Fattori limitanti le massime prestaz. in alcune forme di locomozione

Pietro Enrico di Prampero
[email protected]
usque ad veritatem
Il Costo energetico della corsa è la quantità di
energia impiegata per unità di distanza
Simbolo:
C, o Cr
Unità:
kJ/km;
J/(kg m)
[1 litro O2
5 kcal
21 kJ]
Cr * v = E’
([ml O2/m * m/min = ml O2/min]
da cui: v = E’/Cr
quindi
vmax = E’max/Cr
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in queste condizioni:
vmax,aer = F * VO2max/Cr,
dove F
1.0 è la frazione di VO2max
sostenibile per tutta la durata dell’esercizio
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5
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E’max = VO2max + AnS/te - [VO2max * τ (1-e-te/τ)]/ τ
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E (W/kg)
60
50
40
E max
30
E aer
20
10
0
100
200
te (s)
300
400
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E'
r (kW)
4
3.5
3
2.5
2
70
80
90
100
%
110
120
t p (s)
130
%
(
(
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*
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Emax, kW
4
3.5
3
2.5
2
70
80
90
100
110
120
t, s
130
(
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4
Er
E ( kW)
3,5
3
E max
2,5
2
80
90
100
110
120
t (s)
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4
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Per tutti i soggetti, Cr è indipendente dalla velocità. Sono qui
riportati i dati ottenuti sui due soggetti più economici
(S3 e S4) e sui due meno economici (S1 e S2).
Cr, J/(kg min)
4.2
3.9
S1
S2
3.6
S3
S4
3.3
3
2
3
4
5
v, m/s
800 m
1000 m
800 m
1500 m
1500 m
3000 m
3000 m
1000
Elite Athletes
5000 m
1000
800
Theoretical t (s)
Theor t (s)
800
600
400
600
400
200
200
y = 1.040x - 1.898 r
0
5000 m
Young Athletes
0
200
400
600
Actual t (s)
2
y = 1.034 x - 4.873; r
= 0.998
800
0
1000
0
200
400
600
Actual t (s)
2
= 0.992
800
1000
8.0
Young Athletes
8.0
Theoretical s (m s -1 )
Theoretical s (m s -1 )
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
4.0
2
y = 1.147 x - 0.870; r
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
Actual s (m s -1 )
7.0
Elite Athletes
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
y = 0.910 x + 0.363; r
= 0.769
7.5
8.0
5.0
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
Actual s (m s -1 )
2
= 0.862
7.5
8.0
2
7
)
/01
2 3
.
8
47
47
² Performance, %
4
3
AnS + 5 %
VO2max + %
2
C-5%
1
0
0
1
2
3
4
5
d, km
6
400 metri
80
E (W/kg)
Er
60
40
Emax, 40
20
0
Emax, 90
0
50
100
150
tp (s)
Er, potenza metabolica richiesta;
Emax 40, potenza met. max a 40 anni;
Emax 90, potenza met. max a 90 anni
200
A
5"
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$
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τ
9
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A
1"
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5
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4
5
*
$
9
/01
"
2 '
'
Ciclismo su pista, 1 km; 2 km
6000
E (W)
Er, 1 km
5000
Er, 2 km
4000
3000
Emax
2000
1000
50
75
100
125
150
t(s)
175
± 5 3">"
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Totale
- .//0 -
km
N
treale/tteorico
1.02
10
0.980 ± 0.05
2.05
10
1.035 ± 0.027*
5.12
10
1.056 ± 0.043*
10.2
10
1.070 ± 0.061*
40
1.035 ± 0.058*
B
C
-
8
'
B
C
-
@
$
Canottaggio, Kayak, Nuoto
Pietro Enrico di Prampero
[email protected]
usque ad veritatem
Applicherò ora il modello discusso in
precedenza per corsa e ciclismo a
canottaggio, kayak e nuoto. In questi casi
manca, almeno per ora, un paragone diretto
tra tempi di gara teorici e reali su singoli
atleti. Mi limiterò quindi a discutere valori
medi che, per altro illustrano bene
l’applicabilità del modello anche a queste
forme di locomozione.
Costo energetico della progressione nel canottaggio e nel
kayak, in funzione della velocità
C (kJ/m)
0.8
0.7
k
0.6
J
S
0.5
0.4
0.3
3
3.5
4
4.5
5
v (m/s)
Canottieri Juniores (J) Seniores (S)
(R.Colli et al., 2005)
Kayak (k) (P. Zamparo et al., 1999)
5.5
6
Massima potenza metabolica disponibile (Emax) e potenza
richiesta (Er) per compiere 500 m nel tempo indicato.
Frecce: tempo record teorico di seniores (S) e juniores (J)
E (kW)
4
ErS
ErJ
3
EmaxS
EmaxJ
2
1
70
90
110
Canottieri Juniores (J) Seniores (S);
500 m. R. Colli et al., 2005
t(s)
130
Canottieri Senior (ErS; EmaxS)
Kayak, J. Idem (Erk; Emax JI)
500 m
4
E (kW)
ErS
3
EmaxS
2
EmaxJI
1
0
Erk
50
75
100
125
150
t(s)
Canottieri, R. Colli et al., 2005
Kayak, P.Zamparo et. al., 1999
175
Massima potenza metabolica disponibile (Emax) e potenza richiesta (Er) per
coprire le distanze indicate nel tempo indicato. (P. Zamparo et al., 1999).
Kayak, ID
E (kW)
4
3
Er, 2000
2
Ermax
1
Er, 500
Er, 250
0
Er, 1000
0
200
400
600
t (s)
Nuoto (Capelli, 1998)
Cr (kJ/m)
4
3
Crawl
Dorso )
2
Rana
Delfino
1
0
0
0.5
1
1.5
2
v(m/s)
2.5
Nuoto (Capelli, 1998)
200 m
6
E (kW)
Er, Rana
Er Crawl
4
2
0
Emax
50
100
150
200
t (s)
250
Il costo energetico per unità di distanza, può essere determinato a partire da
misure del consumo di O2 allo stato stazionario (ml O2/min) in condizioni
aerobiche ed a velocità (m/min) costante. Il rapporto tra VO2, al netto del valore
di riposo, e velocità è il costo energetico (in ml O2/m). Si può quindi ricavare
una funzione che lega il costo energetico alla velocità (ad es: Ck = 0,02 v2,26 per
Ck in kJ/m e v in m/s). Ottenuta questa funzione è possibile stimare il costo
energetico anche a velocità superiore alla massima aerobica.
La massima capacità anaerobica può essere stimata a partire dal pagamento del
debito di O2 alattacido. In questo caso, dal debito totale va sottratto il consumo di
O2 di un eguale periodo di riposo e la componente lenta del debito. In genere è
ben appossimata da una dunzione lineare del tempo. Al debito alattacito così
ottenuto, va aggiunta la componente lattacida, che può essere ottenuta
conoscendo la massima concentrazione del lattato ematico (al di sopra del valore
di riposo), da che l’incremento di 1 mM di La ematico, in termini energetici, è
equivalente al consumo di 3 ml O2 per kg di massa corporea.
Più complessa è la misura della costante di tempo con cui VO2max viene
raggiunto all’inizio del lavoro (τ). Comunque, variazioni anche notevoli di τ
introducono errori piuttosto modesti nel calcolo (non superiori al 3 - 5 %).
I valori di Emax delle diapositive precedenti sono stati calcolati, per
un valore di τ = 20 s, sulla base dei seguenti dati (VO2max netto; 1
kJ = 20.9 litri O2; 1 kW = 2,87 litri O2/min):
Canottieri J (valore medio)
VO2max = 1,72 kW (4,94 l/min, 78,6 kg); AnS = 86, 5 kJ
Canottieri S (valore medio)
VO2max = 2,15 kW (6,17 l/min, 93 kg); AnS = 97,4 kJ
J. Idem
VO2max = 1,41 kW (4,04 l/min, 69 kg); AnS = 84,4 kJ
Nuotatori (valore medio)
VO2max = 1,42 kW (4,08 l/min, 76,5 kg); AnS = 80.3 5 kJ
I dati presentati nelle diapositive che
seguono sono stati ottenuti da Roberto Colli
ed Elisabetta Introini della Facoltà di Scienze
motorie di Tor Vergata.
5000
4500
4000
3500
vo2max(ml/min)
5500
vo2max/kg -- peso
Evoluzione nell’eta del VO2max
La stella indica che il
vo2max è Statisticamente
significativo tra rag,jun ed
il peso con i senior A
VO2
VO2/KG
PESO
90
85
80
75
70
65
3000
60
2500
55
2000
50
ragazzi
junior
senior B
senior A
Dai valori in nostro possesso il vo2max dei kajakers di alto livello supera i
5,3-5 l/min ed il valore relativo è compreso tra i 62 e i 70 ml/min/kg
Correlazione tra le prove di 2’ ed il test a
carichi crescenti
6000
2
R = 0,9533
5500
5000
4500
4000
3500
3000
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
P<0,05
COSTO ENERGETICO DI KAJAKER
DI DIVERSA ETA’ E LIVELLO
Statisticament
CE (J/m/kg)
e significativo
ragazzi
junior
senior B
senior A
6,5
6
5,5
5
4,5
T100 m
4
29
28
27
26
25
24
23
22
21
C.E. (J/M/KG)
CONFRONTO C.E. DI UN CANADESE PRIMA
E DOPO 2 MESI DI ALLENAMENTO
INTERMITTENTE A VEL 27”-23”
VO2max
+ 8%
MAGGIO
LUGLIO
9
8,5
8
7,5
7
6,5
CE – 13%
6
5,5
5
TEMPO 100M
4,5
4
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
@
$