3/17/11 Fisiologia dello Sport 1

Carlo Capelli, Facoltà di ScienzeMotorie, Università degli Studi di

Verona

Costo energetico della locomozioneumana-concetti generali

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Il Costo Energetico della LocomozioneUmana

Quantità di Energia Metabolica spesa perUnità di distanza per avanzare ad una

determinata velocità

(kJ km-1; J m-1 kg-1; ml O2 m-1 kg-1)(20.9 J = 1 mlO2 se RQ = 0.96)

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Componenti di C

• Locomozione umana su terreno in piano

• C = CNA + CAE

• C = CNA + k’ v2

• k’ = A Cd (0.5 ρ) η -1

• C = CNA + A Cd (0.5 ρ v2) η-1

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Componenti di C

• Locomozione umana su terreno in piano

• CNA

- Lavoro interno- Attriti- Lavoro meccanico cardiaco e dei muscoli respiratori- Contrazioni per mantenere la postura

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Determinazione di C

Condizioni aerobiche - E’< V’O2max

E’ ∝ ATP’ = cV’O2ss

Cs = V’O2ss v-1

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Componenti di C

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Componenti di C - nella realtà

0.480.40k’ (J s2 m-3/m2)

26 + 0.89 v2289 + 0.74 v2C (J m-1)0.313.86Cna (J m-1 kg-1)0.5921.10Cd

0.89 v20.74 v2Ca (J m-1)

CiclismoCorsa

PB = 760 mm Hg; T = 20 °C; MC = 75 kg; St: 175 cm; UR = 50%

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Costo energetico della corsa in piano

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

3.5 4.5 5.5 6.5

speed (m s -1)

Cr (

J m

-1 k

g-1)

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Costo energetico della corsa suterreno inclinato

Da Minetti et al, 2002

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Costo energetico del ciclismo in piano• Effetti di differenti tipi di mezzo di locomozione su C

C = 29.6 + 0.606 v2

C = 30.8 + 0.558 v2

v2 (m s-1)2

C (J

m-1

)

• C = CNA + k’ v2

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Costo energetico del ciclismo suterreno inclinato

• C = Cg + CNA + k’ v2

• C = {sin[arctan(i)] M g}/η + {cv cos[arctan(i)] M g}/η + k’ v2

• C = {sin[arctan(i)] M g}/η + {cv cos[arctan(i)] M g}/η +(0.5 A Cd ρ)/ η v2

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Potenza metabolica nel ciclismo• Conoscendo le condizioni ambientali, le caratteristiche

antropometriche del soggetto e l’area frontale A, si puòdeterminare, dalla relazione C vs. v2, E’

• Telaio tradizionale

V’O2 = 1.8 10-3 • mtot • vg + 5.52 10-3 • (Pb/T) • Ad • va2 • vg

• Telaio aerodinamico

V’O2 = 1.8 10-3 • mtot • vg + 5.08 10-3 • (Pb/T) • Ad • va2 • vg

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Potenza metabolica nel ciclismo

~ 9552500.290.340.84Recumbent

~ 9802150.3910.570.69Mountain byke

~ 8001760.320.360.88Bicicletta da corsa,corridore in posizioneaerodinamica

15703450.6320.551.15Bicicletta tradizionale

E’a a 10m/s

(watt)

W’a a 10m/s

(watt)Cd•AA (m2)CdTelaio

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C alle velocità sovramassimali

C = E d-1

E = MPA t + An - MPA τ (1-e-(t τ-1))

• MPA: Massima Potenza Aerobica; proporzionale a V’O2max

• An: quantità di energia metabolica che può essereottenuta dalla completa utilizzazione delle fontianaerobiche (lattacide and alattacide)

• τ: costante di tempo (24s) che descrive l’aumento monoexponenziale del consumo di ossigeno am livellomuscolare

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Esempio di applicazione: C nel nuoto

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

speed (m s-1)

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5speed (m s-1)

Crawl australiano Dorso

Cs (

kJ m

-1)

Cs (

kJ m

-1)

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Bilancio energetico

12.6 ± 1.228.2 ± 0.559.2 ± 6.11.52 ± 0.03

23.1 ± 0.759.4 ± 3.817.4 ± 3.11.73 ± 0.05Backstroke

20.0 ± 1.343.6 ± 2.036.4 ± 2.71.64 ± 0.03

13.8 ± 0.224.7 ± 2.861.5 ± 2.51.62 ± 0.05

19.6 ± 2.547.2 ± 4.633.3 ± 2.31.75 ± 0.05

25.8 ± 8.458.9 ± 8.415.3 ± 6.11.97 ± 0.07Crawl

Eanalac, %Eanlac, %Eaer, %v, m s-1Stile

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C e potenza metabolica (E’)E’ = C v

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C, E’ e massime prestazioni

• E’r = C v = C d t-1

• W kg-1 = J m -1 Kg -1 m s -1

In Condizioni Massimali

E’max = C vmax = C d tmin-1

vmax = E’max C-1

Dove E’max corrisponde alla massima potenza metabolica che un atletaè in grado di mantenere ad un livello costante per tutta la durata della

gara sino al tempo di esaurimento tmin

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Prestazioni di “Endurance” nellacorsa

• Potenza = Costo energetico • velocità

• E’ = Cr • v

• vmax = E’max • Cr-1

• vEND = Fr • V’O2max • Cr-1

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Energetica della corsa di resistenza

• Più del 72% dellavariabilità dellavelocità effettiva(vMIG) è spiegatadalla variazione dellavelocità teorica(vEND)

• vMIG/vEND=0.978±0.079

Da di Prampero et al, 1986

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Analisi dei fattori che determinano laprestazione

• La prestazione nella corsa di resistenzadipende, quindi, da:

• V’O2max

• F• Cr

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Bibliografia

• di Prampero PE. The energy cost of locomotion on landand in water. Int J Sports Med 7: 55- 72, 1986.

• Ferretti G e Capelli C. Dagli Abissi allo Spazio, edi-ermes,Milano, 2009, Capitolo 1.