“Risposta organica durante l’attività muscolare e studio della correlazione tra le varie qualità motorie.”

Prof. Salvatore Buzzelli

Premessa

In termini di movimento, il corpo umano si comporta come una macchina a motore, infatti il movimento che si realizza per mezzo dell’apparato locomotore (muscoli, articolazioni ed ossa), è possibile attraverso la trasformazione di energia chimica  in energia meccanica, esattamente come avviene in un’automobile in cui la trasformazione del carburante produce forza propulsiva che viene trasmessa all’ albero di trasmissione e quindi alle ruote.
A questo proposito va ricordato che a differenza di un’automobile, l’apparato locomotore umano, è da considerarsi un motore a basso rendimento in quanto di tutta l’energia disponibile solo circa il 25%  si trasforma in movimento, mentre circa il 75% viene convertita in calore.
Nel corpo umano, l’energia disponibile per il movimento purtroppo è limitata, e a tal proposito esistono sistemi capaci di attivarsi per rigenerare l’energia spesa.
E’ noto che l’energia per il movimento umano è in massima parte derivata dalla trasformazione degli alimenti in energia chimica, con l’intervento dell’ossigeno, per cui è necessaria una perfetta  interazione tra sistema di acquisizione dell’ossigeno dall’aria (apparato respiratorio), dal sistema deputato a trasportare l’ossigeno (apparato cardiocircolatorio) e al sistema di produzione di energia (metabolismo).

Uno degli obiettivi di questa ricerca è quello di esaminare il comportamento della frequenza cardiaca, intesa come indicatore di lavoro muscolare, durante l’attività fisica nelle sue varie espressioni: a riposo, in un lavoro blando, in un lavoro medio e in un lavoro intenso,  sarà analizzata anche la fase di recupero dopo uno sforzo.
Attraverso l’esecuzione di alcuni test verrà valutata la risposta cardiaca individuale allo sforzo e quindi si procederà all’individuazione di parametri soggettivi relativi alla Potenza Aerobica (massimo consumo di ossigeno).

Altro obiettivo è quello di verificare il tipo di dipendenza tra importanti qualità motorie cioè la Resistenza e la  Forza Esplosiva, la Potenza Anaerobica Alattacida e la Potenza Anaerobica Lattacida..
A tal fine si utilizzerà un test per l’individuazione personale dei parametri di forza e di potenza muscolare (test di Bosco).
Infine utilizzando un test di analisi statistica  (la correlazione lineare) cercheremo di evidenziare la reale dipendenza tra le varie qualità esaminate.
Per la rilevazione della frequenza cardiaca ci avvarremo di un cardiofrequenzimetro (Polar PE 3000).

Parte teorica

Parametri fisiologici di resistenza

 INDICI DI SFORZO MUSCOLARE

I parametri di interesse sportivo che misurano l'attività cardiaca sono:
La frequenza cardiaca cioè il numero delle contrazioni del cuore in un minuto, che varia a seconda dell'intensità dello sforzo.
La gittata sistolica che è la quantità di sangue espulsa a ogni contrazione ventricolare in uguale quantità a destra e a sinistra.
La gittata cardiaca, o portata cardiaca, che è il volume di sangue che esce da ciascun ventricolo in un minuto (da 5000 a 7000 mml di sangue al minuto a riposo). Risulta dal prodotto della gittata sistolica per la frequenza cardiaca.
La frequenza cardiaca (FC) può essere modificata da agenti endogeni (scariche ormonali, adrenalina, sistema simpatico) e da fattori esogeni ( attività fisica,…). All'aumentare dell'intensità dello sforzo fisico essa incrementa e tende ad incrementare fino ai limiti massimi che sono stabiliti fisiologicamente in correlazione negativa con l'età. Anche se la FC massima è soggettiva ed andrebbe presa durante un esercizio strenuo portato fino al massimo della sopportazione, esistono vari metodi per il calcolo teorico della FCmax (o HRmax), di seguito ne riportiamo qualcuno:

HRmax = 220 - eta' del soggetto (maschi)
HRmax = 200 - eta' del soggetto (femmine)
oppure HRmax = 198 - 0,925 x (eta'- 20)

A riposo la frequenza cardiaca è intorno ai 70 battiti. Sotto sforzo, può arrivare sino a circa 200 pulsazioni al minuto. Per valori superiori il tempo diastolico diventa talmente breve da non consentire un adeguato riempimento ventricolare e quindi un efficiente funzionamento del meccanismo. Nel caso del cuore, al crescere della spesa energetica per effetto di un lavoro fisico, la frequenza cardiaca tende a salire per compensare l'aumentata richiesta di ossigeno. Il cuore in questa situazione deve far aumentare la portata cardiaca, cioè la frequenza cardiaca insieme alla gittata sistolica.
Il ciclo cardiaco che si basa su due fasi, la sistole e la diastole, dura mediamente a riposo circa 0,8 secondi di cui 0,6 secondi per la diastole e 0,2 per la sistole. In situazione di riposo il cuore ha quindi il tempo necessario, durante la diastole, per riempirsi e per svuotarsi. Quando la frequenza cardiaca aumenta, il tempo di diastole diminuisce con la conseguente diminuzione della gittata sistolica.
Riguardo alla frequenza cardiaca si distinguono due livelli principali di adattamento:
la frequenza di Soglia Aerobica
la frequenza di Soglia Anaerobica
Si raggiunge la frequenza di Soglia Aerobica quando i ventricoli si riempiono quasi completamente di sangue e a questo segue il massimo volume di svuotamento dei ventricoli. A questo livello di frequenza cardiaca si produce l'adattamento cardiaco minimo al lavoro muscolare e il metabolismo è essenzialmente lipidico. La fonte aerobica esaurisce il suo potenziale nel momento in cui si ha la massima frequenza cardiaca. Tra la Soglia Aerobica e la FCmax si trova la Soglia Anaerobica che rappresenta il limite massimo del metabolismo puramente aerobico senza la formazione di acido lattico al servizio dell'attività fisica. In realtà l’acido lattico si forma comunque anche a bassi livelli di lavoro muscolare ma viene metabolizzato dall'organismo, per convenzione si è stabilito che si è a livello di Soglia Anaerobica quando la concentrazione ematica di acido lattico è di circa 4 millimoli/litro (Mader).
Se osservassimo la risposta cardiaca durante uno sforzo crescente, noteremmo che essa tende a crescere proporzionalmente con l'intensità dell'esercizio. Mettendo su di un piano cartesiano le variabili frequenza cardiaca e intensità dell'esercizio, si può notare che dopo le fasi iniziali in cui è rispettata la dipendenza lineare tra le due variabili, ad un certo livello di sforzo la dipendenza non è più lineare. Ciò significa che all'incremento di intensità non corrisponde più l'incremento corrispondente di frequenza cardiaca. Si ha, quindi, un'inclinazione della retta che perde la sua linearità. Il punto in cui si verifica questo fenomeno è detto di deflessione, o impennata anaerobica, e costituisce il punto della Soglia Anaerobica (Conconi) punto in cui si si evidenziano i fenomeni di accumulo di acido lattico sopra descritti. Naturalmente, per un atleta, poter tenere sotto controllo la FC, significa poter determinare il livello di sforzo che desidera, ed in particolar modo per gli atleti di fondo, poter gestire il livello di sforzo mantenendolo prevalentemente nel settore del metabolismo aerobico.
Per il controllo dell'andamento della frequenza cardiaca durante un'attività fisica, sono disponibili i cardiofrequenzimetri. Un individuo che si allena regolarmente vede diminuire nel tempo i livelli di frequenza cardiaca per i possibili lavori sottomassimali, cioè nel tempo, allo stesso livello di sforzo sottomassimale, la risposta cardiaca è inferiore rispetto all'inizio, con una conseguente fatica minore per il cuore.

IL DEBITO D’OSSIGENO

Il debito d’ossigeno è quella quantità d’ossigeno di cui abbiamo bisogno durante uno sforzo costante per arrivare alla fase di Steady State ovvero l’energia presa in un primo tempo dalla fonte anaerobica, da ricompensare in seguito. Quando, infatti, si arriva allo Steady State, vale a dire quando l’energia richiesta è pari all’energia prodotta dalla fonte aerobica, finiamo di contrarre il “debito d’ossigeno”; successivamente, quando finiamo di compiere lo sforzo, è necessario ripagarlo. Pertanto, nel momento in cui termina lo sforzo, la frequenza cardiaca che durante lo sforzo era salita impiega un po’ di tempo prima di ritornare ai livelli di partenza: è appunto in questo periodo che viene ripagato il debito d’ossigeno. Esistono due tipi di debito di ossigeno : il debito alattacido e quello lattacido.

IL MASSIMO CONSUMO  D’OSSIGENO (VO2max)

Il VO2max rappresenta la massima possibilità per il sistema metabolico di produrre energia aerobica e quindi la massima potenzialità soggettiva di produrre  lavoro muscolare di tipo aerobico. Il Massimo Consumo  d’Ossigeno (VO2max), è sempre stato, a torto, considerato il parametro principe della potenzialità fisica individuale, infatti come vedremo, a nostro avviso, sono altrettanto importanti nella pratica sportiva la Potenza Anaerobica Alattacida e la Potenza Anaerobica Lattacida.
E’ un parametro influenzato dalle caratteristiche organiche (cuore, polmoni,circolazione) e muscolari (% elevata di Slow Twich Fiber) per cui in linea di massima è una caratteristica acquisita geneticamente, comunque modificabile con l’allenamento per al massimo un 20% .

Un test per misurare il VO2max

 TEST DI MARGARIA

E' un test di  esecuzione  molto semplice e può essere eseguito anche in un ambiente piccolo.
Sono richiesti: uno scalino, un metronomo ed un  cardiofrequenzimetro. L'esecuzione di questo test e' indicata se il soggetto da analizzare  non e' in possesso di una buona tecnica di corsa, o  se  si presta  malvolentieri a correre.
Di solito si usa uno scalino alto 45cm per maschi allenati,  40cm per i maschi poco allenati e femmine allenate, 35cm per le femmine poco allenate, 30cm per bambini e soggetti obesi.

Il  soggetto posto in piedi davanti allo scalino deve  salire   e scendere  al ritmo imposto dal metronomo per due frazioni di circa 3 minuti (di solito la prima frazione di 3 minuti a 15  cicli  al minuto, la seconda a 25 cicli al minuto.
La tecnica di esecuzione di un ciclo completo è la seguente tenendo presente che ad  ogni  beep del  metronomo corrisponde un movimento dei piedi: la  posizione  di partenza è in piedi di fronte  allo  scalino, al primo  beep un piede sale sullo scalino; al secondo beep entrambi i piedi sono sullo scalino e il soggetto che esegue si trova in piedi sullo scalino, al terzo beep un  piede scende; al quarto beep l' altro piede scende ed il soggetto torna nel la  posizione  di partenza, in piedi di fronte  allo  scalino .
Si continua così per almeno  3 minuti curandosi di alternare il piede che sale per primo ad ogni inizio di ciclo.
Nel frattempo si rileva la frequenza cardiaca tramite il cardio­frequenzimetro; quando dopo circa 2-3 minuti  questa tenderà a  stabi­lizzarsi  si annoterà il valore e si passerà ad un  ritmo  più sostenuto (es. 25 cicli al minuto per circa 3 minuti).
Conoscendo quindi le frequenze cardiache ottenute nei due tipi di esercizio si ha la  possibilità  di calcolare  il MASSIMO CONSUMO DI OSSIGENO del soggetto esaminato, svilup­pando la seguente formula :

(HRmax  x ( VO2’  x VO2”)) + (HR25cicli x VO2’) - (HR15cicli x VO2 ”)
VO2 max = 
HR25cicli - HR15cicli

dove:
VO2’ = Consumo di ossigeno al minuto per Kg di peso corporeo del ritmo del primo ciclo
VO2” = Consumo di ossigeno al minuto per Kg di peso corporeo del ritmo del secondo ciclo
HR = frequenza cardiaca

Il Massimo Consumo di Ossigeno e' espresso in millilitri di ossigeno per chilogrammo di peso corporeo al minuto (mlO2/Kg/min).
Allorquando si conosce il VO2max, è possibile desumere da questo dato la Massima Velocità Aerobica del soggetto sviluppando la seguente relazione:

Km/h = (5 x (VO2max - 6) x 60)/1000

Per dare una valutazione empirica del valore ottenuto, si può trasformare il risultato della precedente relazione (Km/h), in metri per­corsi in 12 minuti e confrontare il risultato con le tabelle del test di Cooper, nel seguente modo:

Metri percorsi in 12’= ((Km/h x 1000)/60) x 12

Esempio:
Il valore del VO2max ottenuto eseguendo il test di Margaria è 52 ml/kg/min, allora la Massima Velocità Aerobica corrisponde a:

Km/h = 5 x ((52-6) x 60) : 1000  cioè 13,8 Km/h.

Per capire il valore di questo risultato basta trasformare 13,8 Km/h in metri percorsi in 12 minuti (test di Cooper) secondo la formula ((Km/h x 1000) : 60) x 12, ed avremo 2760 metri. Confrontando questo risultato con le tabelle relative al test di Cooper potremo dire che il risultato è appena SUFFICIENTE per un maschio di 20 anni, ed è invece ECCELLENTE  per una femmina di pari età.

Parametri fisiologici di capacità neuro-muscolare

 LA FORZA ESPLOSIVA

A determinare l’espressione quantitativa della forza esplosiva cooperano la frequenza degli impulsi nervosi che dal cervello giungono ai muscoli; la quantità e il tipo di fibre a cui vengono inviati; le dimensioni e la struttura di ciascuna di queste fibre, condizioni fisiologiche in cui si trova la fibra prima che venga sviluppata la forza esplosiva; il grado di allenamento. Nella valutazione della forza esplosiva è utile tener presenti alcuni fattori. Dal punto di vista fisiologico l’espressione di forza esplosiva, coincide con la massima potenza muscolare sviluppata dagli estensori degli arti inferiori. La massima potenza è ottenuta con una forza massima isometrica del 45-40 % combinata con una velocità di accorciamento valutabile intorno al 35-45% della velocità massima. Per sviluppare grandi espressioni di forza esplosiva è indispensabile possedere un livello ottimale di forza massima e di forza dinamica massima. Al contrario un eccessivo aumento della sola forza massima potrebbe avere ripercussioni negative. Da studi effettuati si è compreso che, successivamente ad un periodo di 8-10 settimane di allenamento della forza massima (periodo durante il quale assistiamo ad un adattamento neurogeno e morfologico delle fibre veloci), continuando nella medesima direzione, con l’ausilio di carichi massimali, andremo a stimolare l’aumento della sezione traversa delle fibre lente e della loro capacità d’intervento. Questo avrà, ripercussioni negative sulla forza esplosiva. L’adattamento che intercorre in seguito ad un allenamento con carichi massimali, porta entrambi i tipi di fibre(lente e veloci), ad intervenire nell’espressione di forza esplosiva, l’aumentata sezione traversa delle fibre lente dunque, rallenterà le fibre veloci in misura maggiore, vanificando anche il miglioramento delle prestazioni ottenute da queste ultime. Nei movimenti lenti, invece, si beneficerà di un miglior quantitativo di forza massima. Tenendo presente che forza e velocità sono generate dalle medesime strutture anatomiche, allo stesso modo il miglioramento dell’attivazione del sistema nervoso (nella fase di allenamento della forza massima) sarà il miglior alleato nell’esprimere meglio la forza dinamica massima, consistente in un rapido ed efficiente reclutamento, del maggiore numero di fibre muscolari, nel minor tempo possibile.
Per valutare questa qualità fisiologica (in rapporto agli arti inferiori) si utilizzano diversi test approntati per misurare i parametri meccanici di un salto.

Tra questi esaminiamo:
- salto verticale su piattaforma piezoelettrica con l’unico vincolo di tenere le mani ferme lungo i fianchi o dietro la schiena. La forza di reazione verticale misurata dalla piattaforma consente di calcolare l’andamento di altri parametri biomeccanici, si può ricavare l’accelerazione tramite la seguente formula: accelerazione = (forza di reazione verticale * massa del soggetto –1) -g
- jump test che si esegue tramite strumenti in grado di misurare il tempo di volo(pedana a conduttanza collegata ad un cronometro) ed è uno dei mezzi più comuni per la misurazione della forza veloce degli arti inferiori, della loro capacità di immagazzinare e restituire energia elastica. Il suo funzionamento è relativamente semplice. Si tiene infatti conto dell’altezza raggiunta dal baricentro dell’atleta durante il salto e, essendo questa strettamente correlata alla velocità con la quale si esegue lo stacco da terra, esprime la quantità di forza sprigionata per compiere il salto. L’efficacia del salto è in altri termini il frutto della capacità di esprimere tensione da parte della muscolatura.
- squatting jump (SJ) che consente di rilevare la forza esplosiva dei muscoli estensori degli arti inferiori, consiste in un salto verticale alla massima intensità con partenza dalla posizione di mezzo squat senza contromovimento. La forza esplosiva viene valutata mediante la seguente formula: elevazione = tempo di volo2 * 1,226.
- counter movement jump (CMJ) che viene utilizzato per rilevare la capacità di riuso elastico dei muscoli, consiste in un salto verticale con partenza da posizione eretta e prevede il caricamento rapido prima del salto.(contromovimento).
- Potenza Anaerobica Alattacida (W15”) consiste i una serie di salti verticali sul posto del tipo CMJ in cui viene misurato sia il tempo di contatto con la piattaforma, sia il tempo di volo dei singoli salti oltre al numero di ripetizioni eseguite in 15 secondi.
- Potenza Anaerobica Lattacida (W45”) consiste i una serie di salti verticali sul posto del tipo CMJ in cui viene misurato sia il tempo di contatto con la piattaforma, sia il tempo di volo dei singoli salti oltre al numero di ripetizioni eseguite in 45 secondi.

Parte sperimentale

Ricerca n° 1

Relazione Velocità di corsa - Frequenza Cardiaca

È stato proposto di correre in un percorso prestabilito a velocità crescenti partendo dall’andatura di passo ad una velocità massima di circa 22 km/h, mantenendo la stessa andatura per circa un minuto. Alla fine di ogni tratto veniva rilevata individualmente la frequenza cardiaca. I dati relativi a questa esperienza sono riportati nella tabella sottostante ed evidenziati nel relativo grafico.