Le qualità fisiche (capacità organico-muscolari)

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1 Le qualità fisiche (capacità organico-muscolari) Giandomenico Pellegrino Coordinatore CSFQT FIGH 06/05/2014

2 Qualità fisiche di base e derivate Forza max Forza reattiva Forza dinamica massima Forza resistente Accelerazion e Velocità max Forza esplosiva Agilità Resistenza velocità Resistenza forza Resistenza forza veloce Velocità Rapidità Resistenza rapidità Endurance Resistenza Neuromuscolare orientamento Metabolico

3 DEFINIZIONE DI FORZA MUSCOLARE La forza muscolare è la capacità di esprimere forza assoluta esterna, (In pratica contrastare una opposizione mediante uno sforzo Poiché la forza è una misura istantanea, agli allenatori interessa maggiormente il continuum forza-tempo, che è anche la forza che utilizziamo nel quotidiano Le espressioni di forza muscolare si basano sulle forze interne prodotte (muscolo-tendine-ossa-articolazioni) per contrastare con più o meno velocità (accelerazione) le forze esterne F = m a

4 DEFINIZIONE DI FORZA MUSCOLARE Un muscolo in attività esercita una forza sull osso quando: Si accorcia: azione concentrica o miometrica Si allunga: azione eccentrica o pliometrica Rimane costante: azione statica o isometrica La forza è un vettore quantitativo caratterizzato da: 1. Grandezza 2. Direzione 3. Punto di applicazione

5 DEFINIZIONE DI FORZA MUSCOLARE Durante un azione concentrica le forze che si oppongono al moto agiscono in direzione opposta ad esso Durante un azione eccentrica le forze che si oppongono al moto agiscono nella stessa direzione del moto

6 La massima forza isometrica è relativa all angolo articolare utilizzato

7 Il punto di applicazione del vettore forza forza determina a secondo dell angolo articolare utilizzato un differente braccio di leva Mf (momento di forza) = F x b

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9 Coordinazione intermuscolare dei tre momenti di rotazione Durante l estensione i tre bracci di leva diminuiscono insieme ai momenti di forza ma la forza continua ad aumentare per via di una maggiore accelerazione e velocità massima allo stacco (prima dell estensione l accelerazione e la forza tendono a zero)

10 Nei movimenti balistici, come nei salti la velocità è massima allo stacco dal suolo

11 VARIABILI CHE INFLUENZANO LA FORZA MUSCOLARE Frequenza degli impulsi nervosi Lunghezza del muscolo Dimensione della sezione traversa delle fibre muscolari Temperatura Tipo di fibra muscolare Tipo di contrazione (eccentrica, concentrica e isometrica) Velocità di contrazione Angolo articolare Leva articolare Età Sesso Massa corporea Fattori psicologici

12 DEFINIZIONI DELLA FORZA 1. FORZA MASSIMALE: è la forza più elevata che il sistema neuro-muscolare riesce ad esprimere con una contrazione massima volontaria e si traduce nel carico più elevato sollevabile in una ripetizione (1RM); 2. FORZA ESPLOSIVA (VELOCE): è la capacità del sistema neuro-muscolare di superare resistenze con elevata velocità di contrazione, si ottiene generalmente quando la forza si aggira sul 35-40% della massima forza isometrica e la velocità di accorciamento è di circa 35-45% della velocità massima; 3. FORZA ESPLOSIVA CON PRESTIRAMENTO (REATTIVA): è quella prestazione muscolare, che nell ambito di un ciclo stiramento-accorciamento produce un più elevato impegno di forza.dipende dalla forza massima, dalla velocità di formazione della forza e dalla capacità di tensione reattiva (stiffness).

13 Rappresentazione schematica della relazione forza velocità (Hill) e classificazione biologica delle varie espressioni di forza Intervento delle fibre muscolari presentata secondo l ipotesi suggerita da Bosco CLASSIFICAZIONE DELLE VARIE ESPRESSIONI DI FORZA ( BOSCO 1997 )

14 MECCANISMI DELLA FORZA La possibilità per un atleta di produrre forza e velocità sempre più elevata dipende da diversi fattori che possiamo così sintetizzare: 1. STRUTTURALI 2. NERVOSI (eccitatori ed inibitori) 3. RIFLESSI (allungamento accorciamento)

15 Fig. 4 Meccanismi della forza (da: Cometti modificato)

16 Meccanismi strutturali

17 Rapporto tra la sezione delle fibre e il numero di miofibrille nel corso della crescita adulto giovane L aumento del numero di miofibrille secondo Goldspink (1985) è la causa principale dell ipertrofia

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19 Fig.8 Rappresentazione dei carichi e del numero di ripetizioni utilizzati per migliorare la forza max o l ipertrofia (da: Cometti, 1988)

20 Caratteristiche delle fibre muscolari

21 Caratteristiche delle fibre muscolari da Cometti modificato

22 Il reclutamento delle fibre rispetto all intensità del carico (Costill 1980)

23 Principio di Henemann

24 Settimane-mesi L aumento di peso che si riscontra dopo sedute di allenamento di pesi è spesso dovuto ad ipertrofia a causa del aumento del sarcoplasma (volume acquoso extra cellulare) che non produce forza

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26 1. Tra i fattori neurogeni, quello che subisce i primi adattamenti all allenamento alla forza massimale è quello relativo al reclutamento di nuove unità motorie (reclutamento spaziale); 2. Successivamente con l allenamento migliora la capacità di reclutare sempre più unità motorie nel medesimo tempo (reclutamento temporale)

27 RFD rate force development Fig. 19 Una stimolazione a 50Hz è sufficiente per produrre forza massimale (a). Se aumenta la frequenza (b) aumenta la pendenza della curva e quindi lo sviluppo rapido della forza (secondo Grimby e coll. 1981)

28 SINCRONIZZAZIONE La sincronizzazione la possiamo definire come la capacità di reclutare tutte le fibre nello stesso istante. Quindi la sincronizzazione ci porta ad un ulteriore miglioramento della forza e soprattutto al miglioramento della forza esplosiva. Secondo Sale (1988) la sincronizzazione delle unità motorie non porta ad un aumento della forza massima ma ad una capacità di sviluppare forza in tempi più brevi

29 FATTORI LEGATI ALLO STIRAMENTO In generale si considera che l aumento dell efficacia muscolare dovuta ad uno stiramento preliminare è la conseguenza di due fenomeni: 1. L intervento del riflesso miotatico 2. L elasticità muscolotendinea

30 Differenze fra maschi e femmine La forza dipende soprattutto dalla sezione trasversa del muscolo (superficie cm 2 attiva) Le femmine mostrano il 50% ed il 30% in meno relativamente per le braccia e gambe (eccetto atlete o body builder). Normalizzando per unità di superficie non si evidenziano differenze

31 Differenze fra maschi e femmine E anche vero però che in questo genere di studi si possono osservare svariate contraddizioni. Alcuni studi per esempio pur normalizzando in relazione alla massa corporea ed alla massa magra, i valori di forza restano più alti nei soggetti maschi. Normalizzando invece mediante esponente legato alla taglia corporea (scaling), sembra sia più corretto per paragonare l espressione di forza o di altri parametri fisiologici

32 L allenamento della Forza muscolare University of Rome "Tor Vergata" - Faculty of Medicine and Surgery - School of Sport and Exercise Science

33 Metodi di allenamento (Kraemer 2008) Sollevare un sovraccarico massimale (lavorare contro un opposizione relativamente elevata) : metodo dell impegno massimale Sollevare un sovraccarico non massimale fino all esaurimento (nelle ripetizioni finali i muscoli sviluppano la massima forza in condizioni di affaticamento): metodo dell impegno ripetuto Sollevare un sovraccarico non massimale con la massima velocità possibile (lanciare, saltare.): metodo dell impegno dinamico Sollevare un sovraccarico non massimale senza esaurimento (per un numero medio di ripetizioni): metodo dell impegno submassimale

34 Variabili che possono essere manipolate per gli adattamenti che si desidera ottenere (Kraemer 1983, ACSM 2009) Ripetizioni massime RM Numero di SET (serie) Numero di ripetizioni Scelta dell esercizio Azione muscolare Ordine degli esercizi Durata dei recuperi Velocità esecutiva Frequenza training Durata ciclo di training

35 LE VARIABILI CHE INFLUENZANO LA SELEZIONE DELLE SERIE (POLIQUIN 1998) Numero di ripetizioni selezionate; Relazione inversa tra ripetizioni e serie Ripetizioni Serie molte Poche (5-12) (2-4)

36 Numero di esercizi per sessione di allenamento: Più esercizi si eseguono meno serie sono necessarie per ottenere un effetto allenante ottimale. Questo eviterà di superare il periodo di tempo ottimale per completare l allenamento; Livello di allenamento: Sesso: 1-2 serie per il principiante, 3-4 per soggetti allenati; A qualsiasi data percentuale del loro massimale su 1RM una donna esegue più ripetizioni di un uomo.quindi ad una data intensità le donne dovrebbero fare meno serie. Stato nutrizionale;

37 Dimensione dei muscoli: Il numero di serie eseguite deve essere inversamente proporzionale alla dimensione della massa muscolare allenata.gruppi muscolari più piccoli recuperano prima e possono sopportare più serie. Principio della qualità sulla quantità: Quando si verifica un calo del 5-7% nella prestazione è il momento in cui bisognerebbe spostarsi ad un altra parte del corpo o ad un altro esercizio. Stato anabolico ed ormonale: Il numero totale delle serie deve essere mantenuto tra le 20 e le 25, e le sessioni di allenamento non devono superare i 45 minuti 1ora. Composizione muscolare: I muscoli a contrazione veloce rispondono meglio a più serie.

38 Relazione tra il numero massimo di ripetizioni, l intensità e l effetto allenante (Poliquin, 1990) NUMERO MASSIMO DI RIPETIZIONI % DEL MASSIMO EFFETO ALLENANTE Aumento della forza 2 94,3 relativa attraverso un 3 90,6 miglioramento della 4 88,1 spinta neurale 5 85,5 6 83,1 Ottimo compromesso 7 80,7 per guadagni di forza 8 78,6 massimale e ipertrofia 9 76,5 Migliori risultati per 10 74,4 l ipertrofia che porta 11 72,3 ad un aumento della 12 70,3 forza massimale 13 68, , , , , , , Aumento della forza resistente e minor guadagni in ipertrofia

39 University of Rome "Tor Vergata" - Faculty of Medicine and Surgery - School of Sport and Exercise Science Designing ResistanceTraining Programmes to Enhance Muscular Fitness A review of the acute Programme Variables SP Bird e coll Charles Sturt University (South Australia)

40 University of Rome "Tor Vergata" - Faculty of Medicine and Surgery - School of Sport and Exercise Science

41 La Resistenza

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48 Esempi di specialità sportive res. di breve durata RBD Gare da 45 a 2 : km da fermo ciclismo ( circa 1 ), 800 m. corsa (1-50 ),500 m. kayak, m. nuoto res di media durata RMD res di lunga durata RLD1, RLD2,RLD3 Gare da 2 a 8 : 2000m canottaggio,1000m kayak,1500m corsa, 400m nuoto RLD1: gare fino a 30 :1500 nuoto,5000 e m. corsa RLD2: gare fino a 90 : gran fondo nuoto, mezza maratona, record ora RLD3: gare oltre 90 : maratona, ciclismo strada,triathlon, sci fondo

49 NEUROMUSCOLARE VO2 max METABOLICO

50 Sports medicine 2000 The effect of Endurance Training on parameters of aerobic Fitness A.M. Jones and H.Carter (GB) Leading article (review) La resistenza L endurance può essere definita come la capacità di sostenere una data velocità o potenza per il maggior tempo possibile. La prestazione è quindi fortemente dipendente dalla resintesi aerobica dell ATP. Questo richiede un efficiente sistema di trasporto dell O2 (dall atmosfera ai mitocondri >> citocromo oxidasi catena respiratoria), e l utilizzo ottimale di carboidrati e lipidi

51 t La resistenza v A livello individuale l endurance è rappresentata dalla curva velocità-tempo, cioè dalla velocità o potenza che può essere sostenuta nel tempo. Un programma di training tende a spostare la curva verso destra Ciò è dovuto ad adattamenti sui sistemi respiratorio (polmonare), cardiovascolare e neuromuscolare che assicurano il metabolismo a livello cellulare

52 Dipende: La resistenza Massimo consumo di O2 (VO2 max) Soglia ventilatoria-lattato (Soglia anaerobica) Economia dell esercizio (running economy nella corsa etc.) Cinetica dell O2

53 La resistenza L endurance exercise (performance) sono considerati quegli eventi continui di durata da 5 min a 240 min eseguiti ad intensità dal 65 al 100% del VO2max. Eventi più corti o più lunghi sono relativamente influenzati anche dalle vie metaboliche anaerobiche e limitati da fattori psicologici, nutrizionali, termoregolatori, muscoli scheletrici piuttosto che dalla fitness aerobica

54 Maximal Oxygen Uptake (VO2max) Nell esercizio che coinvolge grandi masse muscolari (ciclismo, canottaggio etc,) il VO2max dipende più dalla capacità di rifornimento (trasporto) dell O2 ai muscoli che ma anche dalla capacità di estrarre ossigeno dal sangue da parte del muscolo. Il VO2 max è fortemente correlato alla gittata sistolica e conseguentemente alla gittata cardiaca, dato che la frequenza cardiaca massima tende ad essere simile a quella dei sedentari

55 Maximal Oxygen Uptake (VO2max) L allenamento aerobico determina un incremento della quantità di sangue e dell emoglobina contenuta nei globuli rossi Gli adattamenti dovuti all allenamento aerobico inoltre consentono un maggior utilizzo di ossigeno (differenza artero-venosa) dovuto anche ad un aumento del letto capillare

60 Maximal Oxygen Uptake (VO2max) L incremento del VO2max dipende da diversi fattori quali lo stato di fitness iniziale, la durata, intensità e frequenza di allenamento, l età etc. Evidenze della letteratura suggeriscono che intensità fra l 80 e 100% del VO2max sono ottimali per miglioramenti, anche con relativo poco volume (p.e alla velocità di soglia anaerobica x 2 volte alla settimana conduce ad incrementi 10-15% del VO2 max dopo solo 3-4 settimane su soggetti moderatamente attivi)

62 Exercise economy L economia di esercizio può essere definita come la quantità di O2 richiesto ad una data intensità di esercizio (submassimale) Essa può risultare molto diversa anche in individui con lo stesso VO2 max. Normalmente in atleti di lunga distanza una migliore economia dell esercizio comporta che è possibile sostenere certe velocità con un consumo di ossigeno minore (% minore rispetto al VO2max)

63 Exercise economy L economia di esercizio è fortemente correlata all esperienza dell atleta poiché migliora soprattutto con carichi di lavoro molto voluminosi. La EE è stata associata anche con una ridotta ventilazione minuto EE e/o RE è dipendente da fattori antropometrici e morfofunzionali, biomeccanici e tecnici (ccordinazione). Anche lo spostamento di un maggior consumo lipidico rispetto ai carboidrati sembra contribuire al risparmio energetico

64 Exercise economy L economia di esercizio è anche correlata alla relativa scioltezza e fluidità di movimento ed anche alla flessibilità muscolo-articolare. Anche una maggiore stiffness sembra favorire l economia della corsa Inoltre soggetti con una maggiore forza muscolare, soprattutto quella esplosiva e reattivo elastica, hanno la possibilità di risparmiare più energia metabolica (efficienza neuromuscolare) facilitando lo sviluppo delle tensioni muscolari attive mediante inibizione degli antagonisti, organi tendinei del Golgi etc.

65 Exercise economy

66 V-VO2max (VAM) La VAM è la velocità minima associabile al VO2 max dato che a maggiori intensità il contributo di energia anaerobica diviene sempre più rilevante Molti studi indicano questo parametro fortemente predittivo sulle prestazioni di resistenza come 5-10 km più dell economia di corsa o del massimo consumo di ossigeno La V-VO2max dopo un periodo di allenamento (p.e. 4 settimane) può aumentare anche senza un incremento del VO2max

67 %VO2max la fc e in rapporto lineare con il vo2 fino al 90% della fcmax % FCmax 67

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71 Lactate/Ventilatory Threshold (soglia anaerobica/ventilatoria) Le intensità di esercizio che prevedono incrementi di lattato (AL) al di sopra dei livelli di riposo (SAN) e cambiamenti negli scambi respiratori (SV) sono considerato potenti predittori della performance aerobica

72 Lactate/Ventilatory Threshold (soglia anaerobica/ventilatoria) Gli adattamenti dovuti al training consentono maggiori intensità di esercizio ad una più alta % di VO2max senza accumulo di AL Quindi la SAN è definita quella intensità di esercizio oltre la quale si altera l equilibrio fra il lattato prodotto ed il suo smaltimento, mentre MLSS (maximal lactate steady state) è laintensità massima prima che si alteri l equilibrio

73 Lactate/Ventilatory Threshold (soglia anaerobica/ventilatoria)

74 Lactate/Ventilatory Threshold (soglia anaerobica/ventilatoria) Per esempio min di corsa continua o fartlek x 3 volte alla settimana x 3-4 settimane a velocità intorno la SAN provoca un incremento della SAN E stato visto che con intensità già oltre il 50% del VO2 max si rilevano cambiamenti sulla densità funzionale dei mitocondri delle STF. Invece sono necessarie intensità maggiori per provocare lo stesso effetto sulle FTFa

75 Acido Lattico e Sforzo Mmol L Intensità elevate + glicogeno (FT) + acido lattico 90%VO2max = 95% FCmax 80%VO2max = 90% FCmax 65%Vo2max = 75%FCmax Tempo (min) (Shephard 86 modificata)

76 Training ad alta intensità 85-95% fc max Training ad medio-alta intensità 70-80% fc max University of Rome "Tor Vergata" - Faculty of Medicine and Surgery - School of Sport and Exercise Science

77 LAVORO CARDIOVASCOLARE

79 FREQUENZA CARDIACA Utilizzata nell allenamento cardiovascolare per misurare l intensità del lavoro, sotto forma di FCAllenamento Metodi per il calcolo della FCA: FC Max = 220 età oppure Karvonen: calcolo della frequenza cardiaca di riserva (FCR) dato dalla differenza fra FC Max e FC a riposo; Fc all = [(220 - età - Frequenza a riposo) x % lavoro] + Frequenza a riposo Per esempio [( ) x 0,85] + 60 = 166 Bpm HIROFUMI TANAKA H.Tanaka, K.D. Monahan, Douglas R. Seals ( J AM Cardiol 2001,37:1: ) Fc max (frequenza cardiaca massima) = (0,7 x età) 79

80 EFFETTI SUL SISTEMA CARDIOVASCOLARE L allenamento aerobico porta alla diminuzione della frequenza cardiaca a riposo. 80

81 EFFETTI SUL SISTEMA CARDIOVASCOLARE L allenamento aerobico induce un aumento della gittata pulsatoria sia a riposo sia durante il lavoro muscolare. A RIPOSO Gittata Sistolica Frequenza Cardiaca Gittata Cardiaca Soggetto sedentario 71 ml x 70 batt * Min -1 = 5000 ml* Min -1 Atleta di fondo 100 ml X 50 batt * Min -1 = 5000 ml* Min -1 81

82 EFFETTI SUL SISTEMA CARDIOVASCOLARE L allenamento aerobico induce un aumento della gittata pulsatoria sia a riposo sia durante il lavoro muscolare. Gittata Sistolica Frequenza Cardiaca Gittata Cardiaca Soggetto sedentario 113 ml x 195 batt * Min -1 = ml* Min -1 Atleta di fondo 179 ml X 195 batt * Min -1 = ml* Min -1 82

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85 EFFETTI SUL SISTEMA CARDIOVASCOLARE Riduzione della FC a parità di lavoro Aumento della gittata pulsatoria Riduzione pressione arteriosa sistolica a riposo; Atleti di resistenza Studenti dopo 55 gg. di allenamento Studenti prima dell allenamento 85

86 percentuale Fc max esempio 180 b/min I valori si possono classificare in base agli obiettivi: - attività fisica minima (salutare) (60/70 %) migliora la salute, è valida come riscaldamento - attività fisica moderata (70/80 %) migliora la forma fisica, su lunga durata si bruciano i grassi - allenamento aerobico medio (80/85 %) Si bruciano grassi e zuccheri in quantità ottimale dopo un breve periodo - allenamento aerobico intensivo (85/90 %) Si utilizzano solo zuccheri - ideale per atleti e sportivi abituali - allenamento aerobico anaerobico (90/100%) si usano solo zuccheri e si produce acido lattico che fa durare poco l allenamento ideale per atleti e sportivi che praticano sport a componente metabolica mista aerobica - anaerobica

87 Metodi di allenamento più strutturati per i diversi obbiettivi e maggiormente adatti per lo sport

88 Agendo su opportune variabili e parametrando alle potenzialità individuali sono ovviamente possibili adattamenti nel fitness

89 Allenamento per il metabolismo aerobico CONTINUO INTERVALLATO uniforme variato progressivo ripetute Interval training intermittente

90 Allenamento per il metabolismo aerobico CONTINUO uniforme variato progressivo

91 CONTINUO uniforme Ritmi maratona (fino a 90 min) a b/min sotto SAN Intensità SAN o sopra (da 20 a 60 ) Migliora running economy RE Interviene prevalentemente su SFT Metabolismo prevalente quello lipolitico, stimolato anche dal GH Stimola ipertrofia mitocondriale (densità e funzioni)

92 CONTINUO variato (fartlek, CCVV) Variazioni brevi ed intense (5-30 al % SAN) Variazioni medie (40-3 min al % SAN) Variazioni lunghe (3-6min al % SAN) Alternando andature a diverso ritmo (durata ed intensità del recupero) l allenamento diviene più intenso o più voluminoso L intensità della variazione può coinvolgere anche FTFa e FTFb Durante il recupero si abitua l organismo a a metabolizzare AL e resintetizzare la PC (fosfocreatina)

93 PROGRESSIVO min incrementando lievemente la velocità fino all intensità di SAN (anche con accelerazioni più intense negli ultimi sec) Da valori leggermente sottosoglia (Fc 5-10 p/min sotto) si supera l intensità di SAN fino al calo di velocità (perdita di potenza) Si raggiungono modesti incrementi di AL (4-6 Mmol fino al VO2 max) L intensità dell esercizio può coinvolgere sia STF che FTFa e FTFb Si abitua l organismo a tollerare una relativa presenza di AL e sostenere fasi intense dopo un esercizio prevalentemente aerobico

94 Allenamento per il metabolismo aerobico INTERVALLATO ripetute Interval training intermittente

95 RIPETUTE Stimolo aerobico di base: Ripetute min a velocità 5-10% sotto SAN Ripetute 5-20 min ad intensità SAN Forza resistente: Ripeture 2-6 min a velocità intorno alla SAN o poco più anche con carico globale (volume) superiore a quello di gara Miglioramento ritmo gara: 1. Più intense % ritmo gara, su distanze inferiori (50-80%) stimolo: tolleranza AL (FTa e b) e VO2 max 2. Più durata % distanza gara, a ritmo inferiore (75-90%) stimolo: potenza aerobica, incremento SAN e RE

96 INTERVAL TRAINING Durata sec Recuperi fra 45 e 90 sec Ritmi gara o superiori Speed-endurance (ripetute o interval training): Fasi di corsa da 5 a 30 sec Intensità fino al 90% della massima sostenibile Recuperi 1:3-5 (produzione e mantenimento) Ripetizioni da 6 a 20 Condizionamento cardiaco (Gettata cardiaca, sistolica ) L intensità dell esercizio coinvolge sia FTFa che FTFb Durate brevi permettono un intervento facilitato sulla tecnica della corsa.. Potenziamento mitocondriale (densità e funzioni)

97 INTERMITTENTE Sport di squadra: Fino a 24 min (6 x 4; 3 x 8..) sec % VAM alternati a sec 60-70% VAM Attivazione FTFa e b Consumo O2 elevato (intorno Vo2 max) AL modesto (4-6 Mmol) Parziale resintesi PC Utilizzo di situazioni con palla RBD e RMD (mezzofondo): Ritmi gara ( %) sec (rapporto 1:1, 1:1/2, 1:1,5.. Parziale resintesi PC Maggiore intensità permettono azioni di forza resistente (palette nel nuoto etc.)