Training e Stiffness
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Training e Stiffness

Utilizzare diversi metodi per “allenare” la stiffness, consente di ottenere maggiori risultati su più versanti a livello fisico e di conseguenza sulla prestazione sportiva.

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Training e Stiffness

Definendo la stiffness come la rigidità con la quale il sistema muscolo-tendineo reagisce al carico applicato osserviamo che l’unitmuscolo-tendinea può essere considerata come una molla in grado di accumulare energia nella fase di allungamento (stiramento muscolare) e restituirne in parte nella fase successiva (di accorciamento). Quindi è necessario “allenare” la stiffness dell’arto inferiore con un lavoro muscolare legato alla forza, alla contrazione agonista-antagonista (inibizione reciproca), e alla co-contrazione muscolare (quando due muscoli agonisti ed antagonisti si contraggono in modo sinergico e comune).

La stiffness degli arti inferiori in funzione dell’allenamento isometrico

Studi condotti da Kubo dimostrano che la stiffness del complesso tendine-aponeurosi negli estensori del ginocchio è inversamente correlata con la differenza nell’altezza di salto tra salti eseguiti con e senza contromovimento.

Inoltre, i valori di stiffness aumentano dopo vari tipi di allenamento di resistenza. Tra questi, l'incremento della rigidità del complesso tendine-aponeurosi risulta superiore dopo l'allenamento isometrico rispetto all'allenamento isotonico. Utilizzando una leg press orizzontale, i soggetti coinvolgono nell’esercizio il 70% della massima contrazione volontaria (MVC) (15s x 10 ripetizioni con un minuto di recupero tra le ripetute). Viene eseguito un protocollo di allenamento 4 volte alla settimana per 12 settimane e la posizione assunta nell’allenamento isometrico è mostrata in figura 1.

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Figura 1. Squat in isometria

In figura 2 si può osservare il comportamento degli estensori del ginocchio durante questo tipo di allenamento;

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Figura 2 comportamento degli estensori del ginocchio nell’allenamento isometrico.

la stiffness del complesso tendine-aponeurosi è incrementata del 16% dopo l’allenamento (figura 3) e lo spostamento P1 comprende l’allungamento dell’aponeurosi del vasto laterale e del tendine rotuleo; inoltre la curva forza-allungamento del tendine rotuleo non subisce modificazioni dopo l’allenamento (figura 4).

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Figura 3 Miglioramenti nella leg stiffness del gruppo di allenamento.
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Figura 4 Non si riscontrano differenze a livello tendineo tra i due gruppi.

Risulta dunque utile approfondire il fatto che il turnover di collagene appare più efficace e rapido nel muscolo scheletrico rispetto ai tendini extramuscolari; il tendine ha un consumo di ossigeno 7,7 volte inferiore rispetto al muscolo scheletrico ed è per questo che si riscontra un turnover di collagene maggiore all’interno dell’aponeurosi rispetto al tendine. Dopo questo programma di allenamento si può verificare che la differenza nell’altezza di salto tra un salto verticale eseguito senza (SJ) o con l’esecuzione di un contro-movimento (CMJ) risulta notevolmente diminuita; la stiffness del complesso tendine-aponeurosi aumenta dopo un allenamento isometrico e non mostra incrementi dopo allenamenti dinamici (allenamento di squat dinamico aumenta l’altezza di salto durante il CMJ).

Inoltre, l’aumento di forza indotto nel quadricipite femorale e nei muscoli aduttori durante il CMJ non aumenterebbe notevolmente la quantità di energia elastica immagazzinata poiché i tendini di tali muscoli sono relativamente brevi e rigidi. Il tempo che intercorre tra la contrazione eccentrica e concentrica deve essere più breve possibile per immagazzinare e rilasciare energia elastica durante esercizi con cicli stiramento-accorciamento rapidi; perciò l’aumento dell’altezza di salto in prestazioni come lo SJ è causato dall’incremento della forza muscolare e non della stiffness tendinea.1

La stiffness dell’arto infieriore in funzione dell’allenamento pliometrico

È possibile esaminare un programma di allenamento pliometrico due volte alla settimana imposto a 3 gruppi di età differente (9-12-15 anni) nel quale i soggetti eseguono dei salti massimali e dei saltelli sub-massimali su tappetino a contatto; osservando l’indice di forza reattiva si valutano notevoli miglioramenti nei ragazzi di 12 anni dopo l’esecuzione di salti massimali, tuttavia, i valori maggiori di forza reattiva sono riscontrabili nei ragazzi di 15 anni.

La stiffness dell’arto inferiore è aumentata dopo l’allenamento sia nei ragazzi di 12 che in quelli di 15 anni con questi ultimi che rilevano maggiori valori di stiffness rispetto agli altri due gruppi; studiando il tempo di contatto al suolo, in tutti i gruppi si osserva una diminuzione dopo il programma di allenamento e i valori minori sono riscontrabili nel gruppo di ragazzi di 9 anni. Tali risultati rilevano la capacità dei soggetti giovani di migliorare la tolleranza al carico eccentrico sull’unità muscolo-tendinea durante salti massimali; nello specifico, un maggiore riflesso da stiramento, un’aumentata velocità di sviluppo della forza e un aumento della sensibilità degli organi tendinei del Golgi, potrebbero rappresentare gli adattamenti neuromeccanici che permettono ai soggetti di tollerare e superare le forze di impatto registrate durante l’esecuzione di salti massimali.

Nell’adulto, è la stiffness articolare a mostrare notevoli incrementi dopo 12 settimane di allenamento pliometrico, con il contemporaneo aumento nell’altezza di salto durante lo squat, counter-movement e drop jump. I giovani di 15 anni hanno dimostrato un notevole aumento per quanto riguarda la leg stiffness; ciò riflette l’importante influenza della massa corporea sulla stiffness dell’arto inferiore; infatti, i ragazzi in età puberale rispetto a quelli più giovani presentano una maggiore massa corporea, richiedendo una stiffness complessiva più alta per mantenere lo spostamento del centro di massa durante il contatto al suolo.

I miglioramenti nella leg stiffness possono essere correlati alle significative riduzioni nel tempo di contatto al suolo, suggerendo che il programma di allenamento pliometrico ha portato miglioramenti a livello dell’unità muscolo-tendinea; facendo riferimento allo spring-mass model, una riduzione del tempo di contatto al suolo richiederebbe una maggiore velocità di sviluppo della forza e un utilizzo più efficace dell’energia elastica per sostenere lo spostamento del centro di massa. Inoltre, vi è un concomitante aumento nell’attività del riflesso da stiramento e la regolazione neurale degli estensori della gamba gioca un ruolo fondamentale nella modulazione della leg stiffness nei ragazzi; dopo aver completato un programma di allenamento pliometrico, si può osservare un miglioramento nell’eccitabilità del muscolo soleo, riflettendo il comando volontario spinale per attivare il muscolo durante un periodo tra i 30 e i 60 millisecondi della fase di contatto al suolo. L’allenamento pliometrico migliora il contributo riflesso di tutta la leg stiffness grazie all’aumento dell’attività del muscolo prima e durante la fase di contatto al suolo.2

Stiffness e performance: differenze tra atleti di resistenza e soggetti non allenati

Osservando prestazioni di salto su piattaforma di forza riguardanti atleti di resistenza e soggetti non allenati si riscontrano valori simili per quanto riguarda la frequenza del salto e delle sostanziali differenze nei tempi di contatto al suolo (più brevi negli atleti di resistenza), e nei tempi di volo (maggiori nei soggetti allenati). In questo tipo di prestazione i valori di stiffness articolare della caviglia e del ginocchio sono notevolmente superiori negli atleti di resistenza mentre la stiffness articolare dell’anca non differisce di molto (figura 5);

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Figura 5 Confronto leg stiffness (E) e stiffness articolare (F) tra atleti di resistenza e soggetti non allenati.

esaminando gli angoli articolari di caviglia, ginocchio e anca non si riscontra una netta differenza tra i due gruppi. È stato dimostrato che programmi di allenamento di resistenza provocano un aumento della stiffness a livello muscolare associata ad una diminuzione delle fibre a contrazione rapida; perciò gli atleti di resistenza presentano maggiori fibre a contrazione lenta rispetto ai soggetti non allenati e tali fibre possiedono una stiffness più elevata rispetto alle fibre veloci; inoltre, l’angolo di pennazione del muscolo gastrocnemio mediale (Gam) e del vasto laterale risulta più ampio negli atleti di resistenza; considerando che la joint stiffness è in parte influenzata dal momento articolare, le differenze negli angoli di pennazione dei muscoli sembrano influenzare la stiffness articolare.

Infatti, gli atleti di resistenza presentano un maggiore momento angolare della caviglia rispetto ai soggetti non allenati; perciò, si può ipotizzare che la differenza nella stiffness articolare tra i due gruppi è dovuta alla stiffness delle fibre muscolari piuttosto che alla stiffness tendinea.3

Numerosi studi hanno dimostrato che le strutture tendinee degli atleti di resistenza presentano una stiffness più elevata rispetto ai soggetti non allenati per quanto riguarda gli estensori del ginocchio, ma non per i flessori plantari; tuttavia, si è osservato che l’area della sezione trasversale del tendine di Achille degli atleti di resistenza risulta più ampia rispetto ai non corridori, ciò può essere spiegato dalla differenza nella massa corporea e nella preparazione fisico-atletica tra i due gruppi.

Una maggiore comprensione di come i protocolli di allenamento influiscano sulla leg stiffness ci fornirà una base per una migliore prevenzione degli infortuni durante le attività sportive; studi precedenti hanno dimostrato che un’elevata stiffness dell’arto inferiore può causare lesioni ossee, mentre valori bassi di leg stiffness sono associati a infortuni dei tessuti molli.4

Stiffness e performance nelle discipline di potenza e di resistenza

Nello studio condotto da Hobara sono stati esaminati due gruppi differenti di atleti, quelli provenienti da un programma di allenamento di endurance e quelli che hanno seguito un protocollo di allenamento di potenza (sprint training); ai soggetti è stato chiesto di eseguire dei salti su una pedana di forza con mani poggiate ai fianchi per poi andare a calcolare la leg stiffness in riferimento allo spring-mass model.

Gli atleti di potenza (PT) mostrano valori di leg stiffness maggiori rispetto agli atleti di resistenza (DR) ad entrambe le frequenze di salto (figura 6).

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Figura 6 Leg stiffness: confronto a determinate frequenze di salto

Inoltre gli sprinters mostrano un tempo di contatto al suolo più breve e un maggior tempo di volo (salti più alti); le differenze nella stiffness dell’arto inferiore sono conseguenti alle variazioni nella stiffness articolare della caviglia a frequenze di 3.0 Hz e del ginocchio a frequenze di 1.5 Hz (figura 7).

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Figura 7 Stiffness articolare a confronto a determinate frequenze di salto.

L’articolazione della caviglia gioca un ruolo fondamentale per la produzione dell’energia di propulsione verticale durante il salto (hopping); nell’esecuzione di un drop jump da una data altezza, il comportamento dell’articolazione del ginocchio è egualmente fondamentale. Si è osservato che il salto eseguito ad una frequenza di 1.5 Hz risulta cinematicamente simile ad un drop jump eseguito da un’altezza di 50 cm; in questi tipi di performance, la pre-attivazione muscolare è modulata da comandi motori centrali con la funzione di aumentare la stiffness articolare in previsione della forza di impatto che si incontrerà all’atterraggio.

Le differenze nella joint stiffness riscontrabili nei due gruppi sembrano causate da proprietà intrinseche del sistema muscolo-scheletrico. I livelli di attivazione muscolare risultano essere più elevati negli atleti di resistenza, i quali possiedono maggiori fibre a contrazione lenta (stiffness più elevata rispetto a quelle a contrazione rapida). Si può affermare che le differenze nella leg stiffness tra i due gruppi sono causate dall’incremento nella joint stiffness influenzato dalla stiffness del complesso tendine-aponeurosi.5

L’influenza del carico sulla leg stiffness

Durante la corsa, la distanza tra il centro di massa e il piede diminuisce conseguentemente alla flessione dell’anca, del ginocchio e della caviglia raggiungendo il valore minimo nel mezzo della fase di appoggio; la leg stiffness è quindi correlata agli angoli articolari dell’estremità degli arti inferiori.

Quando si muovono con carichi progressivamente maggiori, i soggetti compensano l’aumento della forza di reazione al suolo con l’incremento del tempo di contatto al suolo e della flessione nelle articolazioni degli arti inferiori. La leg stiffness aumenta a causa dell’incremento del picco di forza di reazione al suolo e della riduzione nell’allungamento della gamba nella fase di appoggio; nella “tabella 1” si osservano i valori di leg stiffness e del picco di forza di reazione al suolo per ogni incremento di carico del 10% rispetto al peso corporeo. La percentuale di aumento nel picco di forza di reazione al suolo risulta più bassa rispetto al carico aggiunto (figura 8).

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Figura 8 Soggetti che corrono con o senza carico (Silder e coll., 2015).

Il trasporto di carichi porta ad un incremento del tempo di contatto al suolo durante la fase di appoggio con conseguente aumento angolare nella flessione dell’anca, del ginocchio e della caviglia (figura 9)

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Figura 9 Date varie % di carico, nella fase di appoggio aumenta la flessione del ginocchio e dell’anca; le rappresentazioni sulla destra mostrano gli angoli articolari con ciclo del passo pari al 10%.

Sebbene si verifichi un leggero aumento nel picco di forza di reazione al suolo, la percentuale di incremento della leg stiffness appare molto simile al carico aggiunto nella corsa (20 e 30% del peso corporeo) (figura 10).

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Figura 10 La percentuale di aumento della leg stiffness (24%) è maggiore rispetto all’incremento del picco di forza di reazione al suolo (13%) tra la corsa senza carichi e con carichi del 30%

Il maggiore aumento della stiffness dell’arto inferiore è causato dalla riduzione della compressione della gamba nelle fase di appoggio. Naturalmente, l’aumento nella flessione articolare a causa del carico aggiunto necessita di una maggiore attivazione muscolare che può portare ad un incremento del costo metabolico; ad esempio, quando si corre con un carico pari al 30% del peso corporeo, il costo metabolico aumenta in media del 38%.6

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