APPUNTI PT Fisiologia
La fisiologia è la scienza che studia il funzionamento dei sistemi biologici.
Capacità di rispondere a uno stimolo
La capacità di rispondere a un stimolo è definita entro certi limiti, che dipendono essenzialmente:
dall'intensità dello stimolo
da fattori determinanti individuali:
GENETICI (non possiamo modificarli)
NON-GENETICI (gestibili attraverso l'allenamento e la costanza, ovvero l'adattamento)
Ruolo del fisioterapista
Valutazione dell'aptitudine fisica:
All'inizio e durante l'evoluzione per ottimizzare gli stimoli (carico di allenamento).
Attraverso una serie di test, è possibile stabilire parametri che:
sono individuali
sono oggettivi
VALUTAZIONE FISIOLOGICA DELL'APTITUDINE FISICA
Tre elementi fondamentali:
Energia (sistemi aerobici e anaerobici per generare energia)
Funzioni motorie (sistema neuromuscolare, tecniche, capacità muscolare)
Controllo (strategia e motivazione)
SISTEMI PER OTTENERE ENERGIA
L'energia è rappresentata dall'Adenosina Trifosfato (ATP).
Aerobico: richiede ossigeno per produrre ATP.
Anaerobico: non richiede ossigeno.
Nel breve e intenso sforzo, vengono utilizzati principalmente i fosfati ad alta energia come la fosfocreatina, per rinnovare l'ATP e mantenere le sue concentrazioni costanti.
Sistema anaerobico alattacido: utilizza ossigeno non essenziale e non accumula acido lattico.
Utilizzo del glucosio: secondo modo più veloce per ottenere energia.
La glicolisi anaerobica è il metodo più rapido per produrre energia dopo l'uso dei fosfati, ma l'efficienza è bassa (soltanto 2 ATP per glucosio).
Limite principale: accumulo di acido lattico e riduzione del pH.
Con l'aumento della durata dell'esercizio, l'intensità deve diminuire poiché i sistemi anaerobici non sono più sufficienti.
Il metabolismo aerobico permette una produzione energetica più efficiente grazie all'ossigeno.
I carboidrati sono più efficienti dei grassi in termini di ATP per O₂, ma i grassi rappresentano riserve energetiche più abbondanti.
Durante l'esercizio, i sistemi energetici operano sempre insieme in modo simultaneo e sovrapposto anche in attività definite "aerobiche".
FISIOLOGIA DELLA FORZA MUSCOLARE: CONCETTI GENERALI
Il testo chiarisce i concetti fisici legati alla forza muscolare, spesso confusi, tra cui forza, momento (torque), lavoro, potenza ed elasticità.
Forza: è ciò che può modificare lo stato di quiete o movimento di un corpo o deformarlo. Componente dinamica (accelerazione o decelerazione) e statica (deformazione).
Momento (torque): capacità di una forza di far ruotare un corpo attorno a un asse; dipende dall'intensità della forza, dalla distanza e dall'angolo di applicazione.
Lavoro: energia prodotta da una forza che causa uno spostamento; dipende dalla componente della forza nella direzione del movimento.
Potenza: lavoro svolto nell'unità di tempo (ogni muscolo ha forza e velocità correlate; la massima potenza si ottiene a valori intermedi di entrambe).
Elasticità: capacità dei tessuti di ripristinare la forma originale dopo deformazione. I muscoli e tessuti connettivi immagazzinano energia elastica, piacendosi; fondamentale per aumentare forza, proteggere da traumi.
Caratteristiche fondamentali del muscolo:
Conversione dell'energia chimica in energia meccanica ha un'efficienza del 20–30%.
Contrazione muscolare è il risultato di attività simultanee di molti sarcomeri e muscoli coordinati.
Disposizione delle fibre, tendini e inserzioni ossee influenza produzione di forza.
Strutture non contrattili (ossa, tessuti connettivi) contribuiscono significativamente allo sviluppo e trasmissione della forza.
Classificazione delle contrazioni muscolari:
Isometrica: senza spostamento, non produce lavoro meccanico.
Anisometrica: produce spostamento e lavoro:
Concentrica: movimento nella stessa direzione della forza muscolare (lavoro positivo).
Eccentrica: movimento opposto alla force muscolare, controlla carico maggiore (lavoro negativo).
Per condizioni di carico e velocità:
Isotonica: tensione costante (approssimativa, tipica dei pesi).
Isocinetica: velocità costante, con macchine specifiche che misurano forza, lavoro, potenza e fatica (incluso il contributo elastico del muscolo).
Complessità dell'analisi della forza richiede standardizzazione delle misure per evitare errori. Ruolo del sistema nervoso è essenziale nella produzione della forza: il muscolo è quasi “inerte”.
Studio della forza parte dal neurone, la cellula fondamentale del sistema nervoso:
Soma (corpo cellulare), dendriti (integrazione info), assone (conduce impulso nervoso verso il muscolo).
Motoneuroni sono grandi cellule con molti dendriti e assoni spessi, trasmettono impulsi rapidamente.
Caratteristiche funzionali dei neuroni: eccitabilità, integrazione, conduzione, trasmissione.
Funzionamento dei neuroni e struttura del muscolo integrati per produrre movimento:
Neuroni eccitabili, rispondono a stimoli elettrici e chimici, integrano segnali nel soma e generano potenziali d'azione trasmessi lungo l'assone.
Comunicazione tra neuroni tramite sinapsi, influenzabile da fattori esterni e farmacologici.
Neurone singolo è semplice (simile a un bit), ma in rete diventa parte di un sistema complesso, capace di elaborare informazioni, adattarsi e generare risposte motorie.
Comandi motori partono dalla corteccia cerebrale, attraversano il tratto piramidale, raggiungono motoneuroni del midollo spinale per attivare muscoli.
Muscolo scheletrico:
Elemento attivo che si accorcia per produrre movimento, non può agire senza controllo nervoso.
Struttura fibrillare composta da fibre muscolari multinucleate contenenti miofibrille formate da sarcomeri.
Contrazione avviene grazie allo scorrimento dei filamenti sottili su quelli spessi, accorciando i sarcomeri e il muscolo.
Tendini, vasi sanguigni e tessuti connettivi essenziali per forza e movimento.
Tre caratteristiche fondamentali del muscolo:
Eccitabilità
Contrattilità
Elasticità
Approfondimento sulle proprietà funzionali del muscolo, meccanismo della contrazione e importanza di corretta valutazione della forza:
Eccitabilità: risposta a stimoli non solo nervosi (elettrici e chimici), ma anche termici e meccanici.
Contrattilità: capacità di accorciarsi in risposta a stimolo.
Elasticità: consente deformazione e recupero forma originale senza danneggiarsi; fondamentale per controllo fine movimento, coordinazione e prevenzione infortuni, migliorabile con allenamento.
Funzione del muscolo scheletrico
Produce movimento, da azioni precise a gesti esplosivi.
Prestazione dipende da sincronizzazione di molte fibre.
Ogni movimento coinvolge più muscoli con ruoli di agonisti e antagonisti; corretto rilassamento degli antagonisti essenziale.
Biomeccanica e angolo di lavoro influenzano funzione.
Contrazione Muscolare
Processo preliminare di accoppiamento eccitazione–contrazione, mediato dal calcio e strutture cellulari, comporta consumo di energia prima accorciamento meccanico.
Diversi tipi di fibre muscolari:
Fibre lente (tipo I)
Fibre rapide (tipo II)
Forme intermedie che influenzano tipo di contrazione e prestazione.
Importanza di distinguere tra:
Forza
Lavoro
Potenza (soprattutto in ambito scientifico e allenamento per misurare carico).
Modalità di valutazione della forza
Test dinamometrici (statici e dinamici):
Statica: misura forza in contrazione isometrica, limitata a un angolo o posizione.
Dinamica: misura forza durante movimento.
Misurazioni dinamiche possono essere:
Isotoniche: carichi costanti (pesi) e valutano forza tramite Repetition Maximum (RM: 1RM per forza massima o RM più alti per stimare forza-resistenza, velocità, potenza).
Isocinetiche: macchine mantengono costante velocità movimento, misurano momento torcente a varie velocità; applicazioni biomeccaniche.
Test cinematografici, analizzano movimento per calcolare lavoro e potenza.
Valutazione della componente nervosa:
Registri cellulari misurano attività elettrica di singole cellule, limitati alla ricerca.
Elettromiografia (EMG) misura attività elettrica muscolare; EMG integrato (EMGi) indica livello di attivazione e reclutamento fibre.
Allenamento come processo di adattamento a stimoli programmati per miglioramento prestazione.
Allenamento della forza:
Forza massima (superare carichi elevati)
Potenza (esprimere forza esplosivamente).
Tutte le forme di allenamento basate sul principio del sovraccarico; programmazione tipicamente in percentuali di 1RM (60–100%, fino a 80–100% per atleti di forza).
Relazione forza–velocità indica miglioramenti specifici dell'area della curva su cui si lavora; variabili fondamentali includono:
Numero di sedute settimanali
Serie e ripetizioni
Tempi di recupero.
Allenamento forza varia in base all’obiettivo sportivo:
Bodybuilding punta all’ipertrofia con movimenti lenti e serie lunghe.
Sollevamento pesi mira a forza massima e adattamento neurale con carichi elevati, analisi anatomica prevede poche ripetizioni e recuperi completi; esigenze variano per sprinter o lanciatori.
Adattamenti allenamento pesi su più livelli:
Trofico (ipertrofia muscolare)
Neurale (sistema nervoso)
Forza non coincide con ipertrofia: possibile aumentare forza e attivazione muscolare (EMG) senza incremento massa muscolare.
Miglioramenti neurali dipendono da:
Maggiore attivazione muscoli principali
Migliore attivazione muscoli agonisti
Maggiore inibizione muscoli antagonisti
Adattamenti derivano da migliore coordinazione intramuscolare (sincronizzazione unità motorie) e intermuscolare (tecnica).
Ipertrofia contribuisce a forza, processo più lento; adattamenti neurali avvengono per primi spiegando miglioramenti iniziali.
Ogni tipo esercizio produce specifici adattamenti neurali:
Lavoro pliometrico migliora riflessi neuromuscolari e riduce meccanismi inibitori.
Risposte neurali variano in base livello atleta:
Principianti: grandi adattamenti neurali iniziali
Atleti avanzati: risposta EMG dipende da intensità e richiede programmazione individualizzata
Allenamento di potenza: adattamenti neurali rapidi e specifici, poca ipertrofia.
Chiave: per sviluppare forza indispensabile allenare anche sistema nervoso; ruolo centrale del trainer nella programmazione stimoli.
Analisi gesto atletico considera:
Livelli di osservazione (anatomico, meccanico, funzionale)
## Osservazione articolazioni
Individuazione articolazioni coinvolte:
Numero di articolazioni
Tipo di articolazioni
Grado di mobilità
Ampiezza del movimento con limiti imposti da ossa, legamenti, muscoli.
## Analisi muscoli coinvolti
Valutare il numero di muscoli attivi:
Ruolo funzionale (agonisti, sinergici, fissatori)
Posizione del muscolo durante movimento, influenza forza espressa in base angolo e lunghezza
Rapporto con articolazioni (muscoli mono- o poliarticolari)
Presenza coppie forze per movimenti rotatori (ad es. scapola).
Analisi meccanica:
Scomporre gesto in movimenti semplici
Rappresentare forze e momenti tramite vettori e schemi grafici
Sommare forze e momenti sui segmenti corporei
Studiare condizioni di equilibrio o calcolare il risultato in base a variabili like velocità, angoli, carichi.
Ricomporre movimento integrando fasi in sequenza continua (es. camminata).
Analisi funzionale:
Tipo di contrazione muscolare coinvolta nel movimento:
Isometrica: nessuno spostamento, lavoro meccanico nullo.
Anisometrica: con spostamento, lavoro meccanico presente
Concentrica: accorcia nella direzione.
Eccentrica: oppone a forza maggiore.
Sviluppi:
Isotonica: tensione costante.
Isocinetica: velocità costante, macchine per misurazione.
Considerazioni sul sistema muscolare:
Trasformazione energia chimica in meccanica con efficienza 20-30%.
Contrazione apparente risulta attività contemporanea di sarcomeri e muscoli coordinati.
Disposizione spaziale di fibre, muscoli, tendini, e ossa influenzano forza espressa.
Strutture non contrattili contribuiscono a produzione e trasmissione forze.
Conclusione: analisi biomeccanica è complessa; richiede chiarezza e attenzione al sistema nervoso, metodi misura standardizzati.
Ergonomia
Concetto di ergometria: misurazione lavoro sotto carico controllato per valutare risposta organismo allo sforzo e programmare allenamento.
Un test ergometrico è definito da:
Ergometro: determina somiglianza test/attività reale.
Protocollo test: deve essere adattato ad atleta, disciplina, parametri.
Incrementali (carico crescente) o stabili (carico costante).
Parametri misurati: variabili biologiche e meccaniche durante test.
Parametri ergometrici
VO₂: quantità di ossigeno consumata per unità di tempo; parametro chiave per valutare risposta allo sforzo.
Formula:
Dove:
Q: portata cardiaca (volume/min in L/min).
FC: frequenza cardiaca (battiti/min).
VS: volume sistolico (espulsione in L).
: differenza di O₂ nel sangue arterioso e venoso.
Definito esternamente (ossigeno inspirato vs espirato) o internamente (portata cardiaca e differenza artero-venosa).
VO₂ aumenta linearmente col carico fino a un massimo.
VO₂max è classico per sport di resistenza, non sensibile a miglioramenti dall'allenamento e influenzato dalla genetica.
Economia di corsa: VO₂ sub-massimali; efficienza nella trasformazione energia chimica in lavoro meccanico (circa 25%).
Frequenza cardiaca
Frequenza cardiaca: parametro pratico e misurabile, generalmente lineare col VO₂.
Allenati: a parità di frequenza, consumo O₂ maggiore per volume sistolico migliorato e utilizzo periferico.
Utile per programmare allenamento, identificare intensità di lavoro e soglie.
Acido lattico
Lattato derivante metabolismo anaerobico glucosio; 2 molecole di lattato per glucosio.
Concentrazione aumenta col carico, non sempre in modo lineare.
Oltre una certa intensità, aumento rapido identifica soglia.
Soglia anaerobica
Non esiste una sola definizione; classicamente definita dal carico di lavoro oltre il quale aumentano significativamente:
utilizzo sistemi anaerobici
lattato ematico.
Metodi di determinazione
Principali metodi:
misura lattato ematico
analisi ergospirometrica.
Soglia di lattato
Carico di lavoro in cui aumenta lattato rispetto valori di riposo in test incrementale.
Influenzata da:
metodo prelievo e analisi
protocollo test
tipo esercizio
composizione fibre.
Soglia individualizzata, valutata come cambiamento andamento.
Fasi metaboliche
Fase I: lattato simile al riposo fino alla prima soglia.
Fase II: lattato aumentato ma stabile fino alla seconda soglia.
Fase III: lattato in aumento continuo, superamento meccanismi compensatori.
Soglia ventilatoria
Punto in cui ventilazione aumenta sproporzionatamente col carico.
Monitoraggio durante test incrementale:
VE, VO₂, VCO₂, equivalenti ventilatori (VE/VO₂), RER (VCO₂/VO₂).
Identificazione soglie ventilatorie determinate da andamenti dei parametri.
Identificazione soglie
Due soglie:
VT1 (soglia aerobica): aumento di VE/VO₂ senzo aumento VE/VCO₂.
VT2 (soglia anaerobica): aumento VE/VCO₂ e diminuzione PETO₂.
Applicazione pratica
Analisi soglie per programmare carichi allenamento scientificamente, individuare sistemi fisiologici da migliorare.
Buona salute e allenamento forza
Salute: stato di completo benessere fisico, psicologico, sociale.
Benefici esercizio fisico:
Prevenzione malattie
Miglioramento capacità funzionali
Aumento autostima.
Allenamento forza:
Mantiene salute apparato muscolo-scheletrico
Migliora condizioni cliniche in soggetti con patologie.
Obiettivi programma fitness:
Miglioramento cardiovascolare
Incremento della forza
Miglioramento della flessibilità.
Anziani e allenamento
Allenamento della forza non porta a perdita forza con l’età; può essere bloccata e invertita.
Linee guida:
Esercizi semplici e motivanti
Supervisione professionale.
Densità ossea
Diminuisce con inattività; maggiore negli atleti rispetto sedentari.
Raccomandazioni ACSM
Frequenza: 3–5 giorni/settimana
Intensità: 50–85% VO₂max
Inclusione allenamento con pesi:
Grandi gruppi muscolari;
8–10 ripetizioni;
2-3 giorni/settimana.
Allenamento circuito
Indicato anche per pazienti coronarici e ipertesi; provoca minori ischemie e migliora perfusione miocardica.
Linee guida generali:
Carichi 30–50%
10–15 ripetizioni
Recuperi brevi.
Rischi dell'attività fisica
Infortuni e morte improvvisa (rara, spesso legata a condizioni non diagnosticate).
Rischi bassi se attività controllata e supervisionata.
Prevenzione
Valutazione iniziale
Programmi adeguati e assistenza medica.
Bambini e giovani
Allenamento forza sicuro se supervisionato; migliora forza e capacità motorie.
Massimi benefici post-pubertà, ma anche i prepuberi possono migliorare.
Allenarsi in sicurezza
Consenso medico
Supervisione adulti competenti, tecnica corretta, riscaldamento, programmazione graduale.