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1 Bibliografia Capelli C, Zamparo P. Energy expenditure. In Encyclopedia of Exercise Medicine in Health and Disease, ed. Mooren FC, Springer ref. Heildelberg, D, 2012, pp di Prampero PE. The energy cost of human locomotion on land and in water. Int J Sports Med 7: Ferretti G, Capelli C, Dagli Abissi allo Spazio, edi.ermes. Milano, 2010 Whipp BJ, Exercise Physiology

2 Costo energetico della locomozione umana: concetti generali Carlo Capelli Dipartimento di Scienze Neurologiche e Motorie Università degli Studi di Verona

3 Obiettivi Concetto di costo energetico della locomozione Costo energetico, velocità e potenza metabolica Determinanti del costo energetico della locomozione terrestre Costo enregetico a vleocità sotto e sovra massimali Applicazioni pratcihe (clinica, sport) Prescrizione esercizio, costo energetico, dispendio energetico

4 Definizione Il costo energetico della locomozione umana Quantità di Energia Metabolica spesa per Unità di distanza per avanzare ad una determinata velocità (kj km -1 ; J m -1 kg -1 ; ml O 2 m -1 kg -1 ) (20.9 J = 1 mlo 2 se RQ = 0.96)

5 Determinazione di C Condizioni aerobiche - E < V O 2max E ATP = cv O 2ss C s = V O 2ss v-1

6 Determinanti Locomozione umana su terreno in piano C = C NA + C AE C = C NA + k v 2 k = A C d (0.5 ρ) η -1 C = C NA + A C d (0.5 ρ v 2 ) η -1

7 Determinanti Locomozione umana su terreno in piano C NA - Lavoro interno - Attriti - Lavoro meccanico cardiaco e dei muscoli respiratori - Contrazioni per mantenere la postura

8 Componenti di C Le componenti aerodinamica e non aerodinamica costituiscono diverse frazioni del costo energetico totale nelle varie forme di locomozione su terra

9 Potenza metabolica = C v E = C v

10 Marcia e corsa in discesa e in salita

11 Esempi C in salita/discesa; dati più recenti

12 Esempi C nella corsa a piedi in piano J m -1 kg speed (m s -1 )

13 Economia di corsa nei corridori di elite C è una notevole variabilità di C r tra gli atleti di èlite Non sono ancora chiare le cause di questa variabilità

14 Economia di corsa nei corridori di elite ml O 2 min -1 kg J m -1 kg Speed (km hr -1 ) Speed (km hr -1 )

15 C nel ciclismo-la componente aerodinamica Effetti di differenti tipi di mezzo di locomozione su C C (J m -1 ) C = v 2 C = v 2 Traditional Aerodynamic v 2 (m s -1 ) 2

16 C nel ciclismo Effetti di diversi telai, delle dimensioni corporee e delle condizioni ambientali Telaio tradizionale V O 2 = m tot v g (P b /T) A d v a 2 v g Telaio aerodinamico V O 2 = m tot v g (P b /T) A d v a 2 v g

17 C nel ciclismo Telaio C d A (m 2 ) C d A W a a 10 m/s (watt) E a a 10 m/s (watt) Bicicletta tradizionale Bicicletta da corsa, corridore in posizione aerodinamica ~ 800 Mountain byke ~ 980 Recumbent ~ 955

18 C alle velocità sovramassimali C = E d -1 E = MPA t + An - MPA τ (1-e -(t τ -1) ) MPA: Massima Potenza Aerobica; proporzionale a V O 2max An: quantità di energia metabolica che può essere ottenuta dalla completa utilizzazione delle fonti anaerobiche (lattacide and alattacide) τ: costante di tempo (24s) che descrive l aumento mono exponenziale del consumo di ossigeno am livello muscolare

19 Esempio di applicazione: C nel nuoto Crawl australiano Dorso C s (kj m -1 ) C s (kj m -1 ) speed (m s -1 ) speed (m s -1 )

20 Bilancio energetico Stile v, m s -1 E aer, % E anlac, % E analac, % Crawl 1.97 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 0.2 Backstroke 1.73 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 1.2

21 C e performance sportiva C è uno dei determinanti fisiologici della prestazione Esempio: corsa di endurance Potenza metabolica = Costo energetico velocità E = C r v v max = E max C r -1 v END = F r V O 2max C r -1

22 Take home message La determinazione di C durante la marcia in piano permette di quantificare l economia di progressione Ciò è vero nonostante la misura si affetta da variabilità sperimentale, circadiana e intraindividuale Consente anche di valutare l efficacia dell interevento terapeutico (chirurgico, farmacologico, riabilitativo) La conoscenza di C consente la prescrizione dell esercizio secondo un approccio quantitativo

23 Take home message Possiamo prescrivere, per ogni forma di locomozione, la velocità corrispondente ad una determinata potenza metabolica, espressa come percentuale della massima potenza aerobica (V O 2max ) Esempio Variabili note determinate nel corso di una valutazione funzionale (CPT) preliminare alla prescrizione V O 2max Principali variabili antropometriche Soglia anaerobica lattacida e/o ventilatoria: consente di stabilire il V O 2 e la FC che discriminano le intensità di esercizio severa e pesante (severe, heavy, very heavy)

24 Intensità di Esercizio Lignano-IOU

25 Esercizio pesante/molto pesante Accelerata utilizzazione del glicogeno muscolare Ridotta resistenza all esercizio Acidosi metabolica Effetto Bohr --> aumento dell estrazione periferica di O 2 Aumento della concentrazione plasmatica di elettroliti Emoconcentrazione Aumento della produzione di intermedi metabolici Cinetica del V O 2 rallentata Aumento della produzione di CO 2 Aumento del drive ventilatorio Aumento del livello di catecolamine Aumento del doppio prodotto (dispendio energetico del cuore) Lignano-IOU

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