EL MOVIMIENTO HUMANO: UNA PERSPECTIVA BIOMECANICA

THE HUMAN MOVEMENT: A PERSPECTIVE BIOMECHANICS

MsC DIEGO ALONSO SANCHEZ RODRIGUEZ¨

 

 

 

RESUMEN

Nuestro articulo quiere sintetizar  aspectos relacionados con el movimiento desde la óptica de la biomecánica, revisando diferentes autores; empezando desde la definición, a bordando términos, objetivos, principios, métodos y algunas aplicaciones en el ámbito deportivo. Buscando con esto presentar un documento informativo  que aporte al lector  orientación acerca de los temas y aplicaciones relacionados con el movimiento y la biomecánica.

 

ABSTRACT

Ours articulates he wants to synthesize aspects related with the movement from the optics of the biomechanics, revising different authors; beginning from the definition, to embroidering terms, objectives, principles, methods and some applications in the sport environment. Looking for with this to present an informative document that contributes to the reader orientation about the topics and applications related with the movement and the biomechanics.

PALABRAS CLAVE: Biomecánica, movimiento, métodos, principios.

 

1.    ¿QUE ES MOVIMIENTO?

“El movimiento, como forma de existencia de la materia, es tan variado, como variado es el mundo"(1). En principio el movimiento humano no fue para este importante, ya que su realización fue de manera inconsciente, pero dentro del desarrollo histórico del hombre, se ha manifestando gran interés por determinar sus características  y la manera de descifrar su complejidad; el movimiento así como el lenguaje para el hombre son los medios más importantes,  y a su vez más perfectos para relacionarse con el medio ambiente e intervenir en el activamente.

El estudio del movimiento se refleja en la evolución histórica del hombre, pues es así que desde la antigua Grecia encontramos algunos descubrimientos que permitieron determinar regularidades físicas, aplicadas en los seres vivos (por ejemplo; Aristóteles, con las palancas y Arquímedes con la estática y la hidrodinámica). Por la época  de 1500 el investigador Leonardo Da Vinci, aporto acerca de la teoría  de los mecanismos y la fricción. Otros geniales científicos nos dejaron sus legados como lo son Galileo Galilei (1564-1642) e Isaac Newton (1643 - 1727) con las leyes de la mecánica clásica, de las cuales se desprendieron la hidromecánica y la aeromecánica. El hombre en los siglos XVIII y XIX  busco mejorar su productividad, Guts Muths, lo plantea desde la inclusión de trabajos manuales (carpintería, torneado, jardinería y encuadernación)  en su gimnasia pedagógica, ello nos muestra claramente el valor formativo de los movimientos efectuados en la producción laboral. En la actualidad la orientación del movimiento se delega a la  educación, permitiendo el bienestar, revertido en  una salud física como mental.

No hay duda de que el hombre se mueve, pero no podemos llevar el movimiento del ser humano a la simple definición de que es  una variación  de lugar y posición de cuerpo humano o segmentos del mismo en su entorno, ya que el hombre durante los movimientos de locomoción observables produce desde el interior infinidad de procesos que los debemos incluir dentro del  movimiento.

Grosser, Hermann, Tusker y Zintl, (1991)(2). nos presentan unas características del movimiento en cuanto orígenes, características, estructura en el proceso de ejecución.

 

Orígenes y condiciones		®®	·       procesos de percepción    sensorial y ·       procesos de estimulación síquica ·       procesos de asimilación cognitiva ·       proceso de dirección y regulación nervioso - central energética y funcional anatómica ·       fuerzas
producen		®®	el movimiento deportivo
caracterizado por	a)	®®	estructura del movimiento, fases, partes
	b)	®®	características del movimiento
que se diferencian en		®®	cualitativas	cuantitativas
			ritmo del movimiento	características cinemáticas ·       tiempo ·       curva espacio tiempo
			precisión del movimiento	·       curva ángulo tiempo aceleraciones
			acoplamiento, fluidez del movimiento	características dinámicas ·       fuerza ·       impulso de fuerza
			volumen del movimiento	·       momentos angulares ·       cantidad de movimiento

 

 Por otro lado el movimiento humano encierra también un significado que determina de una manera instrumental del comportamiento, de este, como no lo indica  GRUPE(1976(3), : explorador, social y personal, de este planteamiento GROSSER Y OTROS(1991), diferencian el movimiento en : lo cotidiano, laboral, expresivo y deportivo.

Desde estos puntos de vistan del movimiento se han desarrollado diferentes corrientes que profundizan a partir de sus diferentes procesos, como lo son movimientos físicos o de la materia (cuerpos rígidos) y los movimientos del hombre, apoyados en la experiencia de los estudios de los cuerpos rígidos.

 

2.  ¿QUE ES LA BIOMECANICA?

La biomecánica se ha desarrollado a lo largo de un tiempo muy corto, determinando con esto lo nuevo de su  saber. A continuación mostraremos desde los autores más renombrados como se definen la biomecánica.

 

DONSKOY, 1958 [iii]	El objetivo principal de la biomecánica  es poner de manifiesto las fuerzas activas y  las condiciones que se ponen en acción, para determinar su efecto.
HOCHMUTH / MARHOLD 1958	es el proceso mecánico de los movimientos deportivos ,es decir, el cambio de lugar de la masa corporal humana en el espacio y en el tiempo
DONSKOY, 1971	el objeto de conocimiento de la biomecánica son ; las acciones motoras del hombre como sistema de movimientos activos y las posiciones de su cuerpo estrechamente relacionadas entre si
DONSKOY, 1988	La biomecánica es la ciencia de las leyes del movimiento mecánico en los sistemas vivos.
BAÚMLER / SCHNEIDER, 1989(4)	Es hoy día la denominación corriente para la aplicación de la mecánica (de la física) en la investigación de los movimientos del deportista.
GROSSER Y OTROS(1991)	Es un campo parcial de la biofísica. Estudia las estructuras y funciones de los sistemas biológicos, utilizando las leyes y los conceptos de la mecánica.
AGUADO X. 1993	Es la ciencia que utiliza los principios y métodos de la mecánica(que forma parte de la física) para el estudio de los seres vivos, teniendo en cuenta las peculiaridades de estos

 

 

3.  OBJETIVO DE  LA BIOMECANICA DEL MOVIMIENTO HUMANO.

Los objetivos de esta disciplina son varios, y están en dependencia  a el área de aplicación, como nos muestra AGUADO (1993)(5) :

 

·      Educación física

*     dictar principios generales que ayuden a comprender y ejecutar deferentes actividades y ejercicios habituales en la clase de educación física

*     dictar una serie de principios sobre la forma de evitar lesiones(higiene motriz)

*     describir las diferentes tareas y ejercicios

*     aportar una serie de métodos de registro sencillos que contribuyan a medir diferentes características de la motricidad

 

·      Biomecánica ocupacional

*       estudio de la relación del hombre con las maquinas, en aminado a conseguir un mayor rendimiento, menos lesiones o una mejor fatiga.

 

·      Deporte de alta competición

*     descripción de la técnica deportiva

*     búsqueda de las técnicas mas eficaces

*     desarrollo de métodos de medida y registro

*     ayuda a la planificación del entrenamiento

 

·      Utillaje deportivo

*     desarrollo de nuevos materiales

*     diseño de nuevos aparatos y útiles deportivos, con los que se posibilitaran practicas mas seguras, mejores marcas, o la aparición de nuevos deportes.

 

·      Re-educación física

*     estudio de las alteraciones de la  motricidad, como por ejemplo diferentes trastornos en la marcha

*     construcción de maquinas y aparatos de rehabilitación

 

4.   PRINCIPIOS DE LA BIOMECANICA DEL MOVIMIENTO HUMANO (HOCHMUTK, 1973).(6).

 

La aplicación de los principios de la biomecánica a los golpes del boxeo y la comprensión de estos  nos permitirá apreciar con mas detalle los ajustes que se dan a nivel de extremidades, postura y cadena cinemática en la ejecución de los golpes del boxeo.

 

4.1. PRINCIPIO DE LA FUERZA INICIAL

Si pretendemos que un determinado cuerpo o segmento corporal alcance una elevada velocidad final moviéndose en una dirección y un sentido preestablecido, es ventajoso que sobre el cuerpo actúe una fuerza inicial en la referida dirección y sentido antes de iniciar la fase aceleratriz del movimiento, siempre que el impulso de frenado que posibilita la aparición de la fuerza no sea muy grande y mantenga una relación adecuada con el impulso de aceleración.

Lo expresado  anteriormente  puede lograrse si sometemos el cuerpo o segmento  corporal a un movimiento en sentido contrario previo al desplazamiento principal de forma tal que requiera una acción de frenado resultante de una fuerza cuya dirección y sentido serian coincidentes con los de dicho desplazamiento principal, en esa fase previa del movimiento el sentido de la fuerza seria  contrario al sentido de la velocidad (movimiento retardatriz). El valor de la velocidad se iría reduciendo hasta hacerse cero y comenzaría a aumentar pero en sentido contrario, produciéndose una transición  que debe hacerse en forma mas fluida posible. Esa fase fundamental del movimiento que comienza en el instante en que cambia el sentido de la velocidad seria aceleratriz ya que el sentido de la fuerza resultante y el de la velocidad son coincidentes.

El principio realza la importancia de tener una fuerza actuando en el sentido y la dirección convenientes desde antes de iniciar la fase final de carácter aceleratriz.

 

4.2. PRINCIPIO DEL ESPACIO ÓPTIMO DE ACELERACION

Este principio se basa en el hecho de que la energía que se puede transferir a un cuerpo depende de la fuerza aplicada y el espacio o desplazamiento experimentado.

Visto así el incremento energético será directamente proporcional la fuerza (F) y al espacio (S), por lo que al aumentar alguna de estas dos magnitudes aumentará también la energía cinética transferida aunque realmente lo anterior es cierto solo cuando no existe una relación de dependencia entre F y S-.

En la morfo-funcionalidad humana del llamado espacio de aceleración (S) esta limitado por las propiedades biomecánicas del aparato locomotor, ya que a partir de determinados valores, cualquier incremento de S influirá negativamente en la magnitud F de la aceleración media.

Es significante que la relación funcional entre velocidad y espacio de aceleración es valida para atletas con alto nivel de fuerza muscular y capacidad coordinativa, ya que son estos los que aprovechan convenientemente los factores

Las características biomecánicas del aparato locomotor humano, hacen que los elementos que integran las cadenas bio-cinemáticas se relacionen a través de movimientos rotacionales. Por ello los elementos finales de una cadena abierta pueden alcanzar grandes velocidades lineales a partir de aceleraciones angulares.

Tratando de resumir puede decirse que en todo movimiento  de un cuerpo donde se requiera alcanzar una elevada velocidad final, es preciso utilizar el espacio de aceleración óptimo que dependerá de la tarea psicomotriz que se realice, el desarrollo de las capacidades de condición y coordinación que ponen en juego, las características morfofuncionales y fisiológicas. La estructura geométrica de la trayectoria descrita y la relación entre el impulso y el frenado y el impulso de aceleración.

 

4.3. PRINCIPIO DE COORDINACION TEMPORAL DE LOS IMPULSOS

Debe existir una sucesión temporal de impulsos parciales producidos por los distintos segmentos corporales relacionados entre sí por los grupos musculares, para alcanzar todo objetivo motor que requiera una alta velocidad final.

 La sucesión temporal de impulsos debe obedecer a una determinada direccionalidad espacial y una correcta correlación entre los espacios de aceleración que se emplean por los distintos segmentos corporales.

Teóricamente la mayor velocidad del segmento final de una cadena cinemática se alcanza evaluando los impulsos finalizan simultáneamente, lo que también puede decirse como que las velocidades de cada segmento alcanzan su al máximo en el mismo instante

 

4.4. PRINCIPIO DE LA ACCION Y REACCION

Este principio más conocido como la tercera ley de NEWTON, expresa el universal mecanismo de la interacción, postulado que si un cuerpo actúa sobre otro mediante una fuerza, sobre él actuará una fuerza igual valor y dirección pero sentido contrario.

En la actividad física este principio se manifiesta siempre que se produzca interacciones, o dicho de otro modo, siempre que se actúen fuerzas. Es importante significar que una pareja de acción y reacción esta constituida por fuerzas que además de poseer  la misma intensidad y sentido opuesto, actúan en cuerpos diferentes. Esto significa que las fuerzas que actúan en un mismo cuerpo (internas)  no pueden ser consideradas como pares de acción y reacción. En caso del cuerpo humano las interacciones se pueden dar con cuerpos externos tales como la pared una viga o la propia tierra.

No obstante, el cuerpo humano esta conformado por varios segmentos corporales que pueden ser analizados como cuerpos diferentes y, por tanto, buscar parejas de acción reacción en sus interacciones (ej.: al golpear un balón con los pies)

 

PRINCIPIO DE  CONSERVACION DEL IMPULSO.

Se ajusta al siguiente enunciado: en todos los movimientos giratorios deportivos, se debe aprovechar convenientemente la ley de conservación del impulso. Esto es posible por que, gracias a las particularidades del aparato locomotor humano, considerado como una cadena cinética, con una gran movilidad de sus miembros (muchos grados de libertad), es posible modificar instantáneamente la inercia angular de la masa corporal.

 

 

5.  METODOS DE ANALISIS.

BAUMANN (1986)(7) divide la mecánica en cinemática y en dinámica, esta su vez se divide en estática y cinética.

Desde el punto de vista de la división de la mecánica la biomecánica a través de la cinemática describe la forma de  los movimientos de los cuerpos (situando espacialmente los movimientos y basándose en  detalladamente en los recorridos, velocidad, aceleración, etc.), y la dinámica se dedica a los efectos de las fuerzas sobre los cuerpos, con la cinética las fuerzas que actúan y  provocan el movimiento sobre los cuerpos y con la estáticas las fuerzas que mantiene en equilibrio los cuerpos.

El desarrollo de la biomecánica dependió en mucho de la elaboración de metodología de estudio de los movimientos. A medida que aumentaron los logros en las técnicas del registro, las características de los movimientos, comenzó a acumularse un amplio material que sirvió de base para las generalizaciones teóricas  que siguieron a la biomecánica

¨El método de la biomecánica en su aspecto mas general, esta basado en análisis sistemático y en la síntesis sistemática de las acciones, con la utilización de las características cuantitativas, en particular la modelación de los movimientos”(8)

 

5.1.  CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA MEDICIÓN(9) :

El objetivo de las mediciones en el deporte es la determinación de magnitudes mecánicas del cuerpo humano y en sus movimientos.

·      los aparatos y los medios necesarios forman parte del equipo de medición

·      para realizar una medición, los diferentes aparatos forman una cadena de medición

·      la cadena de medición esta compuesta por :

 

conversor de magnitudes

conversor de datos

aparato indicados o registrador

 

 

El conversor de magnitudes convierte una magnitud física en otra (ej.: un compás eléctrico transforma un ángulo medido en radianes), el conversor de datos amplia la señal, la nueva magnitud se lee directamente en un aparato indicador, o bien se almacena en un aparato registrador. (Disquetes, cinta magnética)

El siguiente cuadro sintetiza los métodos e instrumentos utilizados por la biomecánica, para la medida del movimiento humano.

Cuadro complementado desde, (10)  GROSSER Y OTROS (1991)  y AGUADO J. (1993)

 

	DIVISIONES		METODOS E	INSTRUMENTOS
			DIRECTOS	·      electrogoniómetro ·      acelerómetro ·      celdas fotoeléctricas
BIOMECANICA	CINEMATICA		INDIRECTOS	·      cinematografía y vídeo de alta velocidad ·      fotografía ·      radiología y radioscopia ·      fotografía de huella luminosa ·      fotografía cronocíclica
	DINAMICA	ESTATICA	·      plataforma de	fuerza
		DINAMICA	·      plataforma de ·      dinamometría	presión
OTROS METODOS E INSTRUMENTOS ·      podómetro ·      vídeo ·      fotografía ·      test de campo ·      pie de rey ·      goniómetro ·      cronometro ·      cinta métrica ·      cuenta km. De bicicleta ·      etc.

 

Las medidas obtenidas por medio de estas técnicas son utilizadas en la investigación, y también para obtener datos a partir de los que se pueda evaluar en la clase de educación física, en un reconocimiento de la aptitud de nuestros alumnos.

Hoy día encontramos diferentes maneras de medir el movimiento, pero el medio mas difundido son los sistemas de análisis de movimiento, que apoyados en vídeo de alta velocidad y del software, podemos encontrar regularidades del los movimientos y economizar tiempo en ello.

Veamos una síntesis descriptiva de un sistema biomecánico para el análisis de los movimientos.(11), que hoy día es el mas utilizado cuando queremos analizar la técnica deportiva y otras aplicaciones.

 

TAREAS.

Adquisición de imágenes. (Filmar el gesto deportivo)

Digitalización de las imágenes con el objetivo de determinar las coordenadas de puntos del cuerpo, en intervalos de tiempo iguales, y a partir de ello obtener una imagen simplificada de la posición del cuerpo en una secuencia. (Esquema de posturas)

Tratamiento matemático de la base de datos en la computadora.

Análisis biomecánico del movimiento con el auxilio de software específico.

 

Componentes del sistema para cada una de las tareas.

Adquisición de imágenes:

Una o varias cámaras de vídeo con magnetoscopios portátiles.

Sistema de referencia para longitudes o calibrador.

Marcadores reflectantes. (No utilizables en competencias)

Iluminación adecuada.

Sistema para la sincronización de las cámaras.

 

DIGITALIZACIÓN - EDICIÓN.

Un equipo de reproducción por cada cámara. (Magnetoscopios)

Un conjunto de edición, digitalización, comprobación y almacenamiento de datos.

Computadora con elevada capacidad de memoria.

Tarjeta digital para el control de los magnetoscopios, posibilitando el avance o retroceso independiente de cualquiera de ellos.

Tarjeta digitalizadota de imágenes.

La utilización de dos magnetoscopios sincronizados, permite disponer simultáneamente de dos imágenes planas de un objeto en el mismo instante, lo que se traduce en información tridimensional del objeto.

 

TRATAMIENTO.

Se dispone de un conjunto de coordenadas planas que define la configuración del cuerpo del deportista en cada plano de filmación y en cada instante, así como las coordenadas del sistema de referencia. Esto, con el tratamiento matemático adecuado, posibilitará la transformación de las coordenadas planas en espaciales.

La información obtenida del movimiento del deportista, junto a la información antropométrica almacenada (si fuera necesaria), permite pasar a la fase final.

 

ANÁLISIS Y RESULTADOS.

Una vez recogida y procesada la información puede obtenerse lo siguiente:

Tiempos, posiciones, longitudes, desplazamientos, velocidades y aceleraciones lineales y angulares de puntos o segmentos corpóreos.

Centros de gravedad.

Cargas que intervienen. (Mediante análisis dinámico inverso)

Transformaciones energéticas.

Animación de movimientos a través de esquemas de posturas.

Modelajes y simulaciones.

 

 

 

 

A partir de estas caracterizaciones cuantitativas, es posible influir en la técnica deportiva empleada, el entrenamiento, hacer comparaciones precisas, y obtener modelos.

Aunque no podemos desconocer que en la evolución de los medios de análisis del movimiento, aparecieron diferentes formas de abordar y recoger información hemos llegado al puntos más alto que esta a nuestro alcance, que son los sistemas de análisis de movimiento, apoyados en videos de alta velocidad y software, tridimensional.

 

 

 

No obstante el movimiento se analiza desde todos su puntos de vista no solo cinemáticos, sino dinámicos, fusionando diferentes técnicas y medios de medición, como ejemplo tenemos, el análisis de las técnicas de halterofilia, donde se fusionan no solo aspectos fílmicos de los gesto, si no que también con plataformas de fuerza,  profundiza en los apoyos, y en las fuerzas que actúan en el momento de la ejecución, otro ejemplo, esta representado en la gráfica, donde SCHLEIHAUF (1984),(ver figura 1)   desarrollo un método para calcular la fuerza propulsora de brazos, a partir de mediciones de ángulos de las trayectorias  de los ataque de brazos y manos, que debían se calculados en tres dimensiones, además de la medición de la velocidad alcanzada. Con este método se producen modelos de trayectorias desde dos perspectivas diferentes, colocando las cámaras a noventa grados una de otra.

No queremos terminar sin antes mencionar que desde hace muchos años en los piases de punta estos medios son utilizados para individualizar el entrenamiento de sus deportistas, y que se ha venido utilizando como medio de prevención de lesiones y rehabilitación de las mismas.

Figura 1.