La Tecnologia YoYo

Marco Pozzo, Dept. of Physiology and Pharmacology
Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden
Giugno 2008
La Tecnologia YoYo™
Fondamenti ed applicazioni
Introduzione
Forza
accorciamento
D
Utilizzando un volano messo in rotazione da un
cinghia, Tesch e Berg hanno realizzato una macchina
per l’allenamento resistivo che funziona indipendentemente dalla forza di gravitá. Questa tecnologia,
anche nota come isoinerziale, é stata brevettata col
nome YoYo Inertial TechnologyTM per la somiglianza con
l’omonimo giocattolo. In letteratura scientifica i dispositivi YoYoTM sono anche indicati come flywheel
exercise devices. Il sistema (Fig. 1) funziona come
segue:
‰
‰
durante la fase concentrica (CON) dell’esercizio, il
muscolo viene contratto con la massima forza
possibile tirando una cinghia (o una corda) arrotolata sull’asse del volano, mettendolo in rotazione
ad alta velocitá. La cinghia ha una lunghezza tale
da essere completamente svolta alla fine del
movimento.
per via della propria inerzia, il volano continua a
ruotare riavvolgendo la cinghia nel senso opposto,
tirando a sé l’arto ed iniziando la successiva fase
eccentrica (ECC). Dopo una blanda resistenza iniziale, il soggetto inizia a frenare tirando la cinghia
fino a completo arresto del volano.
Ricominciando a tirare si inizia la successiva
ripetizione, e cosí via per tutta la durata dell’esercizio.
É possibile variare l’inerzia montando un numero
maggiore o minore di volani.
L’efficacia della tecnologia isoinerziale é stata provata da numerosi studi di laboratori indipendenti e piú
di 150 pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali. La sua applicazione é stata estesa con successo
al settore dello sport, dove viene utilizzata per l’allenamento e la prevenzione degli infortuni in atleti e
squadre di élite. Poiché atrofia muscolare e decalcificazione ossea sono effetti osservabili anche in pazienti
costretti all’immobilitá per trauma, malattia o etá,
l’impiego della tecnologia YoYoTM puó essere esteso
anche alla riabilitazione ed alla medicina geriatrica.
AZIONE CONCENTRICA (CON)
allungamento
Forza
Movimento
AZIONE ECCENTRICA (ECC)
Figura 1: Principio di funzionamento di una macchina YoYoTM
Resistenza variabile ed illimitata
Una delle differenze principali rispetto agli esercizi
convenzionali (macchine a pesi, bilancieri o manubri) é
che, mentre con i pesi la resistenza é costante ed
equivale al carico impostato (esercizio isotonico), nei
dispositivi YoYoTM la resistenza é variabile ed é in ogni
istante proporzionale alla forza sviluppata: maggiore é
la forza, maggiore sará l’accelerazione con la quale il
volano reagisce (esercizio isoinerziale).
PESI CONVENZIONALI
Forza
Per questo motivo le Agenzie Spaziali Americana
(NASA) ed Europea (ESA) hanno iniziato a cercare una
soluzione al problema dell’allenamento degli astronauti
nello spazio. La soluzione é giunta dagli studi di Per
Tesch ed Hans Berg, due ricercatori presso il prestigioso Karolinska Institutet di Stoccolma, che ogni anno
assegna il premio Nobel in Medicina e Fisiologia.
Movimento
Forza massima
(decrescente causa fatica)
Carico
Ripetizioni
MACCHINA YOYOTM
Forza
alla fine degli anni ’80, il crescente interesse
per i viaggi spaziali di lunga durata ha posto il
problema della salute degli astronauti. In assenza
di gravitá il loro sistema muscoloscheletrico, non piú
chiamato a sorreggere il peso del tronco, subisce una
marcata atrofia muscolare (perdita di massa e forza) ed
una diminuzione della densitá minerale ossea.
Forza massima
(decrescente causa fatica)
Ripetizioni
Figura 2: Il concetto di resistenza variabile
Il concetto é illustrato in Fig. 2. Con i pesi, l’esercizio termina quando la forza massima che si riesce a
sviluppare scende, a causa della fatica, sotto al carico
impostato. Ne consegue che tutte le ripetizioni, tranne
l’ultima, sono per definizione sub-massimali. Viceversa,
YoYo Technology AB
in un dispositivo YoYoTM ogni ripetizione é sempre svolta alla massima forza che l’atleta riesce a produrre,
pur se questa decresce con la fatica. Ne consegue che
la “dose” di allenamento (lavoro) per un dato numero
di ripetizioni é superiore che con i pesi. Inoltre, non
esistendo una soglia di carico minima, é possibile proseguire l’esercizio fino ad esaurimento.
Per questi motivi l’allenamento eccentrico consistente nell’esporre il muscolo, in condizioni controllate, a carichi eccentrici elevati, é attualmente riconosciuto come il piú efficace metodo di prevenzione delle
lesioni. Esso ha inoltre dimostrato di promuovere un
maggiore miglioramento delle caratteristiche contrattili del muscolo (incremento della forza muscolare e
sintesi di proteina miofibrillare). Sono stati anche riportati risultati incoraggianti nell’uso dell’allenamento
eccentrico per la cura di tendinopatie achilee e patellari.
Per via del carico costante, le macchine a pesi
richiedono inoltre speciali camme per compensare le
variazioni del braccio di leva del muscolo lungo l’escursione articolare. Tali camme, studiate per un’antropomorfia “media” possono essere non ottimali per
atleti con statura fuori standard o con deficit a particolari angoli articolari, per esempio in seguito a lesioni.
Grazie alla resistenza variabile, i dispositivi YoYoTM si
adattano invece in maniera ottimale alla forza che
l’atleta riesce a sviluppare in ciascun istante ed a
ciascun angolo articolare.
Data la maggiore efficienza muscolare in tale fase,
la modalitá piú efficace per promuovere allenamento
eccentrico é lo sviluppo del cosiddetto sovraccarico
eccentrico, ovvero la generazione di forza e potenza di
picco eccentrica superiore a quella concentrica.
Durante esercizi convenzionali tuttavia, la fase eccentrica é sottosviluppata. In tali esercizi (Fig. 3 a
sin.), lo sforzo prodotto viene trasformato in energia
potenziale gravitazionale (sollevamento del peso),
successivamente dissipata durante la fase di abbassamento. L’area sottesa alla curva della potenza rappresenta l’energia trasformata, ed é pertanto uguale per
la fase concentrica ed eccentrica. Poiché la fase
eccentrica ha una durata maggiore (velocitá minore) di
quella concentrica, la potenza eccentrica é inferiore.
Inoltre, mentre in un esercizio tradizionale la scelta
del carico é critica nel determinare il numero di ripetizioni per serie, in un dispositivo YoYoTM é possibile
usare la stessa inerzia per un’amplissima gamma di
utilizzo, sia a forze bassissime che molto intense.
Peculiaritá unica delle macchine isoinerziali, l’inerzia
stabilisce piuttosto la velocitá alla quale l’esercizio é
svolto. In altre parole, ciascuna ripetizione é sempre
massimale, e l’inerzia determina esclusivamente la
velocitá di esecuzione: minore é l’inerzia, maggiore
sará l’accelerazione e decelerazione del volano, la
velocitá di esecuzione e la conseguente “esplosivitá”
del gesto atletico.
In esercizi YoYoTM (Fig. 3 a ds.), lo sforzo si traduce
invece in energia cinetica rotazionale del volano, successivamente dissipata durante la fase eccentrica. Non
essendoci fenomeni di attrito, anche qui l’energia
(l’area sottesa alla curva della potenza) é uguale per le
fasi concentrica ed eccentrica. In questo caso é peró
possibile ritardare la fase di frenata, lasciando
inizialmente riavvolgere la cinghia senza opporre
sforzo. Ne risulta un tempo minore per dissipare
l’energia cinetica del volano e una conseguente
potenza (= energia / tempo) eccentrica maggiore. Piú
lungo é il ritardo nella frenata, maggiore sará il sovraccarico eccentrico prodotto.
Per ultimo l’esercizio isoinerziale, essendo a forza
variabile, é molto piú simile al normale funzionamento
del muscolo che non un esercizio a forza costante.
Nello sport, per esempio, la grande maggioranza dei
gesti riguarda l’accelerazione e la decelerazione a
forza elevata di una massa inerziale (per esempio una
palla o una parte stessa del corpo). Una macchina
YoYoTM ricrea la stessa modalitá di funzionamento,
trasformando l’accelerazione di una massa inerziale
rotante (il volano) in un gesto mono- o multiarticolare.
Il sovraccarico eccentrico
CON
MACCHINA YOYOTM
Velocitá del volano
Corsa del carico
PESI CONVENZIONALI
ECC
Ritardo
CON
ECC
Tempo (s)
Potenza
Per azione eccentrica si intende lo sviluppo di forza
per contrastare lo stiramento del muscolo provocato da
fattori esterni (come nel gioco del “braccio di ferro”),
in contrapposizione all’azione concentrica (sviluppo di
forza durante accorciamento del muscolo).
Le azioni eccentriche producono una forza maggiore
a paritá di attivazione neurale, hanno un minore costo
metabolico ed espongono il muscolo a maggiori rischi di
lesione che quelle concentriche. Sforzi eccentrici non
controllati, soprattutto se ad alta velocitá (per es.
bruschi cambi di direzione in condizioni di instabilitá
posturale), risultano spesso in danno muscolare e conseguente perdita di forza e dolore.
CON
Tempo (s)
ECC
Potenza
Tempo (s)
CON
Tempo (s)
ECC
Figura 3: Generazione del sovraccarico eccentrico
La Fig. 4 mostra la risposta fisiologica in una
singola ripetizione, durante un esercizio con macchina
a pesi tradizionali (leg extension) comparata con
l’equivalente di tipo YoYoTM, a paritá di condizioni. Si
puó osservare come la forza nell’esercizio tradizionale,
pag. 2
YoYo Technology AB
Allo scopo di valutare l’efficacia dello YoYoTM come
mezzo di prevenzione dell’atrofia muscolare, sono stati
condotti diversi studi finanziati dall’Agenzia Spaziale
Europea (ESA). In uno di questi, i soggetti sono stati
costretti a letto (bed rest) per 90 giorni, per indurre
un’atrofia muscolare simile a quella osservata in
durante permanenza nello spazio. Metá dei soggetti é
stata inoltre sottoposta ad un regime di allenamento
consistente in alternativamente 2 e 3 sessioni alla settimana di 4 x 7 ripetizioni su una leg press YoYoTM opportunamente equipaggiata.
sostanzialmente costante e pari al carico impostato (le
lievi fluttuazioni sono dovute alle forze inerziali di
accelerazione e decelerazione del carico), sia decisamente inferiore a quella nella macchina YoYoTM. La
potenza eccentrica é inoltre minore nella macchina
convenzionale. Il grafico in basso infine, mostrante
l’attivitá elettrica muscolare (EMG) nei quadricipiti,
evidenzia una molto piú marcata attivazione muscolare
eccentrica nella macchina YoYoTM che in quella tradizionale.
60
40
CON
ECC
CON
ECC
CON
ECC
MACCHINA YOYOTM
60
CON
ECC
CON
ECC
CON
ECC
Nonostante nei 90 giorni la durata totale netta degli
esercizi sia stata di soli 30-40 min, ció é stato sufficiente per prevenire il calo di massa muscolare
(Fig. 6), della forza isometrica e della forza esplosiva
concentrica ed eccentrica.
40
20
20
300
100
-100
-300
0.5
300
100
-100
-300
VL
VM
RF
0.3
0.1
0.5
0.3
0.1
1.0
2.0
3.0
4.0
1.0
5.0
2.0
3.0
Tempo (s)
pre
VL
VM
RF
Volume m. quadricipiti (cm3)
EMG (mV)
Potenza (W) Forza (kg)
PESI CONVENZIONALI
4.0
Tempo (s)
Figura 4: Risposta fisiologica durante una singola ripetizione
in un esercizio con pesi tradizionali e con macchine YoYo TM
Studi ed applicazioni pratiche
Volume muscoli ( cm3)
AUMENTO
1800
*
1200
1200
600
600
0
0
pre post
*
Forza max (kg)
*
60
40
40
20
0
0
600
400
200
Senza esercizio
Con esercizio
Infortunati gruppo controllo
(10 giocatori)
Infortunati gruppo YoYo
(3 giocatori)
20
pre post
800
pre post
80
60
*
Non infortunati
(17 giocatori)
AUMENTO
80
§
*
Altrettanto interessanti sono i risultati di una
ricerca condotta su 30 giocatori di calcio professionisti
provenienti da due squadre della lega Svedese di serie
A. I giocatori sono stati divisi in due gruppi, ai quali é
stato somministrato un identico regime di allenamento.
In aggiunta, durante la pre-stagione, metá di essi
hanno effettuato sedute di allenamento eccentrico
preventivo per i muscoli ischiocrurali con una macchina
YoYoTM. Al termine della stagione, su un totale di 13
infortunati (Fig. 7), quelli appartenti al gruppo sottoposto ad allenamento eccentrico aggiuntivo hanno riportato un numero di lesioni tre volte inferiore (3
infortunati contro 10). Tale gruppo ha inoltre riportato
un incremento significativo della forza massima e delle
prestazioni su un test di velocitá massima in 30 minuti.
AUMENTO
1800
1000
giorno 89
§
Figura 6: Effetto dell’atrofia indotta sul volume muscolare
e compensazione mediante utilizzo di macchine YoYoTM
PESI
CONVENZIONALI
MACCHINA
YOYOTM
1200
0
In Fig. 5 sono mostrati i risultati di uno studio
comparativo di 5 settimane, consistente in 14 sessioni
di allenamento unilaterale degli estensori del ginocchio. Per lo studio sono stati selezionati 16 soggetti, la
metá dei quali si é allenata su una leg extension
tradizionale e l’altra metá su una macchina YoYoTM.
Forza massimale e volume muscolare (misurato mediante risonanza magnetica) sono stati comparati prima e
dopo l’allenamento. Sebbene l’incremento di volume
muscolare sia stato osservato in entrambe le macchine
(∼3% con pesi e 6% con macchina YoYoTM), l’incremento
della forza massimale é stato significativo solo per il
gruppo YoYoTM.
giorno 29
1400
pre post
Figura 7: Riduzione delle lesioni dei muscoli ischiocrurali (flessori della
coscia) in giocatori di calcio professionisti sottoposti ad allenamento
eccentrico preventivo
Figura 5: Confronto fra allenamento con pesi tradizionali
e su macchine YoYoTM
pag. 3
YoYo Technology AB
distanza, sfruttando una connessione ad Internet.
Alcune schermate del software sono mostrate in Fig. 8.
Monitoraggio della prestazione
Il parametro fisiologico che maggiormente caratterizza una prestazione non é la forza massima, né il
massimo peso sollevabile, bensí la potenza. Espressa in
Watts (W), si calcola come:
Potenza (W) = Forza (N) x Velocitá (m/s) oppure
Potenza (W) = Energia (J) / Tempo (s)
e rappresenta l’energia che si riesce a sviluppare
nell’unitá di tempo; per esempio, l’energia cinetica (e
quindi la velocitá) che si riesce ad imprimere ad un
pallone nel tempo di un calcio.
In un esercizio con i pesi, la potenza prodotta puó
variare largamente a seconda della velocitá a cui viene
eseguito. Ancora piú drastica é la variabilitá in un
esercizio con macchine YoYoTM, data la peculiaritá della resistenza variabile. Ció rende necessario poter valutare oggettivamente la prestazione misurando la potenza prodotta. Questa esigenza é, a maggior ragione, ancor piú critica per somministrare un allenamento eccentrico in condizioni controllate.
Per queste esigenze, l’azienda partner SmartCoach
Europe ha sviluppato il sistema SmartCoach, costituito da:
‰
un misuratore di potenza (Power Encoder)
‰
il software SmartCoach
Il misuratore di potenza si connette ad un sensore
installato sulla macchina YoYoTM misurando la potenza
prodotta durente l’esercizio. Inoltre, é dotato di un
sensore di velocitá (encoder a filo) che ne permette
l’uso anche con tradizionali bilancieri, pesi liberi o
macchine a pesi. La potenza misurata é trasmessa ad
un computer mediante un’interfaccia USB.
Il software, caratterizzato da un’interfaccia di
semplice utilizzo, permette di:
‰
creare un calendario con gli esercizi pianificati,
scegliendo da una libreria di piú di 85 esercizi; per
ognuno di essi é possibile specificare il numero di
serie, le ripetizioni, l’inerzia (o il carico per esercizi tradizionali), il tempo di riposo e cosí via
‰
allenarsi con un feedback in tempo reale sulla
potenza sviluppata. É possibile impostare un valore
di potenza da raggiungere (per esempio, un predeterminato incremento rispetto alla prestazione
raggiunta nella precedente sessione di allenamento); il sistema inoltre conteggia le ripetizioni mancanti alla fine della serie, il numero di serie effettuate, ed il tempo di riposo fra di esse
‰
Figura 8: il software SmartCoach: in alto, piano di allenamento con gli
esercizi della giornata; al centro, funzione di feedback che misura la
potenza in tempo reale rispetto ad una soglia prefissata; in basso,
schermata di valutazione dei progressi che mostra l’incremento di
potenza, lavoro ed altri parametri lungo la stagione di allenamento
Come detto, infine, una delle caratteristiche
peculiari delle macchine YoYoTM é quella di poter
fornire un sovraccarico eccentrico piú o meno
accentuato a seconda che la fase di frenata sia piú o
meno ritardata (quanto piú si ritarda la frenata verso la
fine della fase eccentrica, tanto maggiore sará la
potenza eccentrica di picco rispetto a quella
concentrica nella stessa ripetizione).
valutare i risultati immediatamente dopo l’allenamento, su grafici di semplice lettura che mostrano
i progressi di: potenza concentrica ed eccentrica,
lavoro, carico (o inerzia) e ritmo di esecuzione.
É inoltre disponibile una innovativa funzione che
permette di allenare atleti in remoto, inviando loro il
calendario degli esercizi e valutando la prestazione a
pag. 4
YoYo Technology AB
Per poter trarre il massimo vantaggio da questo
stimolo é pero necessario che il sovraccarico eccentrico
sia monitorizzato, in modo da risultare adeguato ma
non eccessivo con conseguenti rischi a carico muscolare
e tendineo.
Linea di macchine YoYoTM
Le seguenti macchine YoYoTM sono disponibili:
A questo proposito, SmartCoach incorpora una
modalitá di feedback particolare in cui, anziché
impostare un valore assoluto di potenza obbiettivo, si
puó impostare un valore di sovraccarico eccentrico
(Fig. 9). Ad esempio, un sovraccarico del 30% ± 10%
significa che, per ciascuna ripetizione, la potenza di
picco eccentrica debba essere fra il 20 ed il 40% piú
alta di quella concentrica della stessa ripetizione. Il
feedback viene indicato disegnando la barra della
potenza eccentrica in blu (sovraccarico insufficiente),
verde (sovraccarico nei limiti prescritti) o rosso
(sovraccarico eccessivo).
Grazie a questa intuitiva modalitá d’uso, l’atleta
apprende velocemente come utilizzare correttamente
una macchina YoYoTM senza correre il rischio di
sollecitazioni eccessive. Il preparatore atletico puó cosi
prescrivere programmi di allenamento con sovraccarico
progressivamente crescente di settimana in settimana.
‰
YoYoTM Leg Curl (Fig. 10)
‰
YoYoTM Mini (Fig. 11); macchina portatile a cavo
configurabile per svariati esercizi fra cui squat
verticale, tirate al mento, vogatore; grazie
all’impiego del cavo permette inoltre di eseguire
esercizi su qualunque piano
‰
YoYoTM Multigym (Fig. 12); configurabile per
svariati esercizi fra cui pressa, vogatore, calf
press, ecc
‰
YoYoTM Squat (Fig. 13); permette di effettuare
esercizi di squat verticale e laterale (unipodalici)
‰
YoYoTM Leg Press
‰
YoYoTM Leg Extension
‰
YoYoTM Row
Inoltre, a breve sará disponibile una macchina YoYo
multifunzione convertibile in un vogatore aerobico, che
permetterá di eseguire sia esercizi di resistenza che
aerobici su una singola macchina.
Figura 9: feedback in modalitá di sovraccarico eccentrico di
SmartCoach: anziché stabilire un valore assoluto di potenza obbiettivo,
si seleziona il sovraccarico eccentrico desiderato, ovvero la
percentuale di potenza eccentrica eccedente quella concentrica in
ciascuna ripetizione. Durante l’esercizio, la potenza (di picco)
concentrica é disegnata in giallo, mentre quella eccentrica é indicata
in blu, verde o rossa a seconda che il sovraccarico (in valori
percentuali) sia insufficiente, adeguato o eccessivo rispetto
all’obbiettivo impostato
Figura 10: YoYoTM Leg Curl
Presto sará inoltre disponibile un sistema integrato
con display a colori (SmartCoach computer), da montare direttamente sulla macchina e che non richiederá
l’uso di un computer esterno. Gli atleti accederanno al
proprio programma di allenamento mediante una carta
o uno speciale braccialetto radio. Sará possibile
collegare diverse macchine in rete fra di loro, gestendo
la distribuzione degli esercizi, la raccolta e l’analisi dei
dati da un unico computer centrale, creando cosí una
palestra completamente automatizzata.
Figura 11: YoYoTM Mini
pag. 5
YoYo Technology AB
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Figura 12: YoYoTM MultiGym
Figura 13: YoYoTM Squat
Per maggiori informazioni si prega di consultare:
www.yoyotechnology.com
www.smartcoach.eu
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