Biomecánica del movimiento humano: principios, leyes y factores de la fuerza muscular

Biomecánica

La biomecánica es la ciencia que utiliza los principios y métodos de la mecánica para el estudio de los seres vivos, teniendo en cuenta las peculiaridades de estos.

• Cinética: describe los movimientos y sitúa los cuerpos, detallando sus movimientos basándose en los desplazamientos, las velocidades y las aceleraciones en dichos desplazamientos.
• Dinámica: estudia cómo el movimiento o la falta de este se relacionan con las fuerzas que los provocan.

Objetivos de la biomecánica del movimiento humano

• Describir las diferentes tareas y ejercicios.
• Descripción y búsqueda de las técnicas deportivas más eficaces.
• Ayuda en la planificación del entrenamiento.
• Desarrollo de nuevos materiales, aparatos y útiles deportivos.
• Construcción de aparatos y equipos de rehabilitación.

Leyes del movimiento

Primera ley: ley de inercia

Un cuerpo en estado móvil tiende a permanecer en movimiento a la misma velocidad en una línea recta; un cuerpo en estado de reposo tiende a permanecer en reposo a menos que actúe sobre él una fuerza.

(Movimiento–inercia. Traslación lineal: M·v. Angular: M·r²)

Segunda ley: ley de aceleración

Un cambio en la aceleración de un cuerpo se produce en la misma dirección de la fuerza que lo causa. El cambio en la aceleración es directamente proporcional a la fuerza que lo produce e inversamente proporcional a la masa del cuerpo.

Se necesita más fuerza muscular para acelerar a un hombre de 100 kg que a uno de 60 kg. Para imprimir velocidad a una pelota o a un objeto es necesario acelerar rápidamente la parte del cuerpo que sujeta el objeto.

F = m × a

La cantidad de movimiento es el producto de la masa por la velocidad.

(Movimiento–cantidad de movimiento. Traslación lineal: m·v. Angular: m·r²·ω)

Las frenadas se realizan aplicando una gran fuerza en un corto espacio de tiempo o aplicando una menor fuerza a lo largo de mayor tiempo.

Velocidad tangencial: si atamos un peso al extremo de una cuerda y la hacemos girar en círculo, cada partícula de masa posee, en cada instante, la tendencia a alejarse en una dirección tangencial a la circunferencia.

Tercera ley: ley de acción y reacción

Para cada acción existe una reacción opuesta e igual.

Balanceo, equilibrio y estabilidad

Se dice que un cuerpo está en equilibrio cuando la suma de todas las fuerzas y momentos que actúan sobre él es igual a cero.

El centro de gravedad (c.d.g.) es el lugar de un cuerpo donde se aplica la fuerza resultante del peso de sus diferentes partes o segmentos. Sirve para estudiar posiciones de equilibrio, determinar la trayectoria de vuelo en un salto y establecer el lugar alrededor del cual se producirán todos los giros en el aire. Varía al cargar o transportar peso, tras una amputación, a medida que se va creciendo o cuando se camina con zancadas altas y muy pesadas.

Factores que influyen en el equilibrio, la estabilidad y el balanceo

Se presenta un balanceo cuando el c.d.g. cae dentro de la base de apoyo.

• Base de apoyo: cuanto mayor sea la base de apoyo, mayor será el equilibrio.
• Peso: cuanto mayor peso, mayor balanceo.
• Altura: cuanto más bajo esté el c.d.g., mayor balanceo.
• Posición del c.d.g.: respecto a la base de apoyo, el balanceo es menor si el c.d.g. está cerca del borde de la base.
• Fricción: el equilibrio puede intensificarse incrementando la fricción entre el cuerpo y la superficie con la que contacta.

Una bicicleta en movimiento es más fácil de mantener en equilibrio que una detenida. Las funciones fisiológicas cinestésicas contribuyen también al balanceo.

El músculo como generador de fuerza

Los músculos son los motores que transforman la energía química en mecánica.

Funciones

• Contracción muscular, que origina fuerzas.
• Acumulación de energía elástica, potenciando las fuerzas generadas en el músculo.
• Transmisión de las fuerzas hasta los puntos de origen e inserción musculares en los huesos.

Los tendones cumplen la función de transmitir las fuerzas a modo de cables, debido a su escasa elasticidad.

Viscoelasticidad y test de fuerza elástica

En la viscoelasticidad se basa el test de BOSCO para medir la fuerza elástica del tren inferior. Se realizan dos detenciones verticales, manos en las caderas y tronco recto:

• Salto en contramovimiento: se parte de la posición de pie, se flexionan las piernas hasta 90° y se salta sin detenerse.
• Segunda detención: se parte de una flexión de piernas de 90°, y se mantiene la posición antes de saltar.

En la primera detención, con contramovimiento, se saltan unos centímetros más que en la segunda, lo que BOSCO traduce en fuerza elástica. Se salta menos en la segunda porque, al haber esperado unos segundos manteniendo la flexión de piernas antes de saltar, los músculos implicados han perdido tensión a causa de su viscoelasticidad.

Relación entre fuerza y preestiramiento instantáneo

Existe una longitud óptima de estiramiento en la que se obtiene la máxima tensión al producirse un mayor número de enlaces entre actina y miosina. Esta puede situarse entre el 10 y el 30 %.

Relación entre fuerza muscular y sección muscular

El volumen de las fibras va en consonancia con un aumento de la fuerza y a la inversa: cuando un músculo pierde fuerza debido a la inmovilización de un segmento corporal, se atrofia y disminuye su volumen.

Relación entre fuerza y activación nerviosa

Sumación espacial

Cuanto mayor sea el número de unidades motoras reclutadas, mayor será la fuerza que realiza el músculo.

Sumación temporal

Consiste en enviar varios estímulos seguidos en el tiempo, sin dejar que el músculo se relaje.

Relación entre fuerza y número de fibras musculares en una misma unidad motriz

Cuanto mayor sea el número de fibras musculares inervadas por la misma unidad motriz, mayor será la fuerza muscular que se logre al activarse esta.

Relación entre fuerza y tipos de fibras

• Tipo I: rojas, lentas, subtratadas de glúcidos y lípidos.
• Tipo IIA: blancas, media, sobre todo glúcidos.
• Tipo IIB: blancas, alta, solo glúcidos.

Relación entre fuerza, velocidad y tipo de contracción

La explicación de esta relación entre fuerza máxima y tipo de contracción se funda en dos razones:

• En la contracción excéntrica se va acumulando energía elástica que contribuye a que en ella se logren mayores niveles de fuerza.
• La activación del reflejo miotático ante el estiramiento muscular actuaría, en las contracciones excéntricas, aumentando la fuerza de la contracción.