Per conoscere la potenza metabolica dobbiamo fare un passo indietro e capire l’importanza fondamentale della rivoluzione del calcolo dell’accelerazione nel calcio e negli sport di squadra. 

Che cos’è l’accelerazione?

L’importanza dell’accelerazione è stata una vera e propria rivoluzione nel 2005. Infatti, il Prof. P.E di Prampero et al., pubblicarono uno studio sulla rivista scientifica The Journal of Experimental Biology, dal titolo Sprint running: a new energetic approach riguardante la stima della spesa energetica e della potenza metabolica di uno sprint massimale di pochi metri con partenza da fermo.

L’esperimento è stato svolto su una pista d’atletica leggera in tartan, nel quale è stata registrata in maniera continua con un radar, con frequenza di campionamento a 35 Hz, la velocità istantanea dei primi 30 m di sprint massimale con partenza regolare dai blocchi.  Da questo, sono state tracciate delle curve velocità-tempo.

L’aspetto che si nota di più è come l’accelerazione con partenza da fermo assuma nei primi metri una pendenza elevatissima, per poi ridursi in maniera molto rapida, fino a raggiungere l’onset tipico dei 100 metri piani di 10 m/s2.

Nel primo secondo il soggetto raggiunge con un’accelerazione massimale di circa 6 ms-2, una velocità di 18-20 Km/h, ma, come notiamo (qui)dopo circa 10 metri tale accelerazione scende sotto i 2ms-2.

Immediatamente dopo lo start, il costo energetico istantaneo dell’accelerazione (Csr) è di circa 50 J·kg-1·m-1; successivamente, il costo energetico, declina progressivamente per raggiungere, dopo circa 30 metri, il calore della corsa costante su terreno pianeggiante, ovvero 3,8 J·kg-1·m-1.

Il ruolo del costo energetico nella potenza metabolica

La media del costo energetico in accelerazione è stata calcolata essere di circa 11,4 J·kg-1·m-1, circa 3 volte maggiore della corsa costante su terreno pianeggiante.

Dal prodotto del costo energetico della corsa in accelerazione (Csr) con la velocità, risulta la potenza metabolica istantanea. Questa è riportata come in funzione del tempo. La figura mostra un picco di potenza di circa 100 W·kg-1, ottenuto dopo circa 0,5secondi, e una potenza metabolica media nei primi 4 secondi nell’ordine di 65 W·kg-1.

Questo approccio, quindi è quello di valutare la potenza erogata istante per istante durante la prestazione.

Questo è oggi possibile grazie ai vari studi effettuati dal Prof. Di Prampero riguardanti la spesa energetica delle diverse forme di locomozione umana.

Nello studio del 2010 di Osgnach e collaboratori Energy cost and metabolic power in elite soccer: a new match analysis approach si sviluppa un nuovo approccio per la valutazione della richiesta metabolica dei giocatori di calcio attraverso la video match analysis, con l’obiettivo di prendere in considerazione anche le accelerazioni.

Vengono anche paragonati i risultati ottenuti con i valori tradizionali della video match analysis.

Che cos’è la potenza metabolica?

Il modello teorico si basa sull’approccio proposto dal Prof. di Prampero. nella stima del costo energetico (EC) della corsa in accelerazione e in decelerazione con lo scopo di introdurre gli algoritmi risultanti nella video match analysis.

In particolare, di Prampero, ha mostrato che approssimativamente la corsa in accelerazione su un terreno pianeggiante è energeticamente equivalente alla corsa in salita a velocità costante.

Durante uno sprint il corpo del corridore si flette in avanti formando un angolo (α) con il terreno. Questo è tanto più piccolo quanto è maggiore l’accelerazione. Se il terreno fosse inclinato di uno stesso angolo (α) il corpo del corridore sarebbe portato in verticale. Perciò possiamo considerare la corsa in accelerazione in maniera equivalente ad una corsa a velocità costante su una pendenza equivalente (ES= Equivalent Slope), dove: ES= tan(90-α).

 

Energy cost and metabolic power in elite soccer: a new analysis approach; C.O. Osgnach e coll. 2009

Troviamo degli elementi: COM è il centro di massa, T è il terreno, H è il piano orizzontale, g è il vettore dell’accelerazione di gravità, af è il vettore dell’accelerazione frontale e g׳ è il vettore somma di af e g.

In aggiunta, la forza media espressa dall’attività muscolare durante un’accelerazione è maggiore del peso del soggetto. Il rapporto g׳/g è detto “massa equivalente” (EM) e rappresenta un sovraccarico imposto all’atleta quando accelera sé stesso. Pertanto, se si conosce il valore dell’accelerazione in avanti (af) ES e EM possono essere facilmente calcolate.

In accordo con Minetti e coll., il costo energetico (EC, J*Kg-1*m-1) della corsa in salita a velocità costante è descritto dalla formula:dove i è l’inclinazione del terreno e 3,6 (J*Kg-1*m-1) è il costo energetico della corsa a velocità costante su un terreno pianeggiante e compatto. Quindi può essere ottenuto facilmente il costo energetico della corsa come:

dove i è l’inclinazione del terreno e 3,6 (J*Kg-1*m-1) è il costo energetico della corsa a velocità costante su un terreno pianeggiante e compatto. Quindi può essere ottenuto facilmente il costo energetico della corsa come:

ove i è stato sostituito con la pendenza equivalente (ES) ed il costo totale è stato moltiplicato per la massa equivalente (EM). A questo punto può essere calcolata la potenza metabolica (P) moltiplicando il costo energetico (EC) con la velocità di corsa (v):

P = EC·v

La potenza metabolica nello sport: la nostra review

Per un lavoro universitario ho dovuto ricercare solamente in letteratura scientifica se la potenza metabolica potesse essere un parametro da utilizzare per valutare il carico fisico negli sport di squadra.

La mia analisi è partita dallo studio sul modello teorico del calcolo della potenza metabolica proposto da di Prampero et al. (2005), in cui si è preso come prototipo di riferimento per la corsa in accelerazione la valutazione del dispendio energetico della corsa in salita.

L’intuizione dell’autore è stata di paragonare un soggetto che accelera, con il corpo piegato in avanti, ad un soggetto che corre a velocità costante in salita, considerando che la pendenza del terreno fosse equivalente all’angolo di piegamento del corpo nella fase di accelerazione.



Gli autori di questo studio, conoscendo il costo energetico (CE) della corsa crescente in salita (Minetti et al. 2002), hanno considerato il CE della corsa in accelerazione maggiore di quello a velocità costante perché il soggetto deve spendere energia anche per aumentare la propria energia cinetica. In uno studio condotto sempre dal professor Di Prampero e da Osgnach nel 2011 si è mostrato un approccio nuovo per la valutazione della performance fisica del calciatore attraverso l’analisi video.

Video del Prof. di Prampero – Il prof. di Prampero introduce il concetto di potenza metabolica, grandezza che consente di misurare l’impegno fisico dell’atleta considerando sia la velocità che le accelerazioni sostenute nel corso della prestazione

Questo modello ci ha permesso di valutare la potenza metabolica istantanea, ridefinendo così il concetto di “alta intensità”, sulla base della potenza metabolica espressa, piuttosto che considerando soltanto le soglie di velocità.

Nello studio di Manzi et al, condotto nel 2014 l’approccio alla potenza metabolica (PM) ha mostrato quali fossero le esigenze energetiche del calciatore dimostrando l’importanza della capacità aerobica come componente rilevante (da allenare) nel gioco del calcio e della validità del metodo PM per calcolare il carico esterno nei calciatori professionisti.
Lo studio di Gaudino et al, 2014 ci ha mostrato come le richieste ad alta intensità nell’allenamento del calcio siano state sottostimate dagli studi precedenti che hanno considerato solo l’analisi tradizionale delle velocità di corsa.

La stima della potenza metabolica è risultata utile nell’informare più a fondo l’allenatore riguardo alle reali esigenze di una sessione di allenamento. L’uso di questo sistema di monitoraggio tramite GPS, con un campionamento adeguato, può non solo essere importante nella conoscenza dell’attività che svolge il calciatore ma può contribuire allo sviluppo di programmi di allenamento che servano a migliorare ulteriormente le prestazioni e a ridurre l’insorgenza degli infortuni.

Gaudino et al, 2014 in un ulteriore studio hanno analizzato le richieste degli small sided games (SSG) aggiungendo a quanto precedemente detto che le richieste ad alta intensità durante gli SSG nei calciatori d’elite sono sottostimate se si esegue solamente il calcolo delle soglie di velocità.

Durante gli SSG di piccole dimensioni risulta fondamentale il calcolo della potenza metabolica che ci può fornire una stima più valida delle verie esigenze richieste in questi particolari tipi di esercizi.

Ai precedenti studi condotti nel calcio Johston et al, 2015 in una ricerca sviluppata nel Football Australiano ci ha mostrato come la stima della potenza metabolica sia importante per la progettazione e la realizzazione di programmi di allenamento e sessioni di recupero, indicandoci che non è perforza necessario inserire delle modifiche al piano di allenamento attuale ma attraverso una gestione accurata delle rotazioni degli atleti durante la gara è possibile replicare le stesse potenze espresse degli atleti del livello superiore.

Sempre in questo sport, Coutts et al, 2015 hanno dimostrato come esistano differenze tra i ruoli sia per le variabili di velocità sia per quelle di potenza metabolica. I midfielders, seguiti dai mobile forwards e dai mobile backs hanno il più grande impegno fisico rispetto agli altri ruoli. Questo studio ci dimostra come la potenza metabolica può contribuire a capire meglio la richiesta fisica nel Football Australiano.

Malone et al, 2016 in uno studio svolto su atleti di Gaelic Football, dopo avere anch’esso come altri autori classificato lo sforzo fisico dei giocatori in base ai ruoli tattici ha visto come i giocatori che occupavano la zona centrale del campo (midfield, half-back and half-forward) siano stati quelli con la spesa energetica più alta (a causa del maggiore coinvolgimento durante la gara) e i risultati di questo studio hanno rafforzato l’ipotesi (della ricerca) che indagando sulla relazione tra la potenza metabolica e in questo caso la classificazione delle zone di velocità si possa conoscere più a fondo il profilo fisiologico dell’atleta, potendo costruire poi opportuni programmi di allenamento per formare giocatori sempre più performanti.

In uno studio di Vescovi, 2016 condotto con l’obiettivo di quantificare lo spostamento, la frequenza cardiaca e la potenza metabolica nelle partite di alto livello femminile di hockey su prato, ha mostrato per quanto riguarda la PM come esistano reali differenze tra le giocatrici U21 e le U17 e affermando che tali risultati dovrebbero essere utilizzati per sviluppare delle strategie di sviluppo idonee per aiutare le giocatrici nel raggiungimento di standard prestatitivi più elevati.

La potenza metabolica nello sport: quali sono le conclusioni

Tutti i precedenti studi analizzati, hanno utilizzato una tecnologia GPS (con frequenza di campionamento 5-10-15 HZ e con software di analisi dati che utilizzava una media a 5 Hz) per monitorare il carico fisico svolto dall’atleta, ma lo studio di Brown et al, 2016 è andato controcorrente affermando che i risultati suggeriscono che il sistema di tracciamento GPS che utilizza il modello della potenza metabolica non stimi con precisione la spesa energetica o energetic expenditure (EE) durante gli allenamenti costituiti da attività miste intervallate da periodi di recupero. Inoltre, secondo gli autori, l’uso della potenza metabolica è in grado di fornire una stima ragionevolmente precisa della energia spesa durante la camminata e il jogging.

Sulla stessa strada calcata da Brown, i risultati dello studio di Buccheit et al, 2015 hanno messo in dubbio l’utilità della valutazione della potenza metabolica ricavata dal GPS rispetto a quella ricavata dal metabolimetro per stimare il costo energetico di esercizi specifici con l’attuale tecnologia (4 Hz GPS).

Secondo l’autore la PM derivata dalla locomozione (calcolata tramite GPS) sottostima in gran parte le richieste metaboliche nelle esercitazione e nelle fasi di recupero (in accordo con Brown), ma il calcolo della distanza ad alta potenza metabolica (> 20 W•kgˉ¹) mostra un grande errore. La scarsa affidabilità della PM (tramite GPS) > 20 W•kgˉ¹ mette in dubbio il suo valore ai fini del monitoraggio nel calcio.

Questi studi pochi studi presenti in letteratura ci mostrano come alcuni autori siano concordi a considerare la Potenza metabolica come parametro da utilizzare nella quantificazione dello sforzo del calciatore (carico fisico), altri considerate le proprie valutazioni sconsigliano l’uso di questo sistema di monitoraggio per la scarsa affidabilità da loro calcolata. Gli errori di alcuni studi potrebbero essere dati dalla frequenza di campionamento del GPS utilizzato, infatti GPS di 4-5 Hz risultano imprecisi nel calcolo delle velocità e dovrebbero essere condotti ulteriori studi con GPS che campionano anche fino a 50 Hz.

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Andrea Licciardi

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