Aspetti generali della forza nell'atletica leggera
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Aspetti generali della forza nell'atletica leggera

Definizione della capacità di forza, cenni sul sistema neuromuscolare, fattori strutturali, reclutamento delle fibre, sincronizzazione, reclutamento.

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Aspetti generali della forza nell'atletica leggera

Definizione della capacità di Forza

Svariate sono le definizioni che i vari ricercatori hanno formulato per classificare la forza: "La forza muscolare si può definire come la capacità che i componenti intimi della materia muscolare hanno di contrarsi, in pratica di accorciarsi". (VITTORI)

"La forza è la capacità del muscolo scheletrico di produrre tensione nelle varie manifestazioni". (VERCHOSANSKIJ)

"Si può definire la forza dell'uomo come la sua capacità di vincere una resistenza esterna o di opporvisi con un impegno muscolare". (ZACIORRSKIJ)

Semplificando le definizioni citate, si può affermare che la forza si identifica nella capacità del muscolo di esprimere tensione.

La Forza è una capacità propria dell'uomo che gli consente di relazionarsi con il mondo esterno ed agire su di esso.

È una qualità innata dell'organismo, con la quale l'uomo è in grado di modificare lo stato di quiete o di moto di corpi (proprio o esterno) (Bellotti-Matteucci modificato). Semplificando le definizioni citate, si può affermare che la forza si identifica nella capacità del muscolo di esprimere tensione.

Essendo molteplici le tensioni che un muscolo può esprimere si vengono ad avere espressioni di forza che possiamo così sintetizzare:

  • Forza Massima
  • Forza Esplosiva
  • Resistenza alla Forza Veloce
  • Resistenza Muscolare

La forza massima si può definire come la capacità del sistema neuromuscolare di sviluppare la più alta tensione possibile, per vincere una resistenza elevata, senza limitazione di tempo. Si parlerà di forza massima dinamica quando ci si riferisce al sollevamento di un carico massimale.

Forza massima isometrica quando si riferisce alla massima forza espressa contro un carico statico.

Per forza rapida (o veloce) si intende la capacità del sistema neuromuscolare di superare resistenze con una elevata velocità di contrazione. Viene definita: forza esplosiva quando il sollevamento o lo spostamento veloce di un carico (anche del corpo) inizia da situazione di immobilità.

forza esplosivo-elastica quando vi è azione pliometrica della muscolatura con movimenti articolari accentuati (es.: salto in alto, balzi).

forza esplosivo-elastico-riflessa (stiffness) quando vi è azione pliometrica con movimenti articolari molto ridotti (es.: corsa, saltelli).

Anche se in modo improprio, si può definire come la capacità del sistema neuromuscolare di esprimere elevati gradienti di forza nel minor tempo possibile, in modo da imprimere al carico da spostare la maggior velocità possibile.

E' interessante sottolineare che all'espressione di forza esplosiva coincide la massima potenza muscolare. La massima potenza muscolare generalmente si ottiene con sviluppi di forza pari al 30-40% della forza massima e con velocità di accorciamento pari al 35-45% di quella massima. La forza generale è la forza di tutti i gruppi muscolari, indipendentemente dallo sport praticato. La forza SPECIALE rappresenta la forma di espressione della forza tipica di un determinato sport o del suo correlato muscolare specifico (cioè i gruppi muscolari che partecipano a un determinato movimento sportivo.)" (Weineck.).

La resistenza alla forza veloce non è altro che la capacità di esprimere elevati sviluppi di forza esplosiva ripetuti per tempo relativamente lungo La Resistenza muscolare è la capacità del muscolo di produrre bassi sviluppi di forza prolungati per lungo tempo.

Cenni sul sistema neuromuscolare

Il sistema che produce forza e velocità è definito sistema neuromuscolare. Esso è composto dal sistema nervoso definito anche sistema neurale e dalla parte muscolare o sistema miogeno. La forza e la velocità, due parametri prodotti dal muscolo scheletrico, sono alla base di qualsiasi movimento che l'uomo compie.

Movimento
Fig. 1 - Rappresentazione schematica delle componenti principali preposte alla realizzazione del movimento (da: Sale),

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). 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.

Sarcomero
Fig. 2 - Rappresentazione del sarcomero.

Il sarcomero è composto da sottili filamenti proteici: actina e miosina. Quando la fibra muscolare viene raggiunta da uno stimolo nervoso i filamenti di actina e miosina reagiscono formando il cosiddetto "cross-bridge" ponte actomiosinico, per mezzo del quale i due filamenti scorrono uno sull'altro accorciando il sarcomero.

Alla base della capacità di Forza ci sono vari fattori, che concorrono alla sua estrinsecazione (fig.3); fattori legati alla struttura delle fibre muscolari, fattori nervosi e fattori legati alla sua capacità di allungamento ed accorciamento.

Forza
Fig. 3 - Meccanismi della forza (da: Cometti modificato)

Fattori strutturali

Per quanto riguarda i fattori strutturali essi comprendono i fenomeni di Ipertrofia, Iperplasia e la tipologia di fibra. Per ipertrofia s'intende incremento della massa muscolare che di solito segue l'esercizio fisico. Essa è dovuta principalmente all'aumento del materiale contrattile del muscolo, nonché uno sviluppo degli involucri muscolari (tessuto connettivo) e della rete vascolare. L'iperplasia riguarderebbe invece un aumento del numero di cellule, ma ciò è stato finora oggetto di grande discussione, per cui non ne terremo conto. Per quanto riguarda invece la qualità delle fibre possiamo dire che nel muscolo sono stati classificati due tipi di fibre: Fibre lente, definite anche di tipo I, e fibre rapide o di II tipo che si distinguono a loro volta in tipo IIa e tipo IIb.

Le fibre del tipo I sono fibre rosse perciò lente, caratterizzate da metabolismo aerobico, producono basse tensioni per un periodo di tempo molto lungo. Sono fibre molto vascolarizzate e si affaticano poco.

I substrati utilizzati per la risintesi dell'ATP sono glucidi e lipidi. Le fibre del tipo IIa sono fibre di tipo intermedio, il metabolismo è misto anaerobico-aerobico, sviluppano una tensione media e sono mediamente vascolarizzate.

Le fibre del tipo IIb sono fibre rapide per eccellenza, sviluppano altissime tensioni, sono scarsamente vascolarizzate, il metabolismo è di tipo anaerobico e si affaticano rapidamente tab.1. Ogni individuo possiede percentuali di fibre bianche e rosse in quantità diverse e questo è dettato solo da fattori genetici per cui atleti con percentuali di fibre bianche maggiore rispetto alle rosse sono in grado di esprimere gradienti di forza esplosiva superiore rispetto ad atleti con maggior numero di fibre rosse. La percentuale di fibre presente in un muscolo determina la caratteristica di muscolo veloce o resistente. Un muscolo con un'alta percentuale di fibre bianche è un muscolo che esprime più velocità rispetto ad unmuscolo con prevalenza di fibre rosse. Nella Fig.4 si nota come soggetti con percentuali di fibre bianche a carichi bassi esprimano maggiore velocità rispetto a soggetti con percentuali maggiori di fibre rosse.

velocità
Fig.4 - Esempio della relazione forza velocità nei tipi lenti e rapidi (da: Bosco 1983).
Cometti
Tab.1 da Cometti modificato.

Fattori nervosi

Per quanto riguarda invece i Fattori Nervosi essi comprendono: Il reclutamento (spaziale e temporale), la sincronizzazione e la coordinazione intermuscolare.

componenti nervose
Fig. 5 – Componenti nervose del movimento.

Reclutamento delle fibre

Le fibre muscolari si contraggono ed esprimono tensione per effetto di stimoli nervosi che dal sistema nervoso centrale raggiungono le fibre stesse attraverso un motoneurone. L'insieme delle fibre innervate dallo stesso motoneurone formano le unità motorie . Il numero di fibre per unità motoria varia a secondo dei muscoli, ad esempio si va dalle tre fibre per il muscolo estrinseco dell'occhio alle circa 1770 fibre per il soleo (Aubert).Mentre le unità motorie per muscolo varia dalle 100 alle 700 unità. 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. I primi adattamenti avvengono a livello di sistema nervoso e successivamente avvengono dei cambiamenti a livello morfologico (ipertrofia). 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. L'intervento iniziale del miglioramento di forza, da parte del sistema nervoso, è stato dimostrato con studi in allenamento di breve durata che hanno evidenziato miglioramenti di forza massimale, senza aumento di volume muscolare. Komi, Viitassalo, Rauramaa e Vihko (1979) Moritano e De Vries (1979) Tesch, Hjort e Balldin (1983).

forza massimale
Fig.6 - Rappresentazione dei relativi ruoli di adattamento neurale e morfologico all'allenamento di forza massimale. (da: Bosco 1983).

Nella Fig.7 si nota l'effetto di un allenamento di forza su un braccio allenato ed uno non allenato. L'incremento di forza per il braccio allenato è dato da un aumento della massa muscolare e da un livello di attivazione nervosa maggiore. Per l'arto non allenato l'aumento di forza è dato solo da un incremento dell'attività nervosa.

effetto forza
Fig.7 - Effetto di un allenamento di forza sul braccio allenato ed il braccio non allenato.

L'effetto positivo dello stimolo, all'inizio dell'allenamento, agisce prevalentemente sul numero di fibre da reclutare. Un soggetto sedentario normalmente recluta solo il 30-50% delle unità a disposizione, dalla fig.8 si nota come 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.

reclutamento
Fig.8 - Rappresentazione dei fenomeni di reclutamento nell'aumento di forza (Fukunaga 1976).

Il reclutamento delle fibre muscolari è normalmente spiegato con la legge di Henneman che mostra come le fibre lente siano reclutate prima delle rapide. Per carichi leggeri sono reclutate fibre lente, per un carico medio si reclutano fibre intermedie e solo con carichi elevati si attivano fibre veloci. Questa legge oggi è stata rimessa in discussione quando si parla di movimenti balistici. La legge rimane valida solo se i movimenti con carichi leggeri sono spostati a basse velocità cioè se si passa da esercizi eseguiti blandamente come la corsa lenta e si va verso esercizi di forza. In movimenti balistici le unità motorie rapide vengono reclutate senza che siano sollecitate le fibre lente fig.9.

unita motorie
Fig. 9 - Modello ipotetico di reclutamento delle varie unità motorie lente (ST) intermedie (FTa) e veloci (FTb) (da: Stuart ed Enoka 1983).

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) Successivamente con l'allenamento migliora la capacità di reclutare sempre più unità motorie nel medesimo tempo (reclutamento temporale). Il reclutamento temporale è spiegato nel seguente modo: il muscolo risponde ad un impulso con una contrazione, al sopraggiungere di un secondo impulso la contrazione diventa maggiore; una serie di impulsi ravvicinati provoca un tetano ravvicinato fino ad arrivare al tetano completo Fig.10, normalmente la fascia delle frequenze è compresa tra 8 e 50-60 hertz.

temporale
Fig. 10 - Reclutamento temporale.

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. La sincronizzazione è regolata da un particolare sistema inibitorio composto da interneuroni chiamate cellule di Renshaw . Queste cellule formano un sistema di sicurezza con l'effetto di deprimere l'attività dei motoneuroni.

Il risultato è pertanto una diminuzione della frequenza di scarica del motoneurone, per cui viene impedita un'eccessiva attività con eventuale sovraccarico del muscolo. Un miglioramento della sincronizzazione con conseguente inibizione del circuito di Renshaw (fig.11), si può avere attraverso esercitazioni molto intense come ad esempio balzi pliometrici.

cellula
Fig. 11 - Cellula di Renshaw.

Coordinazione 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. Di solito gli esercizi utilizzati per lo sviluppo della forza, nelle sue varie espressioni, sono molto diversi dal gesto tecnico, per questo è importante che l'allenamento della forza sia combinato con altri esercizi che si avvicinano sempre più alla tecnica specifica della disciplina praticata. Questi esercizi in gergo vengono definiti esercizi di forza speciale e specifica ed ogni disciplina sportiva ha i propri esercizi speciali.

Altro fenomeno che rientra tra la coordinazione intermuscolare è il rapporto tra muscoli agonisti ed antagonisti, la cosiddetta co-contrazione degli antagonisti. La contrazione dei muscoli agonisti a volte è accompagnata da una simultanea contrazione degli antagonisti, soprattutto durante esercitazioni molte rapide ed intense. Questo fenomeno si verifica spesso in atleti poco evoluti tecnicamente o su atleti che apparentemente non accusano nessun problema ma che, in effetti, presentano il muscolo interessato non in perfette condizioni fisiche. Questo fenomeno costituisce una sorta di meccanismo di difesa.

Fattori legati allo stiramento

Generalmente un muscolo preventivamente allungato, con piccole variazioni,esprime nel successivo accorciamento una forza maggiore rispetto ad una semplice contrazione eccentrica. La conseguenza di questo fenomeno dipende: dall'intervento del riflesso miotattico e dall'elasticità muscolare.

L'importanza delle esercitazioni pliometriche è quella di stimolare il sistema neuromuscolare tale da provocare sollecitazioni che permettono di sviluppare, in tempi molto brevi, elevatissimi livelli di forza ad alte velocità. La condizione essenziale per avere elevati sviluppi di forza, è quella di una limitata variazione angolare delle articolazioni interessate. Le esercitazioni pliometriche stimolano fortemente, con il meccanismo stiramento-accorciamento, sia le strutture miogene (parte contrattile del muscolo) che quelle neurogene (sistema nervoso). La stimolazione più importante avviene a livello neurogeno dove vengono ad essere sollecitate due funzioni tra l'altro in contrasto tra loro: inibitoria ed eccitatoria. L'equilibrio che si crea tra gli stimoli inibitori e quelli eccitatori influenzano le condizioni di realizzazione della prestazione.

L'unità motoria è costituita da un motoneurone, chiamato più precisamente alfamotoneurone, e dall'insieme di fibre che esso innerva. L'alfamotoneurone riceve informazioni o meglio stimoli dal Sistema Nervoso Centrale (SNC) e le trasmette alle fibre, le quali si contraggono. Oltre a ricevere informazioni dal SNC, l'alfamotoneurone riceve altre informazioni provenienti, al momento dell'allungamento, da fibre afferenti le quali inviano, attraverso fusi neuromuscolari chiamati betamotoneuroni, ulteriori stimoli che vanno a sommarsi a quelli provenienti dal SNC potenziandolo e permettendo un maggior reclutamento. Questa funzione eccitatoria è definita riflesso miotattico o riflesso da stiramento. Oltre a sollecitazioni eccitatorie ve ne sono altre inibitorie provenienti dai tendini dove sono situati particolari sensori chiamati corpuscoli tendinei del Golgi (GTG). La funzione dei GTG è di inibire, o più semplicemente evitare, eccessivi sviluppi di forza che potrebbero provocare infortuni muscolari. L'allenamento con esercitazioni pliometriche innalza la soglia di eccitabilità dei recettori del Golgi in modo da avere una migliore risposta neuromuscolare, cioè un maggior sviluppo di forza. La migliore risposta neuromuscolare si ha quando gli stimoli eccitatori del riflesso miotattico superano gli stimoli inibitori esercitati dai GTG. Nelle esercitazioni pliometriche, oltre alle componenti già descritte, per una risposta positiva a livello dell'attività elettrica vi sono altre componenti che danno ulteriori vantaggi ai fini di maggiori sviluppi di forza. I vantaggi derivano dalle componenti elastiche, le quali, una volta prestirate, restituiscono energia che va a sommarsi alla contrazione concentrica, per un ulteriore contributo allo sviluppo di forza. Un fattore molto importante ai fini dell'efficacia muscolare dovuta ad uno stiramento, è il tempo di "accoppiamento" (Bosco 1982), cioè il tempo che divide la fase di stiramento con la fase di accorciamento. Bosco ha dimostrato che più breve è il tempo di accoppiamento, più elevata è la restituzione di energia potenziale.

stiramento
Fig. 12 - Si riassumono i punti più importanti dello stiramento muscolare (da: Cometti).

La quasi totalità degli sport presentano gesti tecnici con componenti a carattere pliometrico, perciò è importante inserire nell'allenamento esercitazioni che sollecitano la componente di allungamento-accorciamento.