BIOMECCANICA - Università degli Studi di Urbino

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI di URBINO “Carlo Bo”
FACOLTA’ di SCIENZE MOTERIE
A. A. 2011/12
BIOMECCANICA
M. Gabriella Trisolino

Modificazioni morfofunzionali indottte dall’allenamento
PROPRIETA' COMPORTAMENTALI DELLE UNITA’ MUSCOLOTENDINEE

Modificazioni morfofunzionali indottte dall’allenamento
PROPRIETA' COMPORTAMENTALI DELLE UNITA’ MUSCOLOTENDINEE
Le quattro proprietà del tessuto muscolare sono
• estensibilità,
• elasticità,
• eccitabilità,
• l’abilità di sviluppare tensione muscolare.
La sua fisiologia e dimensione, si modifica rapidamente durante
l’infanzia e raggiunge il massimo tra i 20 e 30 anni di età e dopo,
gradualmente, perde, con gli anni, la sua capacità funzionale.

ESTENSIBILITA' ED ELASTICITA'
ELASTICITA'
Le proprietà di estensibilità ed elasticità sono comuni a
molti tessuti biologici.
L’estensibilità è la capacità di estendersi
o di aumentare in lunghezza,
l’elasticità è l’abilità di ritornare alla
lunghezza normale dopo un’estensione

ELASTICITA'
Il comportamento elastico del muscolo consiste in due
maggiori componenti:
La componente elastica parallela (PEC), data dalle membrane
muscolari, fornisce forza quando il muscolo è allungato
passivamente.
La componente elastica in serie (SEC), che si trova nei tendini,
agisce come una molla per accumulare energia elastica quando
un muscolo è stirato.
Modello meccanico del muscolo

Muscolo A Muscolo B
Lunghezza 2 unità 1 unità
Sezione
trasversa
1 unità 2 2 unità 2
Muscolo A Muscolo B
Tempo di contrazione 1 1
Forza max 1 2
Range of motion 2 1
Velocità max 2 1
Picco di potenza 2 2

Muscolo A Muscolo B
Lunghezza 2 unità 1 unità
Sezione
trasversa
1 unità 2 2 unità 2
Muscolo A Muscolo B
Tempo di contrazione 1 1
Forza max 1 2
Range of motion 2 1
Velocità max 2 1
Picco di potenza 2 2

Muscolo A Muscolo B
Lunghezza 2 unità 1 unità
Sezione
trasversa
1 unità 2 2 unità 2
Muscolo A Muscolo B
Tempo di contrazione 1 1
Forza max 1 2
Range of motion 2 1
Velocità max 2 1
Picco di potenza 2 2

Muscolo A Muscolo B
Lunghezza 2 unità 1 unità
Sezione
trasversa
1 unità 2 2 unità 2
Muscolo A Muscolo B
Tempo di contrazione 1 1
Forza max 1 2
Range of motion 2 1
Velocità max 2 1
Picco di potenza 2 2

Disposizione delle fibre
Un'altra variabile che influenza la funzione del muscolo
è la disposizione delle fibre all'interno del muscolo.
L'orientamento delle fibre all'interno del muscolo
e le modalità con le quali le fibre si inseriscono nel tendine
del muscolo variano considerevolmente
tra i muscoli del corpo umano

Disposizione delle fibre
Nella disposizione a fibre parallele, le fibre sono
orientate in gran parte in parallelo con l'asse
longitudinale del muscolo.
Il sartorio, retto addominale e il bicipite brachiale
hanno le fibre a orientamento parallelo.
Nella maggior parte dei muscoli a fibre parallele,
ci sono delle fibre che non si estendono per tutta
la lunghezza del muscolo, ma terminano in qualche
parte del ventre muscolare.
Queste fibre hanno specializzazioni strutturali che
provvedono alle interconnessioni con le fibre vicine,
in molti punti, lungo la superficie della fibra per
consentire la distribuzione di tensione quando la fibra
viene stimolata.

Disposizione delle fibre
La disposizione a fibre pennate è quella in
cui le fibre si trovano angolate rispetto
all'asse longitudinale del muscolo.
Quando l'angolo di pennazione supera i
60°, la quantità di forza effettiva trasferita
al tendine è meno della metà della forza
effettivamente prodotta dalle fibre
muscolari.
È stato trovato che nei velocisti i muscoli
delle gambe hanno angoli di pennazione
minori rispetto ai maratoneti, l'angolo di
pennazione minore favorisce una
maggiore velocità di accorciamento e
quindi una velocità di esecuzione di corsa
maggiore.

Disposizione delle fibre
In questo esempio, lo stesso
volume (e massa) di tessuto
muscolare di un muscolo
unipennato è capace di produrre
durante una contrazione
isometrica una forza di trazione
doppia rispetto al tessuto
muscolare di un muscolo
longitudinale.
Le fibre corte di un muscolo pennato e il loro orientamento relativo all’angolo
di trazione, però, limitano la lunghezza della contrazione del muscolo

Disposizione delle fibre
Ogni fibra in un muscolo pennato si inserisce in uno o più tendini,
alcune fibre si estendono per tutta la lunghezza del muscolo.
Le fibre di un muscolo possono presentare più di un angolo di
pennazione ad un tendine.
Il tibiale posteriore, il retto femorale e i muscoli del deltoide hanno
le fibre disposte in modo pennato.
La disposizione a fibre parallele, oltre a consentire un maggior
accorciamento di tutto il muscolo rispetto ad una disposizione pennata,
possono muovere segmenti corporei con movimenti più ampi rispetto
alle fibre pennate.

ECCITABILITA' E ABILITA' DI SVILUPPARE TENSIONE
Un’altra delle proprietà caratteristiche del muscolo,
l’eccitabilità, è la capacità di rispondere ad uno stimolo.
Gli stimoli che agiscono sui muscoli sono
sia elettrochimici, come il potenziale d’azione del nervo,
sia meccanico, come un colpo esterno ad una porzione di
un muscolo. Quando attivato da uno stimolo il muscolo
risponde sviluppando tensione.

Muscolo ultrastruttura
ORGANIZZAZIONE
STRUTTURALE
DEL MUSCOLO
SCHELETRICO
Myosin
Actin
M
Z
H
Z
I I
A
Sarcomer
e
Muscle fiber
Myofibril
Nel corpo umano ci sono approssimativamente 434 muscoli, che
costituiscono il 40-45% del peso corporeo della maggior parte degli adulti.
Tendon
I muscoli sono distribuiti a coppie nel lato destro e sinistro del corpo.
Circa 75 muscoli sono responsabili dei movimenti del corpo e della postura,
i rimanenti sono coinvolti in Bone attività quali il controllo oculare e la deglutizione

Struttura muscolare al microscopio
Myofibril
Sarcoplasmic
Reticulum
Mitochondrion
T Tubule
Sarcomere

Struttura del sarcomero
Cross sections
Z
Sarcomero
Z
M
I H
A
I
I I
Sarcomero contratto
Sarcomero rilassato

Struttura della miofibrilla
Filamento leggero
TnI
TnC
TnT
Tropomiosina
Actina
Thin
testa
coda
MLC
MHC
Zone of overlapping
Thick
Filamento pesante
Filamento di miosina
assemblato

La forza specifica dell’atleta
La forza massimale prodotta nell’esecuzione di uno
stesso movimento è diversa per ciascun atleta.
Tali differenze sono dovute principalmente a due fattori:
la capacità di forza massima dei singoli muscoli,
o fattori periferici;
la coordinazione dell’attività muscolare da parte del
sistema nervoso centrale,
o fattori centrali.
Si possono distinguere due aspetti della coordinazione
nervosa:
la coordinazione intramuscolare
la coordinazione intermuscolare.
(Zatsiorskj 2008)

FATTORI PERIFERICI
LEGATI AL POTENZIALE di FORZA MUSCOLARE
Tra i fattori periferici che influenzano la forza,
la dimensione del muscolo sembra essere
il più importante.
La massa e le dimensioni dei muscoli oltre che
all’allenamento sono sensibili ad altri fattori:
l’alimentazione
lo stato ormonale.
(Zatsiorskj 2008)

FATTORI PERIFERICI
LEGATI AL POTENZIALE di FORZA MUSCOLARE
È noto che muscoli che presentano un’area della
sezione trasversa elevata generano forze più elevate
rispetto ai muscoli con area minore.
L’allenamento contro sovraccarichi elevati che induce
un aumento dell’area della sezione trasversa,
generalmente è associato ad un aumento della forza
massimale.
La forza prodotta da un muscolo è il risultato
dell’attività delle sue sotto-unità (sarcomeri, miofibrille,
fibre muscolari).
(Zatsiorskj 2008)

Tutti i sarcomeri di una miofibrilla lavorano
in serie.
La forza esercitata da, o su, uno qualsiasi degli
elementi in serie è uguale alla forza sviluppata
in ciascuno degli elementi della serie stessa.
La forza prodotta da una fibra muscolare
è limitata dal numero di filamenti di actina e di
miosina e, di conseguenza, dal numero di
miofibrille che lavorano in parallelo.
(Zatsiorskj 2008)

Elementi in serie e in parallelo
(Zatsiorskj 2008)

Definizione:
La FORZA MUSCOLARE si può definire come la capacità
che i componenti intima della materia muscolare
hanno di contrarsi, cioè di accorciarsi
(C. Vittori)
La FORZA è la capacità del muscolo scheletrico
di produrre tensione nelle varie manifestazioni
(Y. Verchosanskij).
Si può definire la FORZA dell’uomo come la capacità
di vincere una resistenza esterna
o di opporvisi con un impegno muscolare (V. Zatsioskyi).

Per valutare il potenziale di produzione
di forza di un muscolo, anziché calcolare
il numero di filamenti, i ricercatori stabiliscono
il totale dell’area della sezione trasversa.
Il rapporto tra l’area dei filamenti
e l’area della fibra muscolare
è detto densità dei filamenti.
(Zatsiorskj 2008)

Gli esercizi di forza possono indurre un aumento:
del numero dei filamenti per miofibrilla,
delle miofibrille per fibra muscolare
densità dell’area dei filamenti
Si verificano, pertanto,
sia un aumento di dimensioni delle cellule
muscolari
sia un aumento della forza
(Zatsiorskj 2008)

L’aumento delle dimensioni del muscolo in
seguito ad un programma di allenamento della
forza è detto ipertrofia.
L’ipertrofia può essere dovuta:
un aumento del numero delle fibre motorie
(iperplasia delle fibre)
un incremento dell’area della sezione
trasversa delle singole fibre
(ipertrofia delle fibre)
(Zatsiorskj 2008)

Indagini recenti hanno dimostrato che all’ipertrofia
contribuiscono sia l’iperplasia che l’aumento delle
dimensioni muscolari.
Ai fini pratici, tuttavia, si può non tenere conto
dell’iperplasia delle fibre in quanto è poco rilevante (< 5%)
L’aumento delle dimensioni dei muscoli è dovuto,
principalmente, all’aumento delle dimensioni delle
singole fibre, non all’aumento del loro numero.
(Zatsiorskj 2008)

Schematicamente, si possono descrivere due tipi di
ipertrofia delle fibre:
• l’ipertrofia sarcoplasmatica
• l’ipertrofia miofibrillare
(Zatsiorskj 2008)

Altri fattori periferici :
nutrizione
stato ormonale
(Zatsiorskj 2008)

I FATTORI NERVOSI CENTRALI
Il sistema nervoso centrale (SNC) svolge un
ruolo essenziale nella produzione e nello
sviluppo della forza muscolare.
Questa dipende non solo dalla massa muscolare
coinvolta, ma anche dalla misura in cui vengono
attivate le singole fibre del muscolo.
La produzione della forza massimale
richiede l’abilità specifica di attivare
correttamente molti muscoli.
(Zatsiorskj 2008)

I FATTORI NERVOSI CENTRALI
L’ attivazione coordinata
di molti gruppi muscolari è detta
coordinazione intermuscolare.
L’adattamento nervoso permette agli atleti di alto livello
di coordinare meglio l’attivazione
delle fibre nel singolo muscolo e nel gruppo muscolare,
di avere, quindi, una migliore
coordinazione intramuscolare
e intermuscolare

La coordinazione intramuscolare
Il sistema nervoso si serve di tre opzioni per variare la
produzione di forza:
1. il reclutamento, la modulazione della forza
muscolare totale attraverso l’attivazione e la
disattivazione delle singole unità motorie;
2. la variazione della frequenza di scarica delle
unità motorie, rate coding;
3. la sincronizzazione, cioè l’attivazione delle
unità motorie in maniera più o meno
sincronizzata.

Il reclutamento
Durante la contrazione volontaria il pattern di
reclutamento è controllato in base al principio delle
dimensioni.
I motoneuroni piccoli, con soglia di eccitazione più
bassa, vengono reclutati per primi.
Le UM con motoneuroni più grandi, la cui contrazione
è più intensa e rapida, sono quelle che presentano
soglia più elevata e sono reclutate per ultime.

Il reclutamento
In un muscolo impegnato in un dato movimento
l’ordine di reclutamento delle UM è
relativamente fisso, anche se cambiano la
velocità di movimento o tasso di sviluppo della
forza.
L’ordine di reclutamento può essere modificato se un
muscolo multifunzionale lavora in movimenti diversi.
Gruppi di UM nello stesso muscolo potrebbero avere una
soglia bassa per un dato movimento e una soglia elevata per
un altro movimento.

Il reclutamento
La variazione dell’ordine di reclutamento determina in
parte la specificità dell’effetto dell’allenamento negli
esercizi con resistenze elevate.
Se l’obiettivo dell’allenamento è lo sviluppo completo
di un muscolo (e non una prestazione di alto livello),
questo va esercitato in tutta la gamma possibile dei
movimenti (body builder e principianti)

La frequenza di scarica (rate coding)
E’ un altro meccanismo fondamentale
per la modulazione della forza muscolare.
Il range di variazione delle frequenze di scarica
può essere molto ampio:
generalmente aumenta con l’aumento della
produzione di forza e di potenza.

Il contributo relativo del reclutamento rispetto alla frequenza di scarica
nella modulazione della forza delle contrazioni volontarie è differente nei
muscoli grandi e in quelli piccoli:
nei muscoli piccoli, la maggior parte delle UM sono reclutate
ad un livello di forza inferiore al 50% della Fmm, oltre tale livello
è la frequenza di scarica che svolge il ruolo principale
nell’ulteriore sviluppo di forza fino al raggiungimento della Fmm;
nei grandi muscoli prossimali, deltoide e bicipite,
il meccanismo principale per aumentare la produzione di forza
fino all’80% della Fmm e oltre sembra essere il reclutamento
di UM addizionali.
Tra l’80% e il 100% l’incremento di forza è ottenuto esclusivamente
attraverso l’intensificazione della frequenza di scarica delle UM.
(Zatsiorskj 2008)

La sincronizzazione
Generalmente, le UM lavorano in maniera asincrona per
produrre un movimento fluido e preciso.
Tuttavia, alcuni dati indicano che,
negli atleti d’élite
delle discipline di forza e di potenza,
durante un impegno volontario massimale,
le UM sono attivate in maniera sincrona
(Zatsiorskj 2008)

In sintesi
la forza muscolare massimale viene raggiunta quando:
è reclutato il massimo numero di UM sia
St sia Ft;
la frequenza di scarica è ottimale, tale
da produrre una fusione tetanica in
ciascuna fibra muscolare;
le UM lavorano in maniera sincrona nel
breve lasso di tempo che corrisponde
all’impegno volontario massimale.
(Zatsiorskj 2008)

.
La coordinazione intermuscolare
Qualsiasi esercizio, anche quello più semplice
è un’abilità, un’azione motoria che richiede
la coordinazione complessa di numerosi
gruppi muscolari.
L’obiettivo principale dell’allenamento
deve essere
lo schema motorio
dell’intero movimento sportivo,
non la forza dei singoli muscoli
o il movimento di una singola articolazione.

Quali sono le caratteristiche del corpo umano
che influenzano la produzione di forza?
Caratteristiche
immutabili:
1. Tipo di fibre muscolari
2. Angolo di pennazione
3. Punto di inserzione dei
tendini
4. Caratteristiche
cinematiche delle
articolazioni
Caratteristiche
migliorabili:
1. Sezione trasversa del
muscolo (ipertrofia)
2. Reclutamento delle fibre
3. Coordinazione intra ed
intermuscolari
4. Fattori legati allo
stiramento

Caratteristiche immutabili
1. Tipo di fibre muscolari
Tipo I (rosse o Slow Twich)
Tipo IIa (intermedie)
Tipo IIb (bianche o Fast Twich)

Caratteristiche immutabili
2. Angolo di pennazione
Effetto dell’angolo di pennazione:
A. le fibre parallele trasmettono tutta la
loro capacità contrattile al tendine;
Quelle pennate invece ne
trasmettono solo una parte. Un
angolo di 30° trasmette al
tendine circa il 90% della tensione
esercitata dalle fibre cos(30°)=0,87.
B. anche se comporta una perdita del
potere contrattile delle fibre,
la pennazione permette di
compattare un gran numero di fibre
in un’area trasversale minore.

Caratteristiche immutabili
3. Punto di inserzione dei tendini

Caratteristiche immutabili
4. Caratteristiche cinematiche delle articolazioni
Il braccio di leva cambia al variare dell’angolo articolare
a) l’articolazione è in estensione quasi completa;
il braccio risulta piccolo (1,7 cm)
ed il muscolo lavora in condizioni
meccaniche sfavorevoli;
la maggior parte della forza muscolare
provocherà una compressione
dell’articolazione piuttosto che una rotazione
relativa.
b) il braccio di leva è aumentato considerevolmente (4,3 cm);
la forza muscolare è trasdotta quasi interamente in rotazione

Caratteristiche immutabili
4. Caratteristiche cinematiche delle articolazioni
L’angolo articolare influenza la lunghezza del sarcomero e quindi il
numero di ponti acto-miosinici in presa.

Caratteristiche migliorabili attraverso
l’allenamento
1. Sezione trasversa del muscolo (ipertrofia)

Caratteristiche migliorabili attraverso
l’allenamento
Le cause dell’ipertrofia (da: Cometti)
Aumento delle miofibrille
Sviluppo degli involucri muscolari
(tessuto connettivo)
Aumento della vascolarizzazione
Aumento del numero di fibre (iperplasia).
Argomento questo ancora molto discusso
e criticato da diversi ricercatori, perciò da
non prendere in considerazione

Caratteristiche migliorabili attraverso
l’allenamento
2. Reclutamento delle fibre muscolari
a. Reclutamento e frequenza
La graduazione della forza sviluppata dipende dalla possibilità di
variare la frequenza di stimolazione delle unità neuromotorie e dalla
possibilità di variare il numero delle unità neuromotorie stimolate.
Il meccanismo che regola il numero di unità motorie da reclutare per
sviluppare tensioni diverse viene definito reclutamento.
Un soggetto sedentario normalmente recluta solo il 30-50% delle unità a
disposizione, dopo alcune settimane di lavoro il soggetto è in grado di
esprimere più forza grazie ad un maggior reclutamento di unità motorie,
mentre con il proseguire del tempo la causa del miglioramento di forza
diventa l'ipertrofia.

Caratteristiche migliorabili attraverso
l’allenamento
2. Reclutamento delle fibre
muscolari
b. sincronizzazione
La sincronizzazione si può 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.

Caratteristiche migliorabili attraverso
l’allenamento
2. Reclutamento delle fibre muscolari
c. Efficienza neuromuscolare
L’incremento di forza che un muscolo ottiene dopo un periodo di
allenamento, è dovuto a adattamenti e modificazioni sia della parte
miogena sia della parte neurale.
Questi miglioramenti portano ad un diverso rapporto tra forza
sviluppata ed attività elettrica prodotta dal sistema nervoso centrale
(EMG/Forza).
Un decremento di questo rapporto dovuto ad una riduzione dell’attività
elettrica ed un aumento della forza evidenzia un fenomeno definito da
Bosco efficienza neuromuscolare.

Caratteristiche migliorabili attraverso
l’allenamento
Rappresentazione dei relativi ruoli di
adattamento neurale e morfologico
all’allenamento di forza massimale.
Nella prima fase di allenamento si nota
una fase predominante di adattamento
neurale.
Questa fase è stata studiata nella
maggior parte delle ricerche pubblicate
nella letteratura internazionale.
Lavori sperimentali che sono stati
protratti per lungo tempo mostrano un
successivo adattamento miogeno e la
relativa ipertrofia (modificato da: Sale,
1988)

Caratteristiche migliorabili attraverso
l’allenamento
3. Coordinazione intra ed intermuscolare
Molti studi dimostrano che il miglioramento della forza è specifico, cioè
un progresso ottenuto in un determinato esercizio, ad esempio lo
squat, non è sempre accompagnato da un miglioramento della forza in
un altro esercizio.
Ciò significa che incrementi di forza in parte sono dovuti alla
coordinazione di quei muscoli che intervengono e che sono specifici
per quel determinato esercizio.
Si presenta la necessità di inserire esercizi di forza
speciale e specifica per ogni determinata disciplina
sportiva.

Caratteristiche migliorabili attraverso
l’allenamento
4. Fattori legati allo stiramento
Un muscolo preventivamente allungato esprime nel
successivo accorciamento una forza maggiore
rispetto ad una semplice contrazione eccentrica.
Le cause di questo fenomeno sono:
a. Sollecitazione del sistema nervoso
b. Proprietà viscoelastiche del muscolo e dei tendini

Caratteristiche migliorabili attraverso
l’allenamento
a. Sollecitazione del sistema nervoso
Fuso neuromuscolare
Meccanismo eccitatorio
Apparato muscolo-tendineo del Golgi
Meccanismo inibitorio

Caratteristiche migliorabili attraverso
l’allenamento
b. Proprietà viscoelastiche del muscolo e dei tendini
Modello meccanico del muscolo
scheletrico.
Componenete contrattile costituita da
actina e miosina (elemento contrattile).
Elementi elastici in serie con funzione
attiva (ponti actomiosinici = elemento
elastico 1) e passiva (tendini e tessuto
connettivo = elemento elastico 2).
Elementi elastici in parallelo (tessuto
connettivo e sarcolemma = elemento
elastico 3)
Gli effetti del prestiramento sono dipendenti dal tempo che intercorre tra la fase di
lavoro eccentrico (coumpling time: CT) e quella di lavoro concentrico.
All’aumentare del CT infatti gli effetti del prestiramento vengono attenuati di circa
20 N/ms (Bosco e coll, 1981) e l’energia elastica accumulata si disperde in calore
(Fenn e Marsh, 1935).

Caratteristiche biologiche che influenzano la
produzione di forza
Parametro Proprietà influenzata
Tipo di fibre muscolari Velocità e resistenza
Angolo di pennazione Forza esercitabile dal muscolo
Proprietà cinematiche delle
articolazioni
Momento articolare
Sezione trasversa del muscolo Forza e velocità
Reclutamento fibre Forza e velocità
Coordinazione intermuscolare Forza specifica
Proprietà viscoelastiche del
muscolo
Riassunto
Forza e velocità

Fattori condizionanti la forza:
il tipo di fasci muscolari (fibre bianche, fibre rosse);
il numero di fibre attivate (coord. Intramuscolare);
il sincronismo di azione dei muscoli sinergici
(coord. Intermuscolare);
la sezione trasversa del muscolo;
gli attriti interni dovuti alla viscosità ed al grado di
elasticità delle componenti muscolari;
le riserve energetiche;
la corretta tecnica esecutiva;
la ottimale modulazione dei muscoli antagonisti;

Tipologie di lavoro muscolare
Si distinguono le seguenti tipologie di lavoro muscolare:
Superante (concentrico).
Cedente (eccentrico)
Statico (isometrico)
Combinato

Tipologie di lavoro muscolare
Il lavoro muscolare superante
– che prevale nella maggior parte dei
processi motori dello sport –
grazie all’accorciamento del muscolo
permette di spostare il proprio peso
corporeo o quello del corpo di altri atleti o
di vincere resistenze al movimento,

Tipologie di lavoro muscolare
Il lavoro muscolare cedente
- serve all’ammortizzazione dei salti o ai
movimenti di caricamento (contro
movimenti) - è caratterizzato dall’aumento
di lunghezza del muscolo, in una controcontrazione
attiva;

Tipologie di lavoro muscolare
Il lavoro muscolare statico serve a
fissare determinate posizioni del corpo o
delle estremità. È caratterizzato dalla
contrazione, ma senza accorciamento del
muscolo;

Tipologie di lavoro muscolare
Il lavoro muscolare combinato è
caratterizzato dalla combinazione di
elementi di tipo superante, cedente o
statico.

Tipologie di tensione muscolare
Si distinguono tre diverse tipologie
di tensione muscolare:
isotonica,
isometrica,
auxotonica.
Il muscolo è composto da elementi
elastici e da elementi contrattili.
Secondo il tipo di tensione muscolare
che si produce, abbiamo un
comportamento differente
di accorciamento
o di allungamento degli elementi
interessati.

I regimi di contrazione
Si distinguono attualmente diversi regimi di contrazione:
il regime isometrico;
i regimi anisometrici;
l’elettrostimolazione;

I regimi di contrazione
IL REGIME ISOMETRICO
I muscoli si contraggono, le leve non si
muovono ed i punti di inserzione sono
fissi.
I REGIMI ANISOMETRICI
Le leve si spostano così come i punti di
inserzione.

Regime isometrico
Il regime isometrico consiste in
una contrazione muscolare
senza spostamento delle leve
e dei punti di inserzione per cui
durante la contrazione isometrica
il muscolo sviluppa tensione ma
non produce movimento esterno.
In condizioni isometriche si riescono a sviluppare
tensioni superiori a quelle concentriche

Regime isometrico
Come si evidenzia dalla figura
carichi molto elevati vengono
spostati con velocità molto
basse prossime allo zero e
l’ultimo carico sollevato viene
considerato il carico massimo o
RM (ripetizione massima).
Nella RM si raggiungono
tensioni elevate ma non
massimali.
La massima tensione si raggiunge contro una resistenza
fissa e quindi con velocità zero cioè con una contrazione
isometrica.

Regime isometrico
Negli anni sessanta l’allenamento isometrico
aveva raggiunto una notevole popolarità;
successivamente si è notato che questo metodo
non produceva i risultati sperati soprattutto per la
sua aspecificità rispetto ai gesti sportivi.
Le esercitazioni isometriche trovano una valida
applicazione nel campo riabilitativo e della
rieducazione post-traumatica.

Regime isometrico
L’allenamento isometrico nelle sue varie forme
non deve essere mai utilizzato isolatamente
per il miglioramento della forza massima,
della forza rapida o della resistenza alla forza.
Però, se è collegato con un successivo
allenamento pliometrico, concentrico o
eccentrico, questo metodo
risulta essere efficace.
Possiamo utilizzare esercizi isometrici
senza carico e con carico

I METODI ISOMETRICI
L’isometria senza carico,
combinata con il lavoro
concentrico

Regime isometrico
L’isometria massimale consiste nel
produrre tensione massimale su
resistenze fisse per una durata
massima di sei secondi.
Per isometria totale si intende
sviluppare tensioni non massimali
ma mantenute fino all’affaticamento totale.
I carichi da utilizzare variano dal 50 a 90%
del carico massimo.

Lo stato-dinamico
Questo metodo combina in uno stesso
movimento delle fasi statiche
(isometriche) e delle fasi dinamiche
(concentriche ed eccentriche).
Le fasi statiche possono essere
inserite o nella fase negativa, oppure
in quella positiva.
Possiamo eseguire:
- lo stato-dinamico a 1 tempo
- lo stato-dinamico a 2 tempi
6x6 al 50-60%
la sosta è di 2” o 3”
Regime isometrico
Il metodo più utilizzato, che a livello empirico ha dato risultati soddisfacenti.

Tra i regimi anisometrici distinguiamo:
il regime concentrico:
i muscoli si contraggono ed i punti
I regimi di contrazione
d’inserzione si avvicinano, il corpo muscolare si “concentra”
donde la denominazione concentrico.

il regime concentrico
Sono considerati esercizi concentrici anche
quegli esercizi composti da una fase eccentrica ed
una concentrica come lo squat in quanto le tensioni,
nella fase eccentrica, sono di bassa intensità
e soprattutto, il tempo di accoppiamento,
cioè il tempo impiegato per invertire il movimento è molto
“lungo” perciò da non annoverare tra i movimenti pliometrici.
La tensione massima che si può ottenere con una
contrazione concentrica è quella che si ottiene con l’ultimo
carico che il soggetto è in grado di vincere.
Questo carico viene definito carico massimo (CM)
o ripetizione massima (RM)

I regimi di contrazione
il regime eccentrico:
in questo caso, il muscolo si contrae, ma le inserzioni si
allontanano, esse “s’excetrent” donde la denominazione
eccentrico discesa
discesa
contrazione
eccentrica
salita
contrazione
concentrica

il regime eccentrico
Le tensioni che si sviluppano nelle contrazioni eccentriche
sono superiori a quelle ottenute nei movimenti concentrici ed
isometrici parte sinistra della curva con velocità negativa.

il regime eccentrico
Il lavoro eccentrico è da considerare molto intenso e
soprattutto provoca molti disagi a livello muscolare.
Si verificano rotture a livello del sarcomero (banda Z) di
conseguenza l’intera miofribilla, inoltre si hanno lesioni a
livello del tessuto connettivo e a livello di giunzione tra
muscolo e tendine.
Per questi motivi richiede periodi lunghi di recupero,
perciò da collocare molto lontano da impegni di gare.
Bisogna proporlo con molta cautela, solo con atleti di
alto livello e con molti anni di allenamento sulle spalle

egime pliometrico
corrisponde a quello che i ricercatori chiamano
“stretch-shortening cycle” o ciclo “stiramento-accorciamento”.
Concretamente, il muscolo si contrae in un primo tempo e le
inserzioni si allontanano, esso funziona in modo eccentrico, poi,
si accorcia e allora, lavora in modo concentrico.
L’esempio più semplice è quello dei salti dall’alto in basso:
per essere veramente pliometrica, la contrazione deve
rispettare una concatenazione rapida, una pausa tra
queste due fasi determinerebbe un lavoro meno efficace.

stretch-shortening cycle
Questa combinazione di azioni
eccentriche e concentriche forma
un tipo naturale della funzione
dei muscoli chiamato
ciclo stiramento-accorciamento o SSC
(Norman e Komi 1979;Komi 1984,1992).
Nella camminata e nella corsa dell’uomo, nel momento del contatto con il terreno si
hanno carichi notevoli. Ciò richiede una preattivazione dei muscoli estensori dell'arto
inferiore prima del contatto con il terreno in modo da prepararli a resistere l'impatto
(a) e una fase di frenata attiva (allungamento) (b).
La fase di allungamento è seguita da un’azione di accorciamento (concentrico) (c)
(Komi 1992).

egime pliometrico
Tutti i tipi di balzi sono da definirsi esercizi pliometrici.
Il fattore rilevante per ottenere la massima efficacia muscolare
dovuta allo stiramento, è il tempo di “accoppiamento” (Bosco
1982).
Viene definito tempo di “accoppiamento” il tempo che
intercorre tra la fase di stiramento e quella di accorciamento, in
altri termini il tempo impiegato ad invertire il movimento, cioè il
passaggio dalla velocità negativa (fase eccentrica) alla
velocità positiva (fase concentrica).
Bosco ha dimostrato che più breve è il tempo di
accoppiamento, più elevata è la restituzione di energia
potenziale.

ANALISI DEL MOVIMENTO DEI VARI REGIMI DI
CONTRAZIONI
Parallelamente ai regimi di contrazione bisogna analizzare
i tipi di movimenti che le varie contrazioni muscolari
permettono di compiere al corpo umano o parti segmentarie di
esso.
I movimenti che l’uomo compie si possono riepilogare in:
ISOTONICO
ISOCINETICO
AUXOTONICO O AUXOMETRICO

ANALISI DEL MOVIMENTO DEI VARI REGIMI DI
CONTRAZIONI
Ai rispettivi regimi di contrazioni si possono associare i tipi di
movimenti che la contrazione produce secondo il seguente
schema:
Regimi di contrazioni:
concentrico
eccentrico
pliometrico
Regime isometrico
Tipi di movimenti:
Isotonico
Isocinetico
auxtonico
Non produce
movimento

MOVIMENTO ISOTONICO
In movimenti con contrazioni solo concentriche, solo
eccentriche o ecc/conc (pliometriche) con carichi
gravitazionali, varia la lunghezza del muscolo ma rimane
costante il carico.
Per questo motivo i movimenti eseguiti con carichi
gravitazionali vengono definiti movimenti isotonici.

Analisi di un movimento concentrico
L’esempio classico del movimento concentrico
è il movimento eseguito nel test di squat jump.
Il movimento inizia dalla posizione
zero e nell’unità di tempo cresce
positivamente fino a raggiungere il
punto più alto.
In un movimento concentrico la
velocità è sempre positiva.
Come si può notare dal grafico la
velocità da zero aumenta fino a
raggiungere un picco positivo per poi
ridursi fino a riportarsi a zero alla fine
del movimento (apice della curva
dello spostamento)

Analisi di un movimento eccentrico
In un movimento eccentrico la
velocità presenta solo una fase
negativa.
L’andamento della velocità si
evidenzia nel grafico.
Essa parte da zero e raggiunge un
picco negativo per poi diminuire di
nuovo fino a tornare a zero quando
il movimento raggiunge il punto più
basso (curva dello spostamento).

Analisi di un movimento eccentrico
Il regime eccentrico presenta
vantaggi e svantaggi
così sintetizzati:
Vantaggi: Tensione superiore del
30% rispetto all’isometria
Differente sollecitazione delle fibre
Efficace se accoppiato con lavoro
concentrico
Svantaggi: Disadattamento notevole
Lungo recupero
Carichi pesanti

Analisi di un movimento pliometrico
il tracciato dello spostamento
di un movimento pliometrico (Drop jump)
In un movimento con il doppio ciclo
stiramento-accorciamento la velocità
presenta una fase negativa ed una
positiva,
la parte della curva tra le due linee
verticali si riferisce alla velocità della
parte negativa.

MOVIMENTO ISOCINETICO
Nell’ambito delle contrazioni concentriche,
eccentriche o isometriche,
l’uomo attraverso particolari apparecchiature,
è riuscito ad ottenere contrazioni muscolari
e quindi movimenti a velocità costante
In natura non esistono movimenti isocinetici cioè a velocità costante.
Queste macchine sono definite isocinetiche di conseguenza il movimento
che ne scaturisce viene chiamato isocinetico.
La caratteristica di queste macchine è quella di realizzare
una contrazione muscolare che permette di eseguire
un lavoro muscolare a velocità costante.

MOVIMENTO ISOCINETICO
In questo tipo di contrazione, a differenza di quanto avviene
in una attivazione muscolare naturale,
il muscolo non può assolutamente creare accelerazione,
dato che le condizioni meccaniche delle macchine
isocinetiche permettono solo di eseguire un lavoro
muscolare a velocità costante.
L’utilizzo primario di queste apparecchiature è nel campo
della riabilitazione ed in fisiatria.
Fig. velocità angolare della gamba durante
estensione del ginocchio eseguita su
dinamometro isocinetico a diverse velocità
angolari 100°-400°/s (da: Ostering, 1986,1).

Confronto l’andamento della velocità rispettivamente in un movimento
isocinetico ed in un movimento eccentrico-concentrico.
Nel movimento isocinetico si nota un andamento costante della velocità
mentre nel movimento naturale si evidenzia un picco negativo della velocità
(fase eccentrica) ed un picco positivo (fase concentrica).

MOVIMENTO AUXOTONICO
Prevalentemente con un regime di contrazione
concentrica è possibile, sempre con particolari attrezzi
ottenere un tipo di movimento definito auxotonico.
Un movimento auxotonico prevede un aumento del
carico durante lo spostamento con conseguente
aumento della tensione muscolare.
Attraverso una contrazione si ha
un andamento della tensione
muscolare che aumenta gradualmente
fino a raggiungere un picco
per poi diminuire e tornare a zero.

MOVIMENTO AUXOTONICO
Questo tipo di movimento è possibile ottenerlo eseguendo esercizi con
elastici.
L’elastico offre all’inizio del movimento una determinata
tensione stabilita dal soggetto che risulta essere inferiore di quella che
si registra alla fine della contrazione
quando l’elastico ha subito il
massimo allungamento.

ANALISI DI UNA CONTRAZIONE ISOMETRICA
In una contrazione isometrica si analizza solo lo sviluppo
della forza in funzione del tempo
Relazione forza tempo durante tre tipi di contrazione isometrica (Da Bosco)

ANALISI DI UNA CONTRAZIONE ISOMETRICA
In una contrazione isometrica
la forza sviluppata in funzione del tempo dipende dal livello
d’attivazione del Sistema Nervoso Centrale.
Pertanto si possono avere diverse modalità di sviluppo della
forza per ottenere la forza massimale.
Le diverse modalità si possono così sintetizzare:
Attivazione lenta
Attivazione normale
Attivazione rapida.

ANALISI DI UNA CONTRAZIONE ISOMETRICA
Con un’attivazione lenta
la tensione viene sviluppata
lentamente. L’incremento
della forza avviene
principalmente attraverso un
incremento sempre maggiore
di unità motorie e quindi da
un aumento della frequenza
di stimolo.

ANALISI DI UNA CONTRAZIONE ISOMETRICA
Con un’attivazione normale la
tensione viene sviluppata
attraverso un aumento
progressivo del reclutamento
delle unità motorie e di
frequenza di stimolo.

ANALISI DI UNA CONTRAZIONE ISOMETRICA
Con un’attivazione rapida
la tensione viene
sviluppata rapidamente
poiché contemporaneamente
tutte le unità motorie vengono
reclutate e la frequenza
degli stimoli aumenta sin
dall’inizio della contrazione.

I regimi di contrazione
l’elettrostimolazione
secondo G. Cometti, la contrazione muscolare indotta con
elettrostimolazione presenta delle caratteristiche che ne fanno
del regime di contrazione particolare, anche se non sono tutti
noti i parametri fisiologici di tale regime di contrazione.
In teoria, uno dei vantaggi dell’EMS è che riesce ad attivare principalmente le fibre
motorie rapide che difficilmente sono reclutate volontariamente.
Con l’EMS il principio delle dimensioni nel reclutamento delle unità motorie non è
più valido; le fibre motorie a scossa rapida sono attivate per prime.
Queste presentano una soglia più bassa per la corrente elettrica applicata
dall’esterno, inoltre, sono situate più in superficie.
Potenzialmente, l’EMS può essere utile come integrazione dei metodi tradizionali di
allenamento della forza. (Zatsiorskj).

Proprietà meccaniche del muscolo scheletrico
Relazione forza-lunghezza
Relazione forza-velocità
Relazione potenza-velocità
Relazione resistenza/tempo dello sforzo
Proprietà di forza storia-dipendente

Relazione forza-lunghezza

Relazione forza-lunghezza

Relazione forza-velocità
dove F è la forza massima di un
muscolo alla lunghezza ottimale,
F o è la massima forza isometrica
a lunghezza ottimale,
v è la velocità di accorciamento,
a e b sono costanti
le unità di misura della forza(N)
e della velocità (m* sec -1 )

Relazione forza-velocità

Relazione potenza-velocità

Relazione resistenza/tempo dello sforzo

Proprietà di forza storia-dipendente