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’ = Cr • v
-1 • vmax = E’max • Cr
-1 • vEND = Fr • V’O2max • Cr
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’O2max • F
• Cr
17/03/14 Fisiologia dello Sport 4 Massimo Consumo di Ossigeno
V’O Atleta 2max Prestazione Referenza (ml kg-1 min-1) Gary Tuttle 82.7 02:17:00 Pollock (1977) Craig Virgin 81.1 02:10:26 Cureton et al (1975) Rodgers & Concannon Bill Rodgers 78.5 02:09:27 (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
Velocità V'O2ma
90,0 5,8 85,0 5,7 80,0 5,6 ) -1 ) 5,5
75,0 -1
min 5,4
-1 70,0 5,3 65,0 (m sec
(ml kg 5,2 y = 0,007x - 8,3911 60,0 y = -0,0981x + 5,1 R2 = 0,5067 55,0 269,23; 5,0 R2 = 0,0324 50,0 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 Anni Anni
17/03/14 Fisiologia dello Sport 6 Perché V’O2max non predice necessariamente la prestazione
16 km/h = 88 % B 16 km/h = 80 % 16 km/h = 88 % 16 km/h = 80 % A B
A (ml/(min kg)) (ml/(min (ml/(min kg)) (ml/(min 2 2 O O ’ ’ V V
v (km/h) v (km/h)
• Due atleti con V’O2max diversi, possono correre alla stessa percentuale di V’O2max solo perche il loro Cr è diverso
17/03/14 Fisiologia dello Sport 7 Cr 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 Cr è normalizzato per MC3/4
Da Morgan et al, 1995
17/03/14 Fisiologia dello Sport 8 Cr nei corridori di elite
• C’è una notevole
variabilità di Cr 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 Cr
17/03/14 Fisiologia dello Sport 10 Fattori Biomeccanici e Cr
Fattori Modificazioni correlate con una economia di corsa più elevata Statura Media o poco inferiore alla media per gli uomini e poco superiore alla media per le donne Percentuale di grasso Bassa percentuale corporeo Morfologia delle gambe Massa distribuita prevalentemente vicino all’articolazione dell’anca Pelvi Stretta Piedi Più piccoli della media Scarpe Leggere e ben ammortizzate Lunghezza della falcata Liberamente scelta; frutto di lungo allenamento Cinematica 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 Dinamica Basse forze di reazione verticali Energia elastica Riutilizzo efficace dell’energia elastica immagazzinata negli elementi elastici in serie Allenamento Allenamento esplosivo con pliometria Superficie del terreno Moderata deformabilità
17/03/14 Fisiologia dello Sport 11 Biomeccanica e Cr
• Nei corridori meno efficienti, le forze di reazione verticali sono maggiori (Heise e Martin, 2001)
• In particolare, il 40 % della variabilità di Cr 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 Cr
• il 40 % della variabilità di Cr è spiegato dalla variazione del momento verticale totale
(Heise e Martin, 2001)
17/03/14 Fisiologia dello Sport 13 Biomeccanica e Cr
• 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
(Bosco et al , 1987) con un basso Cr
17/03/14 Fisiologia dello Sport 14 Cinematica e Cr
1. Cr è correlato con la variabilità dello spostamento verticale del centro di massa (Belli et al, 1995)
2. Cr è correlato con la variabilità della frequenza dei passi (Belli et al, 1995)
17/03/14 Fisiologia dello Sport 15 Cr e fatica
• Cr, in termini di V’O2 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’O2 e QR - aumenta dello 0.08 % al km.
• Al termine di una maratona, quindi Cr aumenta: i) del 5 % (ml O2/km), e del 3 % (kJ / km).
• V’O2max: 83 ml/min/kg; F: 0,73; Cr: 187 mlO2/km/kg. Un aumento di Cr del 5 % equivale al peggioramento del tempo sulla maratona da 2:08:18 a 2.14:43
17/03/14 Fisiologia dello Sport 16 Cr 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 Cr e fatica
C aumenta in 130 r y = 0,0971x + 99,423 media del 4 % 120 R2 = 0,9074 0 dopo 60 km di 110
/Cr gara simulata d (%) 100 Cr 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 Cr e fatica-Danno Muscolare ?
• % di variazione di Cr è correlata con aumento netto della concentrazione post evento di un marker biochimico di lesione muscolare
17/03/14 Fisiologia dello Sport 20 Cr e antropometria
Cr = -0.0011 MC + 0.252 V’O2max/kg = -0.0334 MC + 95.1 (Bourdin et al, 1993) (Astrand & Rodahl)
17/03/14 Fisiologia dello Sport 21 Cr e antropometria
• In realtà la massima velocità aerobica o di endurance è praticamente indipendente dalla massa corporea 0.67 • V’O2max (W) = 100 • MC 0,67 • V’O2max/MC = 100
0.70 • Cr (J/m) = 12,5 • MC 0,70 • Cr/ MC = 12,5
-0.03 • vmax = V’O2max/Cr = 8 • MC
17/03/14 Fisiologia dello Sport 22 Cr e antropometria-vamax
10,0
0.03 9,0 ∝MC - 8,0 ∝MC1 (m s
amax -0.03 v 7,0 ∝MC
6,0
5,0 40 50 60 70 80 90 100 Massa Corporea (kg)
17/03/14 Fisiologia dello Sport 23 Cr 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 Cr e allenamento
• Nove settimane di allenamento esplosivo alla forza (sprint, pliometria) migliora l’economia di corsa (V’O2ss 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’O2max (F) A: Costill e Fox
B: Åstrand e Rodhal
C: Saltin: %V’O2max = 94 - 0.1t (30 min < t < 300 min)
D: Davies e Thompson: 2 %VO2max = 91.24-3.79t-0.08 t
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:%VO2max; X:t
17/03/14 Fisiologia dello Sport 26 Massima frazione di V’O2max (F) L’indice di Endurance di Péronnet e Thibault
(100 − %VO2 max) IE = ln 7 − lnt
(Δ%VO2 max) IE = Δ lnt
• V’O2max può essere sostenuto per 7 minuti • Utile per confrontare individui con differenti V’O2max e differenti performances
17/03/14 Fisiologia dello Sport 27 Massima frazione di V’O2max (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’O2max: 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’O2max (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 Cr e altitudine
• V’O2ss diminuisce dopo 14 gg di esposizione intermittente a ipossia
normobarica (12.3 % O2, 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 Cr e altitudine
• Corridori di endurance di alto livello
• V’O2ss 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 O2 utilizzata, diminuito costo della ventilazione, (Saunders et al, 2004) aumentata efficienza neuromuscolare
17/03/14 Fisiologia dello Sport 32 Allenamento per Long Distance Running Performance
• I determinati della prestazione sono:
– V’O2max
– Cr
– F V’O2max, 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’O2max, %fHmax, %vgara
17/03/14 Fisiologia dello Sport 34 Allenamento e aumento di V’O2max
Adattamenti indotti dall’allenamento associati con l’incremento di V’O2max Adattamento indotto dall’allenamento Significato fisiologico Aumento del volume ventricolare, ipertrofia Aumento del volume di eiezione e della massima gettata ventricolare concentrica cardiaca Aumento della massa eritrocitaria Aumento del volume ematico, del volume di eiezione, della capacità di trasporto arteriosa per l’O2 Aumento della massa plasmatica Aumento del volume ematico, del volume di eiezione
Aumento dei capillari muscolari Incremento della diffusione e del consumo di O2 nei muscoli a parità di PaO2 e flusso periferico
Aumento della densità mitocondriale nei Aumento del V’O2 e aumento della differenza aretro- muscoli ed aumento dell’attività degli venosa di O2 enzimi ossidativi
Aumento della concentrazione di mioglobina Diffusione di O2 facilitata dal sarcolemma ai mitocondri, aumento di V’O2 a parità di PaO2, aumento della differenza artero-venosa a di O2
17/03/14 Fisiologia dello Sport 35 Allenamento e aumento di V’O2max
• Conclusioni - Alcuni autori hanno suggerito che l’allenamento
effettuato a V’O2max o vicino a V’O2max sia la procedura ottimale per aumentare la massima potenza aerobica. - Comunque, anche allenamenti sottomassimali e sovramassimali sono stati associati ad incrementi di
V’O2max - 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 Significato fisiologico Diminuzione della concentrazione di PFK-1 Diminuzione della produzione di lattato e del rapporto PFK-1/CS Aumento della densità mitocondriale nei Aumento della percentuale di piruvato che entra nel ciclo muscoli ed aumento dell’attività degli di Krebs invece di servire come substrato della LDH enzimi ossidativi Aumento degli enzimi della β-ossidazione Aumento dell’ossidazione dei lipidi, diminuzione della produzione di energia per ossidazione dei carboidrati e diminuzione della produzioen di lattato Modificazione della espressione della LDH Diminuzione della velocità di conversione da piruvato a verso l’isoforma cardiaca lattato Aumento dell’espressione di MCT 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
9 Attenzione: 8 Dopo allenamento Prima allenamento La relazione LT vs. 7
6 v può cambiare se 5 Cr, a sua volta, si (mM) b 4 modifica 3 [La] 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 (Cr più basso)
Adattamenti indotti dall’allenamento associati con il decremento di Cr Adattamento indotto dall’allenamento Significato fisiologico Modificazione dell’espressione delle fibre Riduzione del dispendio energetico per sviluppare forza, muscolari dal veloci (II) a più lente (I) aumento del rendimento muscolare Diminuzione della ventilazione polmonare Riduzione del consumo di ossigeno dei muscoli totale durante esercizio sotto massimale respiratori
Aumento del rendimento meccanico della Riduzione ovvia e diretta di Cr corsa Aumento della stiffness muscolo tendinea 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 (Cr più basso) • Conclusioni
- Sembra che alti volumi siano correlati con decrementi di Cr, 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 Cr 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
7 160 Medio-Heavy 140 6 f Lento-Moderate 120 H 5 Veloce-Severe (bpm) 100
(mM) 4 b 80 3 60 [La] 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
21
20,8
20,6
20,4
- Kenyani 20,2 Altre etnie africane 20 Arabi Europei
v (km hr 19,8 Orientali 19,6
19,4
19,2
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