La eficiencia energética del ciclista aficionado con la utilización de dos sistemas diferentes de pedaleo no circular
	Diplomado, Licenciado y Doctor en Ciencias de la actividad física y del deporte Miembro Grupo de investigación HUM 727 Universidad de Granada	Esteban Fuentes Justicia fuentes_justicia77@yahoo.es (España)
	Resumen           Mediante la elaboración de este estudio se pretende poner de manifiesto la diferencia existente entre dos tipos de sistemas de pedaleo no circulares en relación a la eficiencia energética en ciclistas aficionados y durante esfuerzos realizados con un aumento progresivo de la carga. Los dos modelos utilizados son el sistema Rotor y otro prototipo basado en la modificación de la longitud de biela durante el ciclo de la pedalada. Para esta investigación se han utilizado 10 sujetos todos ellos ciclistas aficionados y con un nivel de condición física similar. La prueba, realizada en un cicloergómetro, se dividió en tres sesiones con una duración de 40 minutos cada una. Los valores de frecuencia cardiaca y VO2 registrados fueron ligeramente inferiores durante la ejecución realizada con el sistema Rotor según lo cual, la utilización del sistema rotor comporta en los ciclistas un mínimo aumento en su eficiencia energética respecto a los valores registrados con el otro prototipo de sistema de pedaleo. Por otro lado, se pudo observar como esta diferencia fue incrementando a medida que se aumentaba la carga administrada.           Palabras clave: Cycling. Noncircular pedal systems. Performance. Efficiency.
	EFDeportes.com, Revista Digital. Buenos Aires, Año 17, Nº 172, Septiembre de 2012. http://www.efdeportes.com/

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Introducción

    Son muchos los estudios existentes a cerca de la influencia de sistemas de pedaleo no circulares sobre el rendimiento del ciclista medido en términos de eficiencia energética o de eficiencia mecánica. De los muchos diseños encontrados en la literatura se han escogido por un lado el Sistema Rotor basado en un sistema de bielas no lineal, y por el otro, un prototipo de sistema de pedaleo que permite alterar la longitud de la biela durante la pedalada. Se han elegido estos dos sistemas para el estudio ya que, por sus características (peso, complejidad mecánica, etc.), la utilización de ambos en bicicletas convencionales no resulta problemático.

    La utilización de estos sistemas con el fin de aumentar el rendimiento del deportista ha dado lugar a diversas conclusiones por parte de los investigadores. El sistema Rotor aplicado a la bicicleta consiste en un mecanismo de tracción que optimiza el esfuerzo del ciclista. Este sistema evita la existencia de momentos de vacío de potencia durante el pedaleo (“puntos muertos”) ya que independiza los pedales e intercala entre ellos un mecanismo de sincronización mediante 4 engranajes elípticos, de forma que los ángulos entre las bielas varían durante el ciclo. Según los autores del sistema se consigue un incremento de 20% en la eficiencia mecánica (Córdova, 2003).

    Con la utilización del prototipo de sistema de pedaleo lo que se consigue es que la longitud de la biela durante la fase de empuje o descenso sea mayor, de 0º a 180º y disminuya durante la fase de recuperación o ascenso, de 180º a 360º con lo cual se mejorará la eficiencia mecánica ya que se debe tener en cuenta que el pico máximo de fuerza aplicado contra el pedal, dependiendo de la técnica individual utilizada por el ciclista, está comprendido entre los 100º y los 105º del ciclo de pedaleo (Davis & Hull, 1981). Por otro lado, se debe considerar también que durante la fase de recuperación o ascenso la aplicación de fuerza muscular se hace más compleja por lo que la disminución del radio de giro implicará beneficios. Por otro lado, se debe considerar también que durante la fase de recuperación o ascenso la aplicación de fuerza muscular se hace más compleja por lo que la disminución del radio de giro implicará beneficios.

    En esfuerzos en los que se produce un incremento progresivo de la carga, el uso del sistema Rotor con respecto a un sistema de pedaleo tradicional, produce una disminución de los valores de lactato, pulso y tensión arterial tanto mayor cuanto más aumente el nivel de esfuerzo del deportista en función del tiempo y de la carga (Córdova, 2003). De este modo se observa como en este tipo de esfuerzos, el sistema Rotor de pedaleo no circular mejora la eficiencia energética.

    Por el contrario, esto no sucede en ejercicios de larga duración en los que se pedalee a potencia constante. Hasta el momento, todos los estudios coinciden en que, la eficiencia energética en este tipo de esfuerzos, no es mejorada por los sistemas de pedaleo no circular, ya sea estimada a partir de variables como la frecuencia cardiaca o la lactacidemia, o medida a partir del gasto calórico, el consumo de oxígeno absoluto y/o neto (eficiencia gruesa, delta eficiencia, etc.). (García, Rodríguez-Marroyo, Ávila, Jiménez & Villa, 2003).

    El sistema prototipo produce también mejoras sobre la eficiencia energética en el caso de ejercicios con incremento progresivo de la carga. Los valores de VO2 conseguidos con este prototipo respecto a los obtenidos con un sistema de pedaleo tradicional, son inferiores, aumentando esta diferencia a medida que se incrementa la carga (Zamparo, Minetti y Prampero, 2002). Ya que ambos sistemas permiten mejorar la eficiencia energética, el objeto de este estudio es, por tanto, determinar cual de estos dos sistemas de pedaleo no circular es más eficiente desde el punto de vista energético del ciclista, en una situación de esfuerzo no demasiado prolongada y en la que la carga es incrementada de forma progresiva.

Material y método

Sujetos

    En este estudio han participado 10 estudiantes de la Facultad de Ciencias de la Actividad Física y el Deporte de la Universidad de Granada. Todos ellos son ciclistas aficionados y poseen un nivel de condición física similar. Las características de los sujetos eran las siguientes:

• Edad (años): 21.3±2.4 años

• Peso (Kg): 72.3±2.7 Kg

• Estatura (cm): 176.6±3.4

• VO2 máx. (ml.Kg-1 min-1): 57.6±4.9

    Cabe resaltar que ninguno de los participantes en el estudio ha utilizado antes ninguno de los sistemas de pedaleo no circulares empleados en esta investigación por lo que todos parten del mismo nivel de ejecución técnica del gesto.

Diseño

Descripción de las variables:

• Variable Independiente: Sistema de pedaleo

  • Niveles:

    • Nivel 1: Sistema Rotor

    • Nivel 2: Sistema de pedaleo Prototipo

• Variable Dependiente: Eficiencia energética medida como frecuenta cardiaca y VO2

Tipo de diseño a utilizar: Diseño intragrupo pre-post.

Aparatos y material

    Para la realización de la prueba se utilizó un cicloergómetro especial Monark (modelo 818 E) en el cual fue posible instalar ambos sistemas de pedaleo. La longitud de las bielas utilizadas en el sistema Rotor fue de 172.5 mm, mientras que la longitud de las bielas del prototipo variaba desde los 155mm (fase de recuperación) hasta los185mm (fase de empuje).

    A través de la modificación en altura y en avance de la posición del sillín, se han mantenido con ambos sistemas de pedaleo, las mismas angulaciones articulares utilizadas por cada ciclista en su propia bicicleta.

    La cadencia de pedaleo a mantener durante la prueba ha sido de 60 rpm aumentando la carga en 50 W cada 5 minutos. Ambos registros son controlados a través del propio cicloergómetro.

    La duración de cada sesión fue de 40 minutos distribuidos en un calentamiento de 10 minutos con una carga de 50 W y una parte principal en la que el aumento de carga fue de 50 W cada 5 minutos.

    El registro de la frecuencia cardiaca se realizó a través de pulsómetros Sigma Sport (Modelo PC7). La medición del VO2 se ha realizado cada 15 segundos mediante un sistema telemétrico portátil (Cosmed K4 RQ, I).

Procedimiento

    El estudio se dividió en tres sesiones diferentes, de las cuales las dos primeras se realizaron en días consecutivos, mientras que la última se llevo a cabo una semana después de la segunda prueba. Todas las sesiones se realizaron a la misma hora para evitar la influencia de los biorritmos sobre el rendimiento. Dos días antes de la primera prueba se reunió a los sujetos experimentales para ofrecerles indicaciones acerca de la investigación (objeto de estudio, modo de realizar las pruebas, etc.). Además de ello se llevó a cabo una valoración del estado físico de cada uno para eliminar a aquellos sujetos que presentaran algún tipo de patología. Con este fin se realizó una exploración física, con electrocardiograma y espirometría, además de un análisis sanguíneo.

    El objeto de la primera sesión era el de familiarizarse con ambos sistemas de pedaleo por lo que los sujetos debían pedalear sobre el cicloergómetro a una cadencia de 60 rpm durante 20 minutos con cada sistema y con una carga constante de 50 W. Durante esta primera sesión se reguló la posición de cada ciclista sobre el cicloergómetro obteniéndose las angulaciones correctas. De este modo se establecieron las medidas concretas para cada ciclista lo cual ahorró tiempo en las siguientes sesiones.

    Antes de comenzar la prueba en las dos sesiones realizadas a continuación, se situó a los ciclistas sentados sobre el cicloergómetro durante 5 minutos para obtener su frecuencia cardiaca en reposo.

    En la segunda sesión se utilizó el sistema Rotor. La prueba consistió en pedalear a una frecuencia constante de 60 rpm durante los 40 minutos de duración de la misma. De este modo y tras un calentamiento de 10 minutos a 60 rpm y 50 W de carga, se pasó a incrementar la carga en 50 W cada 5 minutos con lo cual de una carga de 100 W durante los primeros 5 minutos de la parte principal, se pasó a una carga de 350 W durante los 5 últimos minutos de la prueba.

    La tercera sesión realizada con el prototipo de sistema de pedaleo se efectuó una semana después de la prueba con el sistema Rotor. Esta prueba se desarrolló igual que la anterior siendo su duración de 40 minutos repartidos en 10 minutos de calentamiento a 50 W, y una parte principal de 30 minutos en la que el incremento de carga era de 50 W cada 5 minutos.

Resultados

    A través de estas pruebas se han obtenido datos a cerca de parámetros fisiológicos, tales como la frecuencia cardiaca y el consumo de oxígeno. Estos datos muestran como los parámetros fisiológicos varían en función de la carga empleada y del sistema de pedaleo utilizado. Estos datos se recogen en la Tabla 1. Los resultados presentados en esta tabla corresponden a los valores medios obtenidos por todos los sujetos.

    Según avanza el tiempo de la prueba e incrementa la carga, los valores fisiológicos recogidos aumentan. De este modo se puede observar como a intensidades de carga inferiores a los 200 W, se obtiene un comportamiento fisiológico similar con ambos sistemas por lo que las diferencias entre los parámetros fisiológicos conseguidos con un tipo de sistema y con el otro no son significativas (†).

    A partir de los 200 W de carga y los 20 minutos de ejercicio se obtienen diferencias significativas (p<0,05) entre los valores de frecuencia cardiaca y VO2 conseguidos con un sistema de pedaleo y con el otro. Según estos datos, la utilización del sistema Rotor determina unos niveles inferiores de frecuencia cardiaca y de VO2 con respecto al prototipo de sistema de pedaleo para niveles de carga superiores a los 200 W.

Tabla 1. Evolución de los parámetros fisiológicos en función de la carga y del sistema de pedaleo

 

 

    A través de las gráficas se ve claramente como a medida que se aumenta la carga y consecuentemente el tiempo de prueba, los valores de los parámetros fisiológicos medidos aumentan, siendo este aumento mayor con la utilización del prototipo de sistema de pedaleo.

Discusión

    A través del análisis de los resultados obtenidos se ha podido comprobar que el sistema Rotor proporciona mayores beneficios al ciclista desde el punto de vista de su economía energética. Estudios como los llevados a cabo por Córdoba (2003) o por Zamparo, Minetti y Prampero, (2002) ponen de manifiesto el beneficio de estos dos sistemas de pedaleo sobre el rendimiento del ciclista en relación al sistema tradicional de pedaleo. Sin embargo, la comparación entre ambos sistemas es un aspecto novedoso que permite conocer en que medida un sistema es superior al otro desde el punto de vista de economía energética.

    No podemos olvidar que el estudio se ha realizado en condiciones de incremento de carga progresiva lo cual es de gran importancia ya que existe un gran número de investigaciones en las que no se han encontrado diferencias significativas entre el coste energético generado por sistemas de pedaleo no circulares y sistemas de pedaleo tradicionales en condiciones de esfuerzo de larga duración y carga constante (García et al, 2003).

    Otro aspecto importante de este estudio es que ha sido realizado con ciclistas aficionados por lo que los resultados no son generalizables a ciclistas profesionales. En este sentido se genera una nueva pregunta a responder con nuevas investigaciones ya que aunque existen diversos estudios en los que se ha estudiado la influencia de sistemas de pedaleo no circulares en ciclistas profesionales (Córdoba, Navas y Carrasco, 2003; García, Rodríguez-Marroyo, Ávila, Jiménez & Villa, 2003), ninguno de ellos compara la eficacia de estos dos sistemas entre si en este tipo de población.

Conclusiones

    Según los resultados obtenidos en esta investigación se puede afirmar que:

• Para el mismo nivel de carga, el sistema Rotor produce niveles de frecuencia cardiaca y consumo de oxígeno menores que el prototipo de sistema de pedaleo.

• Con el sistema rotor se consigue una mayor eficiencia energética que con el sistema Prototipo. Esta diferencia en la eficiencia será mayor a medida que se incremente la carga del ejercicio. De este modo, para la misma distancia recorrida, el gasto energético será menor con el sistema Rotor que con el Prototipo.

• A medida que la carga de esfuerzo se incrementa, la diferencia entre los valores fisiológicos obtenidos con el Sistema Rotor aumentan con respecto a los obtenidos con el sistema Prototipo.

Referencias bibliográficas

• Córdoba, A. (2003). Estudio sobre la eficacia metabólica del sistema rotor frente a una bicicleta convencional. Manuscrito no publicado, Universidad de Valladolid, Valladolid, España

• Córdoba, A., Navas, F. y Carrasco, P. (2003, noviembre). Eficacia metabólica del sistema rotor frente a una bicicleta convencional en ciclistas profesionales. Ponencia presentada en el II Congress of the European Federation of Sports Medicine, Oviedo, España.

• Davis, R. R. And Hull, M. L. (1981). Measurement of pedal loading in bicycling – II. Analysis and results. J. Biomechanics 14, 857-872.

• García, J., Rodríguez, J.A., Ávila, M.C., Jiménez, F. y Villa, J.G. (2003). Utilización de sistemas de pedaleo no circular para incrementar el rendimiento en ciclismo. En Oña, A. y Bilbao-Guerrero, A. (eds.) Libro de resúmenes del II Congreso Mundial de Ciencias de la Actividad Física y el Deporte: análisis y evaluación del deporte, noviembre 15-18 (pp. 124-129). Granada: Alambra.

• González, H. y Hull, M.L. (1989). Multivariable optimization of cycling biomechanics. Journal of Biomechanics, 22, 1151-1161

• Gutiérrez, M. (1994). Biomecánica y Ciclismo. Revista Motricidad, 1, 77-94

• Zamparo, P., Minetti, A. y Prampero, P. (2002). Mechanical efficiency of cycling with a new developed pedal-crank. Journal of Biomechanics, 35, 1387-1398

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