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Ragazzi, dovete sapere che io detesto i luoghi comuni, i pregiudizi, il “si è sempre fatto così!”. Io devo capire le cose al livello che dico io, devo togliermi dei dubbi. E fino a che non l’ho fatto, non sono soddisfatto. Per questo vi massacro le palle con questi articoli di biomeccanica: devo… capire.

In più, mi piace creare questi titolini surreali, stridenti. Mi accorgo che ci sono certe persone che nemmeno leggono quello che scrivo, ma commentano il titolo. Troppo forte. E altri che commentano quelli che commentano i titoli. Ancora più forte. Tavoletta, multipower, schiena dritta… tutte parole che fanno sussultare queste persone. La schiena nello squat è dritta, la tavoletta sotto i piedi fa male, il multipower fa male. E io apposta metto questi titolini. Come, del resto, questo titolino qui.

In questo articolo parleremo delle fantomatiche forze di taglio sul ginocchio. Perciò un disclaimer:

Attenzione! Articolo AO: Altamente Orchitico!

Non voglio avere sulla coscienza la salute del vostro povero apparato genitale: mi ci è voluto tanto a scrivere tutta questa roba, perciò vi posso dire che coloro che vogliono le ricettine “per la massa” possono anche tralasciare. Questa roba va un minimo assimilata e riletta, mi spiace. Se volete, posso inserire qualche donnina a livello subliminale, così leggete rilassati, ma più non posso fare.

Nel mondo della palestra ci sono delle certezze granitiche: sembra incredibile ma il dubbio è assente in sala pesi. Una certezza è che la leg extension faccia male alle ginocchia. Perché farebbe male? Perché aumenta le forze di taglio sulle ginocchia, oppure, semplicemente, “ci sono le forze di taglio”. Ma… che roba sono ‘ste forze di taglio?

Perciò, in questo articolo parleremo:
  • Cosa C(beep)O sono le forze di taglio sulle ginocchia
  • Come le informazioni fluiscono dalla letteratura medica in palestra
  • Quali esercizi sono “pericolosi oppure no”: leg extension, multipower, hip belt squat, squat, pressa…
Inutile dire che se non si conosce quello di cui si parla… difficile parlarne.

Non voglio fare una trattazione anatomica del ginocchio, ma vi invito a studiarvi che meravigliosa opera di ingegneria sia. Tibia e femore non costituiscono una articolazione “imbullonata”: non c’è un perno che tiene insieme queste due ossa, ma la testa della tibia, nel movimento di flessione dell’intero osso verso le anche, prima rotola, poi striscia sulla testa del femore. E’ una articolazione mobile, la cui stabilità è data dal sistema di legamenti presente.
Osservate l’omino nella figura sottostante: una classica leg extension

L’imbottitura della leg preme sulle tibie, voi comodamente seduti contraete i quadricipiti e il pacco pesi sale mentre il braccio della macchina ruota.

La freccia rossa è la forza esercitata dalla macchina, che è praticamente perpendicolare alle tibie, la freccia blu è la forza esercitata attraverso il tendine rotuleo dal vostro quadricipite. Rifaccio il disegnino considerando solo la tibia, che è il triangolo celeste.


Mi pare evidente che se le forze in gioco sono quelle del disegno a sinistra, la tibia non può che ruotare (in senso antiorario, ma non è questo il punto): due forze che non sono sulla stessa retta d’azione provocano per forza di cose una rotazione dell’oggetto su cui sono applicate. Abbiamo detto che la tibia non è fissata sul femore con un perno, perciò, la testa della tibia come illustrato nella figura con l’omino, tenderebbe a ruotare in avanti. E’ come se ci fosse una forza che agisce perpendicolarmente all’asse longitudinale della tibia, appunto, “di taglio” (ok, non è un linguaggio da Fisica 1, però non voglio essere pedante oltre misura).

Che cosa impedisce alla nostra tibia di schizzare in avanti? La struttura dei legamenti, essenzialmente del crociato anteriore che “tira indietro” la tibia. Nella figura a destra la forza del crociato anteriore è data dalla freccia verso destra. Il crociato stabilizza la tibia, facendosi carico, nella leg extension, di compensare la forza di taglio.

Ok, le forze di taglio perciò si generano quando le forze muscolari e le forze esterne non si trovano sulla stessa retta, provocando una rotazione del segmento osseo su cui sono applicate. Questa rotazione, se non avviene, deve per forza di cose essere compensata da altre forze. In questo caso, dal legamento crociato anteriore.

A questo punto, però, compreso il senso del problema, vi dovete beccare il disegno complicato e un po’ di formulazze.


Il disegno a sinistra è una rappresentazione più precisa dell’ambito del problema.

Il triangolo celeste è sempre la tibia, l’ovale grande riportato sopra la base del triangolo è la testa femorale, quello piccolo è la rotula, quello lungo orizzontale è il resto del femore.

La freccia rossa è la forza della leg extension. L’angolo theta è di fatto zero, ma le generalizzazioni piacciono ai fisici e ai matematici, perciò supporremo un angono non nullo, per tornare al caso della leg basta porlo uguale a zero. L’angolo avrà una sua importanza per gli esempi successivi. Suppongo, per semplicità di trattazione, che la forza sia applicata dentro la tibia, sull’asse longitudinale. Questo è un assurdo, ma rende i calcoli più fruibili. Considerare la situazione reale porta delle complicazioni matematiche e assolutamente nulla di valore aggiunto ai termini della discussione.

La forza F è esercitata dal quadricipite. L’angolo alfa è di fatto variabile in funzione della rotazione della tibia rispetto al femore, ma qui lo supporremo costante. Il punto CM è il centro di massa della tibia. La forza R è la reazione vincolare della testa del femore sulla tibia. La tibia non trapassa il femore, no? Perché c’è una forza (data proprio dalla presenza del femore) che impedisce questo evento nefasto. E’, appunto, la reazione R.
Applicando le condizioni di equilibrio date dal sistema a destra nella figura precedente, si ottiene questo risultato qua:


Come sempre, non vi fate fregare dalle formule, perché è trigonometria. Quello che conta è il modello. Allo stesso tempo, vi faccio presente come questi conti con 3 frecce producano risultati che hanno un discreto grado di difficoltà, per questo non trovate roba del genere su Flex.

Quello che ci interessa è il valore della forza C, quella che deve esercitare il crociato anteriore: La forza C dipende da P: più elevato è il carico della leg, più il crociato deve tirare indietro la tibia. Il legame è pesato con due coefficienti:
  • quello in parentesi ci dice che C dipende dall’angolo del tendine rotuleo (tramite alfa) e dal rapporto fra L (cioè la distanza fra tendine rotuleo e forza della leg) e d cioè la distanza orizzontale fra il tendine rotuleo e l’asse longitudinale della tibia. Chiaramente questo rapporto è sempre molto maggiore di 1, poiché la tibia è lunga e stretta, detto in soldoni. La cosa interessante è che l’angolo alfa è piccolo, perciò il primo termine è prossimo a 1 e certe volte può essere più piccolo. La forza C è perciò dell’ordine di P: tanto carico sulla leg, tanto sul crociato. Addirittura, può diventare negativa se la forza P è applicata troppo in alto. Infatti, se fate la leg con l’imbottitura altissima, questa tende a farvi andare la tibia indietro. In questo caso la tibia è tenuta al suo posto dal crociato posteriore!
  • Il coseno dell’angolo di applicazione della forza P rispetto alla perpendicolare alla tibia (all’asse longitudinale della tibia, ma a scriverlo mi si intrecciano le dita…). Questo è estremamente interessante: la forza sul crociato è massima quando la forza applicata alla tibia è perpendicolare a questa. Il caso della leg extension è emblematico. A parità di tutto, la leg extension è la macchina che pone la maggior tensione sul crociato anteriore!
A questo punto dovrebbe essere chiaro: la leg extension stressa il crociato anteriore. Lo abbiamo dimostrato anche matematicamente… Perciò, fa male.

Ma… è così?

Prima di fare del gossip medico, facciamo due conti.

Fate la leg con 50Kg sul pacco pesi. 2 secondi per andare giù, 2 secondi per tornare su, invertite il movimento in un tempo ragionevole, diciamo in 0.1 secondi. Supponiamo che l’imbottitura della leg sia a 50cm dalle vostre ginocchia (per semplicità, ok?)

Questo significa che ruotate l’imbottitura ad una velocità lineare costante di 0.78 m/s, la variazione di velocità nel punto più basso quando il movimento viene invertito è pari a 0.78*2 = 1.56 m/s

Invertite il movimento in 0.1 s, perciò sottoponete la tibia ad una forza istantanea pari a 780Kg equivalenti. Wow! I vostri crociati urleranno ognuno con 390Kg! Vade retro leg extension!!!

Ok, ma facciamo il calcolino con una pallonata. Vi arriva il pallone addosso a 20Km/h, cioè piano, e lo tirate indietro a 40Km/h, un po’ più forte. Una variazione di velocità pari a 60Km/h, cioè 16.6m/s. Il pallone pesa 1Kg e voi lo calciate in 0.01 secondi, cioè in un centesimo di secondo, un tempo ragionevole a meno che non siate dei bradipi. Il crociato della gamba che calcia è sottoposto a una forza istantanea pari a 1660Kg equivalenti. Oibò…

Eppure non è che ogni partita si trasforma in una strage di menischi e crociati… come, del resto, non è che a chiusura serale delle palestre ci sono ingorghi per portare in ospedale i poveri sfortunati che si sono fatti esplodere le ginocchia alla leg extension…

Il punto è che le forze di taglio sulle ginocchia sono una componente inscindibile di ogni movimento in cui applicate forza in un punto della tibia. Non sono né buone, né cattive. Proprio perché esistono, la Natura ci ha fornito di crociati anteriori! Sta a noi gestirle.

Guardate questa situazione, salire le scale, scendere le scale. Cosa fa peggio ai nostri crociati?