Bases biomecánicas para la actividad fisica

Medicina

•

SIN SIGLA

Ramiro

19/10/2023

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Medicina

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José Acero
MS. SC. & SCI
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íomecánicas
para la actividad física
y deportiva
José Acero
Ms. Sc. & Sci.
Director Científico
Instituto de Investigaciones y soluciones Biomecánicas
Cali- Colombia
B asesiomecánicas
para la actividad física
y deportiva
www institutoisb com
Acero José
Biomecánica/Jose Acero-Cali Institutode Investigaciones y Solu
ciones Biomecánicas 200 p 24 cm
1 Biomecánica 2 Deportes-Aspectos fisiológicos 3 Educación física
4 Mecánica humana I Tít
2 796 cd 20 de
AHJ7149
CEP - Bancode la Republica-Biblioteca LuisÁngel Arango
Bases Biomecánicas para la actividad física y deportiva
ISBN: 978-958-8705- 60-6
Derechos Reservados de Copia para la presente edición
& José Acero www.institutoisb.com
Asesoría Editorial
Lizardo Carvajal www lizardo-carvajal.com
Poemia su Casa Editorial
Carrera 24D Oeste N' 4 108, telefono 3719822, Cali
Impresión
Poemia su Casa Editorial Impresión digital
Este libro no podrá ser reproducido en todo o en parte,
Por ningún medio impreso o de reproducción sin permiso escritor del titular del Copyright
Impreso en Colombia
Printed in Colombia
En memoria de mi padre,
profesor "Chepe" Acero
quien me indujo a la arquitectura
del movimiento humano
A mi esposa Ángela,
por su amor, visión y comprensión
A José David y a Sara Sofía,
por ser la energía de mi progreso
A la Universidad de Pamplona
por haberme dado inicialmente
la oportunidad de capacitarme,
hacerme un profesional idóneo
y de direccionarme hacia el camino
de la investigación científica.
A mis estudiantes
por dar el pulimento honesto
a mis pensamientos
Tabla da contenido
p? j6‘>
LVTROMXCláH
9
n
Capítulo 1. Historia, conceptos,
ámbito y ejemplarízación de la Biomecánica
Breve historia del análisis de) movimiento
Conceptos ..........................
Objeto de estudio
Profesionales que se apoyan en la Biomecánica
Ámbito de la Biomecánica
Desarrollo mundial de la Biomecánica
La tecnología utilizada
Métodos y acercamientos científicos
Tipos de Biomecánica
Contribuciones de la Biomecánica
La reflexión biomecánica
La Biomecánica del siglo XXI
Capítulo 2. La complejidad del movimiento humano............ M
Modelos de Jos segmentos corpor ales 41
Planos, ejes, direcciones anatómicas y movimientos humanos 4 4
Tipos de articulación, modelos de superficie y trvviffíwñM articulares 51
Movimientos relativos entre superficies articulares >6
Los grados de libertad ÍGDL; y rwíliM wrpvral í Mí :i} 96
La cadenas cinemáticas -...................... 60
™........ . ............. ..................62
-______ —.............. ,...........64
69
Restricciones en los movimientos huff&w■>
El método de coordenadas
Capítulo 3. Antropometría Biomecániett
Longitudes segméntales
Densidad corporal y segmenta!
Masas relativas segmentales
f entros de masa segmentales
■ ...... 69
.<■■■. 7 ?
76
Capítulo 4. Dinámica del movimiento.............................................................79
La Cinemática del movimiento deportivo.............................................................87
La Cinética en los movimientos deportivos....................................................... 104
Teona de proyectiles en el movimiento deportivo............................................. i 2 j
Capítulo 5. Métodos de valoración del centro de masa y/o
centro de gravedad................................................”.......................................... 129
El centro de gravedad según el Método de Reacción.................................... 132
El centro de gravedad según el Método Segmental......................................... 140
Capítulo 6. Análisis cualitativo y cuantitativo del
movimiento deportivo......................................................................................... 147
El análisis cualitativo del movimiento deportivo................................................. 151
El análisis cuantitativo del movimiento deportivo.............................................154
Lo cualitativo más lo cuantitativo........................................................................ 161
Capítulo 7. Introducción a la Biomecánica
de las lesiones deportivas................................................................................. 173
Concepto de lesión y de Biomecánica................................................................ 175
Perspectivas de la lesión...................................................................................... 176
Conceptos biomecánicos aplicados a la lesión músculo-esquelética...........181
Mecanismos de la lesión músculo-esquelética....................................................186
Mecanismos en lesiones óseas..............................................................................188
Mecanismos de la lesión ligamentaria.................................................................. 190
Mecanismos de lesión del músculo esquelético................................................. 190
Referencias bibliográficas................................................................................191
Presentación
L
a Biomecánica es una disciplina nueva, que ha permitido
realizar grandes avances en variados campos de la
actividad humana, como la cirugía ortopédica, la terapia
ocupacional y la medicina deportiva
Con el trabajo combinado de grupos interdisciplinarios de
profesionales de la ingeniería, las ciencias básicas, la salud y
los deportes ha sido posible perfeccionar desarrollos
importantes que han incidido favorablemente en la calidad de
vida del hombre. Cabe destacar por ejemplo el reemplazo total
de articulaciones que se practica diariamente en muchos
hospitales del mundo para devolver el movimiento a los
pacientes con osteoartrosis.
Área de especial importancia es la Biomecánica deportiva y,
en particular, el estudio y análisis del movimiento humano
que tiene como objetivos, entre otros, el mejoramiento de los
procesos de rehabilitación.
Con este I i bro, Bases biomecánicas para la actividadfísicay deportiva
del Dr. José Acero, se presentan a la disposición de estudiantes
y profesionales colombianos los principios de la biomecánica
deportiva, explicados de una forma sencilla, pedagógica y
rigurosa, de tal forma que pueden ser entendidos fácilmente
por lectores de diferentes disciplinas. Se cumple, además, el
objetivo de describir los Ultimos equipos y técnicas utilizados
para la medición del movimiento humano y se logra llegar a la
parte práctica de las aplicaciones de la biomecánica deportiva.
Estoy seguro que este libro, en el cual se plasman los años de
estudio y práctica investigadva de su autor, contribuirá a
cimentar las bases y la investigación sobre la Biomecánica
deportiva en nuestro país.
José Jaime García A., M. Sc., Ph. D.
Profesor de la Facultad de Ingeniería
Universidad del Valle
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva
9
Introducción
(27 ' conocimiento del movimiento humano ha preocupado
— siempre al hombre para saber que está inmerso en una
serie de estructuras biológicas actuantes que existen una leyes
de la dinámica y de la estática que lo afectan y que siempre el
movimiento tiene una razón de ser o una meta de eficacia y de
eficiencia
En el hombre como en los demás animales, el volumen y la
intensidad del movimiento oscila a través de tres rangos
importantes: cuando existe un impedimento para movernos
naturalmente su estado se encuentra alterado en forma negativa
(inframovimiento), cuando los niveles de eficacia, efectividad
y sanidad nos permiten accionar básicamente se indica que su
estado es funcional(mesomovimiento) y si su desarrollo oscila
entre lo funcional y lo antinatural se establece como complejo
ísupramovimiento) La actividad física y el deporte pertenecen
a este ultimo nivel
El análisis de los movimientos deportivos ha utilizado una
serie de teorías experimentaciones y de avances tecnológicos
que integralmente favorecen el entendimiento de su
complejidad
Este libro en su esencia es básico pues, recorre los conceptos,
tendencias y elementos de procedimiento del area de la
Biomecánica aplicada a los gestos de la actividad física y el
deporte
Son siete sus grandes capítulos que hacen un recorrido por el
estado histórico y actual del area establecen una estructuración
finita para entender la complejidad de los análisis, interpretan
una condición antropométrica predictiva del cuerpo humano,
clarifican los conceptos de dinámica aplicados, demuestran
los métodos para valorar el centro de masa, proponen lo
cualitativo y lo cuantitativo como una sola unidad de análisis
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 11
e introducen los
mecanismos c_
• ; elementos básicos para la comprensión de los
de lesión deportiva
.mipnt0 deportivo es un reto importante
El estudio del movim , y prácticos que desde el
para estudiantes^ pro • educación física, la metrología
entrenamiento depo )a fisioterapia, la ingeniería
deportiva '^ed.cma deportiva.^ f.^
avanzar en cada'unod^sus campos profesionales
esmtesperan^
científico los fundam v¡dad f(s¡ca y técnica deportiva e
de optimización de de )QS mecanismos de lesión
deportiv^'enuna forma práctica y comprensible.
José A. Acero J. Ms. Se. & Sci.
12 José Acero MS. Se. & Sci.
La primera clave de la sabiduría es preguntar con
asiduidad y frecuencia. Porque dudando llegamos
a la interrogración, y a través de la interrogación
accedemos a la verdad.
Peter Abelard
Capítulo 1
Historia, conceptos, ámbito
y ejemplarización de la Biomecánica
Breve historia del análisis del movimiento
E
l interésen los actuales patrones del movimiento humano
y animal, se remonta a los tiempos prehistóricos en donde
fueron dibujados en cavernas y levantados en estatuas, la
representación de los sistemas de locomoción humana y
animal Tales réplicas fueron impresiones subjetivas de los
artistas de ese entonces. Pero, no fue sino hasta hace un siglo,
que este proceso subjetivo de interpretar el movimiento marcó
una pauta más objetiva e instrumental con la aparición de los
primeros estudios utilizando cámaras de cine cuyo objetivo
fue grabar los patrones de locomoción en animales y en
humanos. El progreso en esta área de análisis del movimiento
(Biomecánica) ha sido rápido durante el pasado siglo XX y es
así como ahora (siglo XXI) se puede grabar y analizar cualquier
evento desde la marcha de un niño con parálisis cerebral hasta
el desempeño de un atleta de alto rendimiento.
Baumler y Schneider (1989) atribuyen a Aristóteles de Stagira
y a Platón ser los fundadores de la Biomecánica ya que ellos
escribieron acerca de los segmentos corporales y movimientos
y desplazamientos de los animales. Es bien curioso anotar que
también existen referencias donde los primeros estudios
biomecánicos datan desde Leonardo Da Vinci, (Ver figura 1)
Miguel Angelo Bounarrotti, Galileo, Lagrange, Bernoulli, Euler
y Young. Todos ellos tuvieron un interés primario en la
aplicación de la mecánica a los problemas biológicos.
Rash (1959) y Contini & Drills (1966) revisaron la aplicación
de la Biomecánica en muchas facetas del movimiento humano.
Ellos indicaron que la época siguiente a la primera guerra
mundial, la i n vest igac ión en Ergonom ía, florecí ó en Alemania,
Rusia y USA y consecuentemente la investigación Biomecánica
se estimuló a través de la industria del transporte. Entonces
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 17
r 1
Figura 1 Interpretación del movimiento humano a
través del concepto del hombre universal de Leonardo Da Vinci
en los comienzos del siglo XX nuevas tecnologías aparecieron
disponibles para estudiar el cuerpo humano y sus movimientos
primarios, fue así como los pioneros biomecánicos como
Marey, Muybridge, Braune, y Fischer surgieron para explorar
estas nuevas técnicas. De acuerdo con Winter (1990) Marey,
un fisiólogo francés, en 1885 utilizó una pistola fotográfica para
grabar los desplazamientos de la marcha humana y de esta
Fotografi3 1. Representación secuencial de un seriado
de saltos con carrera de acuerdo con Marey, 1860
18 José Acero MS. Se. & Sci.
Fotografía 2. Hombre saltando hacia delante Primer intento objetivo
de las fases de movimiento Muybridge 1885
manera con un equipo cronofotográfico obtener un diagrama
monográfico de un corredor. (Fotografía 2)
En el mismo tiempo Muybridge, 1885 en los Estados Unidos
disparó 24 cámaras secuencialmente para grabar los patrones
de un hombre saltando. (Fotografías 2 y 3)
En 1950, La Biomecánica emergió como una área importante
de investigación científica en diversas disciplinas del
conocimiento basada en estudios utilizando la entonces
naciente cinematografía de alta velocidad. Alley (1968) describió
las bases académicas para la especialización y un programa
doctoral. El propuso la designación de Antropomecánica para
remplazar el término Kinesiología y entonces esto, generó el
surgimiento de otros términos tales como: Antropocinética,
Biodinámica, Biocinética, Cineantropología y kinesiología
mecánica y finalmente el término Biomecánica. Con la acogida
en las universidades en USA, Inglaterra, Alemania, Japón
Canadá, Australia y Antigua Rusia, se han venido estableciendo
desde 1960 programas de Postgrado que han hecho de esta
especialidad un campo del conocimiento muy bien definido y
variado por su multiforme apiicabiI¡dad en otras áreas.
Conceptos
La evolución conceptual de la palabra Biomecánica está
determinada por dos grandes corrientes intelectuales. La
primera por una implicación investigativa de tendencia
fundamental y la segunda por una derivación hacia la
practicidad o apiicabiIidad de esta ínter disciplina.
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 19
■onto humano puede ser cfef¡nicja
, mira del ^°vlZnter, 1990) científica que mide
I ■'nt'rdisciplina(W 1995)e,movimiento
'/’’X' nallza, valS ndica más globalmente que es una
' M , zatslorsky í1"4 '"°t0 mecánico en sistemas vivOs
í1!^1’61 Tl del sistema locomotor del cuerpo
yon particular el rnovimlen^ está compuesta por dos partes
b . niiw La palabra Blomcw que {| que ver CQn
mo de Biología que3 os vita|e5 y MECÁNICA como la
X,S3.’.&'"’l'"Kde'MC“erp“
Segün Hay (1978) la J^^XeSrucWra bio“los
tuerzas actuando sobr y parg Milburrb (1996) e|
efectos due producen c d¡m¡ent0 de| movimiento
COnCep,OdeSma estructuras biológicas, (ii) análisis
ZX ín entendimiento de! movimiento. A través
d"er deAn tomía, hist°iogía ° meca?ica' r mismas
no podrán avanzar hacia el entendimiento del movimiento
humano. Es entonces, la habilidad de integrar
multidisciplinaria mente este conocimiento para proveer un
entendimiento del movimiento lo que determina un correcto
y profundo análisis del ambiente dinámico del movimiento.
Objeto de estudio
Unagran variedad y complejidad de movimientos físicos están
relacionados con los anteriores conceptos: cualquier
movimiento desde el sentarse, acostarse, dormir, caminar,
señalar, observar, lanzar, la acción de levantar una carga por
parte de un trabajador, el manejo de las resistencias en un
tratamiento, la recuperación neuro-muscular post-quirúrgica,
a interacción hombre-máquina- medio ambiente, el
h?erdkrini? de T deportista de baJ° y alto nivel y en fin esta
grados de tOdas esas Posibi,idades complejas de
cinemáticas 3 lnámica dadas Por ,a sumatoria de cadenas
mlsmP°s en ?Xb|oscaso^vVÍS'C0S qUe Se apllcan SOn l0S
tarea de movimiento «n cambia de caso a caso es la
'necesita para resolver Inf^íICa el n‘vel de detal|e Aue se
eso|ver los interrogantes o enigmas científicosJ«eAceroMS Sc.aSci20
que han sido incógnitas para la mente humana y que se refieren
al rendimiento, la descripción, eficiencia, eficacia,
optimización y funcionalidad en cada movimiento. La
Biomecánica como un resultado de la vida y de las ciencias
físicas es construida como un cuerpo del conocimiento
enmarcado en la Física, Química, Matemáticas, Fisiología,
Control Motor, Anatomía y el Movimiento Humano.
profesionales que se apoyan en la Biomecánica
La lista de profesionales interesados en aplicar aspectos del
movimiento humano es bastante amplia: Cirujanos
Ortopedistas, Fisioterapeutas, Entrenadores, Ingenieros déla
Rehabilitación, Terapeutas Físicos, Kinesiólogos, Psiquiatras,
Preparadores Físicos, Ortodoncistas, Ingenieros Espaciales,
Educadores Físicos, Fisiatras, Bio-físicos, Ingenieros de
Prótesis, Diseñadores de Equipo Deportivo, Ergonomistas,
Fisiólogos, Veterinarios, Médicos Deportólogos, Ingenieros
Industriales y otros (Gowitzke& Milner, 1980., Le Veau,1992.,
Winter 1990., Zatsiorsky & Fortney, 1993., Allard etal, 1995., y
Whiting & Zernicke,1998)
Ámbito de la Biomecánica
La Biomecánica es una interdisciplina científica muy bien
fundamentada y el enorme campo de api icabil idad cada vez más
se está extendiendo con fines altamente científicos enmarcados
desde la ayuda en la resolución de problemas cotidianos hasta
aquel los muy sofisticados como el comportamiento humano bajo
diferentes gravedades (Ingeniería Espacial).
Hoy por hoy, hay más de 400 universidades e Institutos
alrededor del mundo que están promoviendo y desarrollando
el uso del análisis y proyección del movimiento humano en
los niveles científico y académico. La distribución de áreas
que desarrollan esta ciencia interdisciplinaria en programas
de postgrado esta dada así: Ingeniería Mecánica e Industrial,
Ingeniería Espacial, Ciencias biomédicas, Carreras de Deporte
y Educación Física, Ingeniería de Sistemas, Ciencias del
Rendimiento Humano o Factores Humanos, Antropología,
Centros de Investigación Médica, Biología, Zoología, y
Ciencias Marinas entre otras.
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva
21
.. . In Blon'1®c^nlca
De-rroHo mundlnl ...... .................... ,;) *
I os PNsc'qi ' "' ,:omo en la vanguardia a«.a<10mlc;, ,
q,„. son «" ‘I" A„«manía. Algunas repúblicas d<.
' l,'n""C-KÍ>?i Cw vW Dinamarca. Africa del Sur.
)at,on |.I>'|'. - ' |,11|()|lla Rumania. Corea, Hnlangia'
Ausuálla'lsráél Nueva Zelandia. Brasil. Bulgaria y F spar,a
n.,í. os donde se están haciendo avances
I xislen otros P‘ . corn() inc|Ulr el área en los currículums
i,Car“'TsK-?rIOS preparar profesionales competentes <ín
" ' ión Científica y jalonar procesos de investigación a
oav’sde lá Procreación do centros de investigación Ejemplo
de ellos son Suecia. Suiza. Cuba y Colombo. entre otros.
i a expresión máxima de organización mundial con carácter
iñsfitucional está localizada en la Sociedad Internacional de
Biomecánica (ISB), fundada en 1973 en Penn State University,
USA V que hoy cuenta con mas de 1000 científicos afiliados
alrededor del mundo con una sede financiera en Australia y una
sede virtual en USA. Esta Sociedad fue formada para promover el
estudio de todas las áreas de la Biomecánica a nivel internacional
aunque existe un énfasis especial hacia la Biomecánica del
movimiento humano. ISB facilita los contactos internacionales
entre científicos, promueve la extensión del conocimiento y ayuda
a formar organizaciones nacionales e internacionales Las
actividades de esta sociedad están orientadas a la organización de
congresos Internacionales Bienales, la publicación de sus
respectivas memorias y la series biomecánicas de carácter
monográfico, la distribución del Quarterly Society Newsletter,
patrocinar congresos científicos y afiliar a los profesionales
relacionados con esta ínter disciplina a journals de la categoría de
Journal of Biomechanics y Clinical Biomechanics. Esta Sociedad,
también, apoya grupos de trabajo cuyo objetivo sea el avance en
el conocimiento en áreas especializadas tales como Calzado
funcional, Análisis del movimiento Tridimensional, Biomecánica
del hombro y simulación computacional.
•Sociedad Internacional de Biomecánica
http://isb.ri.ccf.org/
• Sociedad Internacional de Biomecánica en Deportes
http://www.uni-stuttgart.de/External/isbs/
22 José Acero MS. Se. & Sci
La tecnología utilizada
La tecnología y métodos utilizados en esta ínter disciplina han
evolucionado a una concepción avanzada y cada vez más
desarrollada.
Sistemas integrados de videografía de alta resolución y frecuencia
de imágenes y velocidad con software y hardware específico nos
permiten desde el espacio y el tiempo real analizar imágenes
que son convertidas en kinegramas o solidogramas b¡ y
tridimensionales para establecer y determinar los diferentes
cálculos cinemáticos del movimiento total y segmental La
utilización de cámaras convencionales (30 hz o campos visuales
por segundo) normales (60 Hz) y de alta velocidad (120- 240-500
y 1000 Hz) son la herramientas fundamentales de esta
integración tecnológica (Ver fotografía 3).
Sistemas directos y/o telemétricos no invasivos e invasivos
para el análisis del comportamiento muscular y tendinoso La
electromiografía (EMG) es un sistema que ofrece la posibilidad
de detectar el potencial eléctrico (Proceso de migración de iones
al exterior) generado por una contracción muscular. Las señales
electromiográficas son típicamente grabadas por electrodos que
miden las diferencias en voltaje (Potencial) entre dos puntos.
Fotografía 3 Ejemplo de un sistema de videografía integrada: Cámaras, Computador
persona^esoecializado Videograbadoras industriales, Marco de referencial espacial esférico
^Software biomecánico. Tomado y adaptado de Peak Performance Technologies. S.A
Bases
biomecánicas para la actividad física y deportiva 23
estirado en gimnasia compuesto
Technologies Inc
Eiemplo * u" clcl0’ra™ To™d0 V
Technologies inc
Fotografía
actividades
. ..tiii/arios en EMG pueden ser agrupados
amoliáménteen cuatro categorías. Las primeras dos categorías
S ten dónde los electrodos son localizados: dentro del
musculo (invasivos) y sobre la superficie muscular
'Superficiales). Las dos categorías restantes describen la
configuración del electrodo mono polar o multi-polar (bi-polar)
La (EMGi) invasiva puede llegar hasta la parte muscular que
se necesita evaluar a través de agujas. La (EMGs) o no-invasiva
recoge las señales superficialmente a través de electrodos
localizados sobre la piel. (Ver fotografía 4).
Típicamente las señales de EMG son obten idas uti I izando una
configuración de electrodo bipolar impl icando esto la existencia
de dos contactos eléctricos cada uno de ellos relativo a un
electrodo tierra. Los potenciales de cada uno de los electrodos
amniT íad°s a unamP|¡ficaclor diferencial la cual determina y
laconfinnrl • *erencia en voltaje entre los dos electrodos. En
desde un ele^TT0^0131"la di,:erericia en voltaje es grabada
«2n"XSiTl''“oaMlem ’« «"
°por telemetría (Ond^hnde?S seña'es puede ser por cableado
10 a 500Hz). Eneldennrt ° ,adio('3dB) con una frecuencia
orque Permite una meinr ° ° ^Gs está mas generalizado
Cimiento. ejor movilidad sin restricciones de
JoséAcer°Ms.sc.&Sci
í
(
24
Fotografía 4 . Ejemplo de un sistema portátil de EMGs telemétrico utilizado para
actividades deportivas y clínicas Tomado y adaptado de Noraxon, Telemyo Systems
Los sistemas de medición de la fuerza de reacción a través de
plataformas ortogonales que operan generalmente con seis
componentes, tres de los cuales están dedicados a determinar
las fuerzas de reacción en las coordenadas X, Y y Z. Los otros
tres componentes son los momentos de fuerza determinados
en los respectivos ejes ortogonales. Las plataformas de fuerza
en el mercado actual utilizan una construcción del tipo
rectangular que es soportada en cuatro puntos y transducidores
de fuerza para cada dirección de ejes son montadosen cada
esquina.
Los componentes de Fx, Fy y Fz son normalmente utilizados
para análisis biomecánicos de la locomoción. La fuerza
resultante es una cantidad integral cuyo componente vertical
describe el cambio en el momento del centro de masa en
dirección vertical. Esto puede ser utilizado para control de la
velocidad en tests de movimientos. Las mediciones de los
sensores de fuerza en las cuatro esquinas puede ser utilizado
para determinar el centro de presión y el momento libre de
rotación sobre un eje vertical. Las plataformas de fuerzas
pueden ser diseñadas para resistir bajo, mediano y alto impacto,
generalmente con un rango de frecuencia de datos que oscila
entre200-1000Hz. (Ver Figura 3).
Los sistemas de distribución de presión posibilitan la
cuantificación de las fuerzas sobre una superficie (Ej. La
superficie plantar del pie) y son utilizados en campos de
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 25
<nt«xa*>
'l**7 (.^ftware especializado Tomado /
rr
v
r
I
.ií- plí'F
4» t*
Hntca y biomecánica Las plataformas de presión
«>h■» •<«' " ’ Msta 0 5cm2 y han sido utilizadas en
’°r',OírL>< dedistribución de fuerzas de la marcha
*wXca y en la descripción dinámica de los tipos
1» plantillas de presión valoran la distribución de la
- entreel aspecto plantar del pie y la plantilla y han sido
i radas para evaluar la construcción del calzado en la
/epato y la plantilla y en adición también para
s:ua<ar el efecto del tipo de pie y la distribución de la presión
■d-b-Ms Otroequipo utilizado esta basado en la distribución
; o-local Ej Distribución maxima entre patela y femur'
rorografía 5)
’,0Se Acert) Ms
i triplo de un sistema de plantillas de
y adaptado de Novel GmbH presión
& Sc¡
26
Otro avance tecnológico está basado en la acelerometrla que
mide a través de sensores (acelerómetros) los cambios de
velocidad de un segmento corporal o de un equipo unido al
cuerpo humano. Ellos son de resortes de tensión, plexo
resistivos, y de transducidores inductivos.
El acelerómetro de resortes de tensión consiste en cables
sensitivos a la tensión (4) unidos a un elemento de masa
nivelada y que es montada en una base fija Los cables son
conectados a un circuito puente y si la base es acelerada esta
causa cambios en la deformación a causa de su inercia La
deformad 911ión en el elemento masa causa un cambio en la
tensión de los cables que cambian a su vez el balance del circuí to
puente. El resultado es una señal eléctrica proporcional a la
aceleración de la base. Los acelerómetros pi ezo-res i t i vos tienen
el mismo principio solamente que no utilizan cables sino
resortes de resistencia
Losacelerómetros piezo-eléctricos a menudo utilizan materiales
de cerámica con propiedades piezo-eléctricas para producir una
respuesta a al deformación. Los acelerómetros inductivos
consiste en un elemento de masa localizado y magnéticamente
acoplado a dos bobinas unidas a la base del acelerómetro Esto
cambia la corriente inductiva de las bobinas y entonces el
resultado eléctrico es medido. (Ver Fotografía 6).
Los sistemas de medición angular se basan en los goniómetros
diseñados para medir la rotación relativa en un articulación
dada. La forma mas simple de un goniómetro es un
potenciómetro de un solo eje que detecta el cambio en el
resultado de la resistencia cuando uno de sus brazos se mueve
sobre el otro que opera como resistencia. Cables instrumentados
por elementos de tensión han sido también desarrollados
Fotografía 6 Ejemplos de dos acelerómetros triaxiales
Tomado y adaptado de Kistler
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 27
□tría de arados de libertad multiple han
Equipos de uti|izando el concepto de union
sido puestos en el roer rotac¡ones perpendiculares a.
Fotografía 7. Un Sistema de electrogoniómetros biaxiales
Tomado y adaptado de Noraxon, Inc.
Sistemas de medición directa de la velocidad hacen que se
utilicen radares que tienen una capacidad de captación por el
efecto de Dopler (Emisión y recepción bi-direccional de un
sonido) entre 5- 450 km/hora de registro.. Estos sistemas pueden
calcular sobre posiciones determinadas la velocidad i nstantánea
de un segmento corporal o de cualquier objeto que se traslade
en el espacio. (Ver fotografía 8)
Fotografía 8
Tomado y adantaH^ °btener ,a velocidad ¡nstantánea.
u V adaptado de stalker Pro. Inc.
Acero MS. Se. SSc¡.
28
El uso del sistema seriado de foto-celdas es muy frecuente en
las valoraciones e investigaciones biomecánicas. Su uso esta
relacionado con la determinación precisa del tiempo
transcurrido en cualquier desplazamiento humano entre uno
o varios espacios para determinar tiempos parciales y totales y
de reacción sus velocidades y aceleraciones promedios y otras
Fotografía 9 Un ejemplo de un sistema seriado de foto-celdas con varias compuertas de
medición. Tomado y adaptado de Swift Performance Tech
derivadas de fuerza y potencia mecánica (ver fotografía 9).
Los plataformas de tiempo (timing mats) son equipos integrados
por un tapete en plástico flexible duro que dentro de su
estructura posee un material semiconductor que censa la
comprensión del material y activa y desactiva un cronómetro
configurado en milisegundos. Esta actividad es registrada en
una unidad manual y electrónica o su señal es transportada a
un PC normal a través de un puerto serial o paralelo. Su
beneficio es que permite calcular tiempo de vuelo y tiempo de
contacto lo cual permite derivar a través de las fórmulas de
proyectiles, la distancia vertical recorrida durante el vuelo,
velocidad de liberación, fuerza explosiva y potencia mecánica
(ver fotografía 10).
Una variedad en el software universal y específico hacen parte
de la tecnología de punta que mide y describe la calidad del
movimiento humano en cuanto a cinemática, cinética y
estática relativa. Paquetes universales como Matlab, Labview
Labwindows están siendo utilizados para controlar los
procesos de valoración e investigación en el movimiento
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 29
saltati
lat^forma de tiempo en los programas de
Intsurar ¡as dlWenls* »cnolo3las enuncia®,
humano y Para 1 y
previamente . . , +
softwares biomecánicos van unidos las tecnologías e
Los softw^e d para e| análisis del movimiento
Xn Peak Performance, Ariel Dynamics, Simmi, Emed.
B-rtec IBV Noraxon, AMTI, Biogesta, Bortec, Cyberlogic,
Gaitmat HPM Kistler, Motion Lab, Novel GmbH, QUALYSIS.
Silicon Coach. Skill Tech, Swift Performance y eMotion
Métodos y acercamientos científicos
Los centros que lideran estas metodologías y desarrollan y/o
aplican tecnología avanzada en los estudios del movimiento
han ido creciendo como resultado de las ¡deas alrededor de los
problemas específicos de cada institución o región las cuales
pan sido desarrolladas por hombres y mujeres idóneas quienes
jornalmente han sido preparado (a)s a muy alto nivel pan
^ornir estos retos investígateos y académicos. De esta manen
nacerf los nombres genéricos de: "Centros de I nvestigaciór
AnáliZ l̂ltaK^a^0rdt0ri0s ^e Biomecánica, Laboratorios d
Movímientí J?v,rníento Humano, Centros de Estudios de
Centros de Dewrn?' Laboratorio de Marcha Human-
lio y Factores Humanos, Centros d
Estudios de Locomoción, Institutos de Biomecánica, Centros
de Ciencias del Movimiento Humano Centros de
Investigación de Biomecánica Ortopédica Industrial
Dental aeroespacial. "etc. Así mismo la mayoría de estos
sitios de investigación Biomecánica han sido generados en
gran parte en universidades estatales y/o nacionales así como
en institutos de prácticas médicas e Industriales con apoyo del
gobierno de la empresa privada, de multinacionales y de
recursos propios.
Dentro de las funciones principales de estos centros de
investigación Biomecánica se han observado las siguientes:
— Apoyo a la docencia en pregrado y postgrado
— Apoyo a la investigación fundamental y aplicada en otras
áreas afines y complementarias— Resolución científica de problemas industriales,
ortopédicos, clínicos, patológicos, rehabilitación física,
entrenamiento deportivo, salud ocupacional, prescripción
del ejercicio, diseño de aparatos y equipamiento y forenses
— Venta de servicios de análisis biomecánicos especializados
La mayoría de estas instituciones líderes en el mundo se han
desarrollado haciendo práctica de paradigmas metodológicos
en donde existió inicialmente una etapa netamente de análisis
cuantitativo y descriptivo para que mas adelante se pudiese
pasar por etapas de análisis, monitoreos, valoraciones,
proyecciones y modelados. El acercamiento científico actual
tiende a estudiar el movimiento humano teniendo en cuenta
los componentes que enmarcan las bases funcionales de los
patrones de cómo el cuerpo humano se mueve (Top-Down
Approach) en su naturaleza tridimensional (Vaughan et al,
1992) Vaughan, Hay y Andrews en 1982 reportaron que en
cuanto a la dinámica corporal existen dos tipos de problemas:
El primero es el problema dinámico directo (PDD) en la cual
las fuerzas que son aplicadas a un sistema mecánico son
conocidas y el objetivo es determinar el movimiento que resulta
y el segundo es el problema dinámico inverso (PDI) en la cual
el movimiento de un sistema mecánico es definido en detalles
precisos y el objetivo es determinar las fuerzas que causan este
movimiento. Ambos acercamientos son utilizados en los
análisis biomecánicos siendo el mas actualizado el PDI.
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva
31
S’T
Obj
, ,.n»i movimiento deportivo ya han sido en un n,Jr.
im estudios biomecánicos elaborados en d ifero'r°
S^dádes y Centros de Investigación con result,^
Sivos en la optimización técnica de el gesto depOr,¡
¿ieto de análisis Los mencionados estudios se h,
especializado tanto que ya se han convertido en mvestigaci0 n
sementales puntuales con variables biomecánicas específjr
para hallar respuestas a los espacios incongruentes de
desbastada observación directa (Ejemplo. Distribución^ ?
la presión en la superficie plantar del pie durante el lanzamLn?
de Jabalina'Bartlett, Muller y otros 1995). ' tQ
El -movimiento Olímpico ha marcado una pauta importa
en cuanto al área del análisis de los movimientos deport i *
ciando un proyecto Olímpico localizado en La comi'V°S
Medica y mas específicamente en la subcomisión'^
Biomecánica y Fisiología del Deporte en el que se han estudiad dientes deportistas en diferentes modalidades- GimnJi
Lanzamientos en Atletismo. Levantadores Olímoic^
¿3r/eras de Velocidad Atletismo, Saltos en Atletismo
^.<jón Sky Voleibol Baloncesto entre otros Estaeslaúnir
cencía permitida durante los Juegos Olímpicos por cuan
-nicamenteparareaíizarestosestudiosie^^deTmul5
invfcctiL- 13 dj se ^an Producido varios miles de
ouc d'f°rentes campos del conocimiento y
des' rioción h°i ,ri®^as hacla 'a medición, el modelado y la
SXn -n °Vlmient0 humano Sin embargo, se ha
y predicen losreTJltadXT l.nv.es,19aclones que proyectan
y también de , ouZv'mientos humanos específicos
colindando con carnes d.T 06 carácter interdisciplinarlo
Fisiología muscular m d Ja Clencia como Control Motor,
Mecánica eur°bsiología( Morfología, Robótica y
otras de la represem^^^'035 ^ournals) hacen parte entre
lon del movimiento biomecánico
alrededor del mundo Estos medios masivos de información
científica pertenecen a los formatos tradicionales de papel y
de presentación electrónica on-line
Revistas científicas de Biomecánica
(Biomechanics Journals) y sus portales en la
Internet
Journal of Biomechanics
http://www.elsevier.nl/locate/jbiomech
Journal of Sports Biomechanics
http:// www.uni-stuttgar.de/External/isbs
Journal of Applied Biomechanics
http://www.humankinetics.com/products/journals/
Online Conference Proceedings of the Annual Meeting of
the ASB
http://asb-biomech.org/abstracts.html
BioMechanics - The Magazine of Body Movement and
Medicine
http://www.biomech.com
Bone
http://www.elsevier.nl/locate/bone
Clinical Biomechanics
http://www.elsevier.nl/locate/clinbiomech
Computer Methods and Programs in Biomedicine
http://www.elsevier.nl/locate/cmpb
Computerized Medical Imaging and Graphics
http://www.elsevier.nl/locate/compmedimag
Ergonomics Australia On-Line
http://www.uq.edu.au/eaol
European Journal of sport sciences
http://www.humankinetics.com/products/journals/
Gait and Posture
http://www.elsevier.nl/locate/gaitpost
Journal of Back and Musculoskeletal Rehabilitation
http://www.elsevier.nl/locate/jbmr
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 33
•> - and Kinesioi
"‘T wwe^^nriocate/jelekin
**w <K“c a^'.‘ 'Kfv<er nl locate'knei?
• ->‘s.^,Af! ai Biosdences
•'“r m dM?vier nl/locate/mathbio
\ «tr c*^us< u Ir D i sor der s
K“r ’www Elsevier nl locate/nmd
Motor Controlhttr w humankinetics com/products/journals/
BMES Bulletin - Biomedical Engineering Society
‘'“o www mecca org/BME/BMES/bmeshome html
Sport Science Magazine
http wwwsportscience.org
Sportscience
http wwwsportsci.org
Tipos de Biomecánica
En la actualidad se distinguen varias aplicaciones biomecánicas
y entre ellas las siguientes:
Biomecánica Ortopédica, Dental, Industrial, Ergonómica
Cardio-respiratoria y Pulmonar, Aero-espacial, Forense déla
rehabilitación de la locomoción y Deportiva En todas estas
disciplinas se han hecho grandes avances científicos y su
numero de investigaciones sobrepasan las 10000 en todo el orbe
La Biomecánica Ortopédica se relaciona con el análisis de
todos los procesos de mecánica de impacto fracturas
rompimientos fijaciones, el uso de aparatos y prótesis ortésis
y medidas de prevención
i d Biomecánica en la rehabilitación tiene que ver con ios
{ causativos de la lesión, historias biomecánicas
ts*on‘;S y principios biomecánicos en los procesos de
rehabilitación
diseño vl°ní i* ^mecánica en Odontología esta referido al
y mecánica de la q'u^daden'aleS 7 a los Procesos de maSt'Caf
José Acero MS Se & SoS4
La Biomecánica cardiovascular y respiratoria esta dedicada a
analizar los principios que se determinan en la mecánica del
torrente sanguíneo, el fluido aire, los tejidos blandos, y las
interacciones mecánicas entre tej i do-torrente y tejido-prótesis
La Biomecánica en el campo industrial determina los diseños
de bio-ingeniería humana relacionados con la construcción y
modelados de elementos accesorios, equipos y espacios para el
movimiento humano. También analiza la interacción- hombre-
máquina-ambiente, para efectos ergonómicos
Los patrones biomecánicos de la locomoción humana han sido
evaluados en la marcha y la carrera a nivel de normalidad y
patologías específicas. Estos estudios se refieren al análisis
cinemático, cinético y cineantropométrico de los patrones de
translación humana útiles como indicadores de desarrollo
neuromotor.
La Biomecánica forense esta dedicada a actuar como experta
en las cortes judiciales para resolver bajo los principios
mecánicos las causas y descripción de accidentes
reconstruyéndolos en modelos de historias físicas
La Biomecánica es aplicada en la ingeniería aero-espacial al
determinar los patrones de locomoción humana y
comportamientos biológicos y mecánicos en diferente tipos
de gravedades
La Biomecánica deportiva como una área específica de
investigación esta dedicada a analizar y proyectar los
comportamientos mecánicos en el rendimiento deportivo,
establecer nuevas técnicas, equipos e indumentarias, y a
explicar y proyectar procesos de protección y rehabilitación
de los traumas producidos por la práctica deportiva.
Contribuciones de la Biomecánica
Las contribuciones de la Biomecánica en la funcionalidad,
eficiencia y optimización de los movimientos humanos están
concretizadas así:
— Conocer el movimiento humano cualitativa y
cuantitativamente.
— Poseer mejor eficiencia y funcionalidad en la calidad del
movimiento.
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 35
1
Prevenir o minimizar accidentes traumáticos_ El Mejoramiento de los métodos de rehabilita, ̂
entrenamiento específico
i •> aplicación de los principios biomecánicos h
_ Aprendizaje Motor en rehabilitación
__ El diseño y desarrollo de máquinas para el mejorami9nto
procesos de rehabilitación
_ El diseño y desarrollo de indumentaria e implementac¡ón
de prótesis y ortesis en salud
_ El diseño de un equipo de protección más seguro y ef'icie^
La ¡mplementacion de técnicas más efectivas para ei
rendimiento de movimientos humanos determinados
El mejoramiento del proceso de diagnóstico para evaluar
lesiones
__ Desarrollo de mejores técnicas quirúrgicas
— El mejoramiento de programas de rehabilitación
La reflexión biomecánica
La categorización de complejidad del movimiento humano
ha tenido en vilo a los científicos por cuanto en apariencia
dada por la "Observación Directa" y como fruto de una
experiencia tradicional tenemos la sensación de que es lo
‘correcto" en un movimiento, pero la experiencia científica
ha demostrado que pueden existir movimientos aun mas
complejos y con características cinemáticas y cinéticas por
nosotros muy desconocidas en términos de contribuciones
segmentales fijaciones neuromusculares, traslados de planos
y ejes velocidades y aceleraciones instantáneas, causas de
tuerza manejos del centro de gravedad, comportamientos
aereos y participaciones de las cadenas cinemáticas entre otras
variables de estudio Este punto de reflexión Biomecánica es
muy significativo a la hora de optimizar los movimientos d<?
mpránh~SOn^i Para que se cornP°fte siempre con ventaja
(Funchrn y eCída Sus acciones más eficiente y eficazmen
en o vital en la ejecución kinestésica humana)
36 José Acero MS Se
• & Sci.
Ua Biomecánica del siglo XXI
El Dr Peter Cavanagh en 1995, actuando como presidente de
la Sociedad Internacional de Biomecánica (ISB) lanzó una
pregunta a la comunidad científica: ¿si existía la evidencia de
que la Biomecánica había madurado como una ciencia que
presentaba una serie de técnicas investigativas para resolver
los problemas? La respuesta no se hizo esperar y se concluyó
que esta ínter disciplina estaba en el proceso de maduración y
que por lo tanto lo que se vislumbraba hacia el futuro era en
líneas generales un mejoramiento en los métodos de
investigación como base de la ciencia.
Los Doctores, Vladimir Zatsiorky, Virginia Fortney y Richard
Nelson de Penn State University en 1993 vislumbraron, antes
del cuestionamiento del Dr. Cavanagh, los nuevos desarrollos
que esta ciencia podía obtener hacia la entrada del nuevo
milenio. Entre los adelantos mas importantes se distinguen
los siguientes:
— Se encontrarán sistemas de video en forma comercial y
económicos con una alta resolución espacial y una alta
velocidad (180-200 Hz). Estas cámaras serán especialmente
diseñadas con propósitos de medición e incluirán todos
los atributos de las cámaras fotogamétricas tales como óptica
y distorsión mínima y sistemas de orientación interna y
externas. Estereovideogametría de rango cercano
reemplazará la estereofotogametría. El uso de cámaras de
VCR y TV serán reducidas en las investigaciones.
— Sistemas no ópticos de rango cerrado (Ultrasonido) serán
utilizados para hacer registros automáticos del movimiento
humano debido a su precisión y bajo costo.
— La imagen de origen nuclear y magnética y la tomografía
asistida por computador serán ampliamente utilizadas.
— Equipamiento de medición de fuerzas con frecuencias
naturales y tapetes de presión también como sistemas
telemétricos de EMG serán utilizados más frecuentemente.
— Métodos automáticos para estimar masa y características
¡nerciales estarán disponibles a la comunidad científica.
__ Métodos no invasivos para la determinación de las fuerzas
internas serán desarrollados.
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 37
. muscularV en 'on9''“ti de u
^blos^'*5^ musculo durante movlm|en(
- ^uS;^\S;rados utUinndo técnicas ¿
ultrasonido mecánica en el cuerpo humano
-fi^’0(*l’lrv*radoresespec.iales
5,.¡> estudiado parámetros biomecánicos «n
_ EdúiposporW,^P’r s(1$tarán disponibles (Ej Fuerza
movimientos depon'* ■ será almacenada en Un
zomoutaao para medir |a rigidez
_ Sepertwci°njaran'. articulación, la viscosidad o |a
musculo O de una au
i ir1'o 3 .
' monte las coordenadas de mareaje serán utilizadas
- Noumcamen n(o dg |qs campos visuales y |a
C3ra e Ctmn del cuerpo en el espacio pero también
S w uso los cambios en la longitud de la proyección
J lamentos corporales, perfiles corporales. Métodos
basados en los patrones de la forma serán también
desarrollados
Procedimientos de suavizado estadístico con control
interno de adaptación serán puestos al servicio de las
investigadores biomecánicos
— Los problemas de inter e i ntra-i nd i vi dúo serán estudiados
en profundidad para ver la variabilidad de los parámetros
biomecánicos
— Los métodos matemáticos para combinar los acercamientos
escolásticos y funcionales serán utilizados
— El foco de la investigación será eminentemente
i nterd isci p I i nar i a con cam pos de I conoc i m i ento tales como
control motor, fisiología muscular, neurofisiologm,
morfología robotecnología y mecánica.
- Las siguientes grandes lineas de 'n\e^'.9^'°^Xpto
desarrolladas en profundidad: Control del N
Humano, Trabajo mecánico y Metabolismo N ^0$
Respuesta Humana a la Vibración y al Impacto. s
Morfométricos, Desde el Músculo al Movim'
Rendimiento Muscular Máximo entre otras.
José Acero MS. Se. &Sci.38
Capítulo 2
La complejidad del movimiento humano
Células: billones
Sistemas: 11
Segmentos: 4-14-18
Músculos: + 640, 36-45%tmc
Huesos : (206) 148 movibles (12-15%)tmc
Dimensiones: 3
Planos básicos: 3
Ejes: 3
Articulaciones: + 200
Direcciones en el espacio:19
Tipos de movimientos. 28
Grados de libertad: 244
Cadenas de movimiento : 2-4
Leyes cinemáticas : 2- 4
Leyes cinéticas : 3-15
Figura 4. Resumen de la complejidad del movimiento
40 José Acero MS. Se. & Sci.
El cuerpo humano es una máquina altamente sofisticada cuyos
componentes son muchos y finitos. Estos componentes pueden ser
combinados para producir una variedad infinita de posturas y
movimientos ...”
Norkin & Levangie,1992
E
n la figura 4 se centraliza la importancia de comprender
al ser humano como un ser complejamente dinámico que
tiene muchas variables y posibilidades de movimiento.
Entonces, para realizar un análisis básico de cualquier
movimiento es necesario reducir al máximo las variables a
tener en cuenta.
Según Watkins, 1999 el movimiento humano son las acciones
del cuerpo humano que implican cambios en la postura y la
posición de segmentos corporales manejados por el sistema
músculo esquelético bajo el control del sistema nervioso. Esto
implica que existen dos interdisciplinas científicas que pueden
explicar el movimiento humano: El Control Motor y la
Biomecánica.
En la tabla 1 se encuentra una análisis mas detallado de cada
uno de estos factores que inciden en el movimiento humano
que en sumatoria son casi imposibles de calcular globalmente,
Modelos de los segmentos corporales
En el análisisdel movimiento humano se conocen varios tipos
de modelos que han sido definidos con base en el número de
segmentos ha estudiar. Tradicionalmente se conocen los
siguientes:
— SC- 4: Cabeza, tronco, extremidades superiores y
extremidades inferiores. Este es un modelo muy general y
macro del cuerpo humano
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 41
1
labia I La complejidad del Movimiento en Detalle
FACTORES
DESCRIPCIÓN
Modelos de los segmentos corporales
2. Tipos de articulación
3 Modelos de superficie y movimientos
articulares:
4 Movimientos relativos de las
superficies articulares
SG-4
SO-14
SG-in
Sinartróslcas (inmóviles)
Anfiartrósicas (poco movimiento)
Diartróslcas (Movimiento + libre)
Planas.
acoplamiento
elipsoidal,
silla de montar,
bisagra
pivote
Hueso Vs. Hueso
Rodamiento
Deslizamiento y rotación
5 Los grados de libertad (GDL)y
movilidad corporal (MCT)
Rotaciones y Traslaciones
148 huesos movibles y 147
articulaciones
6 Las Cadenas Cinemáticas
7 Restricciones de los Movimientos
8 Dimensiones espaciales
Abiertas
Cerradas
Anatómicas
Actuales
Mecánicas
Tareas motoras
2D: X.Y
3D: X, Yy Z
9. Planos
Sagital
Frontal o Coronal
Transversal
10 Ejes
11 Direcciones de movimiento
12 Movimientos Generales
13. Movimientos del tobillo y del pie
Longitudinal
Antero posterior
Lateral
Anterior
posterior
Lateral
Medial
Distal
Proximal
Superior
Inferior
Abducción
Adducción
Abducción diagonal
Adducción diagonal
Flexión
Extensión
Circunducción
Rotación interna y externa
Supinación
Pronación
Flexión dorsal
Flexión plantar
42 José Acero MS Se. & Sci.
SC 14. Cabeza-nuca, tronco, brazo(2), antebrazo(2),
mano(2), muslo(2) pierna (2) y pie (2) Este modelo de
Dempster (1955) es el mas frecuentemente utilizado en el
análisis del movimiento humano
— SC 15 Cabeza-nuca, tronco superior, tronco inferior
brazo(2) antebrazo(2), mano(2), muslo(2) pierna (2) y pie
(2) Este es conocido como el modelo Hanavan (1964) y es
hecho con base a 15 sólidos geométricos
— SC-17: Además de los 15 segmentos del modelo Hanavan
existen otros dos el hombro derecho y el hombro izquierdo
Este es conocido como el modelo Hatze (1980)
Para efectos de un desarrollo de los modelos se explicará a
continuación el modelo SC-14 que es el más usual y reconocido
internacionalmente por las instituciones investigativas y por
las compañías de instrumentación biomecánica.
Las características de cada uno de estos 11 puntos referenc¡aIes
se describen a continuación en concordancia con el trabajo de
Ross y Marfel I -jones (1998):
Vértex (V). El vértex es el punto superior en el plano sagital
medio en el cráneo cuando la cabeza está en el plano Frankfurt
Acromial (A) El punto acromial se localiza en el extremo
superior externo del proceso de acromión cuando el sujeto está
erguido y con los brazos relajados
Radial (R) El radial es el punto localizado en el extremo lateral
superior de la cabeza del radio.
Estilión (STY) El estilión es el punto más distal del proceso
estiloide del radio. Se encuentra en la, así llamada, tabaquera
anatómica, que es el área triangular que se forma cuando el pulgar
está extendido A los lados está definida por los tendones del
abductor largo del pulgar y el extensor corto del pulgar y en la
zona media está definida por el extensor largo del pulgar. Para
efectuar mediciones del cubito se puede utilizar el estilión ulnar.
Dactilión (DA) El dactilión es la punta del dedo corazón
(tercero) o la punta más distal del dedo corazón cuando el
brazo está colgando y los dedos están extendidos hacia abajo.
Las puntas correspondientes de los otros dedos se denominan
segundo, tercer, cuarto y quinto dactiliones (el pulgar es el
primer dígito).
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 43
Vértex
gura 5 SC 14 y Puntos Anatómicos Referenciales
44 José Acero MS. Se
& Sci.
Tabla 2. Catorce (14) Segmentos Corporales y sus Marcas Referenciales
Segmento Puntos anatómicos limites de lo proximal a lo distal
1. Cabeza- Nuca
2. Tronco
3 Brazo
4. Antebrazo
1 Vertex - Eje biacromial
2 Eje biacromial- Eje bitrocanterino (trocanterión)
3 Eje biacromial- Eje del codo (radial)
4 Eje del codo(radial) - Eje de la muñeca (estilión)
5 Mano 5. Eje de la muñeca (estilión) - Mitad de la falange distal del
dedo III (dactilión)
6 Muslo 6 Eje bi-trocanterino(trocanterión)- eje de la rodilla (radial
lateral)
7 Pierna (Pantorrilla) 7. Eje de la rodilla(radial lateral) - eje del tobillo (esfirión
fibular)
8. Pie 8. Talón (pterión) a la porción mas anterior del dedo I o II
(Acropodión)
Trocanterión (TRO) El trocanterión es el punto más superior
del trocánter mayor del fémur, no su punto más lateral
Tibial lateral (TL) El tibial lateral encaja en la descripción
hecha del tibial medial pero está situado en el extremo lateral
de la cabeza de la tibia. Está por encima (y no hay que
confundirlo con) el capitulum t¡bulare más inferior.
Esfirión f i bu lar (SPH F) El esfirión fibular, o maléolo externo,
es la punta más distal del maléolo peroneo (fibularis) y es más
distal que el esfirión tibial.
Pterion (PTE) El pterión es el punto más posterior en el talón
del pie cuando un sujeto está erguido'.
Acropodión (AP) El acropodión es el punto más anterior de
un dedo del pie cuando el sujeto está erguido. Puede ser la
primera o la segunda falange. Es posible que para efectuar esta
medición el sujeto tenga que cortarse las uñas de los pies
Planos, ejes, direcciones anatómicas y movimientos
humanos
Existen 24 posibilidades de dirección de movimiento que son
consideradas vitales para la ejecución de las técnicas deportivas
y de rehabilitación. La siguiente terminología nos define el
contexto de cada una de ellas.
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 45
1
Terminología sobre la dirección anatómica
Anterior Delante o en la parte delantera.
Anteroinferior: Delante y abajo
Anterolateral: Delante y al lado, especialmente el ladoexteri0r
Anteromedial: Delante y hacia el costado interno o línea mec|¡a
Anteroposterior: En relación tanto con la parte delantera cOrrif.
la trasera
Anterosuperior: Delante y arriba.
Contralateral: Pertenecienteorelacionadocon el ládanoP^ssto
Distal Situado a distancia del centro o de línea med' cuerpo, o bien del punto de origen. Ia ^el
Dorsal: Relacionado con la parte posterior, con la espalda
Inferior: (Infra) debajo en relación con otra estructura, caudal
Homolateral: En el mismo lado.
Lateral: Sobre o en un lado, exterior, más alejado del plano
medio o mediosagital.
Medial: Relacionado con el medio o centro, más cercano al
plano medio o mediosagital.
Posterior: Detrás, trasero, o en la espalda.
Posteroinferior: Detrás y abajo, en la espalda y abajo.
Posterolateral: Detrás y a un lado, especialmente el lado
exterior.
Posteromedial: Detrás y en la parte interna.
Posterosuperior: Situado detrás y en la parte de arriba
^nhi^0 E| cuerP° sitúa con la cara hacia abajo, tumbado
sobre el estómago.
roximal. Lo más cercano al tronco o al punto de origen.
mTarrlbaScePfálico°r e™'™ relación con otra estructura.
3 Planosede°movimSiCfySi9Uiendoel mocíelo clínico postural
de rnoVlmiento que nos ¡nd¡can e) punw part.da
46 José Acero MS. Se. & Sci
para cualquier análisis. Ellos orientan fundamentalmente y
espacialmente al ser humano en forma general. La existencia
en la literatura de otros conceptos alrededor de los planos tiene
que ver con el factor relacionado con el factor de que la mayoría
de estos movimientos humanos no se realizan estrictamente
en estos tres planos básicos primarios. Por lo anterior, se ha
derivado la metodología de Euler que implica la formación de
tres ángulos independientes correspondientes a tres grados de
libertad rotacional que están inmersos dentro de los tres planos
convencionales Así, en una posición inicial todos los tres ejes
de rotación están localizado en un plano (Metodología de
Euler). La convención de ángulos de Cardan también
interpreta el movimiento bajo el sistema giroscópico donde
existen simultáneamente tres ejes de movimientos en una
posición inicial.
Planos de movimiento
Cuando estudiamos las diferentes articulaciones del cuerpo y
analizamos sus movimientos, sirve de ayuda caracterizarlos
de acuerdo con planos específicos de movimiento
Hay tres planos específicos o primarios de movimiento en los
que podemos clasificar los diferentes movimientos humanos.
Cuando un movimiento se produce en un plano, el cuerpo el
segmento o la articulación se mueve o gira sobre un eje que se
relaciona 90 grados con ese plano. Aunque cada movimiento
humano especifico puede clasificarse como perteneciente a
uno de estos tres planos de movimiento, por lo general nuestros
movimientos no se producen dentro de un plano especifico,
sino que sucede como una combinación de movimientos desde
más deun plano. Estos movimientos desde planos combinados
pueden describirse mediante planos derivados de movimiento
diagonales u oblicuos.
Plano Anteroposterior o Sagital
El plano antera-posterior (o AP) secciona el cuerpo de delante
hacia atrás dividiéndolo en dos mitades simétricas, derecha e
izquierda Por lo general, los movimientos de flexión y
extensión como las elevaciones del bíceps, las extensiones de
la rodilla y la acción de erguirse se producen en este plano,
(ver Figura 6)
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 47
Figura 6 Plano sagital o medio
Tomado y adaptado de Body Planes
Brighton.ac.uk
Plano Lateral o Frontal
El plano lateral, también conocido con los nombre de plano
frontal y plano coronal, secciona el cuerpo lateralmente de lado
a lado, dividiéndolo en dos mitades, delantera y trasera. Los
movimientos de abducción del hombro, así como la flexión
lateral espinal, se producen en este plano.(Ver Figura 7)
Plano Transversal u Horizontal
mitades c^nSVerSal divide e' cuerpo horizontalmente en dos
de rotación comni lnferior; Por lo general los movimientos
la columna sured pronacióni ,a supinación y la rotación de
^oiumna, suceden en este plano. (Ver figura 8)
mayoría de los^extos'T’Y1*05 hurTianos está descrita en la
movimiento. Se han r 6 k’nesi°logía y anatomía para el
especifico un total de aracterizado desde lo general a lo
'de 28 movimientos a saber:
Acero MS.Sc&Sc.
48
Figura 7 Plano lateral frontal o coronal
lomado y adaptado de Body Planes
Bnghton.ac.uk
Movimientos del cuerpo humano
Abducción
Movimiento lateral con separación de la línea media del tronco
Por ejemplo, la elevación horizontal de los brazos o de las
piernas hacia un lado.
Adducción
Movimiento medial con aproximación a la línea media del
tronco Por ejemplo, la recuperación de los brazos o de las
piernas a su posición anatómica de origen.
Flexión
Movimiento de inclinación que se traduce en una disminución
del ángulo en una articulación, juntando los huesos Por
ejemplo la articulación del codo cuando la mano se aproxima
hacia el hombro
Extensión
Movimiento de enderezamiento que produce un aumento del
ángulo en una articulación, separando los huesos. Por ejemplo,
cuando la mano se separa del hombro.
Bases biomecánicas para
la actividad física y deportiva 49
Figura 8 Plano transverso u horizontal
Tomado y adaptado de Body Planes
Brighton ac uk
Circunducción
Movimiento circular de un miembro que describe un cono,
combinando los movimientos de flexión, extensión, abducción
y adducción. Por ejemplo, cuando la articulación del hombro y
la articulación de la cadera se mueven de una forma circular
alrededor de un punto fijo.
Abducción Diagonal
Movimiento realizado por un miembro en relación con un
plano diagonal que lo aleja de la línea media del cuerpo
Adducción Diagonal
Movimiento realizado por un miembro en relación con un
plano diagonal que lo aproxima hacia y a través de la línea
media del cuerpo
Rotación Externa
Movimiento rotatorio alrededor de un eje longitudinal de un
hueso que separa de la línea media del cuerpo. También se
conoce como rotación lateral o rotación hacia fuera.
Rotación Interna
Movimiento rotatorio alrededor de un eje longitudinal de un
hueso que acerca a la línea media del cuerpo. También se conoce
como rotación medial o rotación hacia adentro.
50 José Acero MS. Se. & Sci
Tobillo y pie
Supinación
Dirigir la planta del pie hacia fuera o lateralmente Por ejemplo,
el movimiento del pie con un peso sobre la cara interna
Pronación
Dirigir la planta del pie hacia dentro o medialmente. Por
ejemplo el movimiento del pie con un peso sobre la cara
externa
Flexión Dorsal
Movimiento de flexión del tobi Ilo que produce el acercamiento
de la parte superior del pie hacia la tibia.
Flexión Plantar
Movimiento deextensión del tobillo que produceel alejamiento
del pie y/o los dedos del pie del cuerpo.
Articulación radiocubital
Pronación
Rotación interna del radio, en posición transversal con el
cubito, y que provoca una posición del antebrazo con la palma
de la mano hacia abajo.
Supinación
Rotación externa del radio, en posición paralela con el cubito
que provoca una posición del antebrazo con la palma de la
mano hacia arriba.
Tipos de articulación, modelos de superficie y movimientos
articulares
Una articulación es utilizada para conectar un componente de
una estructura con uno o mas componentes de la misma u otra
estructura. Las articulaciones son clasificadas trad ¡el onal mente
como sinartrósicas (inmóviles), anfiartrósicas (poco
movimiento) y diartrósicas (movimiento mas libre)
dependiendo de la capacidad de movimiento y del tipo de tej ¡do
conectivo entre sus superficies.
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 51
^Qfkir
Unrkín A Levangie (19’2) y Zatsiorsky (i99g)
? Xtueden ser clasificadas en sinartrósicas r?
XS? diartrósicas (sinoviales) En una sinartros¡s
^XSan unidos por un tejido deformable y transmit*
/X en cualquier dirección (compresión, tensión
rozamiento) Fn una diartrosis las superficies articuladas ¿
deslizan fácilmente entre ellas y trasmiten únicamente fuer?as
Hiartrosis y sinartrosis son diferentes
Cinemáticamente articulaciones sinoviales están
Í“XÍÓ °u morfología y no sustancialmente dependen
í Xrzas actuantes Contrario a esto, el movimiento en
£ Xt is dependen de la dirección y magnitud de las
berzas aplicadas
ARTICULACIONES diartrósicas
Diagrama 1. División de las articulaciones diartrósicas
Señalas Compuestas
los sjoeíiaes Mas de dos superficies
---------- ----------------------------------
Diagrama 2. Articulaciones
José Acero MS. Se. & Sci.
Segun los ejes de rotación
52
De acuerdo con Zastsiorsky, (1998) Los modelos de la
superficies articulares no pueden ser descritos por ecuaciones
elementales Sin embargo, ellos pueden aproximarse a
superficies geométricas simples y a funciones algebraicas que
son muy benéficas para clasificar las articulaciones desde la
¡ntera-actuación de las superficies. Para hacer un análisis mas
avanzado de los procesos de artrod i nám ica se necesita estudiar
métodos de geometría diferencial para describir la forma de
objetos geométricos complejos. En el diagrama 2 podemos
observar la clasificación de las articulaciones sinoviales de
acuerdo con su forma geométrica y el numero de ejes de
rotación.
La articulación plana tiene tres grados de libertad (triaxial) es
decir 3 posibilidades de movimiento una rotación y tres
traslaciones. Ejemplo de ella son las articulaciones ínter.-
metacarpianas (ver figura 9)
Figura 9. Articulación Plana
Tomado y adaptado de shockfamily.net
La articulación macho-hembra son mas o menos esferoidales
y tienen la posibilidad de realizar tres movimientos, una
rotación y dos traslaciones. La articulación coxo-femoral es
un ejemplo de este tipo. (Ver figura 10)
La articulación elipsoidal son similares a la de macho hembra,
lias permiten el mismo tipo de movimiento pero con menor
magnitud. 2 grados de libertad es su movilidad con
movimientos en dos planos en ángulo recto. La articulación
radio carpiana es un buen ejemplo de esta articulación.
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 53
Figura 10
Tomado y
Articulación macho-hembra
adaptado de shockfamily.net
La articulación de silla de montar permite movimientos hacia
atrás y hacia delante, arriba y hacia abajo pero no permite
rotación (Dos grados de libertad, biaxial). Son convexas en
una dirección y cóncavas en la dirección perpendicular. La
articulación del primer dedo a nivel del primer metacarpiano
y el trapecio es un ejemplo de este tipo, (ver Figura 11)
Figura 11. Articulación en Silla de Montar
Tomado y adaptado de shockfamily.net
La articulación en bisagra permite la extensión y retracción
de una de los extremos. Y solamente puede tener un grado de
libertad al trasladarse en cualquiera de sus dos direcciones. La
articulación humero-radial en el codoes un prototipo de esta
clase, (ver figura 12)
54 José Acero MS. Se. & Sci
Figura 12 Articulación en bisagra
Tomado y adaptado de shockfamily net
La articulación en pivote presenta una superficie cónica y
redondeada que es insertada en un anillo parcial hecho por
otro sistema oseo y parcialmente por tejido Iigamentario Esta,
solamente tiene una posibilidad de movimiento y este es el de
rotación (Un grado de I ibertad) Ejemplo de este tipo es cervical
1 y cervical 2 (Ver Figura 13)
Figura 13 Articulación en pivote
Bases
biomecánicas para la actividad física y deportiva 55
Movimientos relativos entre superficies articulares
De acuerdo con MacConaill, 1953 O'Qonnor & Zavatsky, l99o,
el movimiento articular puede ser analizado como el
movimiento de una superficie articular en relación con la otra
superficie Las superficies articulares forman pares apareados
que son generalmente concurrentes. Existen dos tipos de
movimiento planar entre las superficies, rodamiento y
deslizamiento y la mayoría de las articulaciones poseen esta
combinación de movimientos.
El rodamiento es la rotación de un hueso alrededor de un eje
localizado sobre la superficie articular. Durante el rodamiento
el centro de rotación instantáneo entre los dos cuerpos descansa
en el punto de contacto y la velocidad de deslizamiento es cero.
El movimiento es igual al de la rueda sobre el piso y describe
una rotación y una traslación.
El deslizamiento es un movimiento de superficie sobre
superficie en la cual la misma región de una superficie articular
esta en contacto continuo con regiones diferentes de la otra
superficie. Durante el deslizamiento, el centro de rotación
instantáneo no descansa en el punto de contacto y la velocidad
dedeslizamientonoescero. Una velocidad relativa existe entre
ambas superficies.
La figura 13 presenta las diferentes formas de movimiento
relativo entre las superficies y los huesos adyacentes.
Los grados de libertad (GDL) y movilidad corporal (MCT)
Cada movimiento de un cuerpo relacionado con un cierto
sistema de coordenadas en un momento determinado, puede
ser descrito como una combinación de una translación y una
rotación Cada translación en un determinado momento puede
comotrestranslaciones perpendiculares relativas
UUDL) sobre los ejes longitudinal, vertical y frontal. Cada
tracCI°+n en Un detern'iinado momento puede ser descrita como
sianifirT’OneS perperidiculares relativas (3GDL). Lo anterior
oupcip t?Ue 6n Un espacio tridimensional (3D) un elemento
puede tener un máximo de 6 GDL v en un espacio
SdS (2D) Un elemento P^cle tener un máximo de
rotación aC'On de Un lupar a otro en dos direcciones y una
56 José Acero MS. Se. & Sel
A. Movimiento de superfic
superficie
Hueso sobre huest
B. Rodamiento
Translación y rotación
C. Deslizamiento y poca rotación
Translación no linear
Figura 13. Movimientos relativos entre superficies articulares
Los grados de libertad (GDL) son el número relativo de
movimientos independientes entre si que un cuerpo tiene
tomado en un cierto sistema de coordenadas y en un momento
determinado (Harry H. 1988). De acuerdo con Zatsiorsky,(1998)
estos se refieren a coordenadas independientes requeridas para
caracterizar un cuerpo, un sistema, o una posición.
Un simple punto en el espacio tiene 3GDL. Un sistema de n
puntos tiene 3nGDL. Sin embargo, si todos los n puntos
pertenecen a un cuerpo sólido ellos se mantendrán a una
distancia constante entre ellos y el cuerpo rígido en el espacio
tiene únicamente 6GDL. Un sistema de N cuerpo rígidos, si
no está restringido, tiene 6NGDL. Si algunas de las
coordenadas 6N no son independientes (como puede ser el
caso de los cuerpos conectados por articulaciones o si el
movimiento fuera analizado a lo largo de una trayectoria o
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 57
sobre una superficie), entonces el numero de GDL decrece
Las restricciones pueden ser completas o pueden ser de oo
solo lado Por ejemplo, durante el periodo de apoyo el pie en |a
caminata deportiva está libre de moverse hacia arriba pero no
hacia abajo.
El máximo numero de GDL por cada articulación es de 6. Si e|
movimiento translacional dentro de un articulación
(Normalmente asumido como muy pequeño) es ignorado, el
máximo número de GDL es de 3. El numero de grados de
libertad de una articulación puede ser representada como un
contraste por ejemplo, Seis menos el numero de restricciones
impuestas. En lugar de los grados de libertad, la clase de
articulación puede ser definida, La clase de articulación es
determinada por el número de restricciones impuestas.
Para simplificar, el estudio del movimiento humano, las
articulaciones corporales son clasificadas como teniendo uno,
dos, y tres grados de libertad rotacionales. Las articulaciones
con un grado de libertad (1GDL) son llamadas en bisagra o
gozne (Ej. articulaciones inter-falángicas de los dedos).
Articulaciones con tres grados de libertad (3GDL) son referidas
como bola-hembra o esféricas (Coxofemoral y Glenohumeral).
Algunas articulaciones como la esternoclavicular, la cual es
utilizada para encoger los hombros o la temporomandibular
tienen 2GDL
En modelos mecánicos cuando un movimiento de torsión
(Pronación o supinación, rotación interna o externa) es
considerado la torsión es generalmente asignada a una de las
dos articulaciones, la proximal o la distal. Por ejemplo, la
pronación o la supinación puede ser asociada al codo o a la
muñeca y dependiendo de esto entonces por ejemplo el codo
puede tener 1 o 2GDL. Se puede observar que las articulaciones
teniendo un grado de libertad poseen 5 restricciones (r) (Clase
5) así las articulaciones con 3GDL son de clase 3.
El número total de grados de libertad (GDLT) que una cadena
cinemática puede tener es llamada la movilidad de la cadena
(MC). Las siguientes fórmulas son utilizadas para calcular el
MC:
Para una cadena cerrada:
58 José Acero MS. Se. & Sci.
MC o GDLT = ((i-1)*6) - r (ecuación 1)
Donde
MC 0 GDLT = El numero de grados de libertad total de la
cadena en un movimiento relativo a uno de los elementos
i = El numero de elementos independientes: Un elemento
debe ser sustraído porque este sirve como referencia
6 = el numero máximo de grados de libertad en un espacio
tridimensional En un espacio bidimensional este numero es
de 3
r = El numero de restricciones de movimiento entre los
elementos
Para una cadena abierta.
MC o GDLT = ((i- 0)’6) - r (ecuación 2)
Donde:
i-0 = el numero de elementos independientes: no se sustrae
ningún elemento de referencia debido a que todos los elemento
están en movilidad
Para estimar la movilidad total de todas las articulaciones y
segmentos corporales se hace necesario estimar el número de
huesos movibles y de las articulaciones en el cuerpo humano
Existen 148 huesos movibles y 147 articulaciones de acuerdo
con Morecki et all (1971). Con este acercamiento el brazo
tendría no 7 pero sí 30GDL. La movilidad total del cuerpo
puede ser estimada utilizando una variación pequeña de la
formula de Grueblers: (ecuación 3)
5
MCT = 6N - £ z..41
i = 3
Donde:
MCT = la movilidad del cuerpo (Número total de GDL)
N = El número total de huesos movibles
i = es la clase de articulación (Basada en el número de
restricciones impuestas (i = 6-f, donde fes el número de GDL)
Ai = es el numero de articulaciones de clase i
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 59
Si N = W 29 articulaciones de tercera clase (3Dqf- articu(aciones de cuarta clase (2GDL) 85 ^rticij|ac¡Ori^
quinta clase (1GDL) entonces s de
Resolviendo
MCT=(6‘W (3
La cadenas cinemática^ mode,ado como un sistema *
uniones que comprenden varios segmentos
X a conectados P°r ar,iculaCÍOneS US art,Culacion«
ef Í das entre si en serie de tal forma que el movimiento
de un de las articulaciones de la serie es acompañada por el
movimiento de una articulación adyacente. Por ejemplo
Cuando una persona está en posición de piey erecta y f lexiona
ambas rodillas un movimiento simultáneo debe ocurrir a nivel
de las articulaciones del tobillo y de las caderas. Sin embargo
'□ando la pierna es elevada del piso hacia atrás, la rodilla está
libre para ser flexionada sin causar movimiento en el tobillo o
►-n las caderas El tipo de movimiento que ocurre en las
articulaciones de la pierna en el ejemplo anterior puede ser
explicado utilizando el concepto de Cadenas Cinemáticas.
La cadena cinemática más simple consiste de dos segmentos
conectados por una simple articulación y esta es llamada "par
cinemático" El mantenimiento de los huesos en un "par
cinemático" puede ser por su forma (Una pareja cerrada por
forma) o por fuerzas aplicadas externamente (Una pareja
cerrada por fuerza) La articulación de la cadera viene a
clasificarse como del primer tipo mientras que la articulación
del hombro puede ser considerada del segundo tipo debido a
que es mantenido por los músculos y ligamentos propios de
esa zona corporal
dn^iend° de la es,ruc,ura ósea y articular, las cadenas
Fn JX SOn “Seriales (SimPles) o ramificadas (Complejas)
no mas^pTSlí iallS Cada una ,os se9n^ntos es parte de
contiene al P3reS cinemat’cos Ur>a cadena ramificada
Pares cinemático? Un u9mento que es Parte de mas de d0S
considerada como un-X ° Pie™ humana pUedC ^'i
una cadena cinemática serial. Cuando el
60 José Acero MS Se.
• & Sci.
tronco es considerado y las articulaciones dentro del tronco
son ignoradas, la cadena es ramificada. De esta forma el tronco
tiene 5 pares cinemáticos Las dos caderas los dos hombros y
la nuca (Zatsiorsky 1998)
Dependiendo de la libertad o limitación de movimiento de los
segmentos distales y proximales de la cadena estas pueden ser
clasificadas como abiertas o cerradas. Una cadena cinemática
puede ser referida como abierta si uno de los segmentos
terminales (Distales) se puede mover libremente En las cadenas
cerradas se presenta que ambos terminales están conectados
a un marco inmovible de tal manera que se previene la
traslación de la articulación proximal o la distal Limites no
estacionarios (temporales) son típicos en muchos movimientos
humanos como por ejemplo aquellos en los periodos de soporte
en la marcha humana.
Los siguientes son ejemplos de este tipo de cadenas (Ver figura
14). En el lado izquierdo se presenta una cadena abierta, bam
y dos cadenas cerradas ABCDEA y dffldi. En el lado derecho
se presenta un movimiento de cadena cerrada. En cualquier
cadena cerrada, los movimientos angulares articulares
funcionan como una cupla mecánica.
Figura 13. Las cadenas cinemáticas en los movimientos humanos
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 61
RoMrlccIorw» en lo» movimiento» humanos
Otro Oidor r-n ol estudio del movimiento humano y qUe
aummln i;, complejidad del mismo es el referente a to¡
o’str li.lores de diversa Indole que impiden mayor moviiiqacj
da por al total o segmental por consiguiente un menor número
Pe (.1 >1 II trabajo representativo de de Saltzman E (1979)
sobre los niveles de representación sensoreo-motora indica
que las restricciones geométricas (Holomónicas) en los
movimientos humanos pueden ser clasificadas como
anatómicas, actuales, mecánicas y de tareas motoras
I as restricciones Anatómicas, son aquellas impuestas por |a
estructura del sistema musculo-esquelético Todas las
articulaciones están restringidas en al menos dos aspectos:
Primero, los segmentos corporales que forman el contacto
articular entre si (el requerimiento de la integridad articular)
y segundo el rango del movimiento articular es limitado Las
restricciones también pueden ser impuestas en movimientos
que utilizan diferentes ejes articulares. Los movimientos sobre
los ejes son denominados movimientos adjuntos cuando
pueden ocurrir independientemente y ellos son llamados
conjuntos o acoplados cuando ellos ocurren juntos.
Si los movimientos están acoplados, el número de ejes de
rotación en la articulación excede el número de GDL. Un
ejemplo de esto es la primera articulación carpo-metacarpal
en la cual la flexión y extensión del pulgar ocurre acoplada con
la pronación y la supinación.
Las restricciones actuales, son tangiblemente obstáculos físicos
al movimiento, tales como superficies de contacto o elementos
que rodean el espacio físico. Estas restricciones aminoran la
rrifjvilidrid humana. Por ejemplo, cuando se pedalea la pierna
puede ser modelada como una cadena planar cinemática con
tres articulaciones (La cadera, la rodilla y el tobillo en donde
la cadera se asume como estacionaria). Sin embargo, durante
d pedaleo una restricción adicional es impuesta por el contacto
constante con el pedal. Entonces, 2 GDL son determinados:
o j X- es utilizado para rotar el pedal y el otro no restringido
es usa o para variar la técnica las dos técnicas de pedaleo
tobí,,° fíJado (Pedaleo en la punta) o tobillo libre
(Pedaleo en el talón)
62 Acero MS Se. & Sel
Las dos restricciones, la anatómica y la actual, son reales Ellas
son causadas por cuerpos materiales que no permiten el
movimiento más allá de cierto límite.
Las restricciones Mecánicas, son aquellas que definen la
geometría del movimiento en una forma indirecta ya que por
ejemplo un humano debe creer en ellos para prevenir un
accidente: las caídas. Dos restricciones mecánicas son las más
típicas, restricciones por fricción límite y por demandas de
balance. Un ejemplo de la primera es aquella para prevenir
accidentes por deslizamiento en los cuales la gente debe realizar
maniobras de despegue en ángulos mayores que los ángulos de
fricción (el ángulo de despegue es el tomado entre el vector de
la fuerza de reacción terrestre y la superficie de contacto)
Un ejemplo de la segunda restricción mecánica es cuando
consideramos las piernas como cadenas con 3 GDL
rotacionales. En una posición de pie, una restricción es
impuesta por la proyección vertical del centro de masa general
(CMG) que debe recaer en una área pequeña relativamente.
Durante los aterrizajes Unicamente dos estrategias son posibles:
inclinación del tronco o flexión de rodillas. Cuando se prohíbe
la flexión de rodillas el sistema únicamente tiene un grado de
libertad y los movimientos en las articulaciones de la cadera y
del tobillo son acoplados.
Las restricciones de tareas motoras, son impuestas por el
ejecutante en ambas formas voluntaria e involuntariamente
para ejecutar el movimiento deseado. Estas son clasificadas
como instruccionales (Instruccionesdel experimentador, reglas
de competición etc.) e intencionales (impuestas por el
ejecutante) Por causa de que el sistema motor humano es
extremadamente redundante (La misma posición final de un
punto puede ser asumida por varias configuraciones articulares)
el numero de estas restricciones es muy alto.
El SNC (sistema nervioso central) reduce el número de GDL
en varias formas. Por ejemplo algunas articulaciones son
congeladas durante la consecución de una tarea motora esto es
que sus valores angulares no cambian. También el movimiento
de algunas articulaciones son acopladas sobre la acción de
algunas acciones. Estos acoplamientos son llamados sinergias
funcionales las cuales sugieren que varias articulaciones son
Bases biomecánicas para la actividad física y deportiva 63
controladas como una unidad Así las sinergias funcionad
las articulaciones congeladas decrecen el numero de
controlados por el sistema nervioso
El método de coordenadas
En un movimiento intervienen los sistemas referenc akA
espaciales queson muy importantes para determinat la pos sior
y la postura del cuerpo humano en un determinado gesto
deportivo Las coordenadas tradicionales o cartesianas sor
utilizadas en Biomecánica para referenciar el movimiento
Para facilitar la localización de X Y y Z se siguen tres oases
__ Un sistema de referencia global de coordenadas es definido
— Cualquier punto P en el cuerpo es especificado (Es
conveniente escoger el punto de origen de