Per comprendere i molti fattori correlati alla massimizzazione
dell'ipertrofia del muscolo scheletrico, è essenziale avere una conoscenza di
base di come il corpo reagisce e si adatta allo stress dell’esercizio. Questo
capitolo vi darà una
panoramica della struttura e della funzione del sistema neuro-muscolare e delle
risposte e adattamenti dei sistemi neuromuscolare, endocrino, paracrino e
autocrino. Anche se questi sistemi sono discussi separatamente, sono
strettamente collegati; le loro interazioni mediano la crescita del tessuto
muscolare.
Sistema neuro-muscolare
Per discutere in dettaglio della complessità dell'ipertrofia muscolare dobbiamo avere
una comprensione di base del sistema neuro-muscolare — in particolare, l'interazione tra
nervi e muscoli per produrre forza, che si traduce poi in movimento umano.
Anche se un'esplorazione completa dell'argomento esula dall'ambito di questo
libro, in questa sezione verrà fornita
una panoramica dei concetti citati nei capitoli successivi. Se siete
interessati ad approfondire ulteriormente l’argomento siete invitati a
consultare un buon libro di testo specifico di fisiologia dell’esercizio.
Struttura e funzione
Da un punto di vista funzionale, i singoli muscoli scheletrici
sono generalmente considerati singole entità. Tuttavia, la struttura del muscolo è altamente complessa. Il
muscolo è circondato da
vari strati di tessuto connettivo. La strato esterno che ricopre
l'intero muscolo è chiamato epimisio; all'interno di tutto il muscolo sono
presenti piccoli fasci di fibre chiamati fascicoli che sono avvolti nel
perimisio; e all'interno del fascicoli ci sono le singole cellule muscolari
(ovvero, le fibre) coperti da guaine di endomisio. Il numero delle fibre varia
da diverse centinaia nei piccoli muscoli del timpano a oltre 1 milione in
muscoli più grandi come il gastrocnemio. A differenza di altri tipi di cellule,
il muscolo scheletrico è multinucleato (cioè, contiene molti nuclei), che permette di produrre proteine in modo
che può crescere e svilupparsi quando necessario.
Quando guardiamo il muscolo scheletrico con un microscopio elettronico, ci apparirà a strisce, o striato. L'aspetto
striato è dovuta l'impilamento dei sarcomeri, che sono le unità funzionali di base delle mio-fibrille.
Ogni fibra muscolare contiene centinaia di migliaia di mio-fibrille, che sono
composte da molti sarcomeri uniti alle estremità. Le mio-fibrille contengono due principali proteine, che
compongono i due tipi di filamenti responsabili della contrazione muscolare:
actina, nel filamento sottile, e miosina, nel filamento spesso. Ogni filamento
di miosina è circondato da sei filamenti di actina, e tre filamenti di miosina
circondano ogni filamento di actina, ottimizzando quindi la loro capacità di interagire. Nel muscolo sono
presenti altre proteine, per mantenere l'integrità strutturale del sarcomero, come la
titina, la nebulina, e la miotilina.
Unità Motorie
I muscoli sono innervati dal sistema nervoso. Le singole cellule
nervose implicate nelle azioni di muscolari sono chiamate motoneuroni. I
Motoneuroni sono costituiti da tre regioni: un corpo cellulare, un assone e
vari dendriti. Quando decidiamo di eseguire un movimento, l'assone trasmette
gli impulsi nervosi dal corpo cellulare verso le fibre muscolari, causando
infine la contrazione muscolare. Nel complesso, un singolo motoneurone e tutte
le fibre muscolari innervate da esso sono chiamati unità motoria. Quando un'unità di motore è innervata, tutte le
sue fibre si contraggono.
La teoria dei filamenti scorrevoli
È generalmente accettato che il movimento si svolge secondo la
teoria dei filamenti scorrevoli proposta da Huxley agli inizi del 1950 (329).
Quando si pone la necessità di
sviluppare una forza, un potenziale di azione viaggia lungo l'assone del nervo
fino alla
giunzione neuromuscolare, dove il neurotrasmettitore
acetilcolina viene rilasciato attraverso lo spazio sinaptico e, infine, si lega
alla membrana plasmatica della fibra muscolare. Questo depolarizza la cellula
muscolare, causando la liberazione di calcio dal reticolo sarcoplasmico. Il
calcio si lega alla troponina, che a sua volta rimuove la tropomiosina da siti
di legame dell'actina, che vengono così esposti alla miosina. Supponendo che ci
sia ATP sufficiente per la contrazione muscolare, le teste globulari della
miosina si legano ai siti di legame esposti dell’actina, tirano il filamento
sottile verso l'interno, lo rilasciano e quindi si riattaccano ad un sito di
legame più lontano lungo il filamento di actina per iniziare un nuovo ciclo. Il
continuo “tira e rilascia” tra actina e miosina è conosciuto ciclo dei ponti
trasversali, e i continui tiraggi alla fine causano l’accorciamento del
sarcomero.
Tipi di fibre
Le fibre muscolari sono generalmente classificate in due tipi:
Tipo I e tipo II. Le fibre di tipo I,
spesso definito fibre a contrazione lenta, sono resistenti alla fatica e quindi
adatto per attività che
richiedono resistenza muscolare locale. Tuttavia, per raggiungere la tensione
massima in queste fibre ci vuole tempo — circa 110 ms,
limitando la loro capacità di produrre forza massimale. Le fibre di tipo II, note anche come
fibre a contrazione rapida, sono la
controparte delle fibre di tipo I. Possono raggiungere tensioni di picco
in meno della metà del tempo — appena 50 ms — quindi sono ideali per
attività di forza o potenza.
Tuttavia, si affaticano rapidamente e hanno quindi una limitata capacità di svolgere attività che richiedono alti livelli di resistenza
muscolare. Di conseguenza, fibre a contrazione rapida appaiono bianche al
microscopio elettronico, mentre le fibre a contrazione lenta appaiono rosse a
causa del loro grande contenuto di mioglobina e capillari. Il maggior contenuto
di mioglobina e capillari nelle fibre a contrazione lenta contribuisce alla
loro maggiore capacità ossidativa
rispetto alle fibre a contrazione rapida. La Tabella 1.1 riassume le caratteristiche
dei maggiori tipi di fibre muscolari.
Possiamo distinguere ulteriormente i tipi di fibre muscolari a
seconda dell’isoforma della catena pesante della miosina principalmente
espressa ; questi sono chiamati tipo I, tipo IIa e tipo IIx (784). Diverse
altre forme simili (comunemente chiamato isoforme) con caratteristiche di
colorazione intermedie sono state identificate, tra cui Ic, IIc, IIac e IIax. Da un punto di vista pratico, l'isoforma c costituisce
generalmente meno del 5% del muscolo umano e quindi ha un impatto minimo sulla
superficie della sezione trasversale totale.
Mediamente, il muscolo umano contiene approssimativamente
quantità uguali di fibre di
tipo I e tipo II. Esiste tuttavia una grande variabilità interindividuale rispetto alla
percentuale dei tipi di fibra. é stato
dimostrato che i quadricipiti dei velocisti d'elite hanno una predominanza
delle fibre di tipo II, mentre quadricipite degli atleti d'elite di attività di resistenza sono principalmente
composti da fibre di tipo I. Inoltre, alcuni muscoli sono predisposti a
percentuali più elevate di un dato tipo di fibre. Ad esempio, il soleo, più
implicato in attività di
resistenza, contiene una media più dell’ 80% di fibre di tipo; il tricipite
brachiale, orientato di più verso la forza, contiene circa il 60% di fibre di
tipo II (167).
Molti esperti sostengono che tutte le fibre di tipo II sono
intrinsecamente più grandi delle fibre di tipo I. Tuttavia, ci sono prove che
le donne spesso mostrano fibre di tipo I con sezione trasversale più grande
rispetto delle fibre di tipo IIa (784). Ricerche indicano che la dimensione di
un muscolo è Influenzata più dalle proprietà ossidativa delle fibre, piuttosto che tipo di fibra muscolare. In
particolare, l'area della sezione trasversale delle fibre glicolitiche di tipo
IIx è significativamente maggiore delle fibre più ossidative di tipo I e di
tipo IIa. Si è ipotizzato che le dimensioni più piccole delle mio-fibre ad alta
capacità ossidativa sono un
vincolo evolutivo basato sul fatto che le fibre hanno una capacità limitata di crescere e aumentare la
capacità ossidativa allo
stesso tempo (784). Questo è in accordo con l'ipotesi che esiste una
concorrenza tra i tassi di turnover delle proteine strutturali (mio-fibrillari)
e quelle invece coinvolte nel metabolismo (ad esempio, proteine mitocondriali),
che apparentemente è mediata da interazioni tra vie di segnalazione coinvolte nella sintesi o degradazione delle
rispettive proteine muscolari (784).
Un altro presupposto spesso proposto è che le fibre di tipo II
sono principalmente responsabili degli aumenti della massa muscolare indotti
dall'esercizio. Questo è in gran parte basato su studi che mostrano che fibre
di tipo II hanno una crescita superiore rispetto alle fibre di tipo I in conseguenza
di un allenamento contro resistenza (1, 119, 131, 382, 670, 723). Nel complesso
a letteratura scientifica indica che la capacità di crescita delle fibre di tipo II è superiorie a quella delle
fibre di tipo I di circa il 50% (12), sebbene si nota una notevole variabilità interindividuale rispetto
all’adatamento ipertrofico fibra-specifico (382). Inoltre ci sono prove che,
dopo un allenamento pesante contro resistenza, il tasso di sintesi proteica
muscolare è più elevato nel muscolo vasto laterale umano, composto
principalmente da fibre a contrazione veloce (~ 50-60% fibre di tipo II)
rispetto al muscolo soleo, contenente principalmente fibre a contrazione lenta
(~ 80% fibre di tipo I) (775). Quando si tenta di estrapolare tali risultati
bisogna però considerare che nella maggior parte degli studi sull'argomento
sono stati utilizzati carichi elevati, il che potenzialmente potrebbe
influenzare i risultati in favore delle fibre a contrazione rapida. Pertanto, è
probabile che la maggiore capacità di
ipertrofia di questo tipo particolare di fibra può essere causata dai modelli
con cui il fenomeno è stato studiato piuttosto che una proprietà intrinseca della fibra stessa (548).
Le implicazioni pratiche
di questo argomento sono discusse nei capitoli successivi.
Risposte e adattamenti
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Risposte e adattamenti
L’Esercizio contro resistenza suscita una combinazione di
risposte e adattamenti neurali e muscolari. Sebbene un aumentato della sintesi
proteica sia riscontrato dopo una singola sessione di allenamento, i
cambiamenti alla massa muscolare non sono osservabili per diverse settimane di
esercizio costante (683). Inoltre,una crescita apprezzabile di proteine
muscolari (comunemente chiamato come accrescimento) generalmente richiede un
paio di mesi per diventare evvidente (509). I primi aumenti della forza sono
quindi attribuibili principalmente a miglioramenti neurali (509, 585, 640).
Tali osservazioni seguono i principi dell'apprendimento motorio. Durante le
fasi iniziali di apprendimento, il corpo si abitua agli schemi di movimento
necessari per la prestazione atletica. Deve essere creato uno schema motorio
generale, che verrà quindi
ottimizzato per svolgere l'esercizio in modo coordinato. In fine, questo si
traduce in uno schema motorio più regolare e più efficiente e pertanto consente
la produzione di maggiore forza durante il movimento.
PUNTO CHIAVE
I primi adattamenti all’allenamento contro resistenza sono
principalmente correlati a miglioramenti neurali, tra cui maggiore
reclutamento, frequenza di scarica, sincronizzazione e scariche a doppietto.
Impulso nervoso
Diversi adattamenti neurali sono state proposti per spiegare i
per guadagni di forza durante le prime fasi di allenamento contro resistenza.
In questi adattamenti è importante l’aumento di impulso nervoso. La ricerca
indica che gli esseri umani non sono capaci di produrre volontariamente forza
muscolare massimale (187), ma l'esposizione ripetuta all’allenamento contro
resistenza migliora questa capacità.
Numerosi studi hanno riferito aumenti nell'ampiezza dell’elettromiografia di
superficie (EMG) dopo un periodo di allenamento regolare, che corrisponde a una
maggiore capacità di generare
un impulso centrale verso i muscoli allenati (2, 3, 276, 519). Ricerche che
utilizzano la tecnica di interpolazione di contrazione, in cui stimoli
sovra-massimali vengono inviati a un muscolo mentre soggetti stanno eseguendo
contrazioni volontarie, mostrano che fino al 5% del muscolo quadricipite
femorale può non essere attivato durante l'estensione massimale del ginocchio
prima dell'esercizio. Tuttavia, dopo 6 settimane di allenamento, i soggetti
aumentato l'attivazione di un ulteriore 2% (371). Analogamente, Pucci e
colleghi (594) hanno riportato un aumento nell’attivazione volontaria dal 96%
al 98% dopo 3 settimane di allenamento dei muscoli del quadricipite. Questi
risultati sono compatibili con le ricerche che mostrano che atleti allenati
mostrano una maggiore attivazione muscolare durante l'allenamento contro
resistenza ad alta intensità rispetto
al non-atleti.
Attivazione muscolare
L’aumento dell’attivazione è spesso imputato alla combinazione
di un maggiore reclutamento (il numero di fibre coinvolte nell’azione
muscolare) e maggiore frequenza di scarica (la frequenza in cui le unità motorie sono stimolate). È stato
stabilito che il reclutamento delle fibre muscolari segue il principio delle
dimensioni (1, 12, 14, 16-19, 23, 33, 34). Spiegato in primo luogo da Henneman
(301), il principio delle dimensioni sostiene che la capacità di un'unità motoria di produrre forza è direttamente correlata alla sua
dimensione. Di conseguenza, le unità a motore più piccole, con una soglia di contrazione più bassa,
sono reclutate inizialmente durante il movimento, seguite progressivamente da
unità motorie più grandi,
caratterizzate da un soglia di contrazione più alta, man mano che una
determinata attività aumenta
le richieste di forza. Questo schema di attivazione ordinato consente una
gradazione uniforme della forza, indipendentemente dall'attività svolta.
Due fattori principali sono responsabili per il grado di
reclutamento muscolare: il livello di forza muscolare e tasso di produzione
della forza. Allenarsi con carichi pesanti richiede una produzione di forza
notevole e pertanto vengono reclutate sia le unità motorie a bassa soglia che quelle ad alta
soglia, per massimizzare la produzione della forza. Sebbene ci possa essere l’intento
di sollevare carichi pesanti velocemente, la velocità effettiva dell’alzata è relativamente
lenta. Man mano che l'intensità di
carico diminuisce, la richiesta di produzione della forza da parte del muscolo
diminuisce, e un minor numero di unità motorie sono necessarie per completare l'alzata dato alla stessa
velocità di accorciamento.
Comunque, sollevando un peso leggero rapidamente, la maggior parte delle unità motorie può essere reclutata
anche a carichi equivalenti al 33% del massimale (191). L'entità delle riduzioni nella soglia di
reclutamento in seguito a contrazioni veloci è maggiore per le unità a motore in muscoli a contrazione
lenta, come il soleo, rispetto ai muscoli a contrazione rapida, come il
massetere, uno dei principali muscoli coinvolti nella masticazione di cibo
(191). Rispetto al re, anche il ruolo della fatica deve essere considerato.
Durante le contrazioni con un carico basso, man mano che la fatica aumenta, la
soglia di reclutamento delle unità motorie
a soglia più elevata diminuisce progressivamente anche a velocità più ridotte (321, 638, 801). È stato
ipotizzato che la riduzione della soglia di reclutamento indotto
dall'affaticamento sia un tentativo dal sistema neuromuscolare di sostenere i
necessari livelli di produzione della forza per continuare la generazione di
lavoro durante le contrazioni ripetute (107).
Il limite massimo di reclutamento delle unità motorie è circa l'85% della forza
isometrica massimale applicata; le soglie di reclutamento durante azioni
dinamiche sono ancora più basse (191). Ciò suggerisce che i miglioramenti nel
reclutamento di unità motorie
hanno probabilmente un ruolo limitato negli adattamenti agli allenamenti
correlati alla forza. La capacità di
reclutare al massimo tutte le fibre disponibili in una data riserva di unità motorie è essenziale per
massimizzare la risposta ipertrofica all’allenamento contro resistenza Dopo
tutto, lo stimolo che la fibra muscolare necessita per adattarsi è basato sul suo reclutamento.
Tuttavia, è importante notare che il semplice reclutamento di una fibra non
promuove necessariamente una risposta ipertrofica. Ad esempio, un reclutamento
sostanziale di tutto lo spettro delle fibre muscolari, comprese quelle
associate a unità a motore ad alta soglia di contrazione,
si ottiene pedalando al cedimento a
fatica al 75% VO2Max. Sebbene questa
osservazione possa suggerire che l'esercizio di pedalata a intensità submassimale potrebbe promuovere
aumenti sostanziali di dimensione in tutti i tipi di fibra, la ricerca mostra
che la crescita muscolare connessa con l'esercizio aerobico è limitata
principalmente a fibre (287) di tipo I.
Aumenti della produzione di forza superiori all'85% di
contrazione volontaria massimale sono causati attraverso una maggiore velocità di scarica. Quindi, un aumento
nella frequenza di scarica sembrerebbe essere la spiegazione più probabile per
adattamento nervoso. Le ricerche sull’argomento sono limitate, ma uno studio da
Kamen e Knight (349) fornisce elementi di prova riguardo a miglioramenti
indotti dall’allenamento nella frequenza di scarica. Quindici giovani ed adulti
non allenati sono stati testati nella contrazione volontaria massimale
nell’estensione del ginocchio prima e dopo 6 settimane di esercizio contro
resistenza. Alla fine dello studio, soggetti giovani hanno aumentato la
frequenza di scarica massimale del 15% e i soggetti più anziani hanno mostrato
un aumento del 49%. Allo stesso modo, Van Cutsem e colleghi (782) hanno
mostrato che 12 settimane di allenamento di dorsiflessione contro resistenza ha
aumentato la frequenza di scarica media nel muscolo tibiale anteriore da 69 a
96 impulsi al secondo. Al contrario, Pucci e colleghi (594) hanno registrato un
incremento di circa il 3% di attivazione volontaria massimale in seguito a 3
settimane di esercizio isometrico del quadricipite, ma non sono stati notati cambiamenti nella
frequenza di scarica. Le differenze nei risultati possono essere collegate ai
metodi impiegati per l'analisi.
Sincronizzazione delle unità motorie
Diversi altri fattori sono stati indicati per spiegare i
miglioramenti nervosi in seguito ad allenamento contro resistenza. Uno degli
adattamenti più comunemente ipotizzati è una maggiore sincronizzazione delle
unità motorie, in cui vengono
stimolati potenziali di azione in due o più unità motorie
contemporanea
mente. Un maggiore sincronizzazione tra unità motorie comporterebbe necessariamente una
contrazione muscolare più forte. Semmler e Nordstrom (679) hanno dimostrato che
la sincronizzazione delle unità motorie
variava quando si paragonarono musicisti molto abili(massimo grado di
sincronizzazione), pesisti olimpici e un gruppo di controllo (più basso grado
di sincronizzazione). Tuttavia, altri studi non sono riusciti a dimostrare una maggiore sincronizzazione a seguito
dell’allenamonto contro resistenza o simulazioni al computer (363, 846). I
risultati mettono in dubbio il fatto che la sincronizzazione abbia un ruolo
negli adattamenti neuromuscolari indotti dall’esercizio durante le fasi
iniziali. In ogni caso, il suo impatto complessivo sembra essere minimo.
Co-Attivazione Antagonista
Un'altra possibile spiegazione per i miglioramenti nervosi
indotti dall’esercizio è una diminuzione della co-attivazione antagonista. L'attenuazione dell'attività del muscolo antagonista riduce
l'opposizione per l'agonista, consentendo in tal modo al muscolo agonista di
produrre una maggiore forza. Casula e colleghi (125) hanno riportato che la
co-attivazione dei muscoli ischiocrurali è diminuita del 20% dopo appena 1
settimana di estensione isometrica massimale volontaria del ginocchio, mentre
nessuna differenza è stata osservata nel gruppo di controllo. Questi risultati
sono in accordo con le prove che atleti esperti mostrano una co-attivazione
ridotta del muscolo semitendinoso durante le estensioni di ginocchio a catena
aperta rispetto alle persone sedentarie (30). Rimane comunque da chiarire
quanto questi adattamenti conferiscano effetti positivi sulla forza.
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Meet the TrainerBrad Schoenfeld, PhD, CSCS, CSPS, FNSCABrad Schoenfeld, PhD, CSCS, CSPS, FNSCA, is an internationally renowned fitness expert and widely regarded as one of the leading authorities on body composition training (muscle development and fat loss). He is a lifetime drug-free bodybuilder, and has won numerous natural bodybuilding titles.Brad is a best-selling author of multiple fitness books including The M.A.X. Muscle Plan (Human Kinetics, 2012), which has been widely referred to as the "muscle-building bible," and Strong and Sculpted (Human Kinetics, 2016), which details a cutting-edge body sculpting program targeted to women. Brad also has authored the seminal textbook Science and Development of Muscle Hypertrophy (Human Kinetics, 2016), the first text devoted to an evidence-based elucidation of the mechanisms and strategies for optimizing muscle growth. In total, Brad's books have sold over a half-million copies. Brad has been published or appeared in such consumer publications as Shape, Self, Fitness, Ladies Home Journal, Redbook, Cosmopolitan, Marie Claire, Woman's Day, Fit, The New York Times, New York Daily News, Gannett Suburban Papers, The Washington Post, Chicago Tribune, Oxygen, Musclemag, Ironman, Muscle and Fitness Hers, and many, many others. He formerly served as a columnist for Muscular Development and Fitness Rx magazines, and serves as a regular contributor to Men's Health. He has been a fitness correspondent for News 12 (Westchester, NY) and has appeared on over a hundred television shows including FOX Newschannel, CNN Headline News, CBS Evening News, UPN News, Good Day New York, Good Day LA, CBS New York Live, NBC Live at Five, and Today in New York, as well as hundreds of radio programs across the country. Brad was an educational consultant to Reebok International and provided content for their ReebokOne program. He also is on the advisory board for Dymatize Nutrition, a leading manufacturer of nutritional supplements. He was formerly the national spokesperson for Dreamfields Foods, makers of the world's premier low-carb pasta. He has consulted with numerous college and professional strength and conditioning programs including North Carolina State University, the Leicester Tigers Rugby Club, and England Rugby U20. He currently serves as the Sports Nutritionist for the New Jersey Devils hockey organization. Brad is President of Global Fitness Services, a diverse, multifaceted fitness corporation with several divisions. The consulting division, Fitness Design Concepts, provides a variety of consulting services to corporations, institutions and other entities. The educational division produces the Scientific Muscle Newsletter. He is a popular lecturer, providing seminars and workshops both on the consumer and professional level having presented in over 30 different countries across five continents. Professionally, he has lectured for the International Health, Racquet and Sportsclub Association (IHRSA), National Strength and Conditioning Association (NSCA), American College of Sports Medicine (ACSM), CanFitPro, Athletic Business Conference and Club Industry, among others. Brad is widely regarded as a "trainer of trainers." He is an assistant professor in the exercise science department at Lehman College in the Bronx, NY, and acts as director of their human performance laboratory. He was previously a faculty and board member at the American Academy of Personal Training in New York City, a vocational school for aspiring fitness trainers. Brad earned his masters degree in kinesiology/exercise science from the University of Texas and his PhD at Rocky Mountain University where his dissertation focused on elucidating the mechanisms of muscle hypertrophy and their application to resistance training. He has published over 100 peer-reviewed research articles on exercise and sports nutrition, many in high impact factor journals, as well as several textbook chapters. He acts as the Assistant Editor-in-Chief for the NSCA's Strength and Conditioning Journal, as well as serving on the editorial advisory board for the Journal of the International Society of Sports Nutrition and the Journal of Strength and Conditioning Research. Brad is a Certified Strength and Conditioning Specialist by the NSCA and achieved the distinction of fellowship with the organization. He also has achieved multiple certifications as a personal trainer, including the NSCA, ACSM, American Council on Exercise (ACE), Aerobics and Fitness Association of America (AFAA), and CanFitPro. In 2011, he was named NSCA Personal Trainer of the Year. In addition, he is a member of IDEA Health and Fitness Association, which has bestowed upon him the title of Master Trainer - the highest ranking possible. He currently serves as a member of the board of directors for the NSCA. He is the recipient of the 2016 Dwight D. Eisenhower Fitness Award, presented by the United States Sports Academy for outstanding achievement in fitness and contributions to the growth and development of sport fitness through outstanding leadership activity. Brad is available for expert training, consulting, speaking, and freelance writing on all fitness related matters. |
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