abstract tesi dottorato IONA - Università degli Studi di Roma

TITOLO
TESI DI DOTTORATO
CARDIOWAVE: MULTI-PLANAR CARDIOEXERCISE
Settore Scientifico Disciplinare M-EDF/02 MED-33
ABSTRACT
La ricerca , maturata durante i tre anni di dottorato, in tema di applicazione delle attività di fitness
rivolte a soggetti normodotati sedentari e allenati che svolgono in modo amatoriale le differenti
attività proposte dai centri fitness, si è basata su l’acquisizione e l’analisi di dati meccanici ed
elettromiografici in diverse categorie di soggetti (giovani , sedentari, allenati ed atleti) durante
esercizi di abduzione, estensione e flessione degli arti inferiori, realizzati su CardioWave; ma ha
riguardato anche gli aspetti metabolici dell’esercizio attraverso la valutazione di sistemi vitali e
prestazionali, quali il monitoraggio della frequenza cardiaca d’esercizio, del volume d’ossigeno e di
parametri quali il lattato e la composizione corporea.
La mancanza di precedenti studi pubblicati ed il numero esiguo di partecipanti fanno sì che questa
ricerca rappresenti un primo tentativo di approfondire le conoscenze riguardo le caratteristiche
tecniche e le capacità allenanti del macchinario, cercando di individuare dei protocolli di utilizzo da
proporre in lezioni di gruppo e stimolando ulteriori ricerche tese ad individuare nuovi modelli di
allenamento per implementare il dibattito scientifico in questo settore del fitness. Infatti ad oggi, in
letteratura scientifica internazionale non esistono studi analoghi su tale attrezzatura da cardiofitness.
In particolare, definire delle “guidelines” di utilizzo permetterebbe di renderne l’uso più sicuro ed
adatto a qualsiasi tipo di soggetto, realizzando programmi di allenamento più specifici, sia
individuali sia di gruppo e consentendo il raggiungimento di un ottimale livello di fitness senza
incorrere in patologie da ”overuse” a carico dell’apparato locomotore, legate ad un utilizzo non
corretto del macchinario.
In molti centri fitness i tradizionali programmi di esercizio: camminare, jogging , corsa , aerobica e
step, sono stati sostituiti o integrati con l’impiego di vari macchinari; nastri trasportatori,
cicloergometri, macchine che simulano il movimento dello sci di fondo, per lo stepping, fino alle
più recenti progettate e realizzate per far allenare il soggetto non più con movimenti monoplanari
ma multiplanari, come appunto nel caso di Cardiowave.
Cardio-Wave è un macchinario indicato per l’allenamento cardiovascolare e per il potenziamento
degli arti inferiori (www.technogym.it), dotato di pedane variabili che permettono un movimento
multiplanare (su tre piani: frontale, trasversale e sagittale): Multiplanar Cardio Exercise,
combinando movimenti di abduzione, extrarotazione ed estensione degli arti inferiori. Permette un
allenamento a dispendio calorico elevato e un’attivazione dei muscoli dei glutei, stabilizzatori della
colonna e degli arti inferiori. Per consentire il coinvolgimento di differenti gruppi muscolari degli
arti inferiori, la casa produttrice consiglia quattro posizioni di esercizio: posizione standard:
baricentro in asse con gli arti inferiori e mani in appoggio sulla parte centrale delle impugnature;
posizione intermedia: baricentro spostato posteriormente e mani in appoggio sulla parte superiore
delle impugnature; posizione intermedia forzata: baricentro spostato posteriormente, busto flesso
avanti e mani in appoggio sulla parte inferiore delle impugnature; posizione free style: baricentro
in asse con gli arti inferiori, e braccia libere di oscillare.
In letteratura sono annoverati diversi studi sul potenziamento degli arti inferiori, soprattutto in
riferimento al quadricipite femorale, ma realizzati studiando il movimento svolto su macchinari
cardiofitness monoplanari o su esercizi eccentrico/concentrico come lo squat.
Poiché, come già riportato, ad oggi non vi sono dati scientifici che riguardano il Cardiowave
disponibili in letteratura internazionale, lo scopo della ricerca in questi anni di dottorato è stato
quello di raccogliere quante più informazioni possibili, relative all’intensità dell’esercizio svolto
tramite la misurazione della frequenza cardiaca e dell’attivazione dei muscoli dell’arto inferiore
agonisti (retto anteriore e vasto mediale) e antagonisti (bicipite femorale) nei movimenti tipici delle
4 posizioni cardiowave in relazione all’età (giovani e adulti) e al livello di fitness (allenati e
sedentari) dei partecipanti ed altri dati relativi all’adattamento cardiovascolare e metabolico dei
soggetti che svolgono attività di gruppo su CW.
In una prima indagine sono stati valutati: la FC e l’attività muscolare dell’arto inferiore, nel
rapporto agonista/antagonista, durante esercizi svolti su Cardiowave, comparando i valori dei test
effettuati da soggetti allenati e sedentari (Iona et al. 2007). Il monitoraggio di parametri come la
frequenza cardiaca (FC) e la percezione della fatica (scala di Borg) hanno dato un quadro di
riferimento dell’intensità d’esercizio, dello stato di allenamento dei soggetti e della stessa
metodologia d’allenamento su cardiowave. Inoltre, la registrazione dell’attività elettrica del
muscolo tramite elettromiografia ha permesso di valutare l’intensità di lavoro in contrazioni
concentriche ed eccentriche di ogni singola posizione (i.e., standard, intermedia, intermedia-forzata,
free style) in relazione allo stato di allenamento e all’età dell’individuo, parametri utili a fornire
indicazioni per una periodizzazione d’allenamento per differenti gruppi in relazione allo stato di
allenamento dell’individuo.
Dai risultati di tale studio è emerso come l’uso di tale macchinario sia da tenere ben in
considerazione nell’approccio alla muscolazione dei soggetti non allenati.
Dopo questa prima esperienza, ci si è proposti di studiare le possibili correlazioni tra l’attività
muscolare e le eventuali variazioni di alcuni parametri metabolici, sempre durante l’esercizio svolto
nelle 4 posizioni di CW. In questa seconda indagine, i dati elettromiografici emersi in precedenza
sono stati enfatizzati e correlati con dati cardiovascolari, metabolici e funzionali(Iona T. et al.
2008; Palumbo A. et al , 2009 ). Le misurazioni condotte su: consumo di ossigeno (VO2),
percezione della fatica (scala di Borg) e FC (classi di frequenza) hanno consentito la valutazione
dell’intensità di esercizio svolto su cardiowave e la stima di un protocollo di esercizio svolto a
diversi livelli di intensità.
Infine, una terza indagine ha indagato le variazioni dei parametri metabolici dopo un periodo di
allenamento svolto in modalità di gruppo, applicando la metodologia definita Cardiowave-pump, un
circuito di attività aerobica combinata, in cui all’attività di cardiopump è stata aggiunta una
percentuale di attività svolta nelle 4 posizioni cardiowave. I dati emersi sono stati paragonati con
quelli rilevati in un gruppo di controllo, che svolgeva la classica attività di cardiopump.
ABSTRACT
During three years of PhD, the research aimed at healthy sedentary and trained subjects engaged in
recreational activities. It has been based on acquisition and analysis of metabolic data: heart rate,
VO2max, lactate and body composition. I have registered electromyographic data too in different
categories (young, sedentary, and trained athletes) considering the movements of abduction,
extension and flexion of the lower limbs during exercise by CardioWave .
Based on the lack of previous published studies and the reducted number of participants, this
research represents a first attempt to increase knowledge about the technical characteristics and
capabilities of workout machine. I thought to propose work sessions in group lessons to stimulate
further research to identify new models of training to increase the scientific debate in this area of
fitness. Until now in international scientific literature there are no similar studies on the cardio
equipment. In particular, to use safer and suitable for every subject this device, it should be useful to
define the "guidelines" to obtain an optimum fitness level avoiding "overuse" syndrome of the
musculoskeletal apparatus, related to improper use of the device.
Cardio WaveTM (CW) is a cardiofitness apparatus recently available in fitness centers. Similarly to
an elliptical training apparatus, it is specifically designed to allow movements in all different planes.
Compared to other cardiofitness machines, CW is unique because allows the simultaneous
abduction, extra- rotation and extension of the lower limbs and ensures the correct posture of the
individual by means of the patented ErgoStride (i.e., antero-posterior movements) and SoftStride
(i.e. latero-lateral movements) mechanisms associated to the footplate. To vary the exercise
intensity individuals can vary the resistance of the CW footplate from level 1 (i.e., highest
resistance) to (i.e. lowest resistance). To extensively train the lower limb muscles four positions are
recommended: 1) Basic (Ba): with the chest erect, in line with lower limbs and hands on the central
part of the handlebar; 2) Intermediate (In): with the chest leant forward, the center of gravity (GC)
moving back and hands positioned on the top of the handlebars ; 3) Advanced (Ad): with the chest
inclined and the hands positioned at the extremity of the handlebar, while the GC moves back ; 4)
Free style (Fr): the GC is in line with the lower limbs and the arms are free to move back and forth.
There is a strong intuitive and anecdotal association between these positions and the training of
different muscle groups even though no data are available to support differences in muscle
activation during the four multiplanar movements at a given cardiovascular exercise intensity.
In literature there are a lot of studies about the increase of the strength in lower limbs muscles, but
performed by other type of cardio machines or reporting data only about a single floor exercises
eccentric / concentric as the squat.
The purpose of first research has been to gather the exercise intensity performed by measuring heart
rate and muscle activation agonists of the lower limb (anterior rectus femoralis and vastus medialis)
and antagonists (hamstring) in the typical movements of the 4 positions cardiowave for age (young
and adult) and fitness level (trained and sedentary) of the participants and other data related
cardiovascular and metabolic adaptation of entities engaged in group activities on CW.
In a first survey were evaluated: the HR and the activity of the lower limb muscle in relation agonist
/ antagonist, during exercises performed on Cardiowave, comparing the values of the tests
performed by trained and sedentary subjects (Iona et al. 2007). Monitoring of parameters such as
heart rate (HR) and the perception of fatigue (Borg scale) gave a framework of the intensity of
exercise, training status of subjects and the same methods of training on cardiowave. Furthermore,
recording the electrical activity of muscle using electromyography was to assess the intensity of
work in concentric and eccentric contractions of each position (ie, standard, intermediate,
intermediate-forced, free style) in performance training and age of the individual parameters to
provide useful advice on training program for different groups in individual performance training.
The results showed that for the optimal use of this machine is necessary to consider the availability
of each single subject.
After this first experience, it has been proposed to study the possible correlations between muscle
activity and changes of some metabolic parameters, always held during the year in the 4 positions
of CW. In this second investigation, the EMG data revealed previously been emphasized and related
data with cardiovascular, metabolic and functional (Iona T. et al. 2008; A. Palumbo et al, 2009).
Measurements conducted on: oxygen consumption (VO2), perception of fatigue (Borg scale) and
HR (class frequency), allowed the assessment of exercise intensity on cardiowave and estimated a
protocol of exercise at different levels of intensity.
Finally, a third study investigated changes in metabolic parameters after a period of training
performed in group mode, applying the Cardiowave-pump group session: combined circuit of
aerobic exercise adding the 4 positions cardiowave exercise. The results were compared to a control
group to realize a classical cardiopump activities.
Tutore
Prof. Antonio Ammendolia
Prof.ssa Mariafrancesca Piacentini
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Dottorando
Dott.ssa Teresa Iona
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