Fonte: https://www.mdpi.com/743396

Introduzione

La performance nel ciclismo dipende dall’ottimizzazione di parametri fisiologici, psicologici e biomeccanici. Sebbene siano state scritte numerose recensioni riguardo i parametri di performance fisiologici o psicologici, c’è un bisogno crescente di comprendere meglio i parametri biomeccanici. Inoltre, si sta verificando una domanda in aumento sia da parte di professionisti che di amatori per vari servizi di valutazione biomeccanica, al fine di ottimizzare la tecnica dei ciclisti, indicando un grande interesse in queste misurazioni. Tuttavia, l’interpretazione di tali misurazioni non è sempre immediata.

In questa recensione, il termine tecnica si riferisce agli input, ovvero alla coordinazione del ciclista, a come le forze vengono applicate sui pedali o a come vengono coordinati tra loro i vari muscoli. Il termine performance si riferisce all’output, ovvero al totale della potenza prodotta o al tempo impiegato per percorrere una certa distanza. Gli input sono il risultato dei comandi motori che manipolano direttamente o indirettamente i gradi di libertà del sistema. Qui i gradi di libertà sono definiti in senso ampio come variabili che influenzano l’output motore, come le forze muscolari, le attivazioni muscolari e gli angoli delle articolazioni. Quello che viene chiamato la tecnica del ciclista rappresenta l’organizzazione spaziotemporale dei diversi gradi di libertà. L’output che chiamiamo performance è una funzione complessa degli input a causa della complessità della meccanica muscolare, del numero di segmenti messi in movimento o dei limiti del nostro sistema nervoso centrale nel coordinare i gradi di libertà.

I legami tra tecnica e performance sono poco compresi. Una delle ragioni di ciò è la ridondanza del sistema muscolo-scheletrico, ovvero diverse combinazioni di gradi di libertà possono produrre lo stesso output nel ciclismo. Ad esempio, lo stesso output di potenza può essere ottenuto utilizzando diverse combinazioni di coppia di giunto all’anca, al ginocchio, alla caviglia e agli arti superiori, o utilizzando la posizione seduta o in piedi. L’output di potenza dipende dal corso temporale delle forze applicate sul pedale, e queste forze possono essere orientate in modi molto diversi pur producendo lo stesso output di coppia. Diverse posizioni, cambiando l’altezza della sella o utilizzando diverse orientazioni del tronco, potrebbero anche portare a un simile output di potenza.

Inoltre, varie costrizioni possono limitare il numero di gradi di libertà disponibili o rendere più complessa la relazione tra tecnica e performance. Per esempio, quando un ciclista è in posizione seduta, il bacino è relativamente fisso e ogni piede è costretto a seguire un cerchio, limitando l’intervallo di posizioni delle articolazioni disponibili (ad esempio, in questa posizione non si può estendere completamente il ginocchio e l’articolazione del ginocchio non può essere flessa senza cambiare gli angoli delle altre articolazioni). Come secondo esempio, esiste un collegamento chiaro tra le forze al pedale e la potenza che il ciclista produce (ovvero, solo le forze ortogonali al braccio della manovella producono potenza). Tuttavia, anche i ciclisti esperti non utilizzano puramente forze ortogonali (efficaci). Uno dei motivi è che alcune di queste forze sono non muscolari (ad esempio, la gravità) e dipendono poco da come i muscoli sono coordinati. Produrre forze puramente ortogonali è anche difficilmente compatibile con la massimizzazione dell’output di potenza (vedi la sezione su output di potenza della manovella di seguito). La presenza di lesioni acute o da sovraccarico potrebbe anche influenzare la tecnica e limitare l’efficacia delle forze applicate ai pedali. È stato dimostrato, ad esempio, che l’output dal sistema nervoso centrale è diminuito in presenza di dolore e che la cinetica del movimento può essere alterata da lesioni precedenti. In altre parole, la neurofisiologia umana e la biomeccanica impongono vincoli che devono essere compresi e misurati se possibile per determinare come raggiungere la migliore performance.

Pertanto, lo scopo di questa recensione narrativa è descrivere come ottenere informazioni meccaniche e muscolari complete sul corpo del ciclista e come la tecnica è correlata alla performance nel ciclismo. Le misurazioni presentate sono ottenute principalmente da misurazioni in laboratorio. Il laboratorio offre l’opportunità di controllare con precisione l’ambiente e le condizioni di esercizio, ed è generalmente associato a misure più complete rispetto al campo. Le biciclette da corsa e gli ergometri da laboratorio presentano alcune differenze in termini di mobilità (ad esempio, inclinazione laterale) o proprietà meccaniche (ad esempio, inerzia del volano, conformità). Pertanto, le tecniche utilizzate con un dispositivo o con l’altro possono anche differire. I diversi fattori ambientali presenti sul campo (ad esempio, disuguaglianze del terreno, velocità del vento) possono anche influenzare le performance nel ciclismo. Nonostante queste limitazioni, è stato dimostrato che i test in laboratorio forniscono una modellazione accurata e una valutazione delle performance nel ciclismo e possono persino consentire la previsione degli scenari di competizione.

2. Output di Potenza della Pedivella

Nel ciclismo, la pedivella è il fulcro dove la forza del ciclista viene trasformata in movimento, ma questa trasformazione non è così diretta come potrebbe sembrare. La performance di un ciclista è influenzata da quanto efficacemente riesce a convertire l’energia del suo corpo in energia cinetica, ossia il movimento della bicicletta. La potenza massima che può essere generata e sostenuta durante la pedalata è un indicatore cruciale delle prestazioni, ma ci sono molti fattori che influenzano questa capacità.

Per calcolare la potenza effettivamente esercitata sui pedali, si considerano le forze esercitate e la velocità con cui si muovono i pedali. Solo una porzione di questa forza, quella applicata ortogonalmente al braccio della manovella, contribuisce alla potenza effettiva, mentre altre componenti della forza possono risultare in perdite energetiche. Questa efficienza nel trasferimento di potenza è spesso misurata come “efficacia meccanica” (ME).

La capacità di mantenere un’alta ME è variabile e può essere migliorata con la pratica. Tuttavia, è stato osservato che cercare di massimizzare ME non è sempre la strategia migliore, in particolare durante sforzi ad alta intensità come gli sprint, dove la massimizzazione della potenza è più critica.

La ricerca su come i ciclisti possono migliorare la loro ME è complessa a causa delle infinite combinazioni di forze che possono essere generate attraverso i diversi giunti del corpo. Le tecniche di pedalata che massimizzano la potenza senza generare forze inefficaci sono rare e spesso non praticabili. La figura 1 dell’articolo originale illustra questo concetto mostrando le possibili direzioni e ampiezze delle forze che possono essere esercitate dai muscoli delle gambe a seconda della configurazione dei giunti durante la pedalata.

In sintesi, il secondo punto dell’articolo mette in luce l’importanza di un’approfondita comprensione della biomeccanica della pedalata e di come l’ottimizzazione della tecnica possa portare a miglioramenti nella performance ciclistica. Ciò richiede una valutazione dettagliata e spesso individualizzata, dato che l’ottimale varia da ciclista a ciclista in base a molti fattori come la morfologia, la potenza muscolare e l’efficienza di movimento.

3. Coppia di Giunto

Nel ciclismo, la potenza prodotta non è solo una questione di quanto duramente si può pedalare, ma anche di come la forza viene trasmessa attraverso i giunti del corpo – caviglia, ginocchio e anca – fino ai pedali. La potenza dei giunti è calcolata come il prodotto della coppia di giunto e la velocità angolare, e questi valori possono essere raccolti tramite sistemi di telecamere o sensori di movimento.

Questo punto dell’articolo esplora il concetto di coppia di giunto, mostrando come la potenza a livello dei pedali è in realtà il risultato di una serie complessa di movimenti e forze che si verificano nei giunti del corpo. Ad esempio, una grande forza applicata al pedale non si traduce necessariamente in una maggiore potenza se la velocità del pedale non è sincronizzata o se la forza non è applicata nella direzione ottimale.

La coppia di giunto è influenzata da una varietà di fattori, incluso il tipo di pedalata e la fatica, che possono alterare l’efficacia meccanica del movimento e quindi l’output di potenza totale. Ad esempio, quando un ciclista è stanco, la coordinazione dei movimenti può subire variazioni, influenzando così la distribuzione delle forze attraverso i giunti e, di conseguenza, l’efficienza complessiva della pedalata.

Il punto mette in luce anche come diverse combinazioni di forze e momenti ai vari giunti possono produrre lo stesso output di potenza, suggerendo una ridondanza nei movimenti che può essere sia una sfida che un’opportunità per l’ottimizzazione delle prestazioni. In altre parole, ci possono essere molteplici “soluzioni corrette” per come un ciclista può produrre potenza in modo efficiente, il che apre la porta a un allenamento personalizzato e specifico per il miglioramento della tecnica individuale.

In sintesi, la sezione sulla coppia di giunto nell’articolo sottolinea l’importanza di comprendere la fisica del movimento nel ciclismo e come l’analisi dettagliata dei movimenti dei giunti possa fornire informazioni preziose per l’ottimizzazione della tecnica e delle prestazioni ciclistiche.

4. Forze su Sella e Manubrio e il Ruolo delle Braccia Superiori

Nella pedalata, le forze esercitate non si limitano ai pedali, ma includono anche quelle sulla sella e sul manubrio, rivelando l’importanza dell’interazione di tutto il corpo con la bicicletta. Queste forze sono essenziali per mantenere la stabilità e possono influenzare la capacità di produrre potenza durante la pedalata, specialmente durante sforzi ad alta intensità. Il manubrio, ad esempio, serve non solo per la direzione, ma anche come punto di leva per le braccia, che assistono il lavoro delle gambe, particolarmente in sprint o salite. La forza esercitata dalle braccia può non contribuire direttamente alla potenza dei pedali, ma facilita la produzione di potenza più elevata fornendo un supporto stabile per le azioni delle gambe.

5. Elettromiografia

L’elettromiografia (EMG) è uno strumento cruciale per analizzare l’attività muscolare durante il ciclismo, misurando l’intensità e la coordinazione della contrazione muscolare. L’EMG può mostrare come i muscoli lavorano insieme durante la pedalata, fornendo insight sulla tecnica ciclistica e sulle aree potenziali di miglioramento. Per esempio, un’attività EMG consistente e ben coordinata è spesso segno di una tecnica più raffinata e di un livello più alto di addestramento ciclistico.

Unendo i punti 4 e 5, possiamo vedere come il ciclismo sia un’attività complessa che coinvolge l’intero corpo, non solo le gambe. Le forze esercitate in sella e sul manubrio e la coordinazione muscolare misurata tramite EMG sono tutte parti vitali dell’equazione che determina l’efficienza e l’efficacia di una pedalata. La comprensione di come questi elementi si combinano può aiutare i ciclisti a perfezionare la loro tecnica, ridurre la fatica e migliorare le prestazioni.

6. Misure di Fatica Muscolare

La fatica è un aspetto inevitabile nel ciclismo, che si manifesta come una diminuzione della forza e della potenza muscolare durante l’attività fisica. Comprendere e misurare la fatica è fondamentale per ottimizzare l’allenamento e le prestazioni. Tecniche come la stimolazione nervosa durante la contrazione muscolare o misurazioni della forza muscolare post-esercizio possono rivelare sia la fatica centrale che quella periferica. Inoltre, la percezione soggettiva della fatica può essere un utile indicatore dello stato di affaticamento del ciclista. Tuttavia, distinguere tra una diminuzione della performance dovuta a fatica muscolare vera e propria o a un deterioramento della tecnica richiede una valutazione precisa e metodi di misurazione sofisticati.

7. Misure delle Prestazioni Meccaniche Muscolari

Le prestazioni muscolari nel ciclismo non sono solo misurate dalla potenza generata, ma anche dalle proprietà meccaniche dei muscoli stessi, come la rigidità, la velocità di contrazione e le relazioni forza-lunghezza. Valutare queste proprietà può fornire informazioni preziose sulla forza e l’efficienza dei ciclisti, offrendo la possibilità di personalizzare gli allenamenti per sfruttare al meglio le caratteristiche fisiologiche di ciascun atleta. I dispositivi isocinetici e altre apparecchiature di laboratorio permettono di eseguire queste misurazioni in modo dettagliato. Le scoperte in questo campo indicano che la posizione del ciclista sulla bicicletta e la scelta della cadenza di pedalata influenzano significativamente le prestazioni muscolari.

Nel combinare i punti 6 e 7, diventa chiaro che la gestione della fatica e la comprensione delle prestazioni meccaniche muscolari sono entrambe essenziali per guidare i ciclisti verso un’ottimizzazione della loro performance. Le misure di fatica forniscono indicazioni su come e quando un ciclista potrebbe dover rallentare o modificare la tecnica per evitare il sovrallenamento o le lesioni, mentre le misure delle prestazioni meccaniche offrono una finestra sulle capacità fisiche innate e sui modi in cui queste possono essere migliorate attraverso l’allenamento specifico.

8. Conclusioni

La ricerca nel ciclismo è riuscita a tradurre l’ambiente controllato del laboratorio in una comprensione più profonda della performance sul campo. Nonostante la disponibilità di tecnologie avanzate per la misurazione precisa di vari parametri biomeccanici, rimane la sfida di interpretare come questi si traducano effettivamente in prestazioni ciclistiche superiori. Il ciclismo si conferma uno sport complesso, dove fattori come la meccanica muscolare, la fatica, la morfologia del ciclista e la natura dell’efforto devono essere compresi e misurati per poter massimizzare la performance.

La conclusione sottolinea che, nonostante gli sviluppi significativi, il legame tra la biomeccanica e le prestazioni nel ciclismo rimane un campo di ricerca aperto, con molte domande ancora senza risposta. La ricerca futura continuerà a cercare di decifrare quale combinazione di tecnica, equipaggiamento e condizionamento fisico possa produrre i migliori risultati, riconoscendo che potrebbero non esistere soluzioni universali, ma piuttosto strategie personalizzate basate su una comprensione dettagliata della meccanica individuale di ogni ciclista.