La Biomecánica

La Biomecánica: un componente esencial de la Terapia FísicaHace unos días te contaba que pienso que la Biomecánica es una disciplina esencial en el estudio y en la práctica de la Terapia Física. Hoy quisiera hablarte un poco más sobre ella, ya que es uno de los temas que más me interesan sobre el estudio del movimiento del cuerpo humano. Si nos enfocamos en la faceta física del ser humano (dejando de lado por un momento los aspectos psicológicos, sociales o espirituales), se podría decir que el cuerpo es una máquina, una máquina muysofisticada. ¿Por qué es una máquina? Pensemos en todos los procesosbioquímicos que ocurren cada segundo en el cuerpo, entre ellos el almacenamiento y la utilización de la energía y la síntesis y la descomposición de sustancias, todos en sincronía. Ahora pensemos en los procesos biofísicos, concentrándonos en aquellos que involucran la participación de fuerzas. Pensemos, por ejemplo, que la sangre circula por el cuerpo debido a la presión que le imparten el corazón y la resistencia de los vasos sanguíneos, y que de esa forma llega a los tejidos, incluyendo los músculos y los huesos. En igual forma, en la percepción auditiva que tenemos en respuesta a las presiones fluctuantes del aire que constituyen un sonido. Asimismo, consideremos que, a escala microscópica, las fuerzas generadas por las proteínas contráctiles de las fibras musculares individuales producen, a escala macroscópica, la contracción de un músculo, la cual a su vez produce o controla el movimiento de los huesos y articulaciones. Estas fuerzas, por ejemplo, nos permiten patear una pelota, desplazarnos de un lugar a otro, evitar caernos ante una perturbación inesperada u oponernos a las fuerzas generadas por el entorno o por otro ser vivo. Consideremos también la ruptura de un tejido producida porque se le aplica una fuerza que es superior a la que puede tolerar, como sucede en el caso de un desgarro muscular y también de la fractura de un hueso. A la Biomecánica le concierne el estudio de estos fenómenos físicos que involucran fuerzas aplicadas a células, tejidos, órganos, sistemas y organismos. A los terapeutas físicos, el aspecto de la Biomecánica que nos interesa más es el estudio de cómo las fuerzas generadas por los músculos y transmitida por los tendones a los huesos producen o controlan el movimiento de las articulaciones y del cuerpo en general, y contrarrestan a las fuerzas que son generadas por el entorno (entre ellas la gravedad, la fricción y la resistencia del aire o agua) o por un ser vivo (por ejemplo, un oponente en un deporte de contacto), o que son necesarias para vencer la inercia de un objeto (como un implemento deportivo). Nos interesa también conocer sobre la respuesta de los materiales biológicos a la aplicación de las fuerzas, para entender cómo se producen las lesiones y cómo fortalecer esos tejidos para prevenir los daños o sobreponerse a ellos. En mi opinión, la Biomecánica es para el terapeuta físico que se especializa en el sistema músculoesquelético lo que la fisiología es para el médico, la bioquímica para el nutricionista y la filosofía para el psicólogo. Su estudio, por tanto, debería ser exhaustivo. Cualquier intervención de ejercicio terapéutico o de movilización articular que proponga un terapeuta físico simplemente no tiene fundamento si no se conoce la Biomecánica. Quiero agregar que los terapeutas físicos interesados en la rehabilitación neurológica se interesan más en el estudio del sistema nervioso, pero aún así deben tener una noción de Biomecánica porque la función del sistema nervioso motor es, a fin de cuentas, controlar el sistema muscular y, y la de éste último, la generación de fuerzas (claro está que lo mismo se puede decir, en sentido inverso, del terapeuta físico musculoesquelético en cuanto al estudio del sistema nervioso). En el futuro hablaré más sobre algunos aspectos interesantes de la Biomecánica aplicada a la Terapia Física. …………………………………………………………………….. El cuerpo humano ejecuta constantemente movimientoses decir, cuando cambiamos de lugar o posición, estos son necesarios para el día a día de la vida cotidiana, en estos movimientos participan distintos factores que sirven para que puedan realizarse,dichos movimientos son estudiados por una ciencia llamada Cinemática la cual describe cada uno tomando en cuenta el tiempo, el espacio, la forma en que suceden y las secuencias que producen. LaCinemática como bien sabemos esta relacionada directamente al movimiento es por ello que para entenderla mucho mejor hablaremos de varios tipos y los relacionaremos con la vida diaria o mejor dicho con loque nuestro cuerpo puede hacer, entonces tenemos, Movimientos Rectilíneos Uniformes de acuerdo a la 1era Ley de Newton todo cuerpo que este en reposo o en movimiento rectilíneo mantendrá su estadosiempre y cuando un cuerpo externo no actué sobre el, es por ello que siempre mantendrán una velocidad constante y su eje será Horizontal por ejemplo los corredores de 100 metros planos, ellos corren desdesu punto de partida hasta su llegada, al igual que los nadadores profesionales, también estan el Movimiento Curvilíneo y el Movimiento Rotatorio, estrechamente relacionados a la 2da Ley de Newton lacual establece que se necesita de una aceleración para que se produzca la dinámica donde esta será proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa, en este se trazan siempre líneascurvas que adoptaran un patrón, un ejemplo del Curvilineo puede ser la fuerza que ejecuta un jugador de futbol con su pierna para patear una pelota de futbol, un surfista al ser impulsado por una ola... [continua] La importancia de la cinética en la terapia física Yo tengo un interés particular por la biomecánica, por lo que estoy empeñado en poner mis manos sobre todos los recursos que estén a mi alcance en esta área. Mientras más me entero sobre la biomecánica, encuentro cada vez más relevancia de este conocimiento en la terapia física; en mi opinión, el terapeuta físico debe primerocomprender el movimiento antes de proponerse mejorarlo, y considero que la biomecánica es una de las herramientas que le puede ayudar a alcanzar ese entendimiento. Como he planteado anteriormente, las descripciones física y matemática frecuentemente se excluyen de las exposiciones sobre biomecánica (lo que provoca que la confundamos con la anatomía funcional), y eso nos impide apreciar la importancia vital que tienen las fuerzas en la producción del movimiento humano, y por tanto nuestra capacidad para entender el movimiento humano, como terapeutas físicos, se ve reducida. David Winter, uno de los padres de la biomecánica como la conocemos actualmente, expresa lo siguiente sobre la importancia de la comprensión de las fuerzas para entender el movimiento humano en su clásico libro Biomechanics and Motor Control of Human Movement(4ta. ed, 2009). En la página 10 (yo puse el énfasis en negrita): El término general que se da a las fuerzas que causan el movimiento es cinética. Tanto las fuerzas internas como las externas están incluidas. Las fuerzas internas provienen de la actividad muscular, de los ligamentos o de la fricción dentro de los músculos o articulaciones. Las fuerzas externas provienen del suelo o de cargas externas, ya sea de cuerpos activos (p.ej., las fuerzas ejercidas por un tackleador en el fútbol americano) o de fuentes pasivas (p.ej., la resistencia del viento). Una variedad amplia de análisis cinéticos pueden ser efectuados. Los momentos de fuerza producidos por los músculos que cruzan una articulación, la potencia mecánica que fluye desde o hacia esos mismos músculos y los cambios de energía del cuerpo que resultan de este flujo de potencia son todos considerados parte de la cinética. [...] es mediante la cinética que nosotrosrealmente podemos llegar a la causa del movimiento y, por consiguiente, llegar a comprender los mecanismos involucrados, y las estrategias de movimiento y las compensaciones del sistema neural. Una parte grande del futuro de la biomecánica yace en los análisis cinéticos, porque la información ahí presente nos permite realizar evaluaciones e interpretaciones muy definitivos. Este fragmento* puede encontrarse en el capítulo de ejemplo del libro, titulado Biomechanics as an interdiscipline, el cual está disponible en el sitio web de su publicadora, Wiley (esta página también incluye una vista preliminar del libro en Google Books). (* Una advertencia: Se trata de un libro de nivel avanzado. Yo al momento estoy explorando otros recursos más elementales que me den los fundamentos para aprovechar el libro de Winter posteriormente en la mayor extensión posible.) Biomecánica aplicada al estudio del Sistema músculo-esquelético Dr. Carlos Arce González Médico Especialista en Medicina de Rehabilitación Area de Biomecánica Clínica Lima-Perú (Enero 2005) Generalidades Mecánica: Parte de la Física que estudia el movimiento y equilibrio de los cuerpos (objetos materiales) y las leyes que los rigen. Para su mejor estudio la Mecánica se divide en 2 partes: Dinámica y Estática. M e c á n i c a Dinámica: Estudio de las leyes del movimiento de la materia. Estática: Estudio de las leyes del equilibrio de la materia. Mecánica Dinámica Cinética: Estudio de las fuerzas que generan (modifican o detienen) el movimiento. Cinemática: Descripción geométrica del movimiento en términos de desplazamiento, velocidad y aceleración. Retornar al INICIO de página Biomecánica: Mecánica aplicada al estudio y manejo de los procesos que afectan al sistema músculo- esquelético, aparato sustentacular u osteo-mioarticular. Ciencia que estudia las fuerzas internas y externas, y cómo inciden éstas sobre el cuerpo humano (Hay, 1973) Conjunto de conocimientos interdisciplinares generados a partir de utilizar, con el apoyo de otras ciencias biomédicas, los conocimientos de la mecánica y distintas tecnologías en, primero, el estudio del comportamiento de los sistemas biológicos y, en particular, del cuerpo humano y, segundo, en resolver los problemas que le provocan las distintas condiciones a las que puede verse sometido (IBV, 1992) El análisis de los movimientos corporales (biomecánica) sigue una constante evolución, a los aspectos de orden anatómico-mecánico, se agregan los resultados de las investigaciones neuro- (electro)fisiológicas que aportan diversos parámetros que aplicados a la clínica mejoran los resultados finales. La mecánica ortopédica se basa en la aplicación de fuerzas mecánicas – con el conocimiento de la anatomía y de la fisiología – para la prevención, corrección y tratamiento de diversos procesos patológicos que afectan al sistema musculoesquelético. Fundamentos biomecánicos Física: Ciencia que considera las magnitudes objeto de medida. Las leyes de la Física son el fundamento de una serie de aplicaciones prácticas de las fuerzas de la naturaleza. Medir una magnitud física es determinar la relación existente entre la magnitud dada y otra de su misma especie elegida (unidad) Unidad de longitud metro (m) Unidad de masa kilogramo (Kg) Unidad de tiempo segundo (s) Unidad de frecuencia Hertz (Hz) Unidad de fuerza Newton (N) Yatrofísica (Borelli, Giovanni Alfonso). Integra la fisiología y la física y, demuestra mediante métodos geométricos los diversos movimientos humanos. Obra: "On the Motion of Animals" (1680) un estudio de las bases mecánicas de la respiración, circulación y contracción muscular en animales. Giovanni Borelli - "Creador de la Yatrofísica" Retornar al INICIO de página Fuerza (F) " Estudio de las fuerzas actuantes y/o generadas por el cuerpo humano y sobre los efectos de estas fuerzas en los tejidos o materiales implantados en el organismo" (Sociedad Ibérica de Biomecánica, 1978). Término referido a la tracción o empuje. Podemos ejercer una fuerza sobre un cuerpo mediante un esfuerzo muscular; un resorte tenso ejerce fuerzas sobre los cuerpos a los que está sujeto; el aire comprimido ejerce una fuerza sobre las paredes del recipiente que lo contiene. Tipos de fuerzas: - Fuerzas de contacto (el cuerpo que ejerce la fuerza está en contacto con el cuerpo sobre el cuál se ejerce) - Fuerzas de acción a distancia (fuerza gravitatoria, fuerza eléctrica y fuerza magnética) - Fuerzas exteriores (extrínsecas): Fuerzas que actúan sobre un cuerpo dado, ejercidas por otros cuerpos. - Fuerzas interiores (intrínsecas): Fuerzas ejercidas sobre una parte de un cuerpo por otras partes del mismo. Ecuación fundamental de la dinámica: F/a = m; se deduce que: Fuerza (F) es el producto de la masa (m) por la aceleración (a) F = m x a (2da ley de Newton) La unidad de fuerza en el sistema C.G.S. es la Dina y en sistema M.K.S. es el Newton. Magnitudes vectoriales Representación gráfica de las fuerzas: Vectores. Una fuerza (F) se representa por medio de un vector cuyo origen corresponde al punto de aplicación; la flecha indica el sentido sobre la dirección marcada por la recta. Si una longitud de 1 cm. representa la unidad de F, una longitud de 50 cm. representará una F cincuenta veces mayor. En toda fuerza hay que distinguir cuatro elementos: Elementos de una Fuerza 1. Punto de aplicación Es el punto del cuerpo sobre el cuál actúa la fuerza; ejm. el punto de unión entre un coche y los arneses de un caballo. 2. Dirección Es la recta que sigue o tiende a seguir el p.a. si sólo obedece a la acción de la fuerza. 3. Sentido Una vez fijada la dirección se establecen 2 sentidos; se toman como positivas las fuerzas que actúan en un sentido y negativas las que actúan en sentido opuesto. 4. Intensidad Es la relación entre la fuerza considerada y otra tomada como unidad. Retornar al INICIO de página Sistema de fuerzas: Componentes y resultante Cuando varias fuerzas actúan sobre puntos invariablemente unidos, forman lo que se llama un sistema de fuerzas. Cuando un sistema de fuerzas puede sustituirse por una sola fuerza capaz de realizar el mismo efecto, esta fuerza se denomina resultante (R). Fuerzas perpendiculares El gráfico muestra 2 fuerzas de 5 y 10 Kg. aplicadas simultáneamente (O) La flecha OS representa la resultante de las fuerzas dadas. Su longitud, a la misma escala que la utilizada para las fuerzas dadas, determina la intensidad de la resultante, y el ángulo, su dirección. Se deduce que, una sola fuerza de 11,2 Kg. (Teorema de Pitágoras), que forme un ángulo de 26,5° con la horizontal, producirá el mismo efecto que las 2 fuerzas de 10 y 5 Kg. Momento de una fuerza Barra rígida sostenida en su punto medio por la arista de una cuchilla, con un peso de 4 Kg. suspendido de un punto situado 3 m a la izquierda de la arista. Es evidente que este peso único producirá la rotación de la barra alrededor de la arista, en sentido antihorario. Supongamos que queremos contrarrestar el efecto de rotación del peso de 4 Kg. colgando un peso de 3 Kg. en algún punto situado a la derecha de la arista. Puede comprobarse que el peso de 3 Kg. tiene que suspenderse a una distancia de la arista mayor que el peso de 4 Kg. y mediante este experimento veríamos que si se colgara exactamente a una distancia de 4 m la barra quedaría equilibrada (condición de equilibrio). Tal experimento indica la efectividad de una fuerza para producir efectos de rotación alrededor del eje a la línea de acción de la misma. Esta distancia recibe el nombre de brazo de palanca o brazo de momento de la fuerza. Así, el brazo de momento del peso de 3Kg. es de 4 m. y el del peso de 4Kg. es de 3 m. El momento es el producto de la fuerza aplicada por la distancia entre el punto de aplicación y el punto de rotación del cuerpo. En una palanca, la distancia entre el fulcro y el punto de aplicación de una fuerza se denomina "brazo de palanca". Así pues, el principio de la palanca afirma que una fuerza pequeña puede estar en equilibrio con una fuerza grande si la proporción entre los brazos de palanca de ambas fuerzas es la adecuada. http://es.wikipedia.org/wiki/Palanca Sistema de palanca en equilibrio En la palanca se consideran dos fuerzas: una carga o resistencia, que suele ser el peso de un objeto que se desea mover; y una potencia, que es la fuerza que se ejerce para causar el movimiento. Este principio de la palanca se puede expresar como una sencilla ecuación: FpBp = FrBr Donde Fp y Fr son las fuerzas de potencia y resistencia, respectivamente; y Bp y Br sus respectivos brazos de palanca. Retornar al INICIO de página Centro de gravedad El peso de un cuerpo se define como la fuerza de atracción gravitatoria ejercida por la tierra sobre él. La dirección de la fuerza gravitatoria sobre cada elemento de un cuerpo está dirigida verticalmente hacia abajo, al igual que la dirección de la resultante, independientemente de la orientación del cuerpo. El punto fijo por el cuál pasan todas estas líneas de acción recibe el nombre de centro de gravedad corporal (baricentro). En el ser humano está localizado por delante de S2. El baricentro está localizado en la intersección de los 3 planos corporales (Steindler-Govaers) Fuerza gravitatoria Baricentro Retornar al INICIO de página Aplicaciones clínicas Fuerza: Cualquier acción que produce, o tiende a producir, aceleración del cuerpo sobre el que actúa. Las fuerzas sólo se pueden medir por sus efectos, es decir, desplazamiento o deformación. La fuerza se define como la capacidad de contraer los músculos con diferentes grados de tensión c/s desplazamiento de una masa. Tipos de contracción muscular Tipo Sinonimia Características Isométrica Estática El músculo desarrolla tensión pero no cambia su longitud externa (constante). Contracción muscular sin rango de movimiento. Isotónica Dinámica Concéntrica: El músculo se acorta, variando su tensión; mientras vence una carga constante. Sus puntos de inserción se aproximan. Contracción muscular con movimiento articular centrípeto. Excéntrica: El músculo se alarga, variando su tensión; mientras vence una resistencia constante. Sus puntos de inserción se alejan. Contracción muscular con movimiento articular centrífugo. Isoquinética Isokinética La tensión desarrollada durante la contracción es máxima durante todo el ROM. En la contracción muscular isométrica (estática) se produce un aumento de la tensión intramuscular (TIM) sin producirse movimiento articular. En la contracción muscular isotónica (dinámica) el músculo desarrolla TIM; que puede ser de tipo concéntrica o excéntrica. La contracción muscular isoquinética se logra con la ayuda de equipos computarizados empleados para la reeducación y entrenamiento muscular (Nautilius, Cybex, Kin-Com). Contracción Isométrica e Isotónica (Concéntrica-Excéntrica) Retornar al INICIO de página Componentes del Movimiento "La Biomecánica es la ciencia que estudia los movimientos del hombre y su coordinación" (Escuela Soviética - 1971) El movimiento es toda acción que permite el desplazamiento desde un lugar a otro y los efectos que de ello resulte. La motricidad es la capacidad de generar movimiento. El movimiento implica la participación del elemento comando (SNC-SNP) y el elemento efector (músculo). El elemento anatómico encargado de producir movimiento es el aparato locomotor y se estudia desde el punto de vista biomecánico. Se puede establecer una correlación entre las partes osteoarticulares/partes blandas y los elementos anatómicos y mecánicos. (ver tabla adjunta) COMPONENTES ELEMENTOS ANATOMICOS ELEMENTOS MECANICOS Partes osteoarticulares Huesos Palancas Articulaciones Charnelas - Goznes Partes blandas Músculos Motores Tendones Cables Ligamentos Refuerzos - Cierres El suministro energético para producir el movimiento se realiza a través de la acción muscular ( "motor"). El músculo transforma la energía química en energía mecánica. Sistema de Palancas corporales La palanca es una máquina simple compuesta por una barra rígida que puede girar libremente alrededor de un punto de apoyo, o fulcro. El ensamblaje del movimiento humano se realiza mediante sistemas de palancas músculo- hueso. La tensión de los músculos se aprovecha al actuar en la serie de palancas proporcionadas por los tejidos óseos rígidos. Los componentes óseos actúan como brazos de palanca y la articulaciones constituyen el eje de movimiento (fulcro); la fuerza depende de la contracción muscular. Este complejo mecánico obedece a las leyes de las palancas, reposa en el suelo por medio de apoyos variables y está sometido a la acción de la fuerza gravitatoria y a las leyes del equilibrio. Los huesos forman entre sí sistemas de palancas destinadas a moverse alrededor de un eje fijo, denominado punto de apoyo (A). Los músculos constituyen la potencia (P) que mueve la palanca; sus inserciones son los puntos de aplicación de esta potencia. La resistencia (R) está constituida por el peso del segmento a utilizar, incrementado, según el caso, por una resistencia externa (pesas, oposición) o interna (ligamentos y músculos antagonistas) Acción muscular del biceps braquial Video: Acción del Biceps braquial * Coloque el cursor sobre la imagen * Tipos o Géneros de palancas corporales Las palancas pueden ser de tres géneros o tipos, dependiendo de la posición relativa del fulcro y los puntos de aplicación de las fuerzas de potencia y de resistencia. El principio de la palanca es válido indistintamente del tipo, pero el efecto y forma de uso de cada tipo de palanca cambia considerablemente. Género Denominación Modelos Primer InterApoyante Palanca de equilibrio Columna cervical (art. occipitoatloidea). Segundo InterResistente Palanca de fuerza Tobillo-pie (art. tibiotarsiana) - Postura digitigrada Tercer InterPotente Palanca de velocidad Biceps braquial Referencias Bibliográficas/Websites Fucci S., Benigni M. et al.: "Biomecánica del aparato locomotor aplicada al acondicionamiento muscular".Editorial Mosby/Doyma. 1995. Gowitzke B., Milner M.: "El cuerpo y sus movimientos - Bases científicas".Editorial Paidotribo.2001 Kapanji, J. “Cuadernos de Fisiología articular”. Ed. Toray Masson. 1979. Miralles R., Puig M.: “Biomecánica clínica del aparato locomotor” . Editorial Masson, S.A. 1998. http://www.ibv.org/ Instituto de Biomecánica de Valencia (España). análisis s. m. 1 Separación de las partes de un todo hasta llegar a conocer sus principios y elementos. 2 Estudio minucioso de un asunto, una obra artística, etc. 3 Estudio de las oraciones de un texto y sus componentes. 4 Examen químico o bacteriológico que permite establecer un diagnóstico médico: análisis de sangre. OBS Plural invariable. Diccionario Manual de la Lengua Española Vox. © 2007 Larousse Editorial, S.L. análisis amb. Distinción y separación de las partes de un todo hasta llegar a conocer los principios o elementos de este. NOTA: Se usa generalmente en m. Examen que se hace de una obra o de un escrito. ECON. análisis dinámico Estudio del proceso de ajustes que permiten pasar de una a otra situación de equilibrio. análisis estático Estudio de las relaciones que determinan una posición de equilibrio económico. análisis marginal Análisis de la utilidad (o del coste) de sucesivas unidades de un bien económico. (V. marginalismo.) EST. análisis numérico Método que estudia las técnicas de aproximación para la resolución de los problemas matemáticos. FILOS. Práctica o modo de filosofar común a diversas tendencias actuales. Muy desarrollado por el positivismo lógico. En general, se caracteriza por la atención primordial puesta en el lenguaje, por el intento de clarificar su significación, lo que hace que haya implicaciones mutuas entre este modo de filosofar y la lingüística. (V. lógica.) FÍS. NUCL. análisis espectral El que mide la amplitud de los componentes de la onda luminosa a estudiar, en función de las frecuencias que corresponden a cada uno de ellos. LING. Distinción de las oraciones que componen un discurso y de los accidentes, categorías, funciones y otras propiedades gramaticales de las palabras. LÓG. Método por el cual se descompone un todo en las partes que lo forman. MAT. análisis matemático Método para resolver problemas o verificar hipótesis en el que se suponen verdaderas unas soluciones dadas, deduciéndose de estas ciertas consecuencias que se comparan a continuación con hechos matemáticos ya conocidos. PSICOL. Descomposición de los elementos de una experiencia total para estudiar sus componentes y su mecanismo. QUÍM. análisis cualitativo El que identifica los componentes de una mezcla o de un cuerpo compuesto. análisis cuantitativo El que tiene por objeto determinar la composición porcentual de una muestra en función de cada uno de sus componentes. análisis volumétrico Determinación de la cantidad de una sustancia en disolución midiendo el volumen del reactivo empleado hasta la aparición o viraje de un cierto color, precipitado, etc. SOCIOL. análisis de contenido Método utilizado para el análisis de fenómenos que solo pueden ser estudiados a través de textos. análisis contextual Método que pretende explicar los comportamientos y actitudes de los individuos a través de la situación de estos en su medio o contexto. Diccionario Enciclopédico Vox 1. © 2009 Larousse Editorial, S.L.