SUMMIT Scienze Motorie Roma 24 ottobre 2015 PROVOCATORI: INNOVAZIONE E FUTURO NELLE SCIENZE MOTORIE

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Giovanni Manzoni
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1 SUMMIT Scienze Motorie Roma 24 ottobre 2015 PROVOCATORI: INNOVAZIONE E FUTURO NELLE SCIENZE MOTORIE Pietro Enrico di Prampero Professore Emerito di Fisiologia, Università di Udine pietro.prampero@uniud.it usque ad veritatem

2 Fisiologia dell'esercizio e limiti della Prestazione Umana

4 Scopo della presentazione è presentare un modello dell energetica dei record di corsa piana. Tratterò nell ordine i punti elencati sotto: 1. L evoluzione dei record nel tempo: l approccio statistico. 2. I fattori limitanti le massime prestazioni nella corsa piana: l approccio analitico. 3. Quali previsioni per il futuro?

5 1. L approccio statistico Mile Records v, m/s 7,25 7 y = 0,0111 x - 14,856 r 2 = 0,981 6,75 6,5 6, Year

6 NUOTO Records stile libero, vasca lunga t (s) m m 50 m Anno, Era Cristiana

7 Distanza Record (s) Differenza % (m) 2008 finale Record 2008 e record finale sulle quattro distanze indicate. I record finali furono calcolati da R.H. Morton (1982) interpolando i record effettivi (r) con la funzione: r = R + a * e bt dove a e b sono costanti, R il record finale e T l anno dell era cristiana. La barriera dell 1% da R sarà raggiunta tra il 2187 e il 2254 (chi vivrà, vedrà!).

8 Conclusioni 1 L approccio statistico all evoluzione futura dei record mediante interpolazioni lineari conduce a risultati manifestamente assurdi, sia nel futuro che nel passato, almeno per tempi lunghi. D altra parte, l approccio esponenziale è difficilmente verificabile, almeno di non raggiungere l età di Matusalemme. Altri approcci statistici soffrono di pecche analoghe.

9 2. L approccio analitico

12 Cardine dell analisi energetica delle massime prestazioni nella corsa è il concetto di costo energetico (Cr), cioè la quantità di energia spesa per unità di distanza. Può essere espresso in valori assoluti (e.g. kcal/km) o per kg di massa corporea (e.g kcal/(kg * km).

13 Il costo energetico di marcia naturale (m), marcia agonistica (m*) e corsa (c), ad ogni velocità, è il rapporto tra ordinata (potenza metabolica al di sopra del valore di riposo) e ascissa (velocità).

14 Nella corsa in piano, a velocità costante, il costo energetico è indipendente dalla velocità; su terreno compatto è 0,9 kcal/(kg km), cioè 180 ml O2/(kg km). (1 L O2 5 kcal 21 kj.)

15 La potenza metabolica richiesta (E r) è il prodotto del costo energetico (Cr) per la velocità di corsa (v): Cr * v = E r ([ml O 2 /m * m/min = ml O 2 /min] da cui: v = E r/cr quindi v max = E r max /Cr

16 In condizioni aerobiche E max è funzione di V O 2 max e, a velocità costante, Cr è indipendente dalla velocità. Quindi, in queste condizioni: vaer,max = F * V O 2 max/c dove F è la massima frazione di V O 2 max sostenibile per tutta la durata della prova.

17 La quantità F * V O 2 max/cr, spiega più del 70% della variazione della velocità reale nella corsa di lunga durata. (di Prampero et al.,1986; Brueckner et al., 1991). Nel caso di distanze più brevi, tuttavia, il contributo delle sorgenti anaerobiche di energia non può essere trascurato.

18 La relazione tra massima potenza metabolica (E max) e tempo di esaurimento (te), tra circa 50 s e 10 minuti, è una funzione di V O 2 max, della massima capacità anaerobica (AnS) e della costante di tempo (t) per raggiungere V O 2 max (Wilkie, 1980): E max = V O 2 max + AnS/te - [V O 2 max * t (1-e -te/t )]/te Quindi la relazione tra E max e te può essere descritta per un soggetto dato purché V O2max, AnS e t siano noti. Assumendo V O 2 max = 25.8 W/kg (74 ml O 2 /(kg min)) al di sopra del valore di riposo, Ans = 1.4 kj/kg (68 ml O 2 /kg) e t = 10 s, per un atleta di élite:

19 Massima potenza metabolica (kw) in funzione della durata della prova (s).

20 Ponendo v = d/tp (tp = tempo di prestazione), se Cr è conosciuto, la potenza richiesta (E r = Cr * v) per coprire ogni distanza data può essere calcolata, in funzione di tp. Ad esempio, per d = 800 m: E r (kw) = = Cr *d/tp tp (s)

21 Nell ambito dei tempi indicati in precedenza per gli 800 m, la massima potenza metabolica, descritta dall equazione di Wilkie, è: E max (kw) t, s

22 E ora possibile sovrapporre sullo stesso asse dei tempi le due funzioni E max = f(te) e E r = f(tp): 3

23 In una prestazione massimale, tempo di esaurimento e di prestazione coincidono. Quindi, il valore di ascissa (tempo) per cui le due funzioni si incrociano, cioè il valore per cui E max = E r rappresenta il miglior tempo individuale.

24 In vari gruppi di atleti, abbiamo determinato Cr, VO 2max ed AnS ed abbiamo calcolato i tempi delle migliori prestazioni teoriche su distanze da 800 a 5000 metri nella corsa, da 1000 a m nel ciclismo e da 100 a 1500 m nei vari stili di nuoto. Le prestazioni teoriche così ottenute sono state paragonate ai tempi reali realizzati dallo stesso atleta, sulle stesse distanze e nella stessa stagione. In tutti i casi studiati, il rapporto t reale /t teorico è risultato molto vicino a 1.

27 Variazione del 5% dei differenti parametri che determinano vmax: effetti sulla prestazione

28 Conclusioni 2 La conoscenza del costo energetico e della massima potenza metabolica individuali consente di determinare il collo di bottiglia energetico che limita le migliori prestazioni in varie forme di locomozione. L accordo tra teoria e fatti è una prova convicente che la nostra conoscenza dell energetica dell esercizio e della locomozione umana è piuttosto soddisfacente.

29 Conclusioni 3 L analisi brevemente descritta sopra consentirebbe di prevedere l evoluzione futura dei record nella corsa se, e solo se, fossimo in grado di prevedere l andamento, nel corso di prossimi anni ed in atleti di alto livello, del massimo consumo di O 2, della massima capacità delle fonti anaerobiche e del costo energetico della corsa per unità di distanza. Ciò esula dalle nostre attuali possibilità. Non ci resta quindi che ricorrere ai metodi statistici brevemente menzionati sopra, o alla sfera di cristallo.

30 There are more things in Heaven and Earth, Horatio than are dreamt of in your philosophy. (Shakespeare, Amleto I (V): )

31 Grazie per la vostra attenzione

32 In prima approssimazione, la relazione tra massima potenza metabolica (E max ) e tempo di esaurimento (te), tra circa 50 s e 10 minuti è funzione di V O 2max e della massima capacità anaerobica (AnS) (Wilkie, 1980): E max = V O 2max + AnS/te Quindi la relazione tra E max e te può essere descritta per un soggetto dato purché V O2 max ed AnS siano noti. Assumendo V O 2max = 25.8 W/kg (74 ml O 2 /(kg min)) al di sopra del valore di riposo ed Ans= 1.4 kj/kg (68 ml O 2 /kg), per un atleta di élite:

34 In prima approssimazione, la relazione tra massima potenza metabolica (E max ) e tempo di esaurimento (te), tra circa 50 s e 10 minuti è una funzione di VO 2max e della massima capacità anaerobica (AnS) (Wilkie, 1980): E max = VO 2max + AnS/te Quindi la relazione tra E max e te può essere descritta per un soggetto dato purché VO2 max ed AnS siano noti. Assumendo VO 2max = 25.8 W/kg (74 ml O 2 /(kg min)) al di sopra del valore di riposo ed Ans= 1.4 kj/kg (68 ml O 2 /kg), per un atleta di élite:

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