L’Allenamento della forza con volano inerziale: caratterizzazione meccanica e monitoraggio del periodo di apprendimento

4 
 
1.INTRODUZIONE 
Negli ultimi dieci anni sono stati introdotti nel mondo dell’allenamento sportivo, i 
dispositivi volano inerziali (Flywheel, FW), come metodologia alternativa ai pesi o alle 
macchine convenzionali per il miglioramento della forza e della potenza muscolare. 
L’introduzione dell’esercizio con FW nell’allenamento sportivo ha permesso di 
conoscere meglio questo nuovo metodo di allenamento della forza che prevede delle 
azioni muscolari dinamiche eccentriche-concentriche con una resistenza inerziale 
accomodante lungo tutto l’arco di movimento e un presunto sovraccarico eccentrico. 
Nel mondo sportivo è sempre più noto che l’allenamento eccentrico si pone come 
metodo preventivo e adattativo fondamentale in diverse attività motorie. ¨ stato provato 
infatti che le azioni eccentriche dei muscoli generano una forza maggiore e 
sottopongono i muscoli a danni più severi di quanto non accada con azioni 
concentriche. Inoltre è stato accertato che gli infortuni muscolari spesso avvengono 
durante rapide azioni eccentriche, ovvero quando un muscolo contratto viene 
improvvisamente allungato. Un possibile vantaggio dell’allenamento su FW è da 
associare in parte al principio di funzionamento di questo dispositivo, che consiste nel 
mettere in movimento un volano attraverso un’azione muscolare concentrica e quindi 
farlo decelerare con un’azione muscolare eccentrica. I costruttori del volano affermano 
che eseguendo un movimento eccentrico su un arco inferiore e quindi con uno sforzo 
muscolare più intenso rispetto all’azione concentrica, si otterrebbe il cosiddetto 
sovraccarico eccentrico. Un altro possibile vantaggio dei dispositivi iso-inerziali, 
avanzato dai costruttori, è quella di poter auto-regolare la resistenza, in quanto il volano 
adatta l’inerzia che oppone in modo proporzionale alla forza esercitata. Questo non 
accade nell’allenamento con pesi o macchine convenzionali, che oppongono una 
resistenza costante, equivalente al carico. Per tali ragioni l’esercizio con FW è stato 
associato a diversi benefici come la prevenzione degli infortuni muscolari e il 
miglioramento della prestazione neuromuscolare. Tenendo conto di queste indicazioni 
generali il nostro lavoro ha indagato alcuni aspetti dell’esercizio su FW, sottoponendo 
un gruppo di atleti, praticanti discipline in cui l’allenamento della componente 
eccentrica è altamente richiesto (sci e rugby), ad un protocollo di lavoro contenente 
esercizi su dispositivo iso-inerziale. In linee generali il nostro studio ha cercato di 
caratterizzare l’esecuzione dell’esercizio su FW (rapporto tra fase concentrica ed
5 
 
eccentrica); di analizzare i possibili vantaggi dell’esercizio iso-inerziale rispetto 
all’esercizio con pesi liberi e stabilire dei parametri che permettano di monitorare il 
periodo di apprendimento necessario agli atleti per sfruttare efficacemente l’esercizio su 
FW. 
Per la realizzazione di questo progetto è doveroso ringraziare il Prof. Roberto Manzoni 
e la Federazione Italiana Sport Invernali (FISI) per la gentile concessione del FW; la 
società Sci Club Lancia e il Cus Torino Rugby per il reclutamento degli atleti 
partecipanti allo studio. E un sincero ringraziamento va a tutti gli atleti per la loro piena 
disponibilità a prendere parte allo studio e inoltre a Vittorio Pico, tirocinante del Centro 
Ricerche Scienze Motorie, per il suo aiuto nelle sessioni di allenamento effettuate.
6 
 
1.1.Eccentrico-Concentrico 
1.1.1.Caratteristiche delle modalità di contrazione 
Tutte le azioni motorie che richiedono un’attività del muscolo scheletrico sono 
realizzate da tre tipi di contrazioni muscolari: concentriche (accorciamento), eccentriche 
(allungamento) e isometriche (a lunghezza costante). Numerosi studi hanno discusso le 
caratteristiche delle modalità di contrazione  concentrica ed eccentrica, evidenziando 
diversi aspetti che le differenziano sia da un punto di vista energetico che 
neuromuscolare. Delle tre, le contrazioni isometriche e concentriche sono quelle 
ampiamente studiate, e i meccanismi neurali che mediano queste azioni sono meglio 
compresi. Le contrazioni muscolari eccentriche, che si sviluppano in una parte 
significativa dei nostri spostamenti quotidiani, per esempio scendendo i gradini, sono 
poco chiare 
1
. Le azioni muscolari eccentriche sono anche impiegate in molti 
programmi di riabilitazione medica, come quelli per il dolore anteriore del ginocchio 
2
, 
l'infortunio alla spalla 
3
, e la tendinite rotulea 
4
. Numerosi programmi di preparazione 
atletica e condizionamento ricreativo comprendono anche attività muscolare eccentrica 
come componente principale di questi programmi 
5
. Un vantaggio importante delle 
azioni muscolari eccentriche è che questo tipo di contrazione sviluppa una maggiore 
sollecitazione rispetto alle contrazioni concentriche 
6
. Infatti, durante questo tipo di 
contrazione il tessuto muscolare è sottoposto ad elevate sollecitazioni che sono la 
maggiore causa di infortunio del muscolo. Quindi l’allenamento eccentrico è in grado di 
indurre un adattamento muscolare a questo tipo di sollecitazione, che può ridurre il 
dolore e un possibile danno futuro dei tessuti 
7,8
. Le contrazioni eccentriche richiedono 
un minore dispendio di energia a parità di forza espressa, che si può tradurre in una 
maggiore capacità di contrazione del soggetto in relazione alle sue riserve energetiche 
9
. 
Uno degli effetti protettivi delle contrazioni eccentriche sulla componente muscolare è 
“l’effetto di sessione ripetuta”. Infatti un esercizio eccentrico eseguito per la prima volta 
porta frequentemente a danno muscolare, con sintomi che includono mancanza di forza, 
dolore e sensibilità muscolare; ma facendo eseguire dopo un periodo di recupero 
completo una sessione ripetuta dello stesso esercizio si verificherà una diminuzione dei 
sintomi del danno muscolare 
10
. Il meccanismo di questo adattamento non è ben 
compreso ma sembra essere associato ad adattamenti neurali, meccanici e cellulari 
11
.
7 
 
McHugh e collaboratori, in studi successivi, non hanno però rilevato differenze 
significative dell’attività elettromiografica (EMG) tra sessioni singole e sessioni ripetute 
di esercizio eccentrico, in particolare non evidenziando alcun incremento dell’ampiezza 
EMG tra le due diverse sessioni di esercizio eccentrico 
11
. Un ulteriore studio 
12
 
conferma l’esistenza, per l’esercizio eccentrico, dell’effetto di sessione ripetuta che 
contribuisce alla diminuzione del danno muscolare, ma allo stesso tempo, come negli 
studi precedenti, è stata evidenziata la difficoltà nel definire il meccanismo con il quale 
si sviluppa questo “effetto di sessione ripetuta”.
8 
 
1.1.2.Differenze nell’attività EMG e reclutamento delle UM  
Studi dimostrano l’esistenza di distinti profili di fatica neuromuscolare per i diversi tipi 
di contrazione muscolare (ISO, CON ed ECC). Nello studio di Kay et al. (2000) sono 
state registrate la coppia di forza espressa, l’ampiezza EMG e la frequenza spettrale, di 
soggetti impegnati in contrazioni massimali volontarie (MVC) ISO, CON e ECC dei 
muscoli estensori del ginocchio e in 100 s di prova continua su dinamometro iso-
cinetico. Le contrazioni isometriche, rispetto alle azioni dinamiche, evidenziano una 
profonda riduzione nella coppia di forza in congiunzione con una diminuzione 
dell’ampiezza EMG e una compressione della frequenza spettrale 
13
. 
Al contrario l’ampiezza EMG durante contrazioni concentriche rimane costante o 
aumenta, mentre la forza espressa diminuisce. La coppia di forza massimale ECC è 
maggiore rispetto alla CON e ISO, mentre sono minori i valori di ampiezza EMG 
dell’ECC 
13
. I risultati secondo questo studio sono da attribuire alle componenti 
elastiche dei muscoli scheletrici, che possono contribuire allo sviluppo di forza durante 
l’attività eccentrica balistica massimale, risultante in più fibre muscolari che producono 
una più grande forza espressa. 
In accordo con questi risultati lo studio di McHugh et al. (2001) ha registrato una più 
bassa ampiezza EMG per unità di coppia e una più alta frequenza mediana per le 
contrazioni eccentriche rispetto alle contrazioni concentriche, attribuendo questo 
risultato alla teoria secondo cui le unità motorie a contrazione veloce sono reclutate 
selettivamente per le contrazioni eccentriche. 
Questa considerazione è stata oggetto di discussione di diversi autori che hanno 
affrontato il tema delle differenze dei pattern di attivazione e di reclutamento delle UM 
tra contrazioni concentriche ed eccentriche o tra compiti di forza e compiti di posizione 
14,15,16,17,18
. 
Per compito di forza si intende il mantenimento di un carico pari ad una specifica 
percentuale della massima contrazione volontaria (MVC) per più tempo possibile; 
mentre nel compito di posizione si richiede il mantenimento di uno specifico angolo 
articolare sostenendo un carico inerziale equivalente alla % di MVC del compito di 
forza 
14,17
.  
Un’interessante risultato è che il tempo per cui si riesce a protrarre l’esercizio in un 
compito di forza è il doppio rispetto al compito di posizione, nonostante ogni soggetto
9 
 
eserciti la stessa coppia muscolare netta nei due compiti 
14
. Le differenze rilevate tra 
compito di forza e compito di posizione suggeriscono che il tempo di durata più breve 
del compito di posizione rispetto al compito di forza è imputabile a maggiori livelli di 
eccitazione e inibizione dei neuroni motori durante le contrazioni posturali 
14
. Altre 
importanti osservazioni sono che la capacità di sostenere una forza target sub-massimale 
per parecchi minuti, richiede un aumento dell’impulso discendente sul pool dei neuroni 
motori per compensare la diminuzione della capacità di forza delle unità motorie 
attivate; e il maggior tasso di crescita in diversi segnali (rate perceived exertion (RPE), 
mean blood pressure (MAP), la frequenza cardiaca (FC) e l’ampiezza EMG), durante il 
compito di posizione, suggerisce che l’aumento dell’impulso discendente si verifica più 
rapidamente durante il compito di posizione rispetto al compito di forza 
17
. 
Inoltre altri studi hanno rilevato differenze nell’attività EMG, tra contrazioni 
eccentriche e concentriche, analizzando delle modalità di esercizio che richiedevano una 
fase isometrica precedente alla contrazione dinamica. Gli studi hanno riscontrato che il 
livello di attivazione muscolare nella fase isometrica che precede la contrazione 
dinamica risulta differente tra le contrazioni eccentriche e concentriche. Infatti 
l’ampiezza EMG rilevata durante la fase isometrica che precede le contrazioni 
eccentriche risulta inferiore rispetto a quella rilevata durante la fase isometrica che 
precede le contrazioni concentriche 
15
. I risultati dello studio di Gabriner et al. (2002) 
evidenziano inoltre delle differenze tra la massima contrazione volontaria (MVC) 
concentrica ed eccentrica, in relazione al livello di attivazione. Un aspetto interessante è 
che questi differenti livelli di attivazione muscolare sono stati rilevati prima che il 
muscolo manifestasse delle variazioni di lunghezza. Quindi lo studio suggerisce 
l’esistenza di segnali di attivazione muscolare specifici in funzione della modalità di 
contrazione che si vuole esprimere nel movimento successivo. 
Sempre in relazione alle differenze tra le contrazioni dinamiche precedute da pre-
attivazione isometrica, Linnamo et al. (2003) hanno esaminato i pattern di attivazione 
delle unità motorie (UM) in azioni concentriche ed eccentriche iniziate con e senza pre-
attivazione isometrica. Lo studio ha affermato che il picco di ampiezza media è più 
basso e il picco di frequenza media è superiore nella fase di pre-attivazione isometrica 
rispetto alle conseguenti azioni concentriche ed eccentriche. Quando il movimento 
dinamico è avviato con pre-attivazione isometrica, il picco di ampiezza media e quindi