Biomecánica. Parte I

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Para comprender que es cabalmente la biomecánica hay que partir de una correcta definición de la física: "la física se ocupa de los fenómenos físicos; es decir, de aquellos que no modifican la estructura íntima de la materia, a diferencia de los químicos, que si la modifican".

Las cosas más simples y cotidianas están gobernadas por las leyes de la física: el movimiento de una puerta, el caminar, el correr, etc. La física esta en todas partes y sus leyes fundamentales se hacen evidentes aun en las cosas más comunes.

A medida que fue evolucionando, la ciencia física se dividió en distintas ramas: mecánica, calor, sonido, electricidad, magnetismo, óptica y física nuclear. Pero la que incumbe específicamente a la biomecánica es la primera, que estudia los movimientos de los cuerpos y las fuerzas que en ellos actúan. A su vez la biomecánica se podría definir como el estudio mecánico de un medio biológico. En este caso ese medio seria el cuerpo humano, particularmente.

A fin de estudiar los movimientos del cuerpo humano, se parte de un modelo mecánico que se acerque a la realidad en su máximo posible: el sistema locomotor esta constituido principalmente por una estructura ósea y otra muscular encargada de mover esos segmentos óseos. Elegir un modelo que represente este sistema es bastante complejo. Se le requiere simpleza para facilitar la comprensión a la vez que las suficientes cualidades que permiten obtener resultados validos. Con este objeto resulta útil el modelo óseo que se adoptara en 1955.

Los segmentos óseos se representan como rectas que pasan por los centros de las superficies articulares situadas en el extremo de los huesos a las que técnicamente se denomina " Eje Mecánico ".    De esta manera se forman eslabones que permiten considerar a los movimientos humanos como acciones angulares cuya libertad se limita por las posibilidades de las articulaciones.

Huesos y articulaciones:

Las partes del aparato locomotor humano poseen, en su interior, un esqueleto axial en forma de huesos de gran resistencia. Cada hueso particular esta unido al esqueleto completo por medio de conexiones y articulaciones que facilitan la ejecución de sus funciones, tanto estáticas como dinámicas. En caso de un trabajo estático, el esqueleto transmite fuerzas quietas, mientras que en un trabajo dinámico los huesos sirven de palancas sobre las que actúan las fuerzas de aceleración. Dada esta exigencia funcional múltiple, los huesos y las articulaciones han de soportar diferentes clases de cargas, tales como: tracción, presión, suspención y torsión.

Durante el curso del proceso de desarrollo genético, desde las formas bajas hasta las mas altas (evolución de la manera de vivir), las propiedades biomecánicas del aparato locomotor del hombre se han ido ajustando a las funciones mecánicas que este aparato debe realizar en el curso de la vida actual y ante todo en el trabajo. Si investigamos mas a fondo el esqueleto humano desde este punto de vista, observamos una adaptación lógica del mismo a las nuevas exigencias, tanto en la composición química del hueso, como en su forma, estructuración y conexiones articulares.

Huesos:

En la composición química de los huesos encontramos elementos orgánicos e inorgánicos. Los componentes orgánicos aseguran la elasticidad de los huesos, mientras que los inorgánicos contribuyen al fortalecimiento de su resistencia. Sin embargo, la composición química de los huesos varia tanto entre los diferentes huesos de una misma persona como entre los de distintas personas. Dicha composición depende de la edad del hombre, de su alimentación y de la carga a soportar. Con el avance de la edad aumenta fuertemente la parte inorgánica a costa de la orgánica, y encontramos muchas mas calcificaciones, por lo que el hueso se hace mucho mas duro, pero a la vez menos elástico, legándose con facilidad a las roturas, especialmente en los ejercicios de suspensión y torsión.

La alimentación preferentemente vegetal enriquece el hueso con sustancias orgánicas. Por el contrario, si la alimentación se compone fundamentalmente de carne y de leche, se comprueba fácilmente el aumento de sustancias inorgánicas.

Los huesos fuertemente cargados, como por ejemplo, la columna vertebral y el fémur, contienen elevada proporción de calcio; sin embargo, dicha proporción no puede ser exagerada para no reducir la elasticidad de los huesos en cuestión. Es interesante, así mismo, el hecho de que la fibrilla esponjosa de los huesos esta siempre orientada en dirección de la acción de las fuerzas para, de este modo aumentar la resistencia.

Articulaciones:

En las articulaciones del aparato motor humano coinciden dos cabezas óseas colindantes con sus cavidades, haciendo posible la realización de movimientos rotativos. Una de las terminaciones del hueso tiene la forma de cabeza y la otra de acetábulo. Según la forma de estas dos terminaciones óseas, la articulación posee mayor o menor libertad rotativa.

La mayoría de las articulaciones tiene forma y superficie de cuerpos rotativos. Según la clase de cada articulación, en forma cilíndrica, elipsoidal o de silla, varia también el eje de la rotación misma. La articulación esférica permite, fundamentalmente, las rotaciones en tres ejes. Desde el punto de vista geométrico, y tratándose de cuerpos rotativos, no pueden darse articulaciones con dos ejes de rotación. Cuando un cuerpo rotativo recibe el segundo eje de giro, inmediatamente obtiene también el tercero. Sin embargo, el aparato motor humano dispone de articulaciones de dos ejes: por ejemplo, la articulación elipsoidal del carpo. El segundo grado de libertad de movimiento rotativo surge porque las superficies de la cabeza de la articulación y el acetabulo no se acoplan perfectamente y los ligamentos laterales, no excesivamente tensos, permiten cierta movilidad. Por otra parte si en una articulación esférica sus dos ejes no se emplean durante largo tiempo, tiene lugar una regresión que la convierte en una articulación elipsoidal.

En cada articulación del aparato motor humano con superficies de  un cuerpo rotativo, deben determinarse rigurosamente los desplazamientos del eje de rotación, porque en todas estas articulaciones la forma de sus superficies se desvía de la de un cuerpo rotativo. A causa de lo complicado de sus respectivas formas de superficie, los ejes de sus rotaciones también transcurren paralelamente.

Las superficies de la cabeza de articulación y del acetábulo están cubiertas de cartílago muy liso que permiten una buena rotación. Para facilitar mas todavía los movimientos rotatorios, las cápsulas fibrosas de la articulación segregan un liquido lubricante.

El aparto auxiliar de una articulación se compone de los ligamentos, que aseguran la consistencia de la misma. Los ligamentos se encuentran fundamentalmente a los lados de la articulación, impidiendo o limitando sus rotaciones. Los ligamentos limitan, por consiguiente, la amplitud de los movimientos.

Amplitud del movimiento: llamamos amplitud de movimiento de una articulación a la graduación del ángulo medida en sus limites externos, que permiten la rotación de la parte del cuerpo en una dirección determinada. La magnitud de dicha amplitud depende de muchos factores. Para hacer posible cualquier rotación, la superficie del acetábulo puede cubrir solo una parte de la superficie de la cabeza, sin la cual no seria posible ningún desplazamiento del acetábulo sobre la cabeza. Si observamos las superficies que se rozan en un corte vertical, obtenemos la amplitud del movimiento en dirección del plano de corte que señala la diferencia de los valores angulares entre la cabeza y el acetábulo que limitan la superficie de giro.

La amplitud teóricamente posible puede, sin embargo, quedar reducida por los ligamentos de la articulación. Si estos ligamentos son largos y su elasticidad considerable, limitan la amplitud rotativa solo en grado muy pequeño. La amplitud del movimiento depende también de la resistencia de la tracción muscular que hay que vencer en el momento de un giro articular. Y, finalmente, las partes blandas, situadas alrededor de la articulación, dificulta la amplitud del movimiento de la misma. Por esta causa no podemos, por ejemplo, acercar plenamente el antebrazo al brazo.

Cuando el acercamiento al punto limite se efectúa con gran velocidad, surge el peligro de no poder frenar a tiempo, ocasionando de este modo y a causa de la inercia, considerables daños al aparato de movimiento (rotura de ligamentos, torceduras y roturas de huesos). Para impedir estos peligros surgieron los reflejos de protección. Existe también cierta protección causada por los factores puramente mecánicos. Y así al llegar a la posición limite de un movimiento, los músculos empiezan a tirar en dirección del eje longitudinal del cuerpo, por lo que quedan fuertemente delimitados los momentos de aceleración. Los músculos que ofrecen esta resistencia (los antagónicos) adquieren, en la posición limite, su máxima tensión, por lo que frenan eficazmente el curso del movimiento.

Las fuerzas exteriores ejercen también importante influencia en la amplitud del movimiento articular. Un claro ejemplo: bajo influencia de la fuerza de la gravedad podemos lograr fácilmente una posición profunda en cuclillas, donde las articulaciones de la rodilla y coxofemorales están fuertemente dobladas. Sin embargo, el mismo ejercicio es mucho más difícil si lo pretendemos a partir de la posición de tendido supino, no alcanzando los mismos valores limites de la amplitud en dichas articulaciones. Dado que en este caso la fuerza de la gravedad ya no ayuda, no se logra superar plenamente la resistencia de los músculos extensores que actúan como antagónicos frente a los flexores.

Mediante el entrenamiento se logra aumentar la amplitud del movimiento. Y así, especialmente los atletas, poseen articulaciones con elevadas amplitudes, mientras un hombre no entrenado se mueve con amplitudes restringidas.

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