Influenza della stiffness nella corsa prolungata (parte 2)

tesi mazzucchelli (2)

2° articolo estrapolato dalla tesi di Laurea di Alberto Mazzucchelli “Influenza della stiffness nella corsa prolungata”.

Nell’articolo precedente Alberto ci ha parlato della corsa, della sua biomeccanica e dei fattori che influenzano il suo costo energetico.

Ecco i temi del seguente articolo:

indice 2

2.1   Definizione

In campo fisiologico, con il termine stiffness si intende la forza, la resistenza, la densità e la rigidità dei tendini e delle strutture di tessuto connettivo del muscolo.

Quindi, maggiore è la stiffness di questi tessuti, maggiore è l’energia che può essere immagazzinata durante un movimento eccentrico, per essere poi restituita e liberata durante la fase concentrica.

La rigidezza k di un corpo si deforma a distanza δ sotto una forza

applicata P è definita secondo la relazione:

  • k = P/δ

La rigidezza si misura in N/m (newton su metri), dato che sia la forza applicata P che lo spostamento δ sono vettori, in generale  la  relazione  è  caratterizzata  dalla  “matrice  di  rigidezza”,  k  dove:

  • P = k x δ

“Matrice” perché una struttura complicata si deforma oltre alla direzione della forza applicata, si può caratterizzare la rigidezza della struttura in tutte le direzioni.

Elasticità non è sinonimo di rigidezza; il modulo elastico è una proprietà costitutiva del materiale, mentre la rigidezza è una proprietà relativa del corpo elastico. Ovvero il modello elastico dipende soltanto dal materiale; la rigidezza dipende dal corpo e dalle condizioni di vincolo. Esempio: per un elemento in compressione, la rigidezza assiale si ricava attraverso la relazione k = AE/L dove A è l’area della sezione resistente, E è il modulo di young (rapporto tra tensione e deformazione), L è la lunghezza del corpo.

Per un runner l’elasticità è spesso un parametro immodificabile, frutto sì delle caratteristiche fisiche, ma anche degli sport praticati da adolescente o comunque in giovane età. L’elasticità è un pregio se l’atleta ha un sufficiente rapporto fra forza ed elasticità, la corsa  non risente troppo di un’elasticità alta; la sua corsa non è verso l’alto.

In questo caso l’elasticità è un pregio soprattutto su terreni che non ritornano nulla, per esempio sterrati, o sulle salite. L’elasticità è un difetto se invece l’atleta ha una forza muscolare insufficiente, la corsa diventa troppo elastica, la fase di volo è troppo lunga e l’elasticità diventa un handicap, soprattutto su quei terreni (come la pista o l’asfalto) dove la corsa troppo aerea si traduce in un’effettiva lentezza.

 

2.2   Pillole di storia

I muscoli della coscia e della gamba sviluppano potenza e affinchè questa spinta esplosiva sia trasmessa al terreno nel minor tempo possibile, giocano un ruolo fondamentale due tendini molto importanti:

  • il tendine di Achille;
  • il tendine Rotuleo o Patellare

 

Il tendine di Achille origina dal muscolo tricipite della sura e dal soleo, inserendosi nella parte centrale della faccia posteriore del calcagno.

E’ lungo circa 15 cm., parte dalla parte mediana della gamba, si assottiglia gradualmente verso il basso e poi si allarga all’estremità dell’osso calcaneare. E’ deputato alla trasmissione degli impulsi meccanici derivanti dalla contrazione muscolare del polpaccio al segmento scheletrico, realizzando un movimento articolare di fondamentale importanza: la spinta del piede.

Il tendine rotuleo o patellare nell’articolazione del ginocchio collega  la rotula alla tibia e decorre longitudinalmente in posizione centrale alla rotula ed è facilmente individuabile nello spazio sotto la rotula e sopra la testa della tibia. E’ un tendine di forma piatta piuttosto resistente lungo circa 8 cm. e largo 3,5-4 cm. Fino a qualche tempo fa si pensava che il tendine di Achille partecipasse passivamente alla trasmissione della potenza dal muscolo all’osso e, quindi, nel generare movimento; si è scoperto, invece, che ricopre un ruolo essenziale nella “stiffness”.

Partendo dal concetto di stiffness, introdotto dal fisico inglese Robert Hooke, secondo il quale “qualunque corpo sottoposto all’azione di una forza esterna subisce una deformazione la cui entità dipende dall’intensità della forza applicata e dalle caratteristiche del materiale a cui la forza è applicata”, si è appurato che se il tendine è troppo elastico il passaggio della potenza dal muscolo all’osso avviene con un tempo maggiore, con una riduzione della potenza che in parte è smorzata o meglio assorbita dall’elasticità del tendine stesso. Se invece il tendine è rigido, la trasmissione della potenza avviene in un tempo minore con un conseguente aumento della stessa, con il gesto tecnico che è eseguito in un tempo minore e con un’energia maggiore. Naturalmente, però, un tendine troppo rigido aumenta il rischio di lesioni, per cui è necessario trovare un giusto compromesso tra elasticità e rigidità; quando si parla di stiffness non si fa riferimento esclusivamente al tendine, ma a tutta l’unità muscolo-tendinea, formata dal muscolo, dal tendine, osso, legamenti e cartilagini, ognuno con una sua propria stiffness.

 

2.3   Tempi ed effetti

Il tendine di Achille trasferisce alla struttura ossea la forza generata dal muscolo permettendo il movimento scheletrico, inoltre svolge un importante ruolo nell’ambito dell’accumulo di energia elastica, che avviene nella fase eccentrica del movimento e della sua conseguente restituzione sotto forma di energia meccanica, trasformazione che avviene durante la fase eccentrica del  movimento.

L’UMT (Unità Muscolo Tendinea) funziona, in particolari tipi di movimento, in modo molto simile a una molla che è allungata e poi rilasciata, con conseguente trasformazione dell’energia elastica potenziale in lavoro meccanico.

In tal modo, durante la fase eccentrica della corsa, il tendine di Achille che, come tutti i tendini, costituisce l’interprete principale  del fenomeno elastico, si allunga del 6% pari a 1.5 cm. rispetto alla  sua lunghezza iniziale e restituisce circa il 90% dell’energia elastica potenziale immagazzinata, sotto forma di lavoro meccanico, nella successiva fase concentrica del movimento.

In questo modo il rendimento muscolare passa dal 25% ad oltre il 40%, l’energia elastica costituisce così un’energia “metabolica gratuita”.

Il carico esterno ideale per enfatizzare la capacità di immagazzinamento e restituzione di energia elastica si situa a circa il 35% della forza massimale isometrica del soggetto.

Le caratteristiche biomeccaniche del tendine sono soprattutto basate sulla sua elevata resistenza tensile, dovuta alla struttura molecolare e sovra molecolare sulle sue fibre collagene e alla sua inestensibilià che gli conferisce un’elasticità ottimale.

L’allenamento della forza comporta un aumento del Modulo di Young (rapporto tra tensione e deformazione) e conseguentemente della stiffness tendinea.

L’incremento di quest’ultima comporta a sua volta del rateo di forza trasmesso dal complesso muscolare al segmento osseo e un cambiamento della relazione forza-lunghezza del muscolo  considerato.

Più specificatamente la stiffness tendina è in grado di influenzare:

 

1) il tempo necessario all’allungamento della componente elastica in serie; 2) il ritardo elettromiografico (tempo tra attivazione elettrica e contrazione);

  • il rateo sviluppo della

 

Inoltre, occorre considerare che un aumento della stiffness del tendine può rappresentare un importante fattore al fine di prevenire e diminuire i danni all’UMT.

Le espressioni di forza, velocità e potenza da parte del muscolo non sono solamente dipendenti dalla sua tipologia di fibre e dalla sua architettura anatomica ma dipendono anche e in modo non sottovalutabile, dalla stiffness tendinea.

 

Di Alberto Mazzucchelli
Laureato in Scienze Motorie

 

L’articolo precedente: “Influenza della stiffness nella corsa prolungata (1° parte)”

 

Bibliografia

  1. Mondoni, Basket e Biomeccanica, Libreria dello Sport, Milano, 2002
  2. Bisciotti, I tendini. Biologia, patologia, aspetti clinici, Calzetti Mariucci Editore, Ferriera di Torgiano (PG), 2013
  3. Bosco, La  forza  muscolare.  Aspetti   fisiologici  e  applicazioni pratiche,  Società Stampa Sportiva, Roma, 2002
  4. Di Prampero, La locomozione umana su terra, acqua, in aria. Fatti e teorie, Edi.Ermes, Milano, 1985
  5. Bosco, P. Lohtanen, Fisiologie e Biomeccanica applicata al calcio, Società Stampa Sportiva, Roma, 1992

Sitografia

www.runlovers.it

www.runnersworld.it

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