muscoli - Sports Instructors

Nozioni di Anatomia
Funzionale
BIOMECCANICA di BASE
Ing. Ilaria BORTONE
Controllo Nervoso e Muscolare
del Movimento
L’atto motorio deve essere considerato come l’espressione della
interazione di tre sistemi funzionali.
 Sistema Percettivo:
dove si verifica la ricezione degli stimoli e delle sensazioni
sensitive, afferenti) .
(vie
 Sistema Elaborativo:
dove i segnali ricevuti sono sottoposti a programmazione (sistema
nervoso centrale);
 Sistema Effettore:
che si occupa di inviare la risposta esecutiva e di realizzare il
movimento (vie motrici, efferenti).
Apprendimento del Movimento
Prima Fase:
Il ruolo dell’allenatore è di fondamentale importanza perché
deve riuscire a fornire informazioni chiare e precise per fare
eseguire dei movimenti facili dopo averli dimostrati.
Seconda fase:
Denominata della coordinazione fine, il movimento che
precedentemente si riusciva solo ad eseguire, adesso viene
automatizzato e ripetuto con disinvoltura anche in presenza
di parametri sfavorevoli.
Terza fase:
Durante la quale si esprime un elevato tasso tecnico esecutivo
anche in presenza di enormi azioni di disturbo ed è il risultato
di una razionale programmazione e di un lavoro metodico.
Biomeccanica
STUDIO MECCANICO
di STRUTTURE BIOLOGICHE soggette a FORZE
Lo studio completo della meccanica comprende due aree di base:
1. STATICA:
lo studio dei corpi a riposo o in equilibrio risultante da forze
che agiscono su di esso.
2. DINAMICA:
 Cinematica  relazioni che esistono tra spostamenti,
velocità ed accelerazioni nei movimenti di
traslazione e rotazione
 Cinetica  corpi in movimento e le forze che intervengono
Concetti di base (1/2)
Variabili cinematiche:
 Velocità, la variazione di posizione nel tempo
 Accelerazione, la variazione di velocità nel tempo
 Momento di una forza, rispetto ad un centro O, un vettore, la cui direzione è
perpendicolare al piano che contiene la forza ed il braccio b
Leggi della dinamica:
1.
Legge di inerzia di Galileo: afferma che un corpo preserva il suo
stato di quiete o di moto rettilineo uniforme finché non interviene
una forza all'esterno a modificarlo.
2.
Legge di Newton: esprime quantitativamente e qualitativamente la
proporzionalità tra le forze che agiscono su un corpo e
l'accelerazione a questi impressa, tramite l'equazione F=m*a, dove
m è la massa inerziale del corpo.
3.
Principio di Azione e Reazione: ad ogni azione corrisponde una
reazione uguale e contraria.
Concetti di base (2/2)
Un corpo rigido di dimensioni finite è in equilibrio statico, rispetto ad un
sistema fisico di riferimento, se sono soddisfatte le seguenti due condizioni:
1) la risultante delle forze esterne che agiscono sul corpo deve essere nulla
(equilibrio traslazionale);
2) la risultante dei momenti delle forze esterne (calcolati rispetto ad un polo
qualsiasi) deve essere nulla (equilibrio rotazionale);
LEVA DI I GENERE
INTERFULCRATA
LEVA DI II GENERE
INTERRESISTENTE
LEVA DI III GENERE
INTERPOTENTE
Esempi di Leve nel nostro corpo
LEVA DI I GENERE
Per bilanciare il peso del capo,
applicato nel suo baricentro, ed
evitare che la testa ciondoli in
avanti, viene esercitata una potenza
da parte dei muscoli nucali, che si
trovano dall'altro lato rispetto al
fulcro.
LEVA DI II GENERE
LEVA DI III GENERE
resistenza (peso) e potenza
(muscolo) si trovano dalla
medesima parte rispetto al
fulcro, e la potenza ne è più
lontana (maggior braccio).
la potenza (tensione muscolare
del bicipite) è molto vicina al
fulcro (gomito), mentre la
resistenza (peso del braccio, più
eventuale peso sostenuto dalla
mano) è più distale.
Esempi di Leve nel nostro corpo
Negli spostamenti del corpo umano si combinano più leve (sistemi di
leve), dello stesso tipo o di tipo diverso fra loro e talvolta accade che la
resistenza in un primo stadio diviene la potenza nello stadio successivo
di un dato movimento.
Anatomia Funzionale
I principi biomeccanici sono alla base
della funzione muscolo - scheletrica.
I muscoli producono una forza che agisce attraverso il sistema
scheletrico di leve per resistere alla gravità o creare movimento.
L’effetto della contrazione di un muscolo dipende anche da come si
inserisce sull’osso. Quando due o più muscoli agiscono su un osso, il
risultato dipende dalle forze combinate da ciascun muscolo.
I legamenti, la cartilagine ed altri tessuti molli intervengono nel
controllo articolare e sono condizionati dalla posizione e dal
movimento del corpo.
Le ossa costituiscono un sistema di leve su cui agiscono muscoli e tendini.
Anatomia Funzionale: Convenzioni
Viene definita una posizione anatomica di riferimento nel modo
seguente:
Posizione eretta
Talloni uniti
Braccia distese
Palmi delle mani rivolti in avanti
Rispetto a tale posizione vengono definiti i piani anatomici e gli assi
anatomici
Assi e Piani Corporei 1/2
I piani anatomici sono delle linee immaginarie
disegnate attraverso il corpo, che permettono di
descrivere oggettivamente i movimenti e le
posizioni del corpo.
•
Piano mediano: è un piano verticale
immaginario che passa attraverso il centro
del corpo, dividendolo in due metà uguali o
antimeri.
•
Piano frontale o coronale : è un piano
verticale
parallelo
alla
fronte
e
perpendicolare al piano mediano, dividendo
il corpo in parte anteriore e parte posteriore.
•
Piano orizzontale o trasversale : è un
piano che divide il corpo in due metà
superiore e inferiore.
Assi e Piani Corporei 2/2
Gli assi anatomici sono linee immaginarie
vengono utilizzate per tracciare l'asse sul
quale si svolgono i movimenti di rotazione.
Assi principali:
• Longitudinale (verticale):
è perpendicolare alla base di appoggio,
quando il corpo è in posizione eretta.
• Trasversale (orizzontale):
è diretto da sinistra a destra ed è
perpendicolare all'asse longitudinale.
• Sagittale (antero-posteriore):
è diretto dalla superficie posteriore alla
superficie anteriore del corpo.
Nomenclatura 1/2
Nomenclatura 2/2
 Cranico: localizzato sulla testa
 Caudale: localizzato sulle natiche
 Centrale: si riferisce alla centralità del corpo (es. sistema nervoso
centrale indica il cervello e la colonna vertebrale)
 Periferico: si riferisce alla superficie del corpo (es. i nervi)
 Prossimale: localizzato verso il tronco (verso il cuore)
 Distale: localizzato lontano dal tronco (dal cuore)
 Dorsale: sulla schiena, indica anche la superficie superiore del piede e
della mano
 Ventrale: riferito alla parte frontale (addome)
 Palmare: localizzato sul palmo della mano
 Plantare: localizzato sulla suola del piede
Forza Muscolare 1/3
La forza muscolare è quella capacità motoria
che permette di vincere una resistenza o di opporvisi
tramite lo sviluppo di tensione da parte della muscolatura.
I principali determinanti della forza muscolare sono:
 il diametro trasverso dei muscoli
 il numero di fibre rapide
 la capacità di reclutamento delle unità motorie
 la coordinazione muscolare, intesa come la capacità di far lavorare in
sinergia i muscoli antagonisti e quelli agonisti al movimento
 la lunghezza iniziale del muscolo (lo)
 il numero di unità motorie reclutate (si attivano per prime le unità
motorie più piccole, vedi figura)
Forza Muscolare 2/3
La tensione passiva è misurata nel
muscolo non stimolato elettricamente,
per diversi valori di l > l0.
La tensione totale è misurata nel
muscolo stimolato in condizione
isometrica. Presenta un massimo per l ≈
l0 nei muscoli a fibre parallele, assente
invece nei muscoli pennati.
La tensione attiva non è misurata
direttamente ma calcolata come
differenza tra le due precedenti. E‘
sviluppata dal muscolo nel processo di
contrazione.
Forza Muscolare 3/3
Forza sviluppata in relazione al
numero di unità motorie contratte
Capacità di reclutamento in
funzione dell’allenamento
Lavoro di una forza
Consideriamo una forza F che, applicata ad un corpo, lo sposti di DS.
Il lavoro L compiuto dalla forza è dato da L = F ·DS
Gli Sforzi (1/2)
Un corpo solido può trovarsi in equilibrio statico
pur essendo sottoposto a forze, che tendono a deformarlo.
Il rapporto tra l’intensità della forza F applicata all’area A del corpo
sulla quale essa agisce uniformemente è chiamato sforzo, σ=F/A
– di trazione
– di compressione
– di taglio
Deformazioni, come variazioni di lunghezza:
Ε=Δl/l0
Deformazioni di scorrimento:
Ε=Δx/l0
Gli Sforzi (2/2)
La deformazione che può subire un corpo
sottoposto a sforzo ha un andamento a tratti:
1. Elastico:
Il corpo si deforma sotto l’azione di
forze esterne e al cessare di queste
torna alla sua forma iniziale
2. Plastico:
Il corpo arriva ad un livello di
deformazione dal quale non torna
più indietro
3. Fino al Carico di rottura
Caratteristiche del corpo umano che
influenzano la produzione di forza
Caratteristiche immutabili:
Caratteristiche migliorabili:
1.
2.
3.
1.
4.
Tipo di fibre muscolari
Angolo di pennazione
Punto di inserzione dei
tendini
Caratteristiche
cinematiche delle
articolazioni
2.
3.
4.
Sezione trasversa del
muscolo (PCSA)
Reclutamento delle fibre
Coordinazione
intra/inter-muscolari
Fattori legati allo
stiramento
Caratteristiche immutabili 1a/4
Tipo di fibre muscolari:
 Tipo I (rosse o Slow Twich)
 Tipo IIa (intermedie)
 Tipo IIb (bianche o Fast Twich)
Caratteristiche immutabili 1b/4
Caratteristiche immutabili 2a/4
L'orientamento
delle
fibre
muscolari all'interno del muscolo
ne
determina
la
forza
e
l'ampiezza di contrazione.
Bipennato
Fusiforme
Unipennato
Multipennato
La disposizione delle fibre è associata
alla funzione del muscolo:
i muscoli veloci sono solitamente a
fasci paralleli, quelli forti pennati.
Caratteristiche immutabili 2b/4
Angolo di pennazione:
si definisce l'angolo compreso tra la fibra muscolare e la linea d'azione
del muscolo (asse di generazione della forza) e determina:
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.
B. anche se ho una perdita del potere contrattile
delle fibre, la pennazione permette di
compattare un gran numero di fibre in
un’area trasversale minore.
Caratteristiche immutabili 2c/4
Effetti dell’angolo di pennazione:
Caratteristiche immutabili 3/4
Punto di inserzione dei tendini
In relazione al movimento che esegue, si parla di origine di un muscolo per
indicare l'estremità tendinea più vicina al tronco o all'osso più stabile;
l'inserzione rappresenta invece il punto d'impianto più distale o più mobile.
In base al numero di punti, i muscoli vengono classificati in:
 muscoli monocaudati: sono quelli che hanno un solo punto di
inserzione.
 muscoli bicaudati: sono quelli che hanno due punti di inserzione.
 muscoli tricaudati: sono quelli che hanno tre punti di inserzione.
 muscoli pluricaudati: sono quelli che hanno più punti di inserzione.
Caratteristiche immutabili 4a/4
Caratteristiche cinematiche delle articolazioni
1.
la posizione del centro di istantanea rotazione (CIR) varia al variare
dell’angolo articolare e quindi varia il braccio di leva corrispondente al
momento articolare prodotto da un determinato muscolo
b
Posizione
del CIR
1
2
3
4
5
6
7
α
(gradi)
180
165
150
135
120
105
90
b
(cm)
2,5
3,4
3,9
4,1
4,0
3,6
2,5
b = braccio di leva,
è la distanza tra il CIR e la
linea d’azione della forza
prodotta da un determinato
muscolo
Caratteristiche immutabili 4b/4
2.
Il braccio di leva cambia al
variare dell’angolo articolare
3.
L’angolo articolare influenza
la lunghezza del sarcomero e
quindi il numero di ponti
acto-miosinici in presa
Caratteristiche migliorabili
(attraverso l’allenamento) 1a/4
Sezione trasversa del muscolo (PCSA)
la somma delle aree traverse delle singole fibre muscolari, misurate
perpendicolarmente alla loro direzione longitudinale.
La PCSA è un parametro che evidenzia
l'importanza funzionale dell'architettura muscolare.
La forza sviluppata da ogni tipo di muscolo è direttamente proporzionale a:
 numero delle fibre muscolari disposte in parallelo (numero dei sarcomeri
disposti in parallelo);
 PCSA, ossia alla somma della sezione traversa delle varie fibre muscolari.
Caratteristiche migliorabili
(attraverso l’allenamento) 1b/4
Sezione trasversa del muscolo – PCSA -
Caratteristiche migliorabili
(attraverso l’allenamento) 1c/4
Ipertrofia
aumento di volume del muscolo per aumento di volume degli elementi che
lo compongono (fibre, miofibrille, tessuto connettivo, sarcomeri, proteine
contrattili, …) quale risultato di:
 aumento delle miofibrille
(sia di volume sia di numero)
 sviluppo degli involucri muscolari
(tessuto connettivo)
 aumento della vascolarizzazione
 aumento del numero di fibre (iperplasia)
Caratteristiche migliorabili
(attraverso l’allenamento) 2a/4
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.
b)
Sincronizzazione
la capacità di reclutare tutte le fibre nello stesso istante, pertanto la
sincronizzazione ci porta ad un ulteriore miglioramento della forza e
soprattutto al miglioramento della forza esplosiva.
Caratteristiche migliorabili
(attraverso l’allenamento) 2b/4
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).
Una decremento di questo rapporto dovuta ad un riduzione
dell’attività elettrica ed un aumento della forza evidenzia un
fenomeno definito da Bosco efficienza neuromuscolare.
Caratteristiche migliorabili
(attraverso l’allenamento) 2c/4
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.
Caratteristiche migliorabili
(attraverso l’allenamento) 3/4
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) 4a/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 visco-elastiche del muscolo e dei tendini
Caratteristiche migliorabili
(attraverso l’allenamento) 4b/4
Sollecitazione del sistema nervoso
Fuso neuromuscolare
Meccanismo eccitatorio
Apparato muscolo-tendineo del Golgi
Meccanismo inibitorio
Caratteristiche migliorabili
(attraverso l’allenamento) 4c/4
Proprietà visco-elastiche del muscolo e dei tendini
Modello meccanico del muscolo
scheletrico.
Componente 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)
Caratteristiche biologiche che
influenzano la produzione di forza
Riassunto
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
Forza e velocità