Come si misura il costo energetico
Per decenni gli scienziati hanno sviluppato ricerche per mettere a punto mezzi sempre più precisi e pratici per la misura del costo energetico, cioè sistemi capaci di quantizzare la quantità di calorie (perché l'energia in ultima analisi è calore) possedute o prodotte da un corpo. Si pensi che il primo di questi tentativi, del quale si abbia notizia, risale al 1761 quando un ricercatore, Joseph Blach, progettò il primo strumento del genere. Si trattava di un blocco di ghiaccio nel quale veniva posta una sostanza di massa e temperatura nota. La quantità di calore che questa cedeva al ghiaccio per mettersi in equilibrio termico con esso veniva calcolata sulla base della quantità di questo che veniva sciolta per formare acqua.
Ben si comprende come questo metodo sarebbe poco applicabile allo studio dell'energia spesa da un atleta, e non solo da un atleta, durante una gara.
Oggi, sono disponibili in laboratorio strumenti in grado di studiare le capacità degli atleti di produrre energia in modo sufficientemente accurato, mentre la costruzione di ergometri specifici permette di simulare molte delle competizioni sportive.
Si misura il consumo di ossigeno per sapere la quantità di energia prodotta, perché questo gas viene utilizzato per bruciare zuccheri e grassi e, poiché è la combustione di queste sostanze che libera energia, ne deriva che la quantità di ossigeno usata è equivalente all'energia prodotta.
Tuttavia, se il progresso si fosse limitato a questo, le nostre conoscenze sul Costo Energetico delle singole attività sportive sarebbero ancora imprecise o non complete. Infatti una misura reale e valida di quanto accade nella realtà dei campi di gara non può essere soddisfatta completamente da una pur accurata simulazione da laboratorio.
Vi è quindi l'esigenza di misurare direttamente sul campo il dispendio energetico.
La realizzazione, alquanto recente, di strumenti affidabili a questo scopo, consente di quantizzare un modo più preciso il reale impegno di un atleta in gara o in allenamento.
Questi strumenti vengono utilizzati non solo per gli atleti; infatti il dispendio energetico è un parametro che interessa qualsiasi branca dell'esercizio umano, dallo sport di alto livello alle attività lavorative, della medicina riabilitativa allo sport per tutti.
L'utilità di disporre di tali informazioni è presto chiarita. Basti pensare alla possibilità di una corretta pianificazione del carico di lavoro per i pazienti cardiopatici in riabilitazione, oppure alla più consona predisposizione degli apporti nutrizionali nelle diete che accompagnano i programmi di dimagrimento, così come, per finire, ad una più proficua, efficace e "piacevole" organizzazione delle sedute in palestra per il fitness, siano queste di ginnastica cardiovascolare che di aerobica.
L'aerobica ad alto impatto
Basi della sperimentazione
Sono stati condotte sperimentazioni su:
- una classe di 10 soggetti praticanti una lezione di aerobica ad alto impatto;
- un gruppo di 16 soggetti partecipanti a due classi (la prima definita di esperti e la seconda di principianti). Gli otto soggetti di ciascuna classe hanno effettuato due lezioni ciascuna di ginnastica aerobica ad alto impatto. In ciascuna lezione essi hanno indossato un apparato (K4 Cosmed, Italia) in grado di misurare, in diretta ed in continua, il consumo di ossigeno (VO2), la produzione di anidride carbonica (VCO2) e la frequenza cardiaca (Fc).
Ciascuna lezione è stata divisa sostanzialmente in quattro parti: una prima parte di riscaldamento generale, una seconda di progressivo aumento dell'intensità del carico, una terza di aerobica vera e propria ed una quarta di defaticamento.
Alla fine della terza fase è stato anche effettuato un prelievo di sangue dal lobo dell'orecchio per determinare la concentrazione del lattato nel sangue. Il lattato, come è noto, è un indicatore dell'intervento del metabolismo anaerobico per la produzione di energia.
Risultati
La prima osservazione è stata che l'energia spesa dagli istruttori e dagli insegnanti nella fase centrale di una lezione di aerobica ad alto impatto è del tutto simile a quella degli allievi. L'unica non trascurabile differenza consiste nel fatto che, mentre per gli insegnanti l'intensità dell'esercizio, cioè la velocità con cui viene prodotta l'energia, é ampiamente entro i limiti delle loro capacità massime, per gli allievi spesso la spesa energetica é tale da richiedere, oltre all'intervento del metabolismo aerobico, anche, sia pure in modo minimo e parziale, quello anaerobico.
| Un'attività motoria si definisce "Aerobica" essa deve porsi come obiettivo quello di sviluppare la capacità del muscolo di produrre energia, per l'appunto, per via aerobica, cioè utilizzando solamente l'ossigeno. Ciò comporta una serie di effetti positivi collaterali quali il coinvolgimento di tutti gli organi di supporto a tale metabolismo, come il cuore, la circolazione e la metabolizzazione di grassi come substrato energetico. |
Da questa osservazione nasce quindi una considerazione e cioè che gli istruttori dovrebbero porre molta attenzione nella organizzazione della lezione e nella valutazione degli allievi, cercando da un lato di studiare coreografie che non richiedano un carico eccessivo agli allievi e dall'altro di favorire le formazioni di classi il più possibile omogenee per capacità fisiche.
Un'ulteriore considerazione derivava dalla consapevolezza che la maggior parte dell'energia prodotta si disperde come calore e quindi, in pratica, principalmente attraverso la sudorazione. Conoscendo la quota calorica si è così calcolato che un allieva potrebbe teoricamente perdere fino a 2 litri di acqua (e con essa sali) se la lezione di aerobica avesse una durata di un'ora e nelle peggiori condizioni climatiche.
Costo energetico
ESPERTI
Dividendo in ciascuna classe gli uomini dalle donne si osserva che fra gli esperti i primi spendono mediamente 535 Kcal (pari a circa una porzione abbondante (120 g) di pasta ben condita) e le seconde 405 Kcal. In realtà tale differenza risente dal diverso peso corporeo; per cui, se si tiene conto di questo, i valori corretti (8,15 Kcal/Kg per uomo e 6,83 Kcal/Kg per donna ) risultano assai più vicini anche se ancora significativamente differenti. Un altro fattore che influenza il Costo Energetico globale della lezione è la sua durata effettiva. Come vedremo più avanti, tale durata non è realmente di un'ora e soprattutto non è uguale tra i quattro gruppi da noi selezionati. Quando si tenga conto di ciò, si evidenzia, nel gruppo degli esperti, che le differenze tra uomini e donne si riducono ulteriormente così che almeno in questo gruppo, non appare esservi una sostanziale differenza tra i due sessi.
Nell'ambito di ciascuna lezione, ovviamente, la quota di energia maggiore viene spesa nella terza fase (55%), seguita dalla 2° fase (18%), dalla 1° fase (15%) e, per finire, dall'ultima fase (12%).
PRINCIPIANTI
Quando si analizzano i risultati, sempre divisi tra maschi e femmine, della classe di principianti, si osserva che i costi energetici sono chiaramente inferiori. Una lezione di aerobica ad alto impatto "costa", infatti, 524 Kcal ad un uomo e 335 Kcal ad una donna. Anche in questo caso il rapporto con il peso corporeo riduce le differenze tra i sessi (6,24 Kcal/Kg per gli uomini e 5,31 Kcal/Kg per le donne) ma non quelle con gli esperti a dimostrazione che il differente impegno posto nella lezione tra due gruppi è reale. La divisione tra uomini e donne in questo gruppo permane anche se si considera il tempo reale di lavoro, risultando gli uomini, comunque, più "dispendiosi". Ciò sta a significare che fra i principianti l'aerobica "costa" di più agli uomini che alle donne. Non si è in grado di sapere, allo stato attuale, se questo dipende dal fatto che gli uomini sono meno coordinati oppure dal fatto che si impegnano di più.A quale intensità, cioè con quale modalità, viene prodotta l'energia?
Il rilievo del costo energetico globale di una lezione, come detto, non è da solo un'informazione sufficiente a tipizzare l'impegno fisico di un allievo. Infatti un dispendio di 500 Kcal in un'ora corrisponde a circa un consumo di ossigeno medio di 1,5 lt al min. Si tratterebbe di un consumo relativamente modesto, almeno per un maschio giovane e in buona salute. In realtà, se si osserva la velocità di produzione di energia di ogni singola fase, cioè l'intensità con la quale viene svolto l'esercizio, si hanno delle indicazioni particolarmente interessanti.
Tanto per cominciare è opportuno valutare più precisamente la durata di una lezione di aerobica. Ebbene nel complesso si può rilevare che la parte realmente attiva di una lezione, escludendo quindi le pause per bere, chiacchierare etc, ha avuto la durata di 43 minuti e 28 secondi per gli uomini e 37min e 19s per le donne della classe esperti, mentre per la classe principianti la durata è stata di 37min e 19s per gli uomini e 34min e 18s per le donne. Ne deriva che, come per le partite di calcio, la durata di un'ora è puramente nominale .
Da un punto di vista fisiologico questo significa che la spesa energetica (per esempio le 500 Kcal ipotetiche di cui parlavamo poche righe fa) non va diluita in un'ora ma su un tempo molto più breve.Ciò comporta che l'intensità dell'esercizio è certamente maggiore di quanto si potrebbe pensare.
Se si approfondisce l'analisi, osservando la durata di ciascuna parte dell'esercizio, si nota ancora che la fase di aerobica vera e propria, cioè quella che costa di più, dura solamente 20min per gli uomini e 17min per le donne esperti e 16min e 15min per uomini e donne, rispettivamente, principianti.
Appare evidente quindi che, vista la durata relativamente breve della esercitazione reale e considerato il livello del dispendio energetico maggiore in questa fase, l'intensità con cui l'esercizio aerobico viene svolto risulta essere molto superiore a quello che si potrebbe ipotizzare. Se si va infatti a verificare tale costo si osserva che durante i 15min-20min di lezione l'intensità dell'esercizio supera, mediamente, negli allievi il livello di uno sforzo puramente aerobico. Ciò è documentato dal livello elevato del consumo di ossigeno (relativamente al massimo possibile per ciascuno) e dalla concentrazione di acido lattico nel sangue che è risultato superiore a 5 millimoli per litro di sangue; (il limite massimo perché un esercizio sia considerato aerobico è intorno a 4 mM).
E' interessante notare che, relativamente a questa fase, il Costo Energetico è sempre superiore negli uomini, anche relativamente al peso corporeo, rispetto alle donne, in ambedue i gruppi. Questo è conferma di un maggiore impegno e di una minore economicità (peggiore tecnica?) nel gesto specifico. Altrettanto interessante da notare è che le donne esperte consumano di più nella parte aerobica degli uomini principianti a dimostrazione di una maggiore capacità di esecuzione del gesto e di un migliore allenamento.
Tutto ciò, quindi, conferma quanto si era già visto e cioè che la lezione di aerobica viene svolta, almeno nella parte centrale, ad intensità medio-elevate. Questo comportamento è indipendente dal livello degli allievi, nel senso che se gli esperti si impegnano di più e per un tempo maggiore, bruciando più energia, questo è il frutto come detto solo del loro maggiore allenamento.
In effetti, quando si pensa al loro "tetto" di capacità fisiche, essi si comportano come i principianti, lavorano cioè all'80-90% del loro massimo.
Conclusioni
Quanto sopra esposto, senza voler essere una condanna del modo di fare aerobica, deve tuttavia far riflettere sul significato di questa pratica e sugli obiettivi che ci si pone nel praticarla.
Tutto ciò assume ancor più peso se si considera che le valutazioni ora esposte si sono basate tutte sull'analisi dei valori medi dei soggetti considerati. Ciò vuol dire che ci sono stati allievi che hanno fatto registrare valori più elevati della media ed altri valori inferiori.
Entrando nel dettaglio, infatti, del comportamento di ogni singolo soggetto si scopre una discreta variabilità di comportamento. Accanto ad un soggetto che ha effettuato la 3° fase con una frequenza cardiaca media di 159 pulsazioni al minuto ve n'è un altro che ha lavorato a 200 pulsazioni al minuto. Variazioni notevoli, anche se non così eclatanti come quella sopra riportata, si sono registrate in ogni classe ed in ogni sesso. Ovviamente le stesse variazioni le abbiamo rilevate anche negli altri parametri studiati a dimostrazione di un'estrema variabilità individuale di risposta allo stimolo dell'esercizio.
Cosa determina tale variabilità? Indubbiamente svolge un ruolo importante la differenza fisiologica tra un soggetto e l'altro, nel senso che esistono soggetti che pur facendo lo stesso identico sforzo, sia in assoluto che relativamente alle loro possibilità, mostrano parametri completamente diversi. E' infatti noto in fisiologia che se due persone stanno facendo lo stesso sforzo, sono allenate nella stessa maniera, hanno la stessa età, peso ed altezza, non necessariamente debbono poi mostrare la stessa frequenza cardiaca.
Un'altra spiegazione, altrettanto possibile e plausibile, tuttavia, è che della stessa classe facciano parte soggetti di sensibili diverse qualità fisiche e grado di allenamento. Succede allora che lo stesso sforzo, richiesto dall'insegnante, risulti lieve o modesto per uno e pesante per l'altro. Questo caso, ben più frequente di quanto si possa immaginare, è probabilmente quello rilevato nella nostra esperienza e rappresenta uno dei punti dolenti delle esercitazioni che si svolgono in un gruppo come l'aerobica.
Se ne conclude che l'insegnante dovrebbe possedere la capacità, ma soprattutto la possibilità, una volta valutate le caratteristiche di un soggetto, di inserirlo in un gruppo omogeneo o di personalizzare la sua lezione e di modularla senza fargli oltrepassare i limiti del metabolismo aerobico.
Fonte: Prof. Mario Testi
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