APPUNTI SINTETICI DI TEORIA

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1 APPUNTI SINTETICI DI TEORIA In ogni attività fisica o sportiva vi sono varie modalità per produrre l energia necessaria alla contrazione muscolare; inoltre, a seconda del tipo di gesto compiuto, variano le qualità fisiche implicate. E utile quindi avere un idea sui principali eventi che condizionano le nostre prestazioni. A - METABOLISMO MUSCOLARE E PRODUZIONE DI ENERGIA Sono noti complessivamente tre tipi di meccanismi che producono energia a livello muscolare; essi intervengono in modo più o meno prevalente a seconda del tipo di attività che viene svolta e agiscono sinergicamente. 1 - METABOLISMO ALATTACIDO 2 - METABOLISMO LATTACIDO 3 - METABOLISMO AEROBICO - Interviene nelle prestazioni ad alta intensità - La potenza max si esplica dopo 5 6 sec - Bassa capacità di lavoro, il sistema si esaurisce in sec Substrati consumati: ATP e fosfocreatina Le reazioni chimiche avvengono in assenza di O2 (sistema anaerobico) Riserve muscolari: minime Tempo di recupero: 10 min Tipo di prestazione: attività di forza esplosiva (salti, lanci, sprint, balzi) ed attività sportive che si esauriscono in sec. - Interviene nelle prestazioni ad intensità medio-alta - La potenza max si esplica dopo 1,5 min - Media capacità di lavoro, il sistema si esaurisce in circa tre minuti per produzione massimale di acido lattico che blocca il sistema energetico Substrati consumati: Glucosio presente nei muscoli e nel fegato (glicogeno). Le reazioni chimiche avvengono in assenza di O2 (sistema anaerobico) Riserve muscolari: buone, circa il 1 2 % in peso Tempo di recupero: 3 ore Tipo di prestazione: attività di velocità, potenza e resistenza che si esauriscono in 3 min. - Interviene nelle prestazioni a bassa intensità - La potenza max si esplica dopo 4 5 min (VO2 max) - Ottima capacità di lavoro, il sistema si esaurisce in assenza dei substrati. Teoricamente per basse potenze di prestazione, con adeguato e costante apporto nutritivo, potrebbe essere un sistema senza limiti di esaurimento Substrati consumati: Glucosio presente nei muscoli e nel fegato (glicogeno), acidi grassi, aminoacidi, corpi chetonici. Le reazioni chimiche avvengono in presenza di O2 (sistema aerobico: ciclo di Krebs) Riserve muscolari: buone, circa il 1 2 % in peso Tempo di recupero: 1 2 giorni Tipo di prestazione: attività di resistenza ed in generale attività sportive che si esauriscon in una o più ore; il tempo di esaurimento dipende dalla potenza impostata. N.B. Nelle esercitazioni di tipo aerobico la percentuale di glucidi (zuccheri) e lipidi (grassi) implicati nella produzione di energia dipende dall intensità, dalla durata dell esercizio e da livello di allenamento del soggetto. L intensità di un esercizio può essere espressa come percentuale della Potenza Aerobica Massima del soggetto (% VO2 max). La VO2 max è direttamente proporzionale all intensità dell esercizio e quindi alla frequenza cardiaca raggiunta dal soggetto. In regime metabolico di tipo aerobico, la velocità di consumo dei lipidi raggiunge il massimo a circa il % della potenza aerobica del soggetto, mentre il consumo dei glucidi è direttamente proporzionale ad essa. Ne consegue che oltre il 50 % della VO2 max l aumento di potenza è mantenuto con l incremento del metabolismo dei glucidi. Chi desidera quindi ottenere un certo dimagrimento con l esercizio fisico, è necessario che questo si svolga in regimi di bassa intensità, con andature costanti e prolungate nel tempo (corsa lenta, bici, nuoto, camminare velocemente, ecc.). E importante ricordare inoltre che un soggetto allenato presenterà nell esercizio fisico un consumo lipidico superiore al soggetto sedentario che, avendo un livello di prestazione inferiore, eseguirà lo stesso esercizio con uno sforzo maggiore (e quindi con un intensità più elevata) consumando quindi più glucidi. Allenarsi costantemente significa anche avere una maggior capacità di mobilizzare i grassi e quindi di mantenere il peso forma. ALCUNE NOZIONI IMPORTANTI: - l energia utilizzata nel lavoro muscolare (ed in generale per tutte le funzioni vitali) deriva dalla combustione delle seguenti sostanze contenute negli alimenti: Glucidi (zuccheri 1 gr. = 4,2 Kcalorie), Lipidi (grassi 1 gr. = 9,45 Kcalorie), Protidi (proteine 1 gr. = 4,35 Kcalorie). - Attualmente il Kjoule è l unità di misura internazionale; la conversione da Kcaloria a Kjoule è la seguente: 1 Kcaloria = 4,2 Kjoule. - Il parametro fisiologico che fornisce la composizione della miscela di elementi energetici (substrati) utilizzata a qualunque livello metabolico è il Quoziente Respiratorio (Q.R.) che viene espresso con la seguente formula: QR = Produzione di CO2 / Consumo di O2. QR a riposo = 0,825 (40% glucidi, 60% lipidi) QR durante un esercizio fisico = 0,9 in un soggetto sedentario (67% glucidi, 33% lipidi) 0,85 in un soggetto allenato (52% glucidi, 48% lipidi) - Per valutare il lavoro muscolare in generale è bene ricordare le seguenti nozioni di fisica: Lavoro = Forza (kg) x Spostamento (m) unità di misura: kilogrammetri, Kcal. o Kjoule); Potenza = Lavoro / Tempo unità di misura: watt (nel caso di potenza meccanica muscolare), Kcaloria (nel caso di reazioni

2 chimiche di combustione), ml O2/min (nel caso di reazioni ossidative, ovvero di eventi che implicano il trasporto di O2 a livello muscolare). L unità di misura che è stata introdotta recentemente è il MET, che corrisponde circa al metabolismo basale (cioè la serie di reazioni minime che servono alle funzioni vitali): 1 MET = 3,5 ml O2/min x kg di peso corporeo. L intensità del lavoro secondo la scala MET: MET<3 (lavoro leggero), 4<MET<6 (lavoro medio), MET > 8 (lavoro pesante). - Ogni esercizio fisico ha un costo energetico (c.e.); in molte attività motorie e giochi di squadra non è possibile stimare con precisione il dispendio energetico. In linea di massima si è riusciti comunque a misurare il consumo energetico di moltissimi esercizi fisici; ecco alcuni esempi di quanto costa camminare o correre: c.e. di camminare a 4 km/h ed allo 0% di pendenza = 0,5 Kcal x kg di peso x km percorso c.e. di camminare a 4 km/h ed al 10% di pendenza = 1,2 Kcal x kg di peso x km percorso c.e. della corsa a 8 km/h ed allo 0% di pendenza = 1 Kcal x x kg di peso x km percorso c.e. della corsa a 8 km/h ed al 10% di pendenza = 1,41 Kcal x x kg di peso x km percorso - Il metodo fondamentale per calcolare il dispendio energetico di varie attività motorie (ad esempio camminare o correre) è il seguente: Dispendio energetico = Peso corporeo (kg) x c.e. (Kcal) x distanza percorsa (km) Esempio passeggiata di 5 km per un soggetto di 70 kg: 70 (kg) x 0,5 (c.e.) x 5 (km) = 125 Kcal Esempio maratona per un atleta di 70 kg: 70 (kg) x 1 (c.e.) x 42 (km) = 2940 Kcal Ad ulteriore titolo indicativo, ecco i dispendi energetici di alcune attività espressi in Kcal/h: PALLAVOLO 200 GINN. AEROBICA (medio impatto) 500 CICLISMO 15 km/h 420 TENNIS 500 NUOTO ST. LIBERO 550 MARCIA IN PIANO 300 IN SINTESI: L energia per tutte le funzioni vitali e per le attività di relazione, sportive e non, deriva dalla combustione delle sostanze contenute negli alimenti (zuccheri, grassi, proteine) che, una volta trasformate, vanno a costituire le riserve energetiche a livello muscolare. Nel lavoro muscolare l energia viene prodotta tramite tre sistemi, due di tipo anaerobico (dove le trasformazioni chimiche avvengono senza l utilizzo di molecole di O2) ed una di tipo aerobico (dove invece tutti i passaggi avvengono in presenza di O2). I tre sistemi lavorano prevalentemente in compartecipazione e non separatamente, assicurando in ogni situazione la quantità necessaria di molecole di ATP (ovvero di energia) necessaria per svolgere le varie attività sportive. In generale nelle attività di potenza muscolare e di rapidità, dove l intensità dell esercizio è molto elevata e la sua durata è relativamente breve, intervengono i meccanismi di tipo anaerobico, supportati nei momenti di recupero (dove si abbassa l intensità) dal meccanismo aerobico. Quando l esercizio invece è di lunga durata e con bassa intensità, il metabolismo aerobico fornirà l energia necessaria alla prestazione. Innumerevoli sono però le situazioni dove i tre sistemi operano in modo alternato e sinergico tra loro (ad es. nei giochi sportivi), facendo in modo che i consumi delle sostanze energetiche, a seconda del tipo di prestazione, siano misti come accennato in precedenza in questi appunti (glucidi+lipidi in % variabile in funzione dell intensità e del grado di allenamento del soggetto). B ACIDO LATTICO E PRESTAZIONE Che si voglia o meno, in misura maggiore o minore, in quasi tutte le attività motorie c è produzione di acido lattico. Basti pensare che questa importante molecola del metabolismo muscolare è presente in tutte la prove di corsa del programma olimpico, dai 100 m fino alla maratona. A grandi linee si può dire che l acido lattico viene prodotto quando, in una prestazione ad alta intensità, in rapporto all ATP (energia per la contrazione) che si deve spendere per lavorare, la fibra muscolare non è in grado di coprire il fabbisogno con il meccanismo aerobico; quindi ricorre al meccanismo lattacido che è anaerobico, e cioè in grado di lavorare in assenza di molecole di O2. In linea di massima è bene ricordare le seguenti nozioni: - L acido lattico, chiamato anche lattato poiché nell ambiente acquoso intracellulare a livello muscolare si trova in forma dissociata (ione lattato negativo LA- e ione idrogeno positivo H+), si misura in mmol/litro. - Il lattato viene prodotto a livello anaerobico in un processo di trasformazioni che si chiama glicolisi. Il prodotto terminale della glicolisi, però, non è il lattato, ma il piruvato. Alte concentrazioni di piruvato non possono essere assorbite dal meccanismo aerobico (ed esattamente nel mitocondrio con il ciclo di Krebs) e vengono quindi successivamente trasformate in lattato tramite opportuni enzimi. - Una volta prodotto il lattato, il ph (simbolo che esprime la concentrazione di ioni idrogeno in una soluzione) del liquido intra ed extracellulare a livello muscolare diminuisce progressivamente (ovvero aumenta notevolmente l acidità del liquido) e si arriva, per alte concentrazioni, fino all impossibilità di proseguire l esercizio fisico. Un elevato ph compromette infatti la funzionalità delle fibre muscolari, fatto che in qualche misura è a sua volta una forma di autoprotezione nei confronti di alte produzioni di lattato (e quindi di acidità) che produrrebbero danni notevoli all interno della fibra stessa. - L eliminazione del lattato, ovvero la sua trasformazione in glicogeno o la sua combustione completa fino ad acqua ed anidride carbonica, richiede utilizzo di O2 da parte dell organismo. La quantità di O2 necessaria a far scomparire la maggior parte del lattato dal sangue è proporzionale a quanto ne è stato prodotto durante lo sforzo in regime anaerobico. Questa quota extra di O2,

3 che viene utilizzata in particolare nelle fasi di recupero successive allo sforzo, si chiama comunemente debito di ossigeno. Infatti, una volta terminato un esercizio molto intenso, la frequenza cardiaca ed il respiro (che sono i sistemi fondamentali per reclutare e mandare O2 nei tessuti) restano accelerati per molti minuti per poter pagare nel minor tempo tale debito di O2. - I dolori muscolari che si avvertono per qualche tempo dopo un esercizio fisico molto intenso, non sono imputabili unicamente alla formazione di acido lattico e alla sua permanenza nell ambiente intra ed extra cellulare come normalmente si crede. Tali dolori sono invece molto spesso conseguenza delle micro lesioni che si generano nelle fibre muscolari durante lavori muscolari di forza particolarmente intensi. - Il lattato viene normalmente prodotto nel metabolismo generale di un soggetto anche in condizioni di riposo, in quantità che sono abbastanza individuali e che si aggirano mediamente attorno a 1 mmol/l (misurato nel sangue, cioè a livello ematico). Dopo sforzi di alta intensità si può arrivare fino a mmol/l. E importante ricordare che il livello di lattato che si misura nei muscoli è più alto del livello ematico, in quanto le fibre rilasciano per vari motivi il lattato nell ambiente extra cellulare con un certo ritardo rispetto allo sforzo eseguito. C QUALITA MOTORIE, FIBRE MUSCOLARI E MEZZI DI ALLENAMENTO Le qualità motorie sono il presupposto per realizzare ogni tipo di attività motoria. Il loro grado di sviluppo condiziona la strutturazione degli schemi motori e l acquisizione delle abilità motorie. Generalmente si possono distinguere due classi principali di qualità motorie: 1) - QUALITA MOTORIE A CARATTERE COORDINATIVO (preposte alla regolazione e l organizzazione del movimento, si avvalgono prevalentemente di fattori a carattere nervoso) CAPACITÀ COORDINATIVE GENERALI Capacità di apprendimento motorio Capacità di controllo motorio Capacità di adattamento e trasformazione dei movimenti CAPACITA COORDINATIVE SPECIALI Capacità di equilibrio Capacità di orientamento Differenziazione spazio-temporale Capacità di combinazione motoria Capacità di differenziazione dinamica Capacità di anticipazione motoria Fantasia motoria 2) - QUALITA MOTORIE A CARATTERE BIO-MECCANICO (caratteristiche biochimiche, morfologiche e funzionali che permettono al soggetto di svolgere adeguatamente i vari compiti di movimento interazione tra espressioni di tipo meccanico ed utilizzo qualitativo e quantitativo di energia muscolare) RAPIDITA Capacità di compiere movimenti nel più breve tempo possibile. Possiamo distinguere: - Rapidità di reazione (capacità di rispondere ad uno stimolo) - Rapidità di azione (capacità di contrazione veloce della muscolatura) - Frequenza del movimento (numero di movimenti completi nell unità di tempo) Rapidità di azione e frequenza di movimento determinano la velocità di spostamento di un soggetto FORZA Capacità che permette di esprimere determinate azioni meccaniche attraverso tensioni muscolari. Possiamo distinguere: - Forza tonica (capacità di sviluppare tensioni muscolari contro carichi molto elevati) - Forza rapida (capacità di produrre tensioni muscolari elevate nel più breve tempo possibile) - Forza resistente (capacità di tollerare la fatica in tensioni muscolari ripetute molte volte nel tempo) RESISTENZA Capacità di svolgere per lungo tempo una attività fisica senza che si determini un calo del suo rendimento. Possiamo distinguere: - Resistenza anaerobica (capacità di resistere in esercizi di intensità molto elevata, fino a 3 min di durata, e con energia muscolare prodotta in assenza di O2) - Resistenza aerobica (capacità di resistere in esercizi di intensità medio bassa, di lunga durata, e con energia muscolare prodotta in presenza di O2) MOBILITA ARTICOLARE Capacità di eseguire gli esercizi con l ampiezza ottimale richiesta e che condiziona il rendimento delle altre qualità motorie

4 Come si sa, le fibre che costituiscono un certo muscolo non sono tutte uguali l una all altra; esse, infatti, differiscono tra loro sotto molti punti di vista ed intervengono in modo diverso a seconda del tipo di prestazione che si deve svolgere. Semplificando, le fibre muscolari si possono classificare nel modo seguente: - Fibre di tipo 1 (fibre rosse, di tipo resistente, a contrazione lenta, chiamate anche Slow Twich Fibres STF -): sono le fibre più adatte allo sforzo prolungato, ossia alle forme di attività in cui l energia è di origine aerobica. Esse sono circondate da una rete di capillari per una miglior ossigenazione. - Fibre di tipo 2 (fibre meno rosse, dette anche pallide o bianche, a contrazione veloce, chiamate Fast Twich Fibres FTF -): sono le fibre più adatte agli sforzi brevi e intensi, dove l energia è di origine anaerobica, e cioè deriva da reazioni nelle quali non interviene l ossigeno. Esse infatti sfruttano maggiormente la capacità di scindere il glucosio fino alla produzione di acido piruvico ed acido lattico. Da quanto detto, appare evidente che nelle prestazioni ad alta intensità l impegno delle fibre FTF sarà rilevante, determinando così concentrazioni di acido lattico muscolare ed ematico molto elevate. Nelle prestazioni di bassa intensità, invece, l impegno delle fibre STF non determinerà concentrazioni di acido lattico importanti, essendo più consistente l attività degli enzimi legati al metabolismo aerobico. Ecco alcuni esempi di concentrazione di lattato e di altri parametri in funzione dell intensità dell esercizio fisico (per un atleta di medio livello): Tipo esercizio Tipo fibre % carboidrati lattato ematico Corsa con andatura 5 :15 /km (11,4 km/h) solo STF meno del 35% 1 mmol/l (basale) Corsa con andatura 4 :30 /km (13,3 km/h) solo STF meno del 50% 1 mmol/l (basale) Corsa con andatura 3 :25 /km (17,5 km/h) qualche FTF attorno al 50% 2 mmol/l * Corsa con andatura 3 :10 /km (19 km/h) qualche FTF circa il 75% 4 mmol/l ** Corsa con andatura 2 :55 /km (20,6 km/h) FTF in aumento il 100% valori in crescita Sprint 100 m solo FTF il 100% fino a 13 mmol/l Sprint 400 m solo FTF il 100% fino a 25 mmol/l * = valore di SOGLIA AEROBICA 70% VO2 max (equilibrio tra produzione di lattato e capacità di metabolizzazione da parte del sistema aerobico) * * = valore di SOGLIA ANAEROBICA - 85% VO2 max (oltre tale valore la produzione di lattato limita sempre di più la prestazione, poiché supera la capacità di metabolizzazione del sistema aerobico e tende ad accumularsi nei muscoli) Se l atleta rimane tra questi due valori, la sua prestazione potrà proseguire per un tempo molto lungo senza problemi (vedi maratona, 42 km) MEZZI DI ALLENAMENTO breve esemplificazione per allenare le qualità motorie RAPIDITA FORZA RESISTENZA Rapidità di reazione : balzi o sprint brevi in risposta a segnali visivi od acustici Rapidità di azione : sprint 10, 20, 30, 60 m, corse a navetta, cambi direzione, esercizi a corpo libero in forma rapida Frequenza del movimento : skip, corsa calciata ed altri preatletici dove sia possibile contare il max numero di appoggi nell unità di tempo Forza tonica : esercizi con il % del carico max con macchine o bilancieri (2 6 rip. per serie) Forza rapida : esercizi con il 40-70% del carico max con macchine o bilancieri (6 12 rip. per serie), esercizi a carico naturale (balzi su distanze brevi, sprint con traino, lanci palla medica ecc.) Forza resistente : esercizi con il 20-40% del carico max con macchine o bilancieri (fino a 20 rip. per serie), esercizi a carico naturale (balzi su distanze lunghe ecc.) Resistenza anaerobica : corsa continua ad alta intensità (85 100% carico cardiaco max con prove ripetute e non superiori a 3 min di impegno) Resistenza aerobica : corsa continua ad intensità medio-bassa: - fondo lento (40 50 min, 70% - fondo medio (25 35 min, 80% - fondo veloce (10 15 min, 85% MOBILITA ARTICOLARE Esecuzione di esercizi che prevedono il mantenimento delle posizioni in forma statica fino a sec

5 Appunti di studio redatti dal prof. BRESSAN con il supporto della seguente bibliografia e delle esperienze personali di allenatore sul campo. Il prof. è a disposizione di chiunque desideri approfondire gli argomenti accennati. Questo breve supporto scientifico può fornire il materiale di studio per gli studenti esonerati dalle lezioni pratiche. BIBLIOGRAFIA ARCELLI E. Acido lattico e prestazione, Cooperativa Dante Editrice, 1995 BORDIN D. Dispendio energetico e sorgenti nutrizionali nell esercizio fisico, Atti del Convegno Sport ed alimentazione, Commissione tecnicanazionale Sport e salute, Mestre 27/01/2001 BOSCO C. L effetto del pre-stiramento sul comportamento del muscolo scheletrico e considerazioni fisiologiche sulla forza esplosiva, Atletica Studi, Centro Studi e Ricerche, n 1, 1985, pp BRESSAN A Teoria e metodologia dell allenamento, Quaderni tecnici DUECI Escrime, Giardini editore, 1993 ISTITUTO ENCICLOPEDIA ITALIANA L educazione mororia di base programma multimediale, IEI-CONI, 1996 MARGARIA R. - Fisiologia muscolare e meccanica del movimento, Biblioteca della EST, Mondadori, 1975