Biomecánica y Física del Movimiento Humano: Conceptos Esenciales para el Rendimiento Deportivo

Fundamentos de Fuerza y Resistencia en Biomecánica

Momento de Fuerza (Torque)

El momento de fuerza, o torque, describe la capacidad de una fuerza para producir rotación alrededor de un eje. Su impacto varía según la configuración del movimiento:

• Momento Frontal

  • El centro de masa está más adelantado.
  • Mayor exigencia del cuádriceps.
  • Menor torque sobre la cadera.
  • Brazo de momento más corto en la cadera, más largo en la rodilla.

• Momento Trasero

  • El peso se desplaza hacia atrás, centro de masa retrasado.
  • Mayor torque en cadera, mayor trabajo de glúteos.
  • Brazo de momento más largo en la cadera que en la rodilla.

• Momento Overhead

  • Se acortan los brazos de momento tanto en rodilla como en cadera.
  • Aumenta el reto de estabilidad.

Factores Mecánicos del Rango de Movimiento (ROM)

El rango de movimiento articular está influenciado por diversas propiedades mecánicas:

• Arquitectura Muscular

  La disposición de las fibras musculares (músculos penniformes y fusiformes) afecta su capacidad de generar fuerza y elongarse.

• Longitud de Tendones y Fibras

  A mayor longitud muscular, mayor capacidad de elongación y, por ende, mayor ROM potencial.

• Tipo de Articulación

  La estructura de la articulación (esféricas como la cadera, o de bisagra como la rodilla) determina los grados de libertad de movimiento.

• Presencia de Tensiones Pasivas

  Estructuras como ligamentos, cápsulas articulares y tejidos conectivos limitan el ROM al generar resistencia pasiva.

• Viscoelasticidad del Tejido

  La capacidad de los tejidos para deformarse bajo carga y recuperar su forma original afecta directamente la elongación y recuperación del ROM.

• Tipo de Carga Aplicada

  La carga externa modifica la resistencia del sistema músculo-articular, influyendo en su movilidad y ROM.

Diferencia entre Mancuerna y Banda Elástica

La naturaleza de la carga y el perfil de resistencia varían significativamente entre estos implementos:

• Tipo de Carga: En la mancuerna, la carga es principalmente gravitacional e inercial. En la banda elástica, la carga es elástica.
• Perfil de Resistencia: Es constante durante todo el movimiento con una mancuerna, mientras que es progresivo (aumenta con la elongación) con una banda elástica.

Polea Multiplicadora

Una polea multiplicadora es un sistema de poleas diseñado para:

• Aumentar la resistencia percibida por el usuario.
• Generar un desplazamiento de carga mayor que el del segmento corporal que la utiliza.
• Incrementar las fuerzas inerciales durante la aceleración y desaceleración del movimiento.

Perfiles de Resistencia

El perfil de resistencia describe cómo la fuerza necesaria para mover una carga varía a lo largo del rango de movimiento:

• Perfil de Resistencia Constante: La resistencia es uniforme en todo el ROM (ej. mancuerna).
• Perfil de Resistencia Progresivo: La resistencia aumenta a medida que avanza el movimiento (ej. banda elástica).
• Perfil de Resistencia Decreciente: La resistencia disminuye a medida que avanza el movimiento.
• Perfil de Resistencia Variable Ajustado al Músculo: La resistencia se adapta a la curva de fuerza del músculo para optimizar el estímulo (ej. algunas máquinas de poleas isocinéticas o excéntricas).

Coeficiente de Restitución

Es una medida de la elasticidad en una colisión. Se calcula como la relación entre la velocidad relativa de separación y la velocidad relativa de aproximación de los objetos después y antes del impacto, respectivamente.

Fuerzas Resistivas

Son fuerzas que se oponen al movimiento de un cuerpo:

• Rozamiento Cinético: Resistencia entre superficies en movimiento.
• Rozamiento de Rodadura: Resistencia al movimiento de un objeto que rueda sobre una superficie.
• Fuerza de Arrastre Aerodinámico (Drag): Resistencia del aire al movimiento de un cuerpo a través de él.
• Fuerza de la Pendiente: Componente de la gravedad que se opone o asiste al movimiento en una superficie inclinada.

Biomecánica de Movimientos Deportivos Específicos

Equilibrio Estático y sus Factores

El equilibrio estático es la condición en la que un cuerpo se encuentra en reposo, y la suma de todas las fuerzas y torques que actúan sobre él es cero. Los factores clave que lo influyen son:

• Centro de Gravedad (CG): Punto donde se concentra el peso del cuerpo.
• Base de Sustentación: Área delimitada por los puntos de apoyo del cuerpo. Cuanto más grande y mejor alineado esté el CG dentro de ella, mayor será el equilibrio.
• Arista de Caída: Es el límite exterior de la base de sustentación; si el CG se proyecta fuera de esta arista, se pierde el equilibrio.

Diferencia entre Fondista y Velocista

Las características biomecánicas de la carrera varían significativamente entre atletas de resistencia y velocidad:

• Contacto con el Suelo: En velocistas, es corto y explosivo; en fondistas, es más prolongado y eficiente.
• Longitud de Zancada: Velocistas suelen tener una zancada más larga y potente; fondistas buscan una zancada prolongada pero económica.
• Tipo de Carrera: La carrera de velocistas es predominantemente anaeróbica; la de fondistas es aeróbica.

Overstriding

El overstriding es un patrón ineficiente de carrera donde el pie aterriza demasiado adelantado respecto al centro de masas del cuerpo. Sus consecuencias incluyen:

• Mayor fuerza de frenado, lo que reduce la eficiencia propulsiva.
• Mayor riesgo de lesiones debido a las fuerzas de impacto excesivas.

Fases del Ciclismo y Músculos Implicados

El pedaleo en ciclismo se divide en fases con participación muscular específica:

• Propulsión: Glúteo mayor, cuádriceps, sóleo.
• Transición: Tríceps sural y músculos estabilizadores.
• Tracción: Isquiosurales, tibial anterior.
• Avance: Flexores de cadera, dorsiflexores.

Biomecánica de los Saltos

Un salto típico comprende varias fases:

• Impulso: Inicia con una flexión de cadera, rodilla y tobillo (fase excéntrica), seguida de una extensión explosiva (fase concéntrica) para despegarse del suelo.
• Vuelo: Durante esta fase, las únicas fuerzas que actúan sobre el cuerpo son la gravedad y la resistencia del aire.
• Recepción: Caracterizada por un pico de fuerza vertical inicial al contacto con el suelo, seguido de una fase de amortiguación.

Fases de la Marcha y la Carrera

La locomoción humana se describe a través de un ciclo de fases:

1. Contacto inicial (talón o pie completo).
2. Despegue del pie contralateral.
3. Elevación del talón del pie de apoyo.
4. Contacto del pie contralateral.
5. Despegue del pie de apoyo.
6. Pies se cruzan (fase de oscilación).
7. Tibia vertical (en fase de apoyo).
8. Contacto inicial (del siguiente ciclo).
9. Respuesta a la carga.
10. Apoyo medio.
11. Apoyo terminal.
12. Pre-oscilación.
13. Oscilación inicial.
14. Oscilación media.
15. Oscilación final.

Principios Fundamentales de la Física en el Movimiento

Conceptos de Fuerza y Movimiento

• La Fuerza es una magnitud vectorial que describe la interacción entre cuerpos, capaz de cambiar su estado de movimiento o deformarlos.
• Las magnitudes vectoriales se representan con un valor numérico (módulo), un origen, una dirección y un sentido.
• El movimiento de un cuerpo depende de su velocidad y de las fuerzas que actúan sobre él.
• La inercia es la tendencia de un objeto a mantener su estado de reposo o movimiento uniforme en línea recta, a menos que una fuerza externa actúe sobre él (Primera Ley de Newton).
• El Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA) describe un movimiento en línea recta con una aceleración constante.

Trabajo y Energía

• El trabajo por unidad de tiempo se define como la potencia.
• La energía potencial gravitatoria es la energía que posee un cuerpo debido a su altura sobre la superficie de la Tierra.
• La energía potencial elástica es la energía que poseen los cuerpos elásticos a causa de su deformación.
• La energía se conserva en sistemas cerrados, transformándose de una forma a otra, pero no creándose ni destruyéndose.

Fisiología Muscular Básica

• Una unidad motora está compuesta por una motoneurona y todas las fibras musculares que inerva. La motoneurona transmite la información para que las fibras se contraigan.
• El potencial de acción es la señal eléctrica que desencadena la contracción muscular.
• La actividad muscular es la suma de todos los potenciales de acción generados por las unidades motoras activas.
• La fuerza de gravedad tiene un papel importante en casi todos los movimientos y posturas del cuerpo humano.

Conceptos Adicionales Breves

• Dinámicas: Rama de la mecánica que estudia el movimiento de los cuerpos y las fuerzas que lo producen.
• Péndulo Invertido: Modelo biomecánico utilizado para describir la postura bípeda y la marcha.
• Fuerza Muscular: Capacidad del músculo para generar tensión.
• Área Frontal del Ciclista: Factor clave en la resistencia aerodinámica.
• Extensores de Cadera: Músculos principales en la propulsión de la carrera y el ciclismo.

Aplicaciones Prácticas y Medición en Biomecánica

Herramientas y Métodos de Medición

• Kineovea: Software de análisis de video para biomecánica, útil para calibrar y analizar movimientos.
• Zapatillas de Carbono: Calzado deportivo con placas de fibra de carbono que mejoran la eficiencia de la carrera.
• Optogait: Sistema optoelectrónico para el análisis de la marcha y la carrera, que mide tiempos de vuelo y contacto, y detecta interrupciones.
• Electrodos para EMG: Se colocan en el punto medio del músculo y longitudinales a las fibras para registrar la actividad eléctrica muscular (electromiografía). El valor RMS (Root Mean Square) se utiliza a menudo para cuantificar la magnitud de la actividad muscular.

Análisis de Carga en el Pie y Asimetrías

La distribución de la carga en el pie es un indicador importante de la biomecánica de la marcha y la carrera:

• Se suma el porcentaje de carga del antepié derecho con el retropié derecho, y el porcentaje del antepié izquierdo con el retropié izquierdo.
• La diferencia entre estas sumas permite diagnosticar asimetrías:
  • 0-5%: Asimetría casi nula, valores normales.
  • 5-10%: Asimetría ligera o suave.
  • Superior a 10%: Asimetría severa.
• Una diferencia superior al 5% se considera asimétrica; inferior al 5% es un valor normal.
• También se pueden sumar el antepié izquierdo con el derecho y el retropié izquierdo con el derecho para analizar la distribución global.
• Lo normal es que haya un mayor porcentaje de carga en el talón (retropié).
• Rangos de carga típicos: Antepié 40-50%, Retropié 50-60%.

Tecnodoping

El tecnodoping se refiere al uso de avances tecnológicos que otorgan una ventaja injusta en el rendimiento deportivo.

• Radar Stalker: Dispositivo utilizado para medir la velocidad de objetos o atletas.
• Optogait: Además de su función de análisis de marcha, su capacidad para medir con precisión tiempos de contacto y vuelo puede ser considerada una ventaja tecnológica.

Ejemplos de Rangos de Movimiento Articular (ROM)

Los siguientes valores representan ejemplos de ROM en grados para diferentes movimientos articulares:

• Extensión: 140-150°
• Flexión: 70°
• Extensión: 60-65°
• Flexión: 15-20°
• Extensión: 130-140°
• Flexión: <120°
• Un ROM superior a 20° en ciertos contextos puede indicar una buena movilidad.

Retroceso del Sillín en Ciclismo

El retroceso del sillín es una medida crucial en el ajuste de la bicicleta, que influye en la biomecánica del pedaleo y la eficiencia.

• Definición: Es la distancia horizontal entre una línea vertical que pasa por el eje del pedalier y la punta del sillín de la bicicleta.
• Método de Medición:
  1. Colocar la bicicleta en posición vertical y nivelada.
  2. Trazar una línea vertical desde el eje del pedalier hacia el suelo.
  3. Medir la distancia horizontal entre esa línea y la punta del sillín.