Monopinna: elementi di biomeccanica applicata

Prof. Mario Ciavarella | 25 Aprile 2003 | 0 Comments

In un testo come questo, nato per fornire ai neo-allenatori informazioni teorico-pratiche sul “sistema allenamento”, è opportuno rivolgere l’attenzione anche su quei fattori come l’analisi biomeccanica che caratterizzano scientificamente una disciplina sportiva.
L’allenamento non è una semplice somministrazione di carichi, ma risulta essere una somma di operazioni coordinate, atte a dare un’organicità sistematica, in base a fini temporali, all’adattamento morfo-funzionale dell’atleta. Fondamento di questa organizzazione è la predisposizione dei carichi in relazione a dei principi psico-pedagogici, bio-fisiologici, biomeccanici e tecnico-specifici. Questa trattazione avrà ad oggetto gli ultimi due fattori.

Analisi biomeccanica alla ricerca del modello di gara

Conoscere il modello di gara è di fondamentale importanza per ogni disciplina sportiva, esso fornisce il riferimento ideale al quale tendere nell’acquisizione tecnica del gesto sportivo. Applicare elementi di biomeccanica alla disciplina specifica serve a scoprire i procedimenti esecutivi di una o più azioni motorie e spiegarne la loro esecuzione.

Quindi si indagherà su:

a) struttura, proprietà e funzione motoria del corpo dello sportivo;
b) tecnica sportiva razionale;
c) tecnica e perferzionamento personale

Nel determinare i punti di cui sopra è opportuno considerare l’analisi del movimento seguendo un indirizzo “anatomo-funzionale”, quindi la conoscenza degli interventi muscolari ed articolari e costruire un sistema meglio conosciuto come catene biomeccaniche.
Prima di valutare gli interventi muscolari interessati dal gesto sportivo, è utile soffermarsi sul come lavorano i muscoli nei vari movimenti sotto il profilo biomeccanico.

Il lavoro attivo (dinamico) svolto dai muscoli nei vari movimenti che eseguono l’azione motoria è sempre sorretto da una azione tensiva di supporto (passivo/appoggio) di altri distretti muscolari che ne regolano l’attuazione creando le migliori condizioni di effettuazione. Per esempio, nel movimento discendente della traslocazione in acqua del pinnatista, notiamo tensioni dinamiche dei muscoli agonisti (quadricipite femorale, ileo-psoas, retto dell’addome, tibiale anteriore), mentre sono prodotte tensioni di appoggio dai muscoli degli arti superiori e del dorso (trapezio, deltoidi, dorsali, lunghissimo del dorso). Una disarmonia che inficia tale rapporto rende il gesto principale inefficace. Il grado di efficacia dipende da quanto è più grande l’equilibrio tra le due componenti tensive.

Gli interventi muscolari

Il movimento ascendente o di azione secondaria, detto anche di caricamento, serve soprattutto a preparare la fase discendente (principale), ma non manca di una sua fase attiva che nella maggior parte dei casi è l’elemento differenziante tra atleti evoluti e principianti; è una condizione tecnica questa, di notevolissima importanza.

Meccanicamente, possiamo considerare l’azione di estensione del bacino, del tronco e delle gambe come un arco di corda. Bisogna ricordare che la capacità di estensione delle cosce sul bacino è aumentata se questa avviene a gambe estese. L’azione è agevolata dalla capacità flessoria della colonna vertebrale ed il fulcro del movimento è localizzato in L3- L4.

Il mov. ascendente è reso possibile dall’azione sinergica dei muscoli estensori, del tronco, delle cosce sull’anca e dei muscoli flessori plantari. Esso ha necessità che venga eseguito in condizioni di rilasciamento dei muscoli antagonisti (flessori del tronco, dell’anca, ed estensori delle gambe) ed è in stretta correlazione con le possibilità articolari e di elasticità muscolare. L’ampiezza del gesto motorio e quindi lo spazio percorso per ciclo di pinneggiata dipende dai fattori testé menzionati. Le sinergie muscolari vengono interrotte se viene anticipata la flessione delle gambe sulle cosce, perché si perde la caratteristica oscillatoria del movimento, depauperando l’opportunità di recuperare una parte dell’energia prodotta.

I muscoli principali interessati dall’azione attiva nel mov. ascendente, sono:

spinali e semispinali del capo, del dorso e del collo;

gran dorsale;

lunghissimo del dorso;

ileo-costale;

quadrato dei lombi;

grande gluteo

bicipite femorale capo lungo, grande adduttore e quadrato femorale;

tibiale posteriore;

gastrocnemio, flessori delle dita e dell’alluce del piede, peroneo lungo e breve; questi ultimi entrano in contrazione per contrastare il peso dell’acqua che preme sulla monopinna.

Il movimento discendente o di azione principale, agisce azionando sinergicamente i muscoli flessori del tronco e dell’anca, nonché gli estensori delle gambe, dei flessori dorsali del piede e dell’estensore lungo dell’alluce. Per una migliore riuscita biomeccanica del gesto, esso deve avere una continuità con il movimento ascendente. Ora ci troviamo in una posizione di allungamento muscolare dei muscoli flessori del tronco, delle anche e degli estensori delle gambe, che facilita ed aumenta (grazie alle componenti elastiche muscolari) l’estrinsecazione dell’azione attiva dei muscoli principali. L’azione principale deve partire con un caricamento della gamba che si flette sulla coscia con un angolo che ha una ampiezza di circa 100/120°, ed essere sorretta dal retto dell’addome che prima funge da appoggio e poi produce una tensione dinamica che deve proseguire in un progressiva catena biocinetica fino all’estensore lungo dell’alluce. E’ indispensabile che il movimento sia completato cercando di spingere la parte distale dell’attrezzo. La spinta in basso della gamba determina un sollevamento compensatorio del bacino verso l’alto, che deve essere controllato per non scaricare eccessivamente il movimento principale.

I muscoli principali interessati dall’azione attiva nel mov. discendente, sono:

retto dell’addome;

obliquo interno e esterno;

trasverso dell’addome;

grande e piccolo psoas;

quadricipite femorale;

tibiale anteriore;

flessori dorsali del piede, estensore lungo dell’alluce, peroneo anteriore

Il movimento globale assume un’andatura leggermente ondulatoria che viene controllata dall’azione degli estensori e dei flessori del tronco, che debbono essere allenati in sinergie muscolari valide ad economizzare il gesto motorio al fine di aumentarne il rendimento motorio.
Tra l’altro, non bisogna trascurare che il gesto specifico viene eseguito tramite l’utilizzo di un attrezzo (la monopinna) che con l’aumento della superficie di spinta determina una notevole variazione sull’applicazione della forza. Ciò è molto importante per capire le influenze meccaniche che l’attrezzo ha sulla dinamica del gesto. Infatti, così come un corpo solido accelera in tutte le sue parti nel momento di applicazione della forza, così un corpo elastico (monopinna) ritarda gli effetti meccanici, e la velocità di deformazione è condizionata dall’elasticità dell’attrezzo e dalla forza applicata. Questo è enormemente utile per poter adattare l’attrezzo all’atleta, considerando le sue possibilità biomeccaniche e fisiologiche, per ottimizzare il rapporto forza-velocità dei movimenti, come avviene in altri sport come il canottaggio, il ciclismo, il salto con l’asta, ecc..
Il movimento globale meglio si attua se la conformazione tecnica denominata assetto (posizione delle braccia in alto) é tenuta in una posizione di penetrazione ottimale (coefficiente di penetrazione, drag), che favorisce il sostegno dell’atleta nella penetrazione in acqua, cercando di infilarsi tra i flussi laminari, che sappiamo muoversi parallelamente al corpo. Tale necessità biomeccanica é utile per evitare turbolenze di flusso che aumentano la resistenza all’avanzamento.

Le azioni attive sopra descritte debbono essere sempre sostenute dall’azione tensiva di appoggio dei muscoli deputati al mantenimento dell’assetto, che sono:

trapezio superiore;

deltoidi;

elevatore della scapola;

romboide;

tricipite brachiale;

estensori delle dita

Abbiamo quindi il modo, ora, di acquisire informazioni atte al riconoscimento di un modello teorico di riferimento che dal punto di vista biomeccanico si estrinseca nella possibilità di economizzare il gesto sportivo. Le possibilità si raggruppano in due grandi famiglie:

1) abbassamento dei valori del dispendio energetico per ogni ciclo di movimento:

eliminazione elementi superflui;

eliminazione delle contrazioni muscolari non necessarie;

dimunuizione resistenze esterne;

diminuizione delle variazioni interne alla velocità;

scelta rapporto ottimale forza agente e velocità dei movimenti operativi;

rapporto ottimale tra la frequenza del movimento e la sua ampiezza

2) recupero di energia, cioé dalla trasformazione dell’energia cinetica in potenziale e la sua ritrasformazione in energia cinetica.

L’abilità tecnico-sportiva

Le capacità tecniche, che si acquisiscono con la continua pratica di una disciplina sportiva servono come abbiamo visto ad economizzare l’energia meccanica disponibile. Esse sono tanto più stabili quanto più si è variata la preparazione tecnica e quanto più sono stati resi possibili movimenti razionali che abbiano anche considerato le caratteristiche proprie dell’atleta. Ciò deve essere rapportato all’efficacia esecutiva del gesto che sottintende il grado di approssimazione alla variante più razionale.

Per una buona acquisizione del gesto motorio occorre avere:

a) un rendimento costante del risultato sportivo durante la sua esecuzione in condizioni standard;

b) la stabilità del risultato in corso dell’esecuzione del movimento in condizioni variate e difficoltate;

c) mantenimento dell’abilità acquisita anche in pause di allenamento;

d) automatismo dell’esecuzione.

Nei cosiddetti movimenti ciclici, dove si ripete un gesto motorio, si utilizza spesso il regime oscillatorio (alternanza di movimenti di ritorno in serie). Nell’applicazione del gesto ciclico c’è sempre perdita di energia che deve essere recuperata. Solo con un’esecuzione “completa” del gesto, si può recuperare energia ed ottenere un regime oscillatorio stabile. Quando si effettua un movimento, come nella fase ascendente del nuoto pinnato e si produce una energia surplus, questa viene accumulata e restituita nel movimento seguente (sempre che il movimento tecnico sia eseguito correttamente) costituendo un regime meccanico chiamato oscillatorio. Tale azione é detta di risonanza. Lavorare in risonanza risulta essere un fattore determinante per la riuscita in gare di media e lunga durata.

Il perferzionamento dei movimenti determina una organizzazione dei biosistemi e quindi ci fornisce la possibilità di educare le numerose funzioni muscolari, quali:

generare l’energia meccanica da quella chimica;

trasformare l’energia meccanica da potenziale a cinetica e viceversa;

accumulare energia elastica;

di trasmettere gli sforzi meccanici alle parti del corpo;

di fissare le parti a livello articolare;

di regolare la direzione della velocità;

di ammortizzare, assorbire e disperdere energia;

di ammortizzatore elastico

Inoltre, i muscoli partecipano all’attività termoregolatrice ed invia messaggi al SNC attivando i propriocettori sulle posizioni del corpo ed i movimenti che esegue nello spazio.

Il rendimento meccanico

La potenza meccanica espressa da un atleta che si muove in acqua deve tener conto della densità dell’acqua (maggiore di circa 800 volte quella dell’aria) e della velocità di spostamento. Il prodotto tra la resistenza idrodinamica o Drag (D) e la velocità di spostamento in acqua (V), fornisce il valore della potenza meccanica (We): We = D x V. Risulta evidente che al variare di D o V cambia l’espressione della potenza meccanica.
Conoscendo il valore di D e la spesa energetica (E) possiamo conoscere il valore del rendimento meccanico (Rm) allo spostamento di un corpo in acqua:
Rm = We / E = D x V / E.

Nel nuoto il rendimento meccanico risulta essere molto basso (tra il 4 e l’8%), come rilevato da E. di Prampero (45). Questo si spiega con lo scarso utilizzo (specie nel crawl), di strutture muscolari importanti quali gli arti inferiori. Ma ciò é giustificato dal fatto che il consumo di O2, che un’attivazione massiccia degli arti inferiori comporta, non corrisponde un proporzionale rendimento, come accertato da Åstrand (15). Infatti nei nuotatori di medie e lunghe distanze, l’azione degli arti inferiori é limitata al mantenimento della migliore posizione idrodinamica, con scarsissima partecipazione alla traslocazione.
Nel nuoto di superficie, con le pinne, grazie alla possibilità di un più idoneo utilizzo degli arti inferiori il rendimento sale fino a valori del 16/18% (49).
Nel nuoto subacqueo infine bisogna considerazione l’importanza dei fattori principali della resistenza in acqua, che sono:

1) la resistenza del mezzo (caratteristiche del fluido);
2) la resistenza di forma (drag);
3) la resistenza di scia.

In particolare, il 3° fattore é importante per comprendere come nel nuoto subacqueo (a parità di condizioni), venendo a mancare l’effetto della resistenza di scia, c’è un risparmio energetico valutabile intorno al 10/15% rispetto al nuoto di superficie (49). Inoltre il nuoto subacqueo viene favorito nella sua effettuazione dalla possibilità di eseguire l’intero movimento in modo più ampio che in superficie.

Prof. Mario Ciavarella
Docente di Teorie delle discipline acquatiche presso l’Università di Foggia