treinadores universitários de força e condicionamento, por exemplo, confiam relativamente pouco na literatura científica quando elaboram seus programas de treinamento. A resistência à prática baseada em evidências decorre, em parte, de muitos treinadores e profissionais de fitness que carecem de educação para avaliar criticamente a literatura científica. Contudo, é importante ressaltar os impedimentos que existem para traduzir a pesquisa baseada em laboratório, que é a principal fonte de evidência científica, em prática no mundo real. Tais impedimentos incluem uma carência de estudos longitudinais para orientar projetos de programas de treinamento de longo prazo e dificuldades em comparar a eficácia de diferentes intervenções, porque muitos estudos de treinamento apresentam apenas um único grupo experimental. No estudo de atletas, as intervenções são frequentemente adicionadas em cima de seu “treinamento normal”, que muitas vezes não é relatado e / ou é mal controlado durante o estudo (68), assim como o status de treinamento de cada sujeito no início do estudo e estados de repouso ou frescor, nutrição e hidratação durante os testes de desempenho. Problemas também podem existir com os assuntos. Os estudos de treinamento freqüentemente apresentam poucos assuntos para serem estatisticamente adequados. Além disso, os sujeitos incluídos no estudo podem não ser representativos da população com a qual o praticante trabalha, na medida em que os estudos que examinam indivíduos não treinados podem não ser generalizados para atletas bem treinados e vice-versa.
Coletivamente, essas deficiências fazem com que até mesmo os elementos básicos do desenho do programa de treinamento, como volume, intensidade e periodização, permaneçam controversos na literatura. Portanto, a literatura científica aborda inadequadamente aspectos críticos do planejamento de treinamento, de tal forma que o conhecimento deve ser derivado de outros meios. Esses meios incluem anedotas e experiências de outros treinadores ou treinadores, a internet, livros didáticos, experiência passada e tentativa e erro. Nenhuma dessas formas de conhecimento passa pelos rigores da revisão por pares, de modo que sua veracidade é menos garantida. Mesmo se os estudos publicados fossem mais facilmente traduzidos, suas conclusões ainda seriam baseadas em dados médios, de tal forma que um obstáculo onipresente à prescrição de exercícios baseada em evidências é a variabilidade interindividual com a qual as pessoas respondem ao exercício. A individualidade das respostas ao exercício significa que um programa de treinamento considerado ideal em um estudo publicado pode não ser ideal para todos os indivíduos. Em última análise, portanto, a prescrição de exercícios é um experimento de sujeito único cuja otimização requer tentativa e erro.
Propomos que os modelos de desempenho podem abordar, em parte, as questões citadas acima e podem ajudar a permitir a prescrição de exercícios baseada em evidências genuínos. Os modelos de desempenho integram elegantemente os princípios do treinamento em estruturas coerentes que podem ser usadas como base para avaliar criticamente as idéias sobre o treinamento a partir de estudos científicos ou de outras fontes de conhecimento. Esse recurso ajudaria a abordar a falta de educação formal de muitos praticantes de exercícios. Eles também podem servir como guias conceituais para os elementos básicos do design do programa de treinamento. Os modelos CP e IR são especialmente úteis para orientar o projeto de treino e o planejamento de treinamento de longo prazo, respectivamente. Ambos os modelos podem servir para otimizar os programas de treinamento para indivíduos, pois suas entradas são dados coletados do indivíduo e suas previsões são específicas para o indivíduo. Diante desses benefícios, propomos uma definição renovada de prescrição de exercícios baseada em evidências, na qual um programa geral é elaborado com base em conceitos e diretrizes de estudos publicados revisados por pares e otimizado com base em dados coletados sistematicamente do atleta ou cliente e modelado usando desempenho. modelos. Os modelos de desempenho, portanto, servem como um caminho para guiar o raciocínio profissional e para sistematizar os ajustes de tentativa e erro normalmente apresentados na prescrição do exercício.
Fundamentação para o ensino de modelagem de desempenho para pesquisadores de fisiologia do exercício
Alunos da fisiologia do exercício, da ciência da reabilitação e da engenharia biomédica, focados na pesquisa, podem se beneficiar da modelagem do desempenho da aprendizagem por vários motivos. Primeiro, os modelos de desempenho podem servir como um meio para apresentar aos alunos os conceitos e a prática da modelagem matemática. A modelagem matemática tem uma longa tradição na fisiologia do exercício, e o modelo da PC e os modelos bioenergéticos relacionados têm sido usados há décadas para explicar os recordes mundiais e o desempenho como uma função do tempo. Os modelos matemáticos continuam a informar muitas das subdisciplinas da fisiologia do exercício, incluindo a bioquímica do metabolismo muscular, regulação cardiovascular, transporte O2, função endócrina e regulação de temperatura. Modelos matemáticos são úteis porque são meios eficientes e eficazes para expressar e avaliar hipóteses sobre sistemas biológicos complexos. Esperamos que o uso de modelos matemáticos na fisiologia do exercício aumente nos próximos anos devido ao surgimento da biologia de sistemas, as técnicas experimentais cada vez mais sofisticadas que exigem modelagem para explorar e os esforços para modelar fisiologia humana. Por essas mesmas razões, as ciências da vida estão reconfigurando seus currículos para enfatizar o treinamento nas ciências quantitativas e físicas. Diante desses desenvolvimentos, acreditamos que é importante que os pesquisadores de fisiologia do exercício sejam suficientemente versados em modelagem matemática para apreciar, compreender e contribuir substantivamente para a ciência biomédica contemporânea. A modelagem depende de um conjunto básico de habilidades que inclui a abstração de sistemas em equações matemáticas, ajuste de parâmetros a dados (otimização), avaliação estatística do modelo, simulações e análises de sensibilidade. A literatura de modelagem de desempenho apresenta cada uma dessas ferramentas, de modo que os modelos de desempenho podem servir como uma introdução geral à modelagem.
Modelos de desempenho também servem como ferramentas em estudos de pesquisa básica e aplicada. Por exemplo, o modelo de IR tem sido usado para investigar fenômenos cônicos e de pico em atletas, treinando efeitos de transferência entre esportes em triatletas e efeitos psicológicos do treinamento. Modelos de desempenho também podem ser usados para resolver algumas das deficiências dos estudos de treinamento mencionados acima. Por exemplo, quantificar o treinamento de um sujeito antes e durante o estudo e usar esses dados para se adequar a um modelo de RI pode ser útil para estimar o status de treinamento e fadiga do sujeito durante o estudo. Nos casos em que as cargas de treinamento não foram estritamente controladas durante o estudo, o modelo de RI poderia ser usado para explicar a variação entre os sujeitos, resultante das diferentes cargas de treinamento que poderiam distorcer o efeito do tratamento experimental.
Finalmente, acreditamos que os modelos de desempenho podem facilitar os laços mais próximos entre os pesquisadores e fisioterapeutas de fisiologia do exercício. Por um lado, usar os modelos incentiva a coleta sistemática de dados pelos profissionais. Idealmente, os profissionais com orientação científica podem ser motivados a compartilhar seus dados com os cientistas, o que poderia motivar estudos formais. Dessa forma, os pesquisadores teriam uma importante fonte de descoberta de problemas e geração de hipóteses. Por outro lado, os modelos podem ser implementados no campo de modo a facilitar a tradução de descobertas científicas baseadas em seu uso na prática cotidiana. Qualquer cenário poderia promover uma melhor prescrição de exercícios baseada em evidências.
Visão Geral dos Recursos
Dada a justificativa acima, encorajamos os educadores de fisiologistas de exercícios aplicados e focados em pesquisa a incorporar a modelagem de desempenho em seus currículos. Para facilitar a implementação curricular, fornecemos os seguintes recursos pedagógicos. Primeiro, revisamos os conceitos subjacentes a cada modelo em um formato modular amigável para palestra. Como parte desta revisão, citamos inúmeras referências, que esperamos que inspirem a leitura suplementar. Em particular, direcionamos o leitor para as seguintes revisões: Refs. 5, 15, 23, 53, 75 e 97. Em terceiro lugar, sugerimos estratégias pedagógicas para ajudar os alunos a alcançar uma compreensão operacional dos modelos por meio do uso de modalidades de aprendizado ativo, como Conceptests, exercícios baseados em computador e sessões de laboratório. Por fim, fornecemos um arquivo de planilha suplementar contendo os cálculos subjacentes a praticamente todos os números apresentados no texto. Pretendemos que este arquivo sirva como ponto de partida para os exercícios baseados em computador.
Materiais de Leitura e Leitura: Revisões dos modelos CP e IR
Para cada modelo, apresentamos as seguintes subseções: 1) definição e história, 2) derivação e suposições de equações, 3) base fisiológica, 4) implementação prática, 5) benefícios conceituais e aplicações práticas, 6) limitações e 7) modificações para o modelo.
O modelo CP
Definição e história.
O modelo CP descreve a capacidade de um indivíduo de sustentar taxas de trabalho específicas em função do tempo (t). Desta forma, o modelo resume a relação entre a intensidade do exercício e a duração de um indivíduo. O contexto histórico do modelo CP foi revisado em detalhes em outros lugares. Resumidamente, uma relação hiperbólica entre taxa de trabalho e tempo foi primeiramente sugerida por Hill em 1925, que plotou velocidade versus tempo para recordes mundiais em natação e corrida em várias distâncias. Monod e Scherrer observaram uma relação hiperbólica similar em seus estudos de taxa de trabalho versus duração no músculo esquelético, e codificaram essa relação matematicamente em 1965. Eles também definiram o termo “poder crítico” (CP) como o poder que pode ser sustentado sem fadiga por muito tempo. Outro parâmetro no relacionamento, a “capacidade de trabalho anaeróbico” (AWC), hoje chamada W ′, representa a quantidade finita de energia disponível para o trabalho acima da potência crítica. No início dos anos 80, Moritani et al. e Whipp et al. estenderam esse conceito ao exercício de todo o corpo, fazendo com que os sujeitos humanos se exercitassem até a exaustão em diferentes taxas de trabalho em um cicloergômetro. Considerando que Moritani et al. usou o formalismo de Monod e Scherrer, Whipp et al. ajustar um modelo de CP de dois parâmetros linearizado aos seus dados. Desde esses estudos iniciais, o modelo CP tem sido aplicado em uma variedade de cenários e para diversos tipos de sujeitos para avaliar o desempenho muscular. Em particular, o modelo foi aplicado a vários esportes além do ciclismo, incluindo corrida, natação e remo.
Derivação e premissas de equações.
Monod e Scherrer criaram o modelo CP combinando a equação de potência (potência = trabalho / tempo) com a relação linear observada entre a quantidade de trabalho e a duração dos testes até a exaustão realizada em diferentes taxas de trabalho (71). O modelo apresenta dois parâmetros, CP e taxa de trabalho, que estão relacionados de acordo com a seguinte equação:
W '= (P − CP) t
onde P é potencia e t é a duração para a qual esse poder foi sustentado (107). Note que para esportes como natação ou corrida, P e CP podem ser expressos como velocidade (S) e velocidade crítica (CS), respectivamente, e W ′ pode ser expresso como distância (D ′) ao invés de energia. A figura 1 mostra as várias formas do modelo CP.
(continua na parte 2 desse artigo.)
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