Torque–Cadence Profile and Maximal Dynamic Force in Cyclists: A Novel Approach

Rodríguez-Rielves V, Barranco-Gil D, Buendía-Romero Á, Hernández-Belmonte A, Higueras-Liébana E, Iriberri J, Sánchez-Redondo IR, Lillo-Beviá JR, Martínez-Cava A, de Pablos R, Valenzuela PL, Pallarés JG, Alejo LB. Torque–Cadence Profile and Maximal Dynamic Force in Cyclists: A Novel Approach. Sensors. 2024; 24(6):1997. ENLACE

Tras 4 años de intensos trabajos de investigación enfocados al desarrollo y puesta en marcha de nuevos procedimientos de valoración y entrenamiento, los grupos de investigación de Human Performance & Sports Science (Universidad de Murcia) y Cycling, Health and Performance (Universidad Europea de Madrid) presentan en esta publicación los primeros resultados de un amplio proyecto  que tiene como principal objetivo esclarecer los diferentes efectos adaptativos que pueda tener a medio y largo plazo el entrenamiento de fuerza con ejercicios de  distintos grados de especificidad respecto al propio gesto técnico del pedaleo.

Para alcanzar este objetivo, previo a la manipulación de cualquier componente de la carga en estudios longitudinales, resultaba necesario establecer un nuevo procedimiento que permitiese identificar durante el pedaleo las principales variables dependientes neuromusculares que pueden generar mejoras en el propio rendimiento deportivo del ciclismo. Estas variables son:

1. Fuerza dinámica máxima absoluta (FDMa) alcanzada en el propio gesto técnico de pedaleo.
2. Perfil fuerza-velocidad (F-V), torque – cadencia, o más convenientemente Carga (%FDMa) – Velocidad (Cadencia del pedaleo).

Si bien el perfil F-V del pedaleo en esfuerzos de ergometría de muy corta duración estaba bien descrito en la literatura (García Ramos et al, 2017; Rudsits et al., 2018), no existía hasta la fecha un procedimiento válido para identificar la relación carga (%FDM) – velocidad (cadencia) durante el pedaleo, ni tampoco una aproximación metodología para medir fielmente (no estimar) el valor de FDM real en ese gesto específico del pedaleo.

En el hipotético caso de encontrar una metodología adecuada para ambos objetivos, se abriría una ventana de oportunidad única hasta la fecha, puesto que podríamos incorporar al propio gesto específico de pedaleo todas las ventajas y aplicaciones prácticas que se han descrito durante los últimos 15 años para el entrenamiento de fuerza basado en la velocidad (VBT) en ejercicios generales (ej., sentadilla, press banca, dorsal, remo, etc.) (Pareja-Blanco et al., 2020).

Por ello, en este primer estudio de carácter descriptivo se seleccionó a una muestra de 52 ciclistas bien entrenados (64 ± 7 mL·kg⁻¹·min⁻¹; rango  58-73 mL·kg⁻¹·min⁻¹) que, tras el adecuado procedimiento de familiarización, realizaron un novedoso test incremental de fuerza de pedaleo hasta alcanzar la fuerza dinámica máxima absoluta (FDMa) del ciclista. Esta prueba se realizó en un cicloergómetro de fricción isoinercial Monark© 874E de fácil acceso y económico, equipado con el medidor de potencia (Rotor 2INpower) previamente validado en nuestro laboratorio HPSS (Rodríguez-Rielves et al., 2022), y que presenta los valores de frecuencia de registro para las variables de fuerza y posición de la biela más elevados del mercado en la actualidad para potenciómetros portátiles (50 hz; FIGURA 1). La posición del sillín (altura y retroceso) y del manillar (alcance y altura) se ajustaron individualmente para replicar las de la propia bicicleta del ciclista.

Se empleó el software específico del potenciómetro (Rotor INPower Software 2.2; FIGURA 2) para el análisis de los datos de fuerza (en N), torque (en N·m), cadencia (en rpm) y potencia mecánica (en W).

Para el desarrollo de este protocolo, tras un calentamiento estandarizado, la carga del primer intento se estableció en 2,0 kp, y se incrementó progresivamente en 0,5-3,0 kp en cada intento mediante la adición de discos calibrados hasta alcanzar la carga más elevada ante la que cada ciclista pudo realizar correctamente un ciclo completo de pedaleo (360º; precisión 0,5 kp), es decir, su FDMa. Ante cada carga y siempre sentados en el cicloergómetro, los participantes realizaron un esfuerzo máximo de 5 s (spirnt all out – MVC), con salida parada y biela de la pierna dominante a 45º de la vertical. Se guardó para su posterior análisis los registros de fuerza, torque y potencia asociados al ciclo con la cadencia más elevada ante cada carga.

La relación Carga (%FDMa) – Velocidad (Cadencia) que se desprende de este test incremental máximo para los 52 participantes se muestra en la FIGURA 3. Tal y como se puede observar, se identifica con este nuevo procedimiento una relación muy estrecha entre ambas variables (R² = 0.978), con un error estándar de estimación (SEE) de la ecuación general muy limitado (SEE = 9 rpm; 4.5% FDMa) Por su parte, el análisis de la relación Carga – Cadencia individual de cada participante arrojó valores de ajuste incluso más elevados R² = 0.980 ± 0.013.

Apoyados en este elevado ajuste de la ecuación general entre ambas variables, se ha identificado una ecuación de estimación de la Carga (%FDM) mediante los registros de la cadencia (rpm) en la citada prueba:

% FDM = (0.0007595 × rpm²) − (0.6163 × rpm) + 111.4

Igualmente, de los resultados de este test se puede identificar por primera vez con gran detalle la relación Carga (%FDMa) – Potencia (FIGURA 4; Paneles A y B), Cadencia – Fuerza (FIGURA 4; Paneles C y D), así como Cadencia – Torque (FIGURA 4; Paneles E y F). La FDMa promedio de los 52 participantes ascendió a 961 ± 108 N (FDMa relativa = 13.4 ± 1.3 N·kg⁻¹), y fue alcanzada a una cadencia mínima de 21 ± 3 rpm. La carga que maximizó la potencia en esta muestra fue del 52 ± 5% FDMa, a una cadencia de 110 ± 16 rpm.

Sin embargo, al igual que se ha realizado en estudios previos para validar la metodología del VBT en ejercicios generales (Hernández-Belmonte et al., 2020), no solo es necesario identificar un acuerdo elevado entre las variables %Carga y Velocidad en un tamaño muestral suficiente para un momento temporal puntual, sino que, para poder implementar todas las aplicaciones prácticas de esta metodología, es necesario demostrar, además:

1. El efecto del nivel de rendimiento del deportista sobre el ajuste de esta relación Carga (%FDMa) – Cadencia y sus variables derivadas.
2. La estabilidad de este perfil a corto (test-retest) y largo plazo (p. ej. tras un periodo de entrenamiento con cambios en el rendimiento).

Por ello, en primer lugar, para estudiar el posible efecto del nivel de fuerza y experiencia de los ciclistas en las variables dependientes objeto de estudio, una vez conocidos los valores de fuerza producidos por los ciclistas ante la carga máxima (FDMa, en N) se calculó su fuerza dinámica máxima relativa (FDMa/masa corporal [N/kg]). Ordenados de mayor a menor FDMa relativa, se dividió el total de la muestra en tres terciles de igual tamaño muestral (i.e., dos puntos de corte), es decir 3 grupos de n = 17-18 (FIGURA 4).

Tal y como se puede observar en la TABLA 1, si bien los tres subgrupos presentaban valores de rendimiento cardiorrespiratorio (VO_2max / PAM) y neuromuscular muy diferentes (FDMa / Max torque) (p < 0.05), ni la cadencia media de todo el perfil Carga-Cadencia (diferencias ≤ 3 rpm), ni la cadencia asociada a la FDMa (diferencias ≤ 1 rpm) presentaron diferencia alguna (p > 0.05).

Tabla 1. Valores de Torque, cadencia media de pedaleo y cadencia asociada a la fuerza dinámica máxima absoluta (FDMa) para los tres subgrupos de nivel.

En segundo lugar, para identificar la fiabilidad test-retest de la curva Carga (%FDMa)-Cadencia, así como la estabilidad de los valores de FDMa y la propia cadencia asociada a este valor máximo, 3-4 ciclistas de cada tercil de fuerza relativa (total n = 10), elegidos aleatoriamente dentro del grupo, repitieron el mismo procedimiento y protocolo del test incremental con cargas de pedaleo 3 días (72 h) después del test inicial (i.e., retest). Los resultados de este procedimiento se muestran en la TABLA 2, destacándose una muy alta repetibilidad test-retest (Error estándar de la medida, SEM = 4 rpm, 3.3%) para todo el espectro de cargas del perfil (10-100 % FDMa). Igualmente, los valores de FDMa (969 ± 74 N vs. 965 ± 65 N, p > 0.05) y su cadencia asociada (23 ± 4 rpm vs. 22 ± 2 rpm, p > 0.05) fueron prácticamente idénticos y sin diferencias significativas en ambos días de test.

Finalmente, para el estudio de la estabilidad a largo plazo del perfil Carga-Cadencia, 3-4 ciclistas de cada tercil de FDMa relativa (total n = 11) (Figura 4), adicionalmente a su entrenamiento regular de resistencia en bicicleta, se sometieron a 10 semanas de entrenamiento de fuerza en el ejercicio de sentadilla completa (2 sesiones por semana, 5 series, 7 repeticiones por serie, con una carga del 70% 1RM, 2 min de recuperación entre series). Finalizadas estas 10 semanas (20 sesiones de entrenamiento de fuerza), los participantes repitieron el mismo procedimiento y protocolo del test incremental con cargas de pedaleo realizado en el test inicial. De nuevo los resultados son extraordinariamente prometedores puesto que, a pesar de que estos ciclistas experimentaron una mejora significativa de su FDMa (966 ± 76 N vs. 1001 ± 92 N; p = 0.013), el perfil Carga (%FDMa) – Cadencia se mantuvo absolutamente estable (SEM = 4 rpm, 2.3%; TABLA 2).

Tabla 2. Perfil general (n =52) de Fuerza – Velocidad (cadencia de pedaleo obtenida con cada porcentaje de la FDMa), así como los resultados del análisis de reproducibilidad test-retest (n = 10) y de estabilidad a largo plazo tras intervención (n = 11).

Los resultados de este primer estudio metodológico (ajuste, estabilidad test-retest y estabilidad a largo plazo), nos indican que nos encontramos ante un nuevo procedimiento válido, preciso y práctico para identificar el perfil Carga – Cadencia en todo el espectro de cargas relativas (10-100% FDMa) del pedaleo. Así mismo, este test incremental máximo con cargas nos permite definir por primera vez el verdadero valor de FDMa en el propio gesto técnico de pedaleo; no una mera aproximación teórica mediante el perfil F-V (p.e., T₀ o F₀), o un valor de fuerza máxima alcanzado en un gesto totalmente alejado del propio pedaleo (p.e., la sentadilla) y que no va a representar el potencial máximo de rendimiento neuromuscular específico del ciclista.

En su conjunto, estos resultados nos permiten transferir al propio gesto técnico de pedaleo todas las aplicaciones prácticas que se han venido desarrollando en las últimas décadas sobre el entrenamiento basado en la velocidad (VBT) con ejercicios isoinerciales de gran cadena cinética como el press banca, la sentadilla, el dorsal remo o el peso muerto.

A partir de este momento, entre otras aplicaciones prácticas, los entrenadores que repliquen periódicamente en sus ciclistas este test incremental máximo de fuerza de pedaleo podrán:

1. Definir el perfil carga-cadencia del ciclista, identificando posibles desequilibrios o déficits de fuerza en alguna sección del perfil (cargas bajas, medias o altas), lo que permitirá a su vez individualizar el proceso de entrenamiento de fuerza convenientemente.
2. Expresar por primera vez cualquier valor de fuerza submáximo de pedaleo relativo al propio valor de FDM absoluta, lo que redundará a su vez en un mejor conocimiento sobre las exigencias neuromusculares de los esfuerzos habituales de competición y de entrenamiento (incluido el denominado entrenamiento de Torque).
3. Identificar objetivamente mejoras sobre la propia fuerza dinámica máxima o ante cualquier carga submáxima, donde resultan especialmente importantes las cargas bajas (< 30% FDMa), a las que se produce el pedaleo de los principales hitos fisiológicos de la vía aeróbica.
4. A la luz de los resultados del análisis test-retest y de estabilidad a largo plazo, se puede inferir que cualquier cambio superior a 4-6 rpm ante una carga media-baja (< 50% FDMa p.e., 4 kp), o incluso superior a 3-4 rpm ante una carga media-alta (> 50% FDMa; p.e., 10 kp), deberá interpretarse como un cambio real de su fuerza específica aplicada, y por lo tanto, un modificación de su rendimiento deportivo.

BIBLIOGRAFÍA

García-Ramos, A., Torrejon, A., Morales-Artacho, A. J., Pérez-Castilla, A., & Jaric, S. (2018). Optimal resistive forces for maximizing the reliability of leg muscles’ capacities tested on a cycle ergometer. Journal of Applied Biomechanics, 34(1), 47-52.

Hernández-Belmonte, A., Martínez-Cava, A., Morán-Navarro, R., Courel-Ibáñez, J., & Pallarés, JG. (2021). A comprehensive analysis of the velocity-based method in the shoulder press exercise: stability of the load-velocity relationship and sticking region parameters. Biology of Sport, 38(2), 235-243.

Pareja-Blanco, F., Walker, S., & Häkkinen, K. (2020). Validity of using velocity to estimate intensity in resistance exercises in men and women. International Journal of Sports Medicine, 41(14), 1047-1055.

Rodríguez-Rielves, V., Martínez-Cava, A., Buendía-Romero, Á., Lillo-Beviá, J. R., Courel-Ibáñez, J., Hernández-Belmonte, A., & Pallarés, J. G. (2021). Reproducibility of the rotor 2INpower Crankset for monitoring cycling power output: a comprehensive analysis in different Real-Context situations. International Journal of Sports Physiology and Performance, 17(1), 120-125.

Rudsits, B. L., Hopkins, W. G., Hautier, C. A., & Rouffet, D. M. (2018). Force-velocity test on a stationary cycle ergometer: methodological recommendations. Journal of Applied Physiology, 124(4), 831-839.