La Forza muscolare
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Science
Qualità fisiche di base e derivate
Forza max
Forza reattiva
Forza dinamica
massima
Accelerazion
e
Forza
resistente
Resistenza
forza veloce
Forza esplosiva
Velocità max
Agilità
Rapidità
Resistenza
velocità
Resistenza
rapidità
Velocità
Neuromuscolar
e
Resistenza
forza
Endurance
Resistenza
orientamento
Metabolico
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
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
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
La massima forza isometrica è relativa
all’angolo articolare utilizzato
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
Differenze nei movimenti balistici
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)
Nei movimenti balistici , come nei salti e bench
through la velocità è massima allo stacco dal suolo
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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
REGIME DI LAVORO E FORME DI CONTRAZIONE
REGIME DI LAVORO
FORMA DI CONTRAZIONE
Positivo
Concentrica
Statico
Isometrica
Negativo
Eccentrica
FORZA
CONCENTRICA < ISOMETRICA < ECCENTRICA
( da Lehnertz 1998b)
CLASSIFICAZIONE DI HARRE (1972)
FORZA MASSIMALE
FORZA VELOCE
FORZA RESISTENTE
FORZA REATTIVA (1992)
CLASSIFICAZIONE DI KUSNESOV (1985)
1. STATICA
2. DINAMICA
•
•
•
Forma esplosiva
Forma veloce
Forma lenta
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. Si può raggiungere la massima potenza anche con carichi di forza al
70% mantenendo massima la velocità.
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).
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 )
Il sistema che produce forza e
velocità è definito sistema
neuromuscolare. E’ composto
dal SN, definito anche sistema
neurale e dalla parte muscolare
o sistema miogeno. Il muscolo si
contrae e produce movimento in
quanto viene eccitato da uno
stimolo che parte dall’area
motoria del cervello e si
trasmette attraverso il midollo
spinale, da qui attraverso un
motoneurone arriva sulle fibre
muscolari.
Fig. 1 – Rappresentazione schematica
delle componenti principali preposte
alla realizzazione del movimento
(da: Sale)
Le fibre muscolari a loro volta sono formate da sottili
filamenti chiamati miofibrille che a loro volta contengono
l’unità funzionale del muscolo: il sarcomero
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)
Fig. 4 Meccanismi della forza (da: Cometti modificato)
Meccanismi strutturali
Forza muscolare e sezione trasversa
1.
Secondo Ikay e Fukunaga
(1968) la forza muscolare era
direttamente proporzionale
alla sezione del muscolo.
2.
Secondo MacDougall (1986)
la correlazione non è elevata
3.
I fattori nervosi sono
altrettanto importanti quanto
l’ipertrofia (Sale 1986)
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
Adattamenti biochimici
Diminuzione enzimi ossidativi e
del catabolismo muscolare
Fig.8 Rappresentazione dei carichi e del numero
di ripetizioni utilizzati per migliorare la forza
max o l’ipertrofia (da: Cometti, 1988)
Caratteristiche delle fibre muscolari
Caratteristiche delle fibre muscolari
da Cometti modificato
Stessa % forza + velocità
Esempio della relazione forza velocità
nei tipi lenti e rapidi (da: Bosco 1983)
Il reclutamento delle fibre rispetto all’intensità del carico (Costill
1980)
Principio di Henemann
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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
Studi condotti da Bosco e Komi hanno
dimostrato che soggetti ricchi di fibre
veloci nei muscoli degli arti inferiori,
ottenevano risultati migliori nel salto
verticale. Questo fa pensare che se pur gli
sviluppi di forza sono molto bassi, 30-40%
della forza massima isometrica,
l’intervento delle unità fasiche è
dominante sulle toniche.
1.
2.
L’incremento di forza che un muscolo
ottiene dopo un periodo di allenamento,
è dovuto ad adattamenti e modificazioni
sia della parte miogena sia della parte
neurale.
I primi adattamenti avvengono a livello
di sistema nervoso e successivamente
avvengono dei cambiamenti a livello
morfologico (ipertrofia)
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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)
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)
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
Nel 1966 Zatsiorski affermava che la
sincronizzazione delle UM era un fattore
determinante nello sviluppo della forza;
Milner-Brown 1973 hanno dimostrato che dopo un
periodo di allenamento il numero di UM
sincronizzate poteva aumentare significativamente.
La sincronizzazione migliora la salita della forza nel
corso dei movimenti rapidi e non la forza
massima(Sale 1988)
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
muscolo-tendinea
TEST DI BOSCO (CMJ)
SOLLEVAMENTO
DEL CENTRO
DI GRAVITA' (CM.)
50
40
30
Da BOSCO e coll (1991), EGGER (1991),LEVOLA (1992), MERO e coll. (1991)
D’OTTAVIO (1994)
primavera
(16)
16 anni
sprinters e
saltatori
allievi (33)
giovanissimi
(14)
13 anni
velocità
13 anni
resistenza
esordienti
(46)
pulcini (13)
20
primi calci
(15)
Non praticanti
MIGLIORAMENTO DELLA PRESTAZIONE
da Bosco 1992
Tempo della contrazione
Forza esplosiva prestiramento
Forza esplosiva
Forza dinamica massima
( 100 ms )
( 150-200 ms )
Forza massima
( 200-400 ms )
( 700-900 ms )
Tempo (settimane)
Confronto squat parallelo e half squat
con 1 BW
2100
Squat
parall
elo
Half
squat
Forza media
(N)
1255
1452 1500
Picco di
forza (N)
1409
1634
Durata (s)
Impulso di
forza (N*s)
0,95
0,66
1800
1200
900
spinta
frenata
600
1192
959
squat
parallelo
300
half squat
0
0
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
Prevalentemente
lavoro eccentrico
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P (potenza)=L (lavoro)/ T (tempo)
Da ciò né consegue che essendo il
L(lavoro)=F (forza) x S (spostamento),
la Potenza non può prescindere, e quindi essere direttamente collegata, alla
capacità del sistema di esprimere forza. Quindi ritornando alla formula iniziale
P sarà uguale a F x S/T
dove quest’ultimo rapporto rappresenta la velocità (spazio/tempo), ed indica la
capacità del sistema di spostare un carico più rapidamente possibile. Quindi la
potenza potrà essere anche espressa con la formula
P=F x v (velocità)
Per comprendere ulteriormente i diversi fattori che entrano “in gioco” nella
realizzazione di un esercizio di potenza, è utile proseguire con una successiva
trasformazione della formula: dato che la
F(forza) è, in base alla seconda legge di Newton della
dinamica, uguale alla m (massa) x a (accelerazione),
P sarà uguale a m (massa) x a (accelerazione) x v
(velocità)
Tali espressioni ci portano a trarre delle direttive
orientative, nel caso si vogliano applicare alle leggi
dell’allenamento e dell’esercizio fisico in quanto:
• La Potenza risulta direttamente collegata al Lavoro
• La Potenza risulta direttamente collegata alla Forza
• La Potenza risulta direttamente collegata alla
accelerazione ed alla velocità
Youth resistance training: updated position
statement paper from the National Strength
and Conditioning Association
Avery D. Faigenbaum,1 William J. Kraemer,2 Cameron J. R. Blimkie,3 Ian Jeffreys,4
Lyle J. Micheli,5 Mike Nitka,6
And Thomas W. Rowland (Journal of strenght and conditioning research, 2009)
Differenze fra maschi e femmine
Evoluzione della forza, del peso e
della prestazione
femmine
maschi
Forza esplosiva SJ test di Bosco
Differenze fra maschi e femmine
La forza dipende soprattutto dalla
sezione trasversa del muscolo
(superficie cm2 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
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
Tale relazione conferma le
ipotesi del Prof. Carmelo
Bosco che avevano
correlato maggiormente
l’entità del Testosterone a
prestazioni di forza veloce e
velocità
Se tra maschi e femmine
c’è la stessa forza relativa.
La differenza nelle
prestazioni di velocità è
dovuta ad una maggiore
presenza di testosterone
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L’allenamento della
Forza muscolare
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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
Variabili che possono essere manipolate per gli adattamenti
che si desidera ottenere (Kraemer 1983, ACSM 2009)
Ripetizioni massime RM
Ordine degli esercizi
Numero di SET (serie)
Durata dei recuperi
Numero di ripetizioni
Velocità esecutiva
Scelta dell’esercizio
Frequenza training
Azione muscolare
Durata ciclo di training
LE VARIABILI CHE INFLUENZANO LA SELEZIONE DELLE
SERIE (POLIQUIN 1998)
Numero di ripetizioni selezionate;
Relazione inversa tra ripetizioni e serie
Ripetizioni
1
Serie molte
(5-12)
3
5
7
9
11
13
15
Poche
(2-4)
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:
• 1-2 serie per il principiante, 3-4 per soggetti allenati;
Sesso:
• 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;
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.
Relazione tra il numero massimo di ripetizioni, l’intensità e
l’effetto allenante (Poliquin, 1990)
NUMERO MASSIMO DI RIPETIZIONI
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
% DEL MASSIMO
100
94,3
90,6
88,1
85,5
83,1
80,7
78,6
76,5
74,4
72,3
70,3
68,8
67,5
66,2
65,0
63,8
62,7
61,6
60.6
EFFETO ALLENANTE
Aumento della forza
relativa attraverso un
miglioramento della
spinta neurale
Ottimo compromesso
per guadagni di forza
massimale e ipertrofia
Migliori risultati per
l’ipertrofia che porta
ad un aumento della
forza massimale
Aumento della forza
resistente e minor
guadagni in ipertrofia
Numero di ripetizioni massime che si
possono eseguire in una serie
Percentuale del carico
massimo
1 RM
2 RM
3 RM
4 RM
5 RM
6 RM
7 RM
8 RM
9 RM
10 RM
11 RM
12 RM
100%
95(±2)%
90(±3)%
86(±4)%
82(±5)%
78(±6)%
74(±7)%
70(±8)%
65(±9)%
61(±10)%
57(±11)%
53(±12)%
da McDonagh & Davies, 1984
% più utilizzate da sollevatori di peso
Designing ResistanceTraining
Programmes to Enhance
Muscular Fitness
A review of the acute Programme Variables
SP Bird e coll
Charles Sturt University (South Australia)
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Designing ResistanceTraining
Programmes to Enhance
Muscular Fitness
A review of the acute Programme Variables
SP Bird e coll
Charles Sturt University (South Australia)
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Rest periods
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