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Training Lab, il bilancio tra contributi biomeccanici e fisiologici nella performance natatoria

Training Lab, il bilancio tra contributi biomeccanici e fisiologici nella performance natatoria

Il nuoto è un’attività piuttosto singolare svolta in un ambiente unico, e rispetto alle attività terrestri risulta molto più interessante sia dal punto di vista fisiologico e soprattutto dal punto di vista biomeccanico.

Inoltre sia la fisica del nuoto che l’ambiente della piscina rendono veramente complesso il voler misurare e quantificare tutti i parametri caratterizzanti la performance natatoria.

La prestazione nel nuoto dipende dall’interazione tra aspetti biomeccanici – frequenza, ampiezza, lavoro meccanico ed efficienza – e bioenergetici: energia derivata dalle scorte anaerobiche, potenza aerobica e la costante di tempo di raggiungimento del VO2max durante l’esercizio. Perciò se riusciamo a capire gli aspetti biomeccanici e fisiologici del nuoto intesi come l’interazione degli stessi, in funzione della velocità, allora possiamo comprendere meglio la biofisica del nuoto.

Se tali concetti sono utilizzati nell’allenamento dei nuotatori, allora le prestazioni possono essere migliorate, anche nei nuotatori di élite dove gli attuali miglioramenti sono minori con l’allenamento tradizionale (Costill, 1992) e maggiori quando si utilizzano considerazioni biomeccaniche e fisiologiche (Termin e Pendergast, 2001).

Biomeccanica

La tecnica di nuoto si traduce in un’applicazione intermittente della forza propulsiva (la spinta) per contrastare la resistenza dell’acqua dipendente dalla velocità (nota come Drag, D). La relazione tra queste due grandezze è molto individuale a seconda dello stile e del soggetto in questione. Pertanto le variazioni individuali della frequenza di bracciata in relazione alle fluttuazioni della spinta e quindi della velocità contribuiscono a rendere altamente variabile la performance in uno sport come il nuoto.

Dal momento che la velocità di nuotata è fornita dl prodotto tra la frequenza di bracciata e l’ampiezza (pari ai metri percorsi in un ciclo di bracciata), sono state ricavate delle curve che mettono in relazione la frequenza con la velocità e si è osservato che lo stile libero presenta la maggior frequenza e la maggior ampiezza. Il dorso ha un comportamento simile. Nel delfino l’aumento di velocità è legato soprattutto al crescere della frequenza tranne che alla velocità più elevata. Infine nella rana l’incremento di velocità è anch’esso legato a quello della frequenza, ma con un decremento molto maggiore dell’ampiezza rispetto alle altre nuotate (sempre al crescere della velocità).

È stato anche sottolineato che i nuotatori di livello più alto presentano una migliore ampiezza di bracciata massimale e soprattutto continuano a mantenere un’ampiezza elevata alle alte frequenze quindi a velocità elevate. Da questi dati pongono quindi l’attenzione sul fatto che i nuotatori devono scegliere la loro frequenza e ampiezza individuale basata sulla loro tecnica e sulla fisiologia in modo da perseguire e sostenere quella velocità specifica. Infine è stato osservato che i nuotatori con minori variazioni di velocità all’interno di un ciclo di bracciata hanno una velocità effettiva decisamente maggiore. Così come il costo energetico cresce esponenzialmente con la velocità, le accelerazioni sprecano solo energia e vanno quindi minimizzate.

Drag

Il termine Drag, noto come resistenza all’avanzamento, non è altro che la potenza meccanica richiesta per riuscire a contrastare la resistenza idrodinamica. La grossa componente è rappresentata dal drag attivo che è dipendente dalla velocità di avanzamento del corpo del nuotatore. Oltre a tale aspetto vanno tenuti in considerazione altri tre elementi dipendenti dalla velocità e sono la frizione (data dal contatto della pelle del nuotatore con l’acqua, di cui il drag di frizione), la pressione (dovuta alla distribuzione di pressione che si crea sul corpo del nuotatore ognuno con una forma diversa, di cui il drag di forma) e l’onda che si crea durante la fase nuotata vera e propria (drag d’onda o Wave-Drag).

Propulsione

Un nuotatore che riesce a mantenere la velocità constante (quindi senza accelerazioni) presenterà una forza propulsiva esattamente pari al valore del drag attivo descritto in precedenza; pertanto la velocità massimale corrisponderà alla massima spinta. Tale spinta non è determinata dalla massima forza muscolare del nuotatore, ma dalla forza che egli riesce effettivamente ad applicare in acqua (Payton e Barrett, 1995). Questo porta alla conclusione che la forza muscolare in se non è il fattore chiave per nuotare veloce, ma che ciò dipende piuttosto dall’efficienza propulsiva.

Efficienza

Il rendimento meccanico può essere espresso come il rapporto tra il lavoro meccanico totale compiuto e il costo energetico della nuotata. Nel nuoto il lavoro totale è dato dalla somma del lavoro necessario per accelerare gli arti del nuotatore intorno al centro di massa, del lavoro per contrastare le forze esterne (il drag), e del lavoro richiesta per accelerare lontano dal corpo le masse d’acqua inutili alla propulsione. È facile concludere che al massimo il 10% della potenza metabolica totale disponibile al nuotatore risulta produttiva per l’avanzamento in acqua effettivo.

Fisiologia

Nuotare a una velocità specifica richiede come output una certa potenza metabolica che è dipendente dalla velocità. È determinata dalla potenza meccanica e dal rendimento complessivo descritto in precedenza. Alla massima velocità la potenza metabolica è data dalla seguente espressione:

Mettendo in relazione la velocità come vmax = E’totmax/Cs si ottiene la formula finale:

vmax  = (SF*d/S)max = {AnS/tp+MAP-MAP * τ * [1-e^(-tp/τ)]/tp} * (Wtotmax/η)

dove AnS è l’energia derivata dalle scorte anaerobiche, MAP la massima potenza aerobica, tp la durata della prestazione e τ la costante di tempo di raggiungimento del massimo consumo di ossigeno.

In questo modo è possibile osservare che la performance natatoria è dipendente da una precisa interazione tra fattori biomeccanici (SF, d/S, Wtotmax, η) e fattori bioenergetici (AnS, MAP, τ).

Pertanto la velocità di nuotata è determinata dal costo energetico della nuotata stessa e dalla potenza metabolica (aerobica e anaerobica) che il nuotatore può generare. Le velocità di nuotata relative alla gara corrispondono a delle intensità al di sopra di quella del VO2max e richiedono un significativo contributo della glicolisi anaerobica. La spesa energetica dello stile dorso è maggiore di poco allo stile libero, ma solo a velocità elevate. Mentre per tutte le velocità la spesa energetica della rana e del delfino è significativamente più alta rispetto a quella del dorso e dello stile libero.

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Applicazione dei Principi biofisici alle performance

L’applicazione di tali principi ha un notevole impatto sulla prestazione finale. Storicamente l’allenamento del nuoto è stato caratterizzato da un approccio overdistance sempre a velocità moderate. Tale approccio molto spesso ha portato a produrre solo affaticamento anzi che un vero adattamento.

La domanda più ricorrente nella comunità dei nuotatori è sempre la stessa: qual è il programma di allenamento ottimale? Un processo ottimale di allenamento dovrebbe sempre includere l’integrazione di principi biomeccanici e fisiologici che risultino effettivi.

Meccanica di nuotata

Diversi studi hanno dimostrato che un nuotatore per riuscire a migliorare la velocità deve partire nel migliorare prima l’ampiezza (d/S), e deve fare ciò riducendo quindi la frequenza di bracciata a una certa velocità. Quindi per perseguire tale obiettivo deve per forza lavorare a velocità più basse. Una volta migliorata la biomeccanica complessiva allora può aumentare la velocità tramite la frequenza, ma solo se riesce a mantenere costante l’ampiezza migliorata in precedenza.

Sono proposti tre ausili per l’allenamento dei nuotatori: prima di tutto una curva frequenza/velocità personalizzata, poi una velocità di percorrenza prefissata in relazione agli intervalli di riposo, e infine una regolazione dell’andatura di allenamento (in base alla frequenza).

In un programma di allenamento di diverse settimane, le sedute di allenamento vedranno aumentare la velocità di nuotata (quindi la frequenza), ma sempre mantenendo l’ampiezza costante.

Metabolismo

Spesso ricorre il pensiero che velocità di nuotata elevate, quindi alte frequenze, non siano sostenibili nelle distanze di gara più lunghe. Questo può essere vero se i nuotatori continuano ad allenarsi in maniera tradizionale. È stato mostrato in precedenza, come il focalizzarsi sul miglioramento dell’ampiezza, quindi a basse velocità, utilizzi in prevalenza il metabolismo aerobico. Mentre l’aumentare la velocità (quindi la frequenza) richiami maggiormente il metabolismo anaerobico sia alattacido che lattacido.

Per massimizzare il VO2max e facilitare la riduzione del lattato per via ossidativa risulta efficace un allenamento a velocità pari al 110% del VO2max stesso, che può essere sostenuto dagli 8 ai 10 minuti prima di raggiungere la massima quantità di lattato tollerabile (Termin e Pendergast, 2002). Un allenamento spostato nella parte più alta della curva frequenza/velocità porta a una riduzione della richiesta energetica alle alte velocità peri al 48% con un aumento della potenza metabolica totale del 21% e un incremento della velocità massimale del 22% (Termin e Pendergast, 2002).

Ciò è riportato nella figura sottostante.

 

In conclusione l’allenamento combinato volto all’incremento prima degli aspetti biomeccanici e poi di quelli metabolici secondo la procedura qui descritta ha portato a un miglioramento delle prestazioni di un gruppo di atleti oggetto dello studio pari al 5-10%, contro il loro precedente miglioramento che era stato al massimo dall’1% al 3% seguendo un approccio di allenamento tradizionale (Costill, 1992).

Foto copertina: Fabio Cetti | Corsia4

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andreaciccone

Nell'ambiente del nuoto master da ormai 12 anni come atleta e consulente/allenatore per la stesura di programmi e valutazione di esercizi per l'improvement della tecnica. Sono in possesso dei brevetti di Allenatore di 1° livello e Assistente bagnanti. Dal 2010 al 2013 redattore per la testata giornalistica Solomagazine Nuoto dove ho creato la mia rubrica Al Cuore del Nuoto in cui ho avuto modo di trattare aspetti tecnici sia di biomeccanica che di fisiologia e metodologia dell'allenamento (incluse interviste ad allenatori). Nel 2011 partecipazione al progetto editoriale: "Manuale delle Tecniche di Salvamento" come autore di un capitolo che tratta l'area di fisiologia e metodologia dell'allenamento.

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