Gli indici di forza isometrica possono costituire un fattore predittivo della performance dinamica?
di Gian Nicola Bisciotti(1) (2), Sandra Greco(2)

1 Laboratorio di Scienza dello Sport, Facoltà di Scienza dello Sport Università di Besançon (Francia)
2 Istituto Superiore di Educazione Fisica di Torino

Abstract: I valori di forza isometrica vengono spesso assunti, sia come indici di base nella parametrizzazione dell’allenamento, sia come fattori predittivi della performance dinamica.

Tuttavia la loro interpretazione non risulta sempre così immediata e la loro correlazione con la performance dinamica risulta spesso discutibile.

Nel presente studio vengono consideratati i rapporti esistenti tra la performance dinamica ed il rateo di produzione di forza isometrica di due gruppi di atleti costituiti rispettivamente da 7 maschi e 8 femmine, inoltre è discussa la relazione esistente tra gli indici di forza isometrica considerati e la percentuale di riutilizzo di energia elastica registrata durante le performance dinamiche che comportino un ciclo stiramento-accorciamento

Key words: Valutazione della performance dinamica, Forza isometrica massimale , Rateo di produzione della forza isometrica, Ciclo stiramento-accorciamento, Accumulo e restituzione di energia elastica.

INTRODUZIONE

Una contrazione muscolare è definita isometrica quando il muscolo è stimolato a lunghezza costante, senza permettere alle sue estremità di avvicinarsi.

Sperimentazioni che comportino contrazioni isometriche vengono effettuate in laboratorio, su muscolo isolato al fine di determinare la forza sviluppata dal muscolo stesso in funzione del tempo.

Oltre a ciò, la valutazione isometrica della funzione muscolare è una pratica largamente impiegata anche nel muscolo in vivo, ed è a tutt’oggi un metodo di indagine ritenuto valido al fine di studiare le caratteristiche biomeccaniche del muscolo (Clarke 1948, Hakkinen 1993, Baker e coll. 1994, Murphy e coll. 1995).

In linea generale questi tipi di test vengono utilizzati sia per quantificare la forza massimale isometrica che la sua produzione in funzione del tempo (RFD, Rate of Force Development).

Tuttavia negli ultimi anni viene sempre più messa in discussione la validità dei test di forza isometrica nel poter fornire indicazioni valide relative al comportamento dinamico del muscolo (Wilson e coll. 1996).

Infatti se esaminiamo le correlazioni tra la massima forza isometrica e la prestazione dinamica, non possiamo fare a meno di esprimere alcune perplessità sulla sua validità in quanto indicatrice della funzione dinamica del muscolo.

Infatti, anche se da un lato alcuni Autori dimostrano la sua correlazione nei confronti della prestazione sportiva , come nel caso del basket (Hakkinen 1987), del canottaggio ( Secher 1975) e delle discipline veloci dell’atletica leggera (Mero e coll. 1981), molti altri studi sottolineano la minima correlazione esistente tra la massima forza isometrica e la prestazione dinamica , anche nel caso di protocolli di test molto specifici nei confronti della disciplina indagata (Considine e coll. 1973, Viitasalo 1981, Jaric e coll. 1989, Bloomfield e coll. 1990, Strass 1991, Murphy e coll. 1994 ).

Per questo motivo, anche se la forza massimale isometrica può ritenersi un indice della massima espressione di forza , le indicazioni che si possono ricavare da quest’ultima riguardo al comportamento dinamico del muscolo sono perlomeno discutibili (Atha 1981, Enoka 1994, Wilson e coll. 1996).

Inoltre occorre ricordare come i test isometrici siano scarsamente, se non del tutto insensibili, alle variazioni muscolari indotte dall’allenamento svolto in regime dinamico ( Baker e coll. 1994, Wilson e coll. 1997).

Un ulteriore utilizzazione dei test di forza isometrica, è rappresentato dal loro utilizzo per quantificare la velocità di sviluppo della forza isometrica stessa (RFD).

A questo scopo vengono utilizzati diversi protocolli di test , infatti anche se in senso generale l’ RFD viene interpretato come il punto di massima pendenza nella curva forza-tempo, numerosi Autori identificano diversi metodi di calcolo per la sua quantificazione.

L’ intervallo di calcolo infatti può andare da 5 a 100 millisecondi (Viitasalo e coll. 1980, Bürle 1985, Gollhofer 1987, Baker e coll.1994, Christ e coll. 1994, Wilson e coll. 1994, Verchoshansky 1996.).

Altri Autori utilizzano una quantificazione dell’ RFD basata sul tempo necessario al raggiungimento di una certa percentuale della forza massimale isometrica (Hakkinen e coll. 1985, Viitasalo e coll. 1980), oppure calcolando l’integrale della forza sul tempo (ò F(dt) ) su diversi intervalli di quest’ultimo (Verchoshansky 1996).

La base comune di tutti i protocolli di quantificazione dell’RFD è comunque l’indagine sulle capacità di sviluppare in tempi brevi un’apprezzabile percentuale della massima forza isometrica, per questo motivo l’ RDF viene interpretato da molti autori come un indice isometrico che potrebbe essere maggiormente correlato alla performance dinamica.

Anche in questo campo di indagine i risultati sono abbastanza contraddittori.

Alcuni Autori (Vittasalo e coll. 1981) hanno infatti dimostrato come l’RFD sia correlato, seppure in maniera modesta (0.49-0.66), con l’esecuzione di movimenti balistici degli arti inferiori, in altri studi più recenti (Viitasalo e Aura 1984) l’RFD isometrico è risultato molto più strettamente correlato alla prestazione di salto (r 0.9) , oppure si è rivelato essere un parametro discriminante più importante nei confronti della performance dinamica , rispetto al semplice valore di forza massimale isometrica (Komi 1984).

Tuttavia numerosi altri Autori non hanno riscontrato nessuna correlazione significativa tra l’RFD isometrico e la performance dinamica (Mero e coll.1981, Wilson e coll. 1995, Young e Bilby 1993, Pryor e coll.1994).

Le ragioni di questa scarsa correlazione che numerosi Autori rilevano tra i diversi indici di forza isometrica ed il comportamento muscolare in regime dinamico, è da ricercarsi nelle notevoli differenze di tipo nervoso e meccanico tra l’attivazione muscolare di tipo isometrico e quella di tipo dinamico (Wilson e coll. 1995).

Infatti alla base della differenza tra attivazione dinamica ed isometrica del muscolo possono risiedere fattori neurogeni inerenti al tipo di reclutamento.

Questa forte disomogeneità di risultati ci ha indotto allo studio dell’andamento dell’ RFD isometrico, quantificato secondo diversi protocolli di calcolo, nei confronti di differenti tipi di performance dinamica che comportino diversi pattern di attivazione.

Più precisamente i tipi di performance dinamica scelti sono stati: lo Squat Jump (SJ) , ritenuto indicativo per l’espressione di forza a carico della sola componente contrattile, il Counter Movement Squat Jump (CMJ) per le informazioni riguardanti lo stoccaggio ed il riuso di energia elastica durante uno stretching -shorten cycle di tipo aciclico , il Rebound Jump 10’’ (RJ 10’’) e lo sprint sui 30m.t. per le informazioni riguardanti lo stoccaggio ed il riuso di energia elastica durante uno stretching -shorten cycle di tipo ciclico.

METODI

SOGGETTI

Nel presente studio è stata presa in considerazione una popolazione di 7 soggetti di sesso maschile la cui età era di 18.3 + 1.5 anni (media + deviazione standard), di altezza uguale a 169.85 +3.8 cm e di peso pari a 69.29 + 7.54 kg ed 8 soggetti di sesso femminile la cui età era di 17.9 +1.2 anni, di altezza uguale a 163.81 +6.4 cm e di peso pari a 53.13 + 3.81 kg

Tutti i soggetti praticavano regolarmente un’attività sportiva e dimostravano buona dimestichezza con la modalità esecutiva degli esercizi che costituivano la batteria di test proposta.

Nel periodo durante il quale sono stati effettuati i test tutti i soggetti hanno continuato ad allenarsi regolarmente.

Inoltre tutti i soggetti sono stati preventivamente informati sullo scopo della ricerca.

Tabella 1: media e deviazione standard dei dati antropometrici

PROTOCOLLO

Il Rate of Force Development (RFD) è stato misurato su pedana dinamometrica a strain gauge (Techmachine PF 350, Andrezieux-Boutheon, France), su movimento di distensione degli arti inferiori, con l’angolo articolare del ginocchio standardizzato a 90°.

Ad ogni soggetto è stato richiesto di effettuare un test isometrico di distensione delle gambe dalla posizione di semi-squat, cercando di effettuare la massima produzione di forza in un tempo minimo. La durata della contrazione è stata di ~ 3’’ (Wilson e coll. 1995) .

Per effettuare tale spinta i soggetti erano posti sulla pedana di forza, ed utilizzavano una sbarra di 180 cm., del peso di 8 Kg., che era vincolata al suolo tramite due catene inestensibili.

In tutti i test i soggetti furono istruiti a produrre il massimo della forza nel minimo tempo possibile (Bemben e coll. 1990.) evitando di applicare forza prima dell’inizio del test (Viitasalo 1982)

L’ RFD è stato quantificato attraverso i seguenti tipi di calcolo:

La quantità di forza prodotta dopo 30 ms. dall’inizio della spinta (IF 30) (Bürle 1985).

La quantità di forza prodotta dopo 50 ms. dall’inizio della spinta (IF 50) (Gollhofer, 1987).

La quantità di forza prodotta dopo 100, 200, 300 ms. dall’inizio della spinta (IF 100, IF 200, IF 300) (Wilson e coll., 1994).

L’integrale della Forza sul tempo durante i primi 30,50, 100, 200, 300 ms. di spinta (ò F(dt) 30), (ò F(dt) 50) , (ò F(dt) 100), (ò F(dt) 200), (ò F(dt) 300) (Verchoshansky 1996).

Il tempo necessario alla produzione del 30%, 50% e del 90% della MIF (t 30%, t 50%, t 90%) (Hakkinen e coll., 1985, Viitasalo e coll., 1980).

L’inizio della spinta è stato parametrizzato sulla variazione del 5% del peso corporeo registrato sulla pedana di forza (Belli, comunicazioni personali, 1997).

Gli esercizi di performance dinamica che costituivano la batteria di test sono stati :

I test di Sj, Cmj, Rj sono stati effettuati su di una pedana a conduttanza (Ergo Jump Bosco System®) secondo il protocollo utilizzato normalmente per questa batteria di test (Bosco 1992).

Lo sprint sui 30 m.t. è stato effettuato su di una pista di atletica ed il relativo tempo di percorrenza è stato rilevato attraverso cronometraggio elettronico effettuato mediante una doppia serie di fotocellule, piazzate rispettivamente sulla linea di partenza e di arrivo e collegate ad un cronometro al centesimo di secondo .

Inoltre è stata calcolata la percentuale di restituzione di energia elastica partendo dai valori delle altezze registrate durante i test di Sj e Cmj attraverso la seguente formula (Wilson e coll. 1991) :

(Cmj — Sj ) / Cmj · 100

ANALISI STATISTICA

Sono stati calcolati gli indici statistici ordinari come media, deviazione standard e varianza per ogni variabile e condizione considerata.

Infine sono state effettuate le regressioni lineari per tutti gli indici considerati utilizzando il metodo di minimizzazione dei minimi quadrati.

La significatività statistica è stata fissata ad un p<0.05.

RISULTATI

Per la consultazione dei risultati ritrovati rimandiamo alla consultazione della tabella di correlazione.

Tabella 2 : media e deviazione standard dei dati considerati

DISCUSSIONE

Il dato più significativo che emerge dal presente studio è la sostanziale mancanza di correlazione tra i valori di RFD, nei confronti della performance dinamica.

Questa mancanza di correlazione da noi ritrovata ben si colloca nell’ambito della bibliografia già esistente (Considine e coll. 1973, Viitasalo 1981, Jaric e coll. 1989, Bloomfield e coll. 1990, Strass 1991, Murphy e coll. 1994 ).

In primo luogo occorre sottolineare come la possibile scarsa specificità dei test isometrici nei confronti della performance dinamica non possa essere considerata l’unica ragione dei risultati ottenuti.

Nell’ambito dei test da noi considerati infatti, la maggior specificità dovrebbe risultare tra la IF 100 , ò F(dt) 100 ed i 30 metri di sprint; in effetti l’impulso di forza nei primi 100 ms. è stato ultimamente frequentemente usato per la quantificazione dell’ RFD, quando quest’ultimo viene correlato alla performance di sprint, dal momento che i tempi di contatto del piede al suolo nelle discipline di sprint sono dell’ordine di circa 100 ms. Per cui l’RFD calcolato nei primi 100 ms. dovrebbe essere un indice che riflette la performance di sprint (Mero e coll., 1992; Wilson e coll., 1995).

Anche in questo caso non è stata registrata alcuna correlazione statisticamente significativa anche se, dal punto di vista della specificità del test, dobbiamo sottolineare che buona parte della forza nella biomeccanica dello sprint viene sviluppato nella fase eccentrica dello stretching shorten cycle (Mero e coll. 1982, Mero e Komi 1986).

Questo risultato comunque ben si accorda con quanto reperibile in bibliografia , dove numerosi Autori sottolineano la mancanza di correlazione tra forza isometrica e prestazione dinamica anche nel caso di protocolli di test molto specifici nei confronti dell’attività considerata (Considine e coll. 1973, Viitasalo 1981, Jaric e coll. 1989, Murphy e coll. 1994 ).

In effetti alcune limitazioni di tipo fondamentale potrebbero inficiare concettualmente la piena validità dei test di forza isometrica , soprattutto per ciò che riguarda la loro correlazione con la prestazione dinamica.

Uno dei maggiori limiti della valutazione isometrica è la specificità dei valori di forza legati all’angolo articolare di misurazione.

Il valore di forza isometrica è infatti fortemente legato all’angolo articolare di misurazione, in ragione del fatto che a diversi angoli articolari corrispondono diversi gradi di ricopertura dei miofilamenti di actina e di miosina e quindi differenti valori di forza (Cavagna 1988, Sale 1991, Duchateau e coll. 1984).

Questo fatto costituisce uno dei maggiori problemi inerenti alla misurazione della MIF e conseguentemente dell’ RFD , infatti non si può supporre che esistano valide correlazioni tra i valori di forza isometrica ottenuti ai differenti angoli articolari in un determinato ciclo di movimento (Wilson e coll. 1996).

In bibliografia non esiste infatti nessuna ricerca che documenti che ogni angolo del movimento sia rappresentativo della totalità del movimento stesso ( Murphy e coll. 1995).

A questo proposito una ricerca di Murphy e coll. (1995) documenta la relazione tra i valori di MIF registrati durante l’esecuzione dell’esercizio di bench press ad angoli articolari a carico dell’articolazione del gomito di rispettivamente 90° e 120° .

Questa ricerca documenta come la correlazione tra i valori di forza misurati ai due angoli articolari sia di 0.7 , indicando in tal modo che più del 50% della varianza non era comune ai due angoli articolari considerati.

Questi dati ben si accordano con quelli desumibili da un’altra esperienza simile, dove i valori di MIF a carico della muscolatura estensoria degli arti superiori sempre durante l’esercizio di bench press, registrati rispettivamente al 25% dell’intero ciclo del movimento (pari ad un angolo articolare al gomito di 80+10°) ed al 75% (pari ad un angolo articolare al gomito di 116,3 +12,3°) mostravano una correlazione di 0.74 (Bisciotti e Belli. 1997).

Inoltre recentemente Murphy e Wilson (1996) utilizzando analisi di spettro hanno evidenziato come attivazioni isometriche e dinamiche siano caratterizzate, sia da diversi pattern di reclutamento delle unità motorie, che da diverse frequenze di scarica.

Tali considerazioni avvallano le ipotesi di differenti tipi di attivazione neuromuscolare tra i due meccanismi già avanzate da Henry e coll. (1960) , anche se le loro conclusioni non erano in verità suffragate da indagini elettromiografiche.

Infatti le unità motorie potrebbero seguire il classico principio di reclutamento di Hennemann e coll. (1965) solamente in particolari condizioni di attivazioni isometrica , mentre l’attivazione di tipo dinamico potrebbe comportare un pattern di reclutamento molto diverso (Person 1974, Caldwell e coll.1993, , Nakazawa e coll. 1993, Bosco e coll. 1995).

A questo proposito occorre sottolineare come l’attività elettromiografia (IEMG rms) sia notevolmente superiore nel caso di un movimento balistico rispetto ad un’attivazione muscolare isometrica, sottolineando la differenza di pattern di reclutamento muscolare (Bosco e coll. 1977, Desmet e coll. 1977).

D’altro canto la differenza di pattern di attivazione tra contrazione isometrica e dinamica viene sottolineato anche da Bosco e coll. (1995) , Nakazawa e coll. (1993 ), Desmet e Godaux (1977), Pearson (1974).

Tali Autori concordano infatti nell’affermare che in caso di contrazioni isometriche sia le Ft che le St contribuiscono allo sviluppo della forza, mentre, nel caso di movimenti dinamici di tipo balistico, le Ft sembrano contribuire maggiormente nello sviluppo della tensione muscolare rispetto alle St.

Questa teoria viene confortata anche dal fatto che l’attività elettromiografica registrata durante l’esecuzione di un movimento balistico, presenta valori significativamente maggiori a quelli di una contrazione isometrica.

In effetti l’aumento dell’attività elettrica in un movimento di tipo balistico è da attribuirsi al fatto che le Ft posseggono un potenziale di azione molto più elevato rispetto alle St (Bosco e coll. 1979 a).

Inoltre nella contrazione isometrica l’incremento della tensione avviene soprattutto attraverso il reclutamento di nuove unità motorie, è possibile infatti notare una correlazione di tipo lineare tra incremento di tensione e l’aumento della IEMG (Bosco 1997).

Al contrario, in un'attivazione dinamica l’attività elettrica subisce un incremento statisticamente significativo nel passaggio dal 40 al 50 % del carico massimale.

Al di sopra di questo limite è possibile notare un appiattimento dell’attività elettrica , il che sta a testimoniare come già al 50% del carico massimale siano già state reclutate tutte le unità motorie possibili ed un ulteriore aumento della tensione possa avvenire solo attraverso un aumento della frequenza di scarica (Bosco 1997).

Un altro aspetto, questa volta di tipo meccanico, che può differenziare la contrazione isometrica dalla contrazione dinamica, è la stiffness muscolo-tendinea.

La stiffness dell’unità muscolo tendinea appare infatti maggiormente correlata all’attivazione di tipo isometrico rispetto a quella di tipo dinamico (Wilson e coll. 1994).

Concettualmente un insieme muscolo-tendineo più rigido dovrebbe aumentare la produzione di forza sia in regime isometrico che dinamico.

Tuttavia occorre sottolineare come durante la contrazione dinamica la componente contrattile si accorci soprattutto a causa del movimento in atto, mentre nella contrazione isometrica l’accorciamento della componente contrattile sia prevalentemente dovuto all’allungamento dell’unità muscolo-tendinea.

Per questa ragione una maggior stiffness muscolo-tendinea rivestirebbe maggiore importanza nella contrazione isometrica rispetto a quella concentrica (Wilson e coll. 1994).

In ultimo è da ricordare come le prestazioni dinamiche che comportino un ciclo stiramento-accorciamento (stretch-shorthening cycle) comportino, al contrario di quanto avvenga nella contrazione isometrica, un notevole utilizzo di energia elastica ( Bosco e coll. 1982, Wilson e coll. 1997).

Il nostro studio quindi, in accordo con quanto già reperibile in letteratura ( Bosco 1997; Wilson e coll. 1995; Wilson e coll. 1994 ; Murphy e coll. 1994 ; Pryor e coll. 1994) sottolinea l’apparente superiorità dei test dinamici nello studio della funzione muscolare rispetto a quelli isometrici, in quanto coinvolgerebbero meccanismi di attivazione essenzialmente analoghi alla performance dinamica indagata.

Dall’analisi dei risultati da noi registrati appare infatti chiaro come i valori di RFD, seppur calcolati attraverso differenti procedure, e pur costituendo nell’ambito dei test isometrici una modalità più "dinamica" d’interpretazione della Massima Forza Isometrica, non si rivelino maggiormente indicativi nei confronti della prestazione concentrica di tipo dinamico.

A nostro avviso quindi i dati desumibili dai test di tipo isometrico potrebbero fornire delle false informazioni nel caso in cui fossero utilizzati come indici previsionali nei confronti della performance dinamica.

Voler assumere questi indici come dei fattori predittivi nei confronti della performance dinamica appare quindi quantomeno discutibile, ed anche nel caso in cui il loro utilizzo sia limitato ad indagini improntate sulla massima specificità tra test isometrico e prestazione dinamica , l’interpretazione dei risultati non appare così ovvia e la prudenza interpretativa resta comunque d’obbligo.

Oltre a ciò occorre sottolineare come dal presente studio non sia emersa nessuna correlazione statisticamente significativa tra i valori di RDF calcolati e la restituzione di energia elastica ricavabile dai valori di SJ e CMJ.

Questa mancanza di correlazione tra i valori di restituzione d’energia elastica ed i valori di RDF, potrebbe indicare l ‘indipendenza delle capacità elastiche della muscolatura in rapporto alle sue possibilità di produzione di forza massimale isometrica, avvallando in tal senso le considerazioni già espresse in merito da altri Autori (Bosco 1979 a, b; Bosco 1985).

CONCLUSIONI

In conclusione questo studio ha permesso di sottolineare l’apparente maggior specificità dei test dinamici rispetto alle valutazione di tipo isometrico nei confronti della performance sportiva .

Questa scarsa specificità si è rivelata tale anche nel caso della maggiore attinenza tra il test isometrico e la performance dinamica.

Per cui questa esigua correlazione tra prestazione statica e dinamica è soprattutto da imputarsi alla forte differenza dei pattern d’attivazione tra i due meccanismi e non tanto alla scarsa specificità a volte ritrovabile in alcuni protocolli di studio.

Per questa ragione possiamo avanzare forti dubbi sull’uso sistematico dei valori di forza isometrica come indici di parametrizzazione dell’allenamento.

In effetti nell’utilizzo pratico di tali indici occorrerebbe sempre nel corso della pianificazione dell’allenamento quantomeno controllare, l’attinenza e l’andamento di questi ultimi in rapporto alla performance sportiva indagata.

In qualsiasi caso, sia il loro utilizzo pratico, che la loro validità concettuale dal punto di vista teorico devono essere sempre improntati sulla massima prudenza interpretativa .

In ultimo dobbiamo sottolineare l’apparente indipendenza delle caratteristiche d’elasticità del muscolo in rapporto alle capacità di produzione di forza massimale isometrica da parte del muscolo stesso.

Anche questo indice dovrebbe costituire un importante parametro di riferimento nell’ambito della pianificazione dell’allenamento di forza, soprattutto nell’ambito di discipline sportive che si basino sulla massimalizzazione dello stoccaggio e della conseguente restituzione d’energia elastica nell’ambito di movimenti balistici.

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