03-AnatomÃ_a humana

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2. ANATOMÍA HUMANA 
 
Durante la marcha, el cuerpo humano se rige mediante movimientos no lineales, 
además el movimiento de los tejidos blandos puede ser despreciable frente a la dinámica 
global del movimiento. Por ello, el uso de los sistemas multicuerpo puede resultar una buena 
aproximación para el movimiento del esqueleto humano. El sistema multicuerpo se compone 
de segmentos rígido unidos entre sí por las articulaciones. Este proyecto se basa en el estudio 
del tren inferior del cuerpo, analizando el movimiento de tobillos, rodillas y cadera. 
A continuación se establecen las convenciones de geometría adoptadas que regirán el 
movimiento del cuerpo humano. Dicha geometría definirá la reconstrucción del modelo a 
partir del esqueleto. Seguidamente se describirán la anatomía del tren inferior humano, así 
como las articulaciones, que nos permitirán posteriormente definir el modelo más adecuado. 
Por último se incluye una descripción de la marcha humana, que establece los instantes para la 
captura del movimiento del sujeto. 
 
2.1. GEOMETRÍA 
 
A la hora de definir un sistema de referencia para el cuerpo humano, se establece por 
convención el origen en el centro de masa de la pelvis, Figura 5. Considerando un sistema de 
coordenadas cartesianas, el eje X indica la dirección de avance, el eje Z la dirección vertical y el 
eje Y la dirección lateral hacia la izquierda del sujeto. El plano formado por los ejes XY o plano 
horizontal divide el cuerpo en el tren superior e inferior. El plano XZ o plano sagital divide el 
cuerpo en derecha e izquierda y por último el plano ZY o plano coronal divide el cuerpo en 
anterior o posterior [2]. 
Por convención se establece el centro de la pelvis como el centro de gravedad del 
cuerpo, Figura 6, de forma que el movimiento de traslación se define a partir de este punto. 
Igualmente los movimientos relativos de las extremidades se definen a partir del segmento de 
la pelvis: desde la pelvis hacia la cabeza son movimientos ascendentes y desde la cintura hacia 
el pie movimientos descendentes. El plano coronal también divide los movimientos en 
anteriores (de avance) o posteriores (retroceso) y por último el plano sagital divide los 
movimientos en laterales si se alejan del plano y mediales si se mueven hacia el plano [2]. 
 
 
 
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Figura 5. Sistema cartesiano de referencia [2] 
 
Figura 6. Convención de movimientos [2] 
Los movimientos de las extremidades se definen también según convenios, donde se 
establecen las terminologías que definen la flexión, abducción, extensión, etc. Para las caderas 
y rodillas se definen flexión y extensión como los giros que acercan o alejan las extremidades 
entre sí en el plano sagital. Las acciones de acercar o alejar las extremidades en el plano 
coronal se conocen como abducción o aducción. En los tobillos las acciones de acercar o alejar 
en el plano sagital se denominan flexión plantar y dorsiflexión, mientras que las rotaciones 
externas con elevación del extremo externo o interno del pie se denominan eversión e 
inversión [2]. En la siguiente Figura 7 se aprecian con claridad dichos ángulos. 
 
 
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Figura 7. Convención de giros [2] 
 
2.2. ESTRUCTURA ÓSEA 
 
Para la construcción de un modelo multicuerpo, se divide el esqueleto en segmentos. 
La pelvis compone el segmento central que une ambas piernas. El muslo compone el siguiente 
segmento, que une la pelvis en la cadera con la pierna en la rodilla. Le sigue el segmento de la 
pierna que une el muslo en la rodilla con el pie en el tobillo. El último segmento se 
correspondería con el pie, donde a pesar del número de huesos existente y de la posibilidad de 
movimientos relativos en esta extremidad se considera como un todo, un único segmento 
rígido. 
 
Figura 8. Correspondencia huesos-segmentos [3] 
Sin embargo, a pesar de la correspondencia existente entre cada segmento y el hueso 
al que representa, las longitudes no son iguales. Para la construcción del modelo deben 
tenerse en cuenta que las longitudes anatómicas son las longitudes de los huesos, mientras 
que las longitudes de los segmentos o longitudes biomecánicas son las longitudes entre los 
 
 
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centros de las articulaciones que limitan el segmento. Además, para la correcta representación 
de las articulaciones debemos primeramente describir y analizar cada una de forma que se 
determine la mejor aproximación a su comportamiento dentro del cuerpo humano. 
Cadera 
La cadera resulta ser la articulación más grande del cuerpo y también la más estable. 
Parte de su estabilidad se basa en su configuración esférica, que además de permitir una gran 
movilidad le otorga una rigidez importante. La cadera permite movimientos de flexión de hasta 
145º con la rodilla flexionada y de 90º con la rodilla extendida. La extensión de la cadera se 
encuentra entre los 20÷30º según la posición del tronco superior [6]. 
 
Figura 9. Perfil de la cadera [6] 
El movimiento de abducción normalmente se produce en ambas caderas a la vez, de 
forma que al alcanzarse los 90º, la mitad corresponde a cada cadera, siendo el máximo 
aproximado de 45ºpara cada pierna. La aducción normalmente acompaña a los movimientos 
de abducción al producirse inclinaciones del tronco superior. Su máximo puede encontrarse 
alrededor de los 30º, dependiendo de la combinación de movimientos. Los ángulos de rotación 
de la cadera se encuentran entre 30º para medial y 60º para lateral [6]. 
Sin embargo, todas estas posiciones se suponen para una persona media, siendo la 
mayoría de estos ángulos superables con entrenamientos y ejercicios. La combinación de 
flexión y extensión puede alcanzar los 180º, al igual que ocurre con la abducción-aducción [6]. 
En niños, los ángulos de flexión y aducción son similares a los adultos ya mencionados. Sin 
embargo se produce una rotación de la cadera de unos ±10º igual para ambos sexos, que 
durante un crecimiento normal debe disminuir hasta los 5º de rotación interna en adultos 
Rodilla 
La rodilla es la articulación intermedia del tren inferior con un único grado de libertad 
de flexión-extensión mayormente, aunque permite cierto desplazamiento vertical que actúa 
como amortiguamiento durante la marcha. Sin embargo, la rodilla debe aportar no sólo gran 
estabilidad en la extensión, sino también gran movilidad para la orientación del pie durante la 
marcha y la carrera [2]. 
 
 
 
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Figura 10. Rodilla [3] 
Esta articulación es bastante inestable durante la flexión pero aún más durante la 
extensión. La complejidad de las superficies de contacto y los ligamentos involucrados 
consigue cumplir las funciones de la rodilla, aunque también hace que aumenten las 
dislocaciones y roturas de las partes que la componen. 
Los ángulos de flexión normales para adultos se encuentran entre los50- 60º [6], 
mientras que para niños pueden alcanzarse los 70º [22]. Sin embargo la mayor diferencia se 
produce en aducciones y torsiones, mientras que para adultos las variaciones en aducciones 
son de unos +10º durante la marcha [2] y en torsiones entre 4-18º [23], en niños pueden 
considerarse aceptables entre ±10º para ambas. Estas diferencias se deben a la mayor 
elasticidad de las articulaciones, que suelen estabilizarse en torno a los 10 años cuando 
comienzan a acercarse a los valores de adultos [22]. 
Se tiene por tanto que la rodilla permite básicamente movimientos de flexión-
extensión, con pequeñas aportaciones de abducción-aducción y rotación interna-externa. 
Tobillo 
Por último, tenemos el tobillo cuya función es la de unir la pierna al pie y permitir la 
adaptabilidad del cuerpo a las variaciones del terreno durante la marcha. Es una de las 
articulaciones más complejas, sometida a fuertes presiones, que incluyen no sólo el peso del 
todo el cuerpo, sino también las fuerzas inerciales producidas durante la marcha, carrera o 
salto [6]. 
El tobillo se compone en realidadde dos articulaciones, el tobillo en sí y la articulación 
subtalar, localizada justo debajo del tobillo, permitiendo ambas en conjunto tres giros. La 
mayor parte del movimiento tiene lugar en el plano sagital y se compone de flexión plantar, 
que puede ir desde los 40º a los 55º, y dorsiflexión, que puede ir de los 10º a los 20º. En el 
plano transversal se producen los movimientos de aducción-abducción y en el plano frontal la 
inversión-eversión [6]. 
En niños los ángulos de dorsiflexión y flexión plantar son similares a adultos, 
produciéndose la diferencia principalmente en la rotación. La rotación interna en tobillo en 
niños puede llegar a los 10º, mientras que la rotación externa puede alcanzar los 20º. Estas 
diferencias se deben a la mayor flexibilidad en las articulaciones en niños, que desaparece en 
un crecimiento normal en torno a los 10 años asemejándose los ángulos a los adultos [22]. 
 
 
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2.3. CICLO DE LA MARCHA 
 
El ciclo de la marcha es normalmente simétrico y aproximadamente cíclico, con un 
desfase de 180 grados entre los extremos derecho e izquierdo. Por tanto sólo es necesaria la 
representación de una muestra que defina la marcha. Un ciclo de marcha se comprende entre 
dos pasos sucesivos de una misma extremidad, desde el apoyo del talón hasta dos apoyos 
sucesivos. El ciclo de un paso puede ser dividido en 4 fases [3]: 
-Fase de pre-apoyo: desde que el talón toca el suelo hasta que los dedos tocan el suelo. 
-Fase de apoyo: el pie se encuentra en contacto con el suelo y soporta el peso del cuerpo. 
-Fase de despegue: desde que el talón se despega del suelo hasta que los dedos del pie se 
despeguen totalmente. 
-Fase de oscilación: la pierna oscila hacia delante marcando el paso. 
 
Figura 11. Ciclo de la marcha [3] 
El ciclo de la marcha buscado en las captura será por tanto el definido en la Figura 11, 
tomándose el comienzo del ciclo con el pie derecho o izquierdo según la pierna a tratar. Dicha 
captura será posteriormente normalizada, de forma que se visualice el ciclo en porcentajes 
como ocurre en la Figura 11.