La prestazione sportiva nella corsa di resistenza

La prestazione sportiva nella corsa di resistenza Carlo Capelli, Facoltà di Scienze Motorie, Università degli Studi di Verona 17/03/14 Fisiologia dello Sport 1

Prestazioni di Endurance nella corsa Potenza = Costo energetico velocità E = C r v v max = E max C -1 r v END = F r V O 2max C -1 r 17/03/14 Fisiologia dello Sport 2

Energetica della corsa di resistenza Più del 72% della variabilità della velocità effettiva (vmig) è spiegata dalla variazione della velocità teorica (vend) vmig/vend= 0.978±0.079 Da di Prampero et al, 1986 17/03/14 Fisiologia dello Sport 3

Analisi dei fattori che determinano la prestazione La prestazione nella corsa di resistenza dipende, quindi, da: V O 2max F C r 17/03/14 Fisiologia dello Sport 4

Massimo Consumo di Ossigeno Atleta V O 2max (ml kg -1 min -1 ) Prestazione Referenza Gary Tuttle 82.7 02:17:00 Pollock (1977) Craig Virgin 81.1 02:10:26 Cureton et al (1975) Bill Rodgers 78.5 02:09:27 Rodgers & Concannon (1982) Don Kardong 77.4 02:11:15 Pollock (1977) Alberto Salazar 76.0 02:08:13 Costill (1982) Kenny Moore 74.2 02:11:36 Pollock (1977) Buddy Edelen 73.0 02:14:28 Dill et al (1967) Zithulele Sinqe 72.0 02:08:05 Coetzer et al (1993) Frank Shorter 71.3 02:10:30 Ploock (1977) Willie Mtolo 70.3 02:08:15 Coetzer et al (1993) Derek Clayton 69.7 02:08:34 Costill et al (1971) 17/03/14 Fisiologia dello Sport 5

Evoluzione nel tempo (ml kg -1 min -1 ) 90,0 85,0 80,0 75,0 70,0 65,0 V'O 2ma 60,0 55,0 50,0 y = -0,0981x + 269,23; R 2 = 0,0324 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 Anni (m sec -1 ) Velocità 5,8 5,7 5,6 5,5 5,4 5,3 5,2 5,1 y = 0,007x - 8,3911 R 2 = 0,5067 5,0 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 Anni 17/03/14 Fisiologia dello Sport 6

Perché V O 2max non predice necessariamente la prestazione V O 2 (ml/(min kg)) 16 km/h = 88 % 16 km/h = 80 % A B V O 2 (ml/(min kg)) 16 km/h = 88 % 16 km/h = 80 % A B v (km/h) v (km/h) Due atleti con V O 2max diversi, possono correre alla stessa percentuale di V O 2max solo perche il loro C r è diverso 17/03/14 Fisiologia dello Sport 7

C r nei corridori Sebbene la variabilità sia notevole ed esista una notevole sovrapposizione tra i gruppi, i corridori di elite sono significativamente più economici degli altri Ciò è vero anche se C r è normalizzato per MC 3/4 Da Morgan et al, 1995 17/03/14 Fisiologia dello Sport 8

C r 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 17/03/14 Fisiologia dello Sport 9

Fattori che possono influenzare C r 17/03/14 Fisiologia dello Sport 10

Fattori Biomeccanici e C r Fattori Statura Percentuale di grasso corporeo Morfologia delle gambe Pelvi Piedi Scarpe Lunghezza della falcata Cinematica Dinamica Energia elastica Allenamento Superficie del terreno Modificazioni correlate con una economia di corsa più elevata Media o poco inferiore alla media per gli uomini e poco superiore alla media per le donne Bassa percentuale Massa distribuita prevalentemente vicino all articolazione dell anca Stretta Più piccoli della media Leggere e ben ammortizzate Liberamente scelta; frutto di lungo allenamento Limitate oscillazioni verticali del centro di massa Angoli acuti dell articolazione del ginocchio durante lo swing Angolo di rotazione limitato in flessione plantare - ma maggiore velocità angolare - durante lo stacco del piede Movimenti delle braccia non eccessivi Rotazione delle spalle più veloce sul piano trasversale Escursione angolare delle anche e delle spalle più accentuata sull asse polare nel piano trasverso Basse forze di reazione verticali Riutilizzo efficace dell energia elastica immagazzinata negli elementi elastici in serie Allenamento esplosivo con pliometria Moderata deformabilità 17/03/14 Fisiologia dello Sport 11

Biomeccanica e C r Nei corridori meno efficienti, le forze di reazione verticali sono maggiori (Heise e Martin, 2001) In particolare, il 40 % della variabilità di C r è spiegato dalla variazione del momento verticale totale Questo riscontro è coerente con quanto ipotizzato da Kram e Taylor: il costo per sostenere il peso dell animale e il tempo necessario per generare la forza necessaria a farlo sono i principali determinanti del costo energetico della corsa (Kram e Taylor, 1990) 17/03/14 Fisiologia dello Sport 12

Biomeccanica e C r il 40 % della variabilità di C r è spiegato dalla variazione del momento verticale totale (Heise e Martin, 2001) 17/03/14 Fisiologia dello Sport 13

Biomeccanica e C r (Bosco et al, 1987) La maggiore capacità di recuperare l energia elastica immagazzinata dagli elementi elastici in serie nella fase di rallentamento della caduta verso il basso costituita da lavoro eccentrico è correlata con un basso C r 17/03/14 Fisiologia dello Sport 14

Cinematica e C r 1. C r è correlato con la variabilità dello spostamento verticale del centro di massa (Belli et al, 1995) 2. C r è correlato con la variabilità della frequenza dei passi (Belli et al, 1995) 17/03/14 Fisiologia dello Sport 15

C r e fatica C r, in termini di V O 2 per km, aumenta in funzione della distanza: 0.123 % al km (Brueckner et al, 1991). In termini di consumo energetico per km - calcolato da V O 2 e QR - aumenta dello 0.08 % al km. Al termine di una maratona, quindi C r aumenta: i) del 5 % (ml O 2 /km), e del 3 % (kj / km). V O 2max : 83 ml/min/kg; F: 0,73; C r : 187 mlo 2 /km/kg. Un aumento di C r del 5 % equivale al peggioramento del tempo sulla maratona da 2:08:18 a 2.14:43 17/03/14 Fisiologia dello Sport 16

C r e fatica Dopo un test su treadmill ad esaurimento (3000 m) l aumento di Cr è legato alle modificazioni della variabilità della frequenza dei passi e del lavoro contro gravità eseguito sul centro di massa (Candau et al, 1998) Al termine di una maratona: 1. la massima forza isometrica degli estensori della gamba è diminuita; 2. le prestazioni meccaniche durante una serie di cinque balzi risultavano peggiorate e il profilo delle forza verticale alterato 3. l attività elettromiografica (iemg) durante a contrazione isometrica massimale degli estensori della gamba era diminuita 4. lo stesso livello forza sotto-massimale era mantenuta al costo di una maggiore attivazione neuromuscolare Si suppone, quindi, che ripetuti cicli di lavoro eccentrico - concentrico siano in grado di diminuire la tolleranza dei muscoli allo stiramento, compromettere la capacità di recupero elastico e deteriorare l accoppiamento elettro-meccanico muscolare (Komi et al, 1991) 17/03/14 Fisiologia dello Sport 17

C r e fatica Crd/Cr0 (%) 130 120 110 100 y = 0,0971x + 99,423 R 2 = 0,9074 C r aumenta in media del 4 % dopo 60 km di gara simulata 90 80 70-20 0 20 40 60 80 Distanza (km) 17/03/14 Fisiologia dello Sport 18

Cr e fatica-augmenters e Non augementers Grande variabilità inter individui 17/03/14 Fisiologia dello Sport 19

C r e fatica-danno Muscolare? % di variazione di C r è correlata con aumento netto della concentrazione post evento di un marker biochimico di lesione muscolare 17/03/14 Fisiologia dello Sport 20

C r e antropometria C r = -0.0011 MC + 0.252 (Bourdin et al, 1993) V O 2max /kg = -0.0334 MC + 95.1 (Astrand & Rodahl) 17/03/14 Fisiologia dello Sport 21

C r e antropometria In realtà la massima velocità aerobica o di endurance è praticamente indipendente dalla massa corporea V O 2max (W) = 100 MC 0.67 V O 2max /MC 0,67 = 100 C r (J/m) = 12,5 MC 0.70 C r / MC 0,70 = 12,5 v max = V O 2max /C r = 8 MC -0.03 17/03/14 Fisiologia dello Sport 22

C r e antropometria-v amax 10,0 9,0 MC 0.03 vamax (m s - 8,0 7,0 MC 1 MC -0.03 6,0 5,0 40 50 60 70 80 90 100 Massa Corporea (kg) 17/03/14 Fisiologia dello Sport 23

C r e allenamento Sei settimane di allenamento con corsa (15-20 miglia/ settimana) non diminuiscono il costo energetico in un gruppo di giovani studenti moderatamente attivi (Lake e Cavanagh, 1996) 17/03/14 Fisiologia dello Sport 24

C r e allenamento Nove settimane di allenamento esplosivo alla forza (sprint, pliometria) migliora l economia di corsa (V O 2ss a 4,17 m/s) in corridori di elite L effetto dell allenamento è riconducibile al miglioramento della funzionalità neuromuscolare con più efficace recupero dell energia elastica durante la corsa. 17/03/14 Fisiologia dello Sport 25

Massima frazione di V O 2max (F) A: Costill e Fox B: Åstrand e Rodhal C: Saltin: %V O 2max = 94-0.1t (30 min < t < 300 min) D: Davies e Thompson: %VO 2max = 91.24-3.79t-0.08 t 2 E: Léger et al: LnY = 4.93-0.186 lnx (t < 4.6 min) LnY = 4.79-0.096 lnx (4.6 < t < 70.4 min) LnY = 5.08-0.1566 lnx (t > 173.7 min) Y:%VO 2max ; X:t 17/03/14 Fisiologia dello Sport 26

Massima frazione di V O 2max (F) L indice di Endurance di Péronnet e Thibault IE = (100 % VO2 max) ln 7 lnt IE = (Δ% VO2 max) Δ lnt V O 2max può essere sostenuto per 7 minuti Utile per confrontare individui con differenti V O 2max e differenti performances 17/03/14 Fisiologia dello Sport 27

Massima frazione di V O 2max (F) Linea continua sperimentale: y = 90.5-0.091 t Linea tratteggiata, Saltin: y = 94-0.1 t (di Prampero et al, 1986) 17/03/14 Fisiologia dello Sport 28

Il nomogramma di Mercier Prestazioni reali 3km: 7:45 10km: 27:30 IE = 110-15= 95 Prestazioni predette 5km: 13:15 V O 2max : 83 ml/min/kg In generale, questi metodi hanno solo una funzione valutativa, non predittiva 17/03/14 Fisiologia dello Sport 29

Massima frazione di V O 2max (F)in diversi gruppi etnici Al termine della maratona gli atleti avevano ossidato da 397 a 423 g di carboidrati (Bosch et al, 1990) 17/03/14 Fisiologia dello Sport 30

C r e altitudine V O 2ss diminuisce dopo 14 gg di esposizione intermittente a ipossia normobarica (12.3 % O 2, 3 ore/die) in un gruppo di 15 corridori a piedi sulle lunghe distanze (Katayama et al, 2004) 17/03/14 Fisiologia dello Sport 31

C r e altitudine (Saunders et al, 2004) Corridori di endurance di alto livello V O 2ss a 14, 16 e 18 km/hr diminuisce significativamente dopo 4 settimane di esposizione intermittente (5 notti/settimana) ad ipossia normobarica corrispondente all altitudine di 2000-2500 m slm Allenamento a 600 m slm Maggiore utilizzazione di carboidrati, maggiore produzione di ATP per mole di O 2 utilizzata, diminuito costo della ventilazione, aumentata efficienza neuromuscolare 17/03/14 Fisiologia dello Sport 32

Allenamento per Long Distance Running Performance I determinati della prestazione sono: V O 2max C r F V O 2max, correlata con LT 17/03/14 Fisiologia dello Sport 33

Allenamento e Adattamento Soglia minima di intensità Soglia minima della durata Combinate, determinano la soglia minima di adattamento Struttura tipica di allenamento: 10-14 sessioni la settimana Quantificazione: 1) volume: chilometri/la settimana 2) intensità: %V O 2max, %f Hmax, %v gara 17/03/14 Fisiologia dello Sport 34

Allenamento e aumento di V O 2max Adattamenti indotti dall allenamento associati con l incremento di V O 2max Adattamento indotto dall allenamento Aumento del volume ventricolare, ipertrofia ventricolare concentrica Aumento della massa eritrocitaria Aumento della massa plasmatica Significato fisiologico Aumento del volume di eiezione e della massima gettata cardiaca Aumento del volume ematico, del volume di eiezione, della capacità di trasporto arteriosa per l O 2 Aumento del volume ematico, del volume di eiezione Aumento dei capillari muscolari Aumento della densità mitocondriale nei muscoli ed aumento dell attività degli enzimi ossidativi Aumento della concentrazione di mioglobina Incremento della diffusione e del consumo di O 2 nei muscoli a parità di P a O 2 e flusso periferico Aumento del V O 2 e aumento della differenza aretrovenosa di O 2 Diffusione di O 2 facilitata dal sarcolemma ai mitocondri, aumento di V O 2 a parità di P a O 2, aumento della differenza artero-venosa a di O 2 17/03/14 Fisiologia dello Sport 35

Allenamento e aumento di V O 2max Conclusioni - Alcuni autori hanno suggerito che l allenamento effettuato a V O 2max o vicino a V O 2max sia la procedura ottimale per aumentare la massima potenza aerobica. - Comunque, anche allenamenti sottomassimali e sovramassimali sono stati associati ad incrementi di V O 2max - Solo due studi hanno pragonato negli stessi atleti gli effetti di diverse intensità relative 17/03/14 Fisiologia dello Sport 36

Allenamento e aumento di LT Adattamenti indotti dall allenamento associati con l incremento di LT Adattamento indotto dall allenamento Diminuzione della concentrazione di PFK-1 e del rapporto PFK-1/CS Aumento della densità mitocondriale nei muscoli ed aumento dell attività degli enzimi ossidativi Aumento degli enzimi della β-ossidazione Modificazione della espressione della LDH verso l isoforma cardiaca Aumento dell espressione di MCT Significato fisiologico Diminuzione della produzione di lattato Aumento della percentuale di piruvato che entra nel ciclo di Krebs invece di servire come substrato della LDH Aumento dell ossidazione dei lipidi, diminuzione della produzione di energia per ossidazione dei carboidrati e diminuzione della produzioen di lattato Diminuzione della velocità di conversione da piruvato a lattato Aumento della rimozione del lattato Aumento della forza muscolare Riduzione del reclutamento di fibre muscolari di tipo II e ridotta occlusione al flusso periferico 17/03/14 Fisiologia dello Sport 37

LT e training [La] b (mm) 9 8 7 6 5 4 3 Dopo allenamento Prima allenamento Attenzione: La relazione LT vs. v può cambiare se C r, a sua volta, si modifica 2 1 0 11 12 13 14 15 16 17 v (km/hr) 17/03/14 Fisiologia dello Sport 38

Allenamento e aumento di LT Conclusioni - Solo uno studio ha indagato gli effetti dell aumento di volume (km) dell allenamento eseguito a velocità sublt o LT - 6dd/w, 90-98% volume di allenamento a 50-70 % velocità di gara, il resto interval traing ad alta intensità - no aumento LT, aumento volume di allenamento - Altri studi suggeriscono che l inserimento di sedute effettuate a velocità sovralt inducano significativi aumenti di LT, ma i dati non sono coerenti né univoci. 17/03/14 Fisiologia dello Sport 39

Allenamento e aumento dell economia di corsa (C r più basso) Adattamenti indotti dall allenamento associati con il decremento di C r Adattamento indotto dall allenamento Modificazione dell espressione delle fibre muscolari dal veloci (II) a più lente (I) Diminuzione della ventilazione polmonare totale durante esercizio sotto massimale Aumento del rendimento meccanico della corsa Aumento della stiffness muscolo tendinea Significato fisiologico Riduzione del dispendio energetico per sviluppare forza, aumento del rendimento muscolare Riduzione del consumo di ossigeno dei muscoli respiratori Riduzione ovvia e diretta di C r Aumento della quantità di energia elastica immagazzinata e restituita durante il passo, aumento del rendimento della corsa 17/03/14 Fisiologia dello Sport 40

Allenamento e aumento dell economia di corsa (C r più basso) Conclusioni - Sembra che alti volumi siano correlati con decrementi di C r, sebbene non vi siano studi controllati che abbiamo aumentato il volume mantenendo strettamente costante l intensità - L inserimento di sedute a vlt e di allenamento di restitenza (corsa in salita, pesi) hanno mostrato di aumentare l economia di corsa Vero Problema -Il C r basso negli atleti che hanno volumi di allenamanto più alto è l effetto dell allenamento o questi atleti si sono slezionati nel tempo? 17/03/14 Fisiologia dello Sport 41

Problemi nell interpretazione dei risultati Esame retrospettivo di 29 studi (Midgley Aw, Sports Med 39: 857-880, 2007) - Status pre training dei soggetti non descritto in termini di volume-intensità - scarso numero di soggetti - un solo gruppo di soggetti, no gruppo di controllo - non si specifica in quale periodo della stagione agonistica si si effettuato lo studio - soggetti sedentari o atleti di scarso livello - errori metodologici e di analisi - interazioni tra variabili non indipendenti - regressione alla media (habituation) 17/03/14 Fisiologia dello Sport 42

Criteri per decidere l intensità 8 180 [La] b (mm) 7 6 5 4 3 Lento-Moderate Medio-Heavy Veloce-Severe 160 140 120 100 80 60 f H (bpm) 2 40 1 20 0 0 11 12 13 14 15 16 17 v (km/hr) 17/03/14 Fisiologia dello Sport 43

Maratoneti Kenyani v (km hr - 21 20,8 20,6 20,4 20,2 20 19,8 19,6 19,4 19,2 Kenyani Altre etnie africane Arabi Europei Orientali 19 21 km 42 km 17/03/14 Fisiologia dello Sport 44

Kenyani e Caucasici 17/03/14 Fisiologia dello Sport 45

Bibliografia di Prampero PE, Atchou G, Bruckner JC, Moia C. The energetics of endurance running. Eur J Appl Physiol 55: 259-266, 1986. Saunders PU, Pyne DB, Telfora RD, Hawley JA. Factors affecting running economy in trained distance runners. Sports Med 34: 465-485, 2004. Jones A, Carter H. The effect of endurance training on parameters of aerobic fitness. Sports Med 29: 373-386, 2000. Bosquet L, Léger L, Legros P. Methods to determine aerobic endurance. Sports Med 32: 675-700, 2002. Tam E, Rossi H, Moia C, Berardelli C, Rosa G,Capelli C, Ferretti G. Energetics of running in top-level marathon runners. Eur J Appl Physiol 112: 37979-3806, 2012 17/03/14 Fisiologia dello Sport 46