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Introducción

Los seres humanos son capaces de producir una variedad de posturas y movimientos y tienen la capacidad de moverse de un lugar a otro, es decir.es decir, la función locomotora. El facilitador de estas funciones es nuestro sistema musculoesquelético que soporta las cargas y los movimientos de los segmentos del cuerpo. Esta función está integrada en los principios de la biomecánica humana. La biomecánica tiene su mayor aplicación en las áreas de mejora del rendimiento del movimiento, la reducción del deterioro del movimiento o la intervención en lesiones o condiciones relacionadas con el movimiento. En la práctica de la fisioterapia, conceptos biomecánicos como los principios de la amplitud de movimiento, la insuficiencia activa y pasiva, la regla cóncavo-convexa, la ley de las fuerzas, el movimiento y las máquinas se aplican en los ejercicios terapéuticos. Asimismo, la formación en ergonomía y el diseño de dispositivos ortopédicos modernos, como las ayudas avanzadas para la marcha, se basan en la aplicación del concepto de biomecánica. Por lo tanto, la biomecánica se considera uno de los conocimientos básicos en la práctica de la fisioterapia para proporcionar una atención óptima a diversas lesiones o afecciones relacionadas con el movimiento. Por lo tanto, comenzaré introduciéndonos en algunos de estos conceptos de biomecánica.

¿Cómo resolvemos los problemas en biomecánica?

Habiendo sabido que el principio biomecánico tiene su papel principal en la práctica de la fisioterapia es importante que sepamos cómo resolvemos los problemas en biomecánica. Hay dos formas de abordar los problemas biomecánicos, que son el análisis cuantitativo y el cualitativo. En el análisis cuantitativo, necesitamos almacenar las variables biomecánicas del problema deseado a resolver y hacer un análisis numérico de las variables generadas. Knudson y Morrison describen el análisis cualitativo de la biomecánica como el uso de la observación sistemática y la evaluación introspectiva de la calidad de los movimientos humanos con el fin de proporcionar la intervención más adecuada para mejorar el rendimiento»

Terminología básica de la biomecánica

La mecánica es una rama de la ciencia que se ocupa de las fuerzas y los efectos producidos por estas fuerzas. La aplicación de esta ciencia al sistema biológico se denomina biomecánica. La biomecánica humana se centra en cómo las fuerzas actúan sobre el sistema musculoesquelético y cómo el tejido corporal responde a estas fuerzas. Utilizando las fuerzas involucradas en la producción de movimiento y postura, la biomecánica puede ser discutida en el contexto de la biomecánica externa o interna.

• La biomecánica externa describe las fuerzas externas en el segmento del cuerpo y su efecto en el movimiento del cuerpo,
• La biomecánica interna son las fuerzas generadas por los tejidos del cuerpo y su efecto en el movimiento. «Esto incluye las fuerzas musculares y las fuerzas en los huesos y articulaciones que resultan de la transmisión de las fuerzas musculares a través del esqueleto».

Fuerzas externas (biomecánica externa)

Dominio de la mecánica

Hay dos dominios de la mecánica (biomecánica) que son la estática y la dinámica.

• La estática es una rama de la mecánica que analiza los cuerpos en reposo o en movimiento uniforme
• La dinámica se ocupa del estudio de las condiciones en que se mueve un objeto. El concepto de dinámica puede ser discutido más a fondo bajo la cinemática y la cinética.
  • El concepto de cinética trata del movimiento de un cuerpo y de la fuerza que lo hace moverse.
  • La cinemática describe el movimiento del cuerpo sin tener en cuenta las fuerzas que producen ese movimiento. En la cinemática hay cinco variables de interés: tipo de movimiento o desplazamiento, la ubicación, la dirección, la magnitud y la velocidad del movimiento o desplazamiento.

Variables cinemáticas

Tipo de movimiento

El movimiento humano se describe como un movimiento general, es decir, una combinación compleja de componentes lineales y angulares del movimiento. Y la mayoría de las veces, el movimiento humano se analiza como movimiento lineal o angular, ya que estos dos tipos de movimiento se consideran básicamente como movimiento «puro».

• El movimiento lineal también se conoce como movimiento de traslación o translación. En el movimiento lineal, todas las partes del cuerpo se mueven en la misma dirección y a la misma velocidad y si este movimiento se produce a lo largo de una línea recta se denomina lineal. El movimiento rectilíneo es cuando el movimiento lineal ocurre en una línea recta, el movimiento curvilíneo es cuando el movimiento ocurre a lo largo de una trayectoria curva.
• El movimiento angular se describe como una rotación que ocurre alrededor de una línea central imaginaria conocida como eje de rotación.

El movimiento lineal puro en los seres humanos, como en la marcha, la carrera y la natación, rara vez se produce, ya que la orientación de los segmentos del cuerpo entre sí cambia continuamente. En actividades como el patinaje y el salto de esquí puede haber breves momentos de movimiento lineal puro.

En los seres humanos, los movimientos de todo el cuerpo se describen como movimiento general, como se explica en los siguientes ejemplos. Cuando una persona camina, los movimientos de la cabeza y el tronco son bastante lineales, pero los movimientos de las piernas y los brazos son lineales y angulares simultáneamente mientras el cuerpo de la persona se traslada hacia adelante. Lo mismo ocurre en el ciclismo, la cabeza, el tronco y los brazos se mueven de forma bastante lineal, pero las piernas se mueven simultáneamente de forma lineal y angular. El movimiento de un cuerpo multisegmentado, como el cuerpo humano, que implica un movimiento lineal y angular simultáneo de los segmentos, suele denominarse movimiento general.

Magnitud del movimiento

Para el movimiento angular, su magnitud puede medirse en radianes o grados con el uso de un goniómetro. Mientras que el movimiento lineal de un segmento se mide por la distancia lineal que cubrió el objeto y esto puede evaluarse con herramientas de evaluación de la marcha como la prueba de los 6 minutos de caminata.

Tasa de movimiento

La velocidad se utiliza para medir la tasa de movimiento y el cambio en la velocidad es la aceleración.

Localización del movimiento articular en el espacio

Un sistema de referencia común para la localización del movimiento articular es el de los planos y ejes anatómicos. Un plano de movimiento puede describirse como una dimensión particular de movimiento que recorre una superficie plana imaginaria del cuerpo y un eje es una línea imaginaria sobre la que gira el segmento del cuerpo. Existen tres planos de movimiento en el cuerpo, a saber, los planos sagital, frontal y transversal.

• Un plano sagital tiene sus ejes como mediolateral y mediolateral y también se conoce como ejes transversales
• Los planos frontal (coronal) y transversal tienen sus ejes como anteroposterior y longitudinal respectivamente.

Dirección del movimiento

La dirección del movimiento puede describirse en términos de cómo se produce el movimiento a lo largo del plano y del eje. Cuando un movimiento reduce el ángulo articular en el plano sagital se denomina flexión y el movimiento de «extensión» aumenta el ángulo articular. Otras direcciones comunes de movimiento en el plano sagital son la dorsiflexión y la flexión plantar. El movimiento hacia los extremos de la amplitud de movimiento suele denominarse «hiper», como es el caso de la hiperextensión, y también se produce en el plano sagital. El movimiento de un segmento alejándose de la línea media en el plano frontal se denomina «abducción», mientras que el movimiento de vuelta hacia la línea media se denomina «aducción». Otras direcciones de movimiento comunes en este plano son la eversión y la inversión. Los movimientos comunes en el plano transversal son la rotación interna y la rotación externa; la pronación y la supinación también son movimientos comunes en el plano transversal. Existen otros términos direccionales que ayudan a describir la posición del segmento corporal en relación con la posición anatómica, entre ellos el superior y el inferior, que describen la posición del cuerpo hacia la cabeza y los pies, respectivamente. También anterior y posterior pueden utilizarse para describir objetos relacionados con el cuerpo como la orientación frontal o posterior al cuerpo, respectivamente. Las partes o el movimiento hacia la línea media del cuerpo se denomina medial, mientras que el movimiento o la posición hacia los lados del cuerpo es lateral.

Cadena cinemática

La cadena cinemática también se denomina cadena cinética en la literatura. En una cadena cinemática abierta, el grado de libertad describe el número de direcciones que una articulación permite mover a un segmento del cuerpo y es el número de coordenadas independientes que se utiliza para especificar con precisión la posición del objeto en el espacio. La combinación de grados de libertad forma la cadena cinemática y la cadena cinemática puede ser abierta o cerrada. una articulación puede moverse independientemente de las demás mientras que en la cadena cinemática cerrada un extremo de la cadena permanece fijo. Levangie y Norkin, dilucidaron que los conceptos de posición de parque abierto y cerrado ayudan a describir los movimientos que tienen lugar en condiciones de carga de peso y sin carga de peso, y es importante tenerlos en cuenta cuando el ejercicio se dirige a una o varias articulaciones.

Un orden de cadena cinemática natural implica en la extremidad superior e inferior una tarea biomecánica integrada que cuando se deteriora da lugar a una salida biomecánica disfuncional que conduce al dolor y/o a la lesión. Por ejemplo, en el hombro, cuando existen déficits en los eslabones anteriores, pueden afectar negativamente al hombro. Por lo tanto, al tratar el hombro, se debe intentar restaurar todos los déficits de la cadena cinética y las sesiones terapéuticas deben seguir ejercicios integrados de propiocepción, flexibilidad, fuerza y resistencia con el orden de la cadena cinética.

Concepto cinético en el análisis del movimiento

Mientras que el concepto cinemático describe un segmento del movimiento de un cuerpo, el concepto cinético nos da una idea de las fuerzas asociadas a ese movimiento. Y eso nos llevará al concepto cinético del análisis del movimiento, y voy a empezar por definir qué es la fuerza en biomecánica. La fuerza es una forma simple de representar la carga en biomecánica y puede ser definida como una acción de un objeto a otro. La fuerza puede ser externa o interna.

Las fuerzas externas son tirones o empujes sobre el cuerpo que se producen desde fuentes externas al mismo y las fuerzas internas son aquellas que actúan sobre las estructuras del cuerpo y son generadas por el tejido corporal. La fuerza puede cambiar la forma de un objeto y puede cambiar el estado de movimiento del mismo. La fuerza también se caracteriza por su magnitud, dirección y punto de aplicación. Todos estos factores determinan el efecto de la fuerza sobre un objeto. Hay múltiples fuerzas que actúan sobre un objeto y es posible resolver estas fuerzas en una única fuerza «resultante» que tiene el mismo efecto que todas las demás fuerzas que actúan juntas. El proceso de combinar estas dos o más fuerzas en una única fuerza resultante se conoce como composición de fuerzas. Una vez entendido lo que es la fuerza, es esencial examinar algunas de las leyes que guían la aplicación de la fuerza.

Levangie y Norkin, reiteraron que hay tres reglas primarias de las fuerzas: 1. Una fuerza que actúa sobre un segmento debe provenir de algo , 2. cualquier cosa que entre en contacto con un segmento debe crear una fuerza sobre ese segmento y 3. se considera que la gravedad tiene efecto de fuerza sobre todos los objetos.

Ley del movimiento de Newton

La ley del movimiento de Newton describe el efecto de la fuerza y el movimiento. La primera ley del movimiento de Newton, también conocida como ley de la inercia (la inercia es la resistencia del cuerpo a cambiar su estado de movimiento), establece que un objeto permanecerá en reposo o en movimiento uniforme a menos que actúe sobre él una fuerza neta desequilibrada. El concepto de la ley de inercia de Newton muestra que cuanto mayor sea la masa de un objeto, mayor será la fuerza para moverlo. Por ejemplo, para hacer rodar a un hombre endomorfo (alguien con un alto porcentaje de grasa corporal) en una silla de ruedas se necesitará una mayor cantidad de fuerza que para hacer rodar a un hombre ectomorfo (delgado). Otra área en la que se aplica la primera ley del movimiento es en el análisis estático. El análisis estático es un método de ingeniería para el análisis de fuerzas y momentos producidos cuando los objetos interactúan. Este concepto se aplica en biomecánica para la estimación de fuerzas desconocidas de reacción muscular y articular en el sistema musculoesquelético.

La segunda ley de Newton establece que una fuerza neta actuará sobre un objeto para cambiar su momento haciendo que el objeto acelere o desacelere. La tercera ley de Newton establece que para cada acción hay una reacción igual y opuesta. Una aplicación de este concepto es que un atleta podrá correr más rápido en una superficie de hormigón en comparación con una superficie de arena debido a las fuerzas de reacción opuestas al suelo que se requieren para impulsar el cuerpo.

Concepto cinético en el análisis del movimiento

Mientras que el concepto cinemático describe un segmento del movimiento de un cuerpo, el concepto cinético nos da una idea de las fuerzas asociadas a ese movimiento. Al hablar del concepto cinético del análisis del movimiento necesitamos definir la fuerza en biomecánica. La fuerza es una forma sencilla de representar la carga en biomecánica y puede definirse como la acción de un objeto sobre otro. La fuerza puede ser externa o interna.

• Las fuerzas externas son tirones o empujes sobre el cuerpo que se producen desde fuentes externas al cuerpo
• Las fuerzas internas son aquellas que actúan sobre las estructuras del cuerpo y son generadas por el tejido corporal.

La fuerza puede cambiar la forma de un objeto y puede cambiar el estado de movimiento del objeto. La fuerza también se caracteriza por su magnitud, dirección y punto de aplicación. Todos estos factores determinan el efecto de la fuerza sobre un objeto. Hay múltiples fuerzas que actúan sobre un objeto y es posible resolver estas fuerzas en una única fuerza «resultante» que tiene el mismo efecto que todas las demás fuerzas que actúan juntas. El proceso de combinar estas dos o más fuerzas en una única fuerza resultante se conoce como composición de fuerzas. Habiendo entendido lo que es la fuerza, es esencial examinar algunas de las leyes que guían la aplicación de la fuerza.

Levangie y Norkin, reiteraron que hay tres reglas primarias de las fuerzas:

1. Una fuerza que actúa sobre un segmento debe provenir de algo
2. Cualquier cosa que entre en contacto con un segmento debe crear una fuerza sobre ese segmento
3. Se considera que la gravedad tiene un efecto de fuerza sobre todos los objetos.

El principio de la comprensión de la biomecánica del movimiento es una comprensión profunda de la fuerza, las leyes del movimiento de Newton, el trabajo y la energía.

La ley del movimiento de Newton

La ley del movimiento de Newton describe el efecto de la fuerza y el movimiento.

La primera ley del movimiento de Newton también conocida como la ley de la inercia (la inercia es la resistencia del cuerpo a cambiar su estado de movimiento), establece que un objeto permanecerá en reposo o en movimiento uniforme a menos que una fuerza neta desequilibrada actúe sobre él. El concepto de la ley de inercia de Newton muestra que cuanto mayor es la masa de un objeto, mayor es la fuerza para moverlo. Esto significa que se requiere un cambio en la fuerza resultante para crear un cambio en el movimiento. Ejemplos:

• Para hacer rodar a un hombre endomorfo (alguien con un alto porcentaje de grasa corporal) en una silla de ruedas se requerirá una mayor cantidad de fuerza que para hacer rodar a un hombre ectomorfo (delgado).
• Cuando un jugador de fútbol patea el balón, cambia la fuerza resultante sobre el balón, para conseguir que se mueva.
• Un pasajero de un coche se mueve a la misma velocidad a la que se mueve el coche y cuando éste frena de repente, el pasajero, si no lleva el cinturón de seguridad, seguirá avanzando a la misma velocidad que antes de que el coche frenara.
• Para levantar un objeto pesado, la persona que lo levanta debe producir una fuerza hacia arriba mayor que el peso del objeto, de lo contrario, no se moverá.

Otra área en la que se aplica la primera ley del movimiento es en el análisis estático. El análisis estático es un método de ingeniería para el análisis de fuerzas y momentos producidos cuando los objetos interactúan. Este concepto se aplica en biomecánica para la estimación de fuerzas desconocidas de reacción muscular y articular en el sistema musculoesquelético.

La segunda ley del movimiento de Newton se refiere al impulso de una fuerza. Esta ley establece que una fuerza neta actuará sobre un objeto para cambiar su momento haciendo que el objeto acelere o desacelere. También se denomina principio de impulso-momento y tiene una serie de aplicaciones en el deporte. El rendimiento deportivo tiene que ver con el aumento y la disminución de la velocidad de movimiento del cuerpo humano o del equipo deportivo. Este principio conduce a la mejora de la técnica deportiva en cuanto a la cantidad de fuerza que se puede aplicar durante más tiempo, por ejemplo, en el lanzamiento de peso.

La tercera ley de Newton establece que para cada acción hay una reacción igual y opuesta. Una aplicación de este concepto es que un atleta podrá correr más rápido en una superficie de hormigón en comparación con una superficie de arena debido a las fuerzas de reacción opuestas al suelo que se requieren para impulsar el cuerpo.

Fuerza de contacto

La fuerza de contacto es otro tipo de fuerza. Se produce cuando dos objetos están en contacto entre sí. Estas fuerzas entre ellos pueden resolverse en reacciones de fuerza normal y fricción.

• Fuerza normal – la fuerza es perpendicular a la superficie en la que dos objetos están interactuando. Mira el video de abajo para aprender más.
• Fricción – la fuerza que actúa sobre superficies paralelas.

El conocimiento de las fuerzas de contacto, por ejemplo, es esencial en el diseño de zapatillas de atletismo o de entrenamiento al introducir una fuerza de fricción para mejorar las fuerzas de reacción del suelo.

Momento de fuerza o torsión

Un área importante de la biomecánica es el momento de fuerza o torsión, que es la fuerza que actúa sobre un objeto y que puede provocar su rotación. El momento de fuerza es un producto de la fuerza y la distancia, y también se refiere a la fuerza de rotación de un segmento. La importancia de este concepto radica en que el momento de fuerza es importante para que el músculo funcione eficazmente en el mantenimiento del peso. Por ejemplo, en la rodilla, la rótula crea un momento efectivo con el cuádriceps alrededor del centro de la rotación de la rodilla, para que la extensión de la rodilla se mantenga lo suficiente como para soportar el peso.

Máquina simple

Habiendo considerado algunas de las fuerzas externas de forma aislada, es importante ver cómo estas fuerzas se combinan juntas para una función particular en forma de máquina. Una máquina convierte la energía de una forma a otra, y esa energía es la capacidad de hacer trabajo. El trabajo tiene lugar cuando una fuerza mueve un objeto. En mecánica, las máquinas convierten la energía de una forma a otra realizando trabajo, es decir, generando movimiento. El sistema musculoesquelético es un conjunto de máquinas simples que trabajan juntas para soportar cargas y generar movimiento.

Sólo hay tres máquinas simples en el sistema musculoesquelético humano, la palanca, la rueda y el eje, y la polea. Esta máquina simple permite tres funciones, incluyendo la amplificación de la fuerza y el movimiento y un cambio en la dirección de la fuerza aplicada. Sin embargo, la mayoría de estas máquinas simples del sistema musculoesquelético, están diseñadas para amplificar el movimiento en lugar de la fuerza.

Sistema de palanca

Cuando los músculos desarrollan tensión, tira del hueso ya sea para apoyar o para mover la resistencia de la carga aplicada a un segmento del cuerpo. Los músculos y el hueso funcionan mecánicamente como una palanca.

• Una palanca es cualquier segmento rígido que gira alrededor de un fulcro.
• Un fulcro es un punto de apoyo, o eje, alrededor del cual gira una palanca.
• Existe un sistema de palanca siempre que se aplican dos fuerzas de forma que producen momentos opuestos.
• La fuerza que está produciendo el momento resultante se llama fuerza de esfuerzo (EF).
• La otra fuerza que está creando un momento opuesto, se conoce como la fuerza de resistencia (RF).

En base a la disposición de la carga, el esfuerzo y la palanca de fulcro se pueden clasificar en primera a tercera clase. La palanca anatómica común en el cuerpo humano es de tercera clase y la razón es que la inserción del músculo suele estar cerca de la articulación de acción por lo que el esfuerzo suele estar entre el fulcro y la resistencia, que es una palanca de tercera clase. Este diseño ayuda al cuerpo a ganar movimiento y velocidad y, por tanto, el sistema musculoesquelético humano está diseñado para la velocidad y la amplitud de movimiento a expensas de la fuerza.

Rueda & eje

En el sistema musculoesquelético, las disposiciones de la rueda y el eje proporcionan amplificación tanto de la fuerza como del movimiento. Un ejemplo de ello es la rotación medial y lateral de la articulación del hombro. El concepto también se aplica en el diseño de sillas de ruedas y su propulsión manual

Polea

La polea anatómica es una forma modificada de rueda y eje. La función principal de la polea es redirigir una fuerza para facilitar una tarea.La «tarea» en el movimiento humano es girar un segmento del cuerpo. Las poleas anatómicas facilitan esta tarea desviando la línea de acción del músculo del eje de la articulación, aumentando así la ventaja mecánica de la fuerza muscular. La ventaja mecánica (MA) es una medida de la eficacia mecánica de la palanca y es una función de la eficacia de la fuerza de esfuerzo con respecto a la fuerza de resistencia.

Hay cuatro clases de poleas anatómicas, de la clase I a la clase IV, que pueden ser de interés para los fisioterapeutas.

• La polea de clase 1 es de apoyo externo. Mejora la acción muscular que proviene del apoyo externo que actúa como polea. Un ejemplo de esto es la rótula que actúa como una polea para mejorar la función del cuádriceps.
• La polea de clase II está formada por el hueso, el cartílago y el tendón. Un ejemplo de esto es cuando un hueso actúa como una polea, esto se ilustra por el maléolo lateral del peroné que actúa como una polea para el músculo peroneo largo.
• La polea de clase III es cuando la articulación actúa como polea. Un ejemplo es el epicóndilo del fémur que da al tendón del gracilis un ángulo de inserción favorable ya que el tendón se inserta en la tibia.
• La clase IV es cuando los músculos actúan como una polea. Un ejemplo es el músculo bíceps, que aumenta de tamaño a medida que aumenta su ángulo de inserción. La aplicación de las poleas en fisioterapia incluye el ejercicio en polea para mejorar la amplitud de movimiento y la coordinación, especialmente en la condición de artritis del hombro.

Conclusión

Los conceptos cinéticos y cinemáticos son importantes para entender el movimiento humano y la implicación de la fuerza en los segmentos del cuerpo durante el movimiento. En el diseño de dispositivos y equipos de apoyo y adaptación es necesario tener en cuenta el concepto biomecánico de fuerza, fricción y máquinas para que el dispositivo ayude o mejore el movimiento humano.

1. 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 Levangie PK, Norkin CC. Estructura y función de las articulaciones: un análisis exhaustivo. 4th. Philadelphia: FA. Davis Company. 2005.
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