18 Nov
Introducción a la Biomecánica Deportiva
¿Qué es la Biomecánica?
La biomecánica es la ciencia que estudia el movimiento de los organismos biológicos aplicando las leyes de la mecánica.
Biomecánica Deportiva: Definición y Objetivos
La biomecánica deportiva es la ciencia que estudia el movimiento del deportista aplicando las leyes de la mecánica, con el objetivo de aumentar el rendimiento y evitar las lesiones.
Permite conocer las características de un gesto deportivo en concreto. Es más aplicable en deportes cíclicos como el ciclismo, deportes en los que el mismo gesto se repite una y otra vez en condiciones más o menos constantes. En estos casos, se compara la técnica del deportista con la técnica considerada como ideal y se procede a plantear las modificaciones necesarias en el entrenamiento para corregir los posibles errores. En los deportes de equipo, sin embargo, la acción de juego provoca que las acciones motrices sean siempre diferentes y, por lo tanto, menos propensas al estudio biomecánico.
Las Tres Tareas Fundamentales de la Biomecánica Deportiva
La tarea de la biomecánica deportiva se divide en tres partes:
- Medir y cuantificar distintas variables relacionadas con la técnica del deportista, como la posición de los segmentos corporales y del centro de masas, la fuerza ejercida por los diversos grupos musculares, etc.
- Basarse en estas mediciones para tomar las mejores decisiones sobre el entrenamiento, el material, etc., que hagan aumentar el rendimiento deportivo y eviten las lesiones en el futuro.
- Cuantificar nuevamente la técnica para evaluar la efectividad del entrenamiento planteado y valorar las mejoras obtenidas.
Tipos de Evaluación Biomecánica
1. Evaluación Cualitativa
Se basa en la observación a simple vista, generalmente con la ayuda de una planilla en la que se han identificado previamente todos los parámetros que definen la técnica que queramos estudiar. Se puede utilizar en la práctica diaria. En este tipo de evaluación existe siempre un cierto grado de subjetividad que limita la validez de los resultados.
2. Evaluación Cuantitativa
Implica tener un material a veces costoso para cuantificar de forma precisa la técnica deportiva. Mide de forma precisa y objetiva sus parámetros vitales. Las técnicas de evaluación cuantitativas más utilizadas son el análisis cinemático y cinético.
Métodos Específicos de Evaluación Cuantitativa
- Análisis Cinético.
- Análisis Cinemático.
- Análisis Electromiográfico (EMG): Estudia la activación eléctrica de los músculos del deportista a través de electrodos especiales. Pueden estar puestos en la piel o insertados en los músculos. Se puede medir la activación y desactivación de cada músculo o grupo muscular involucrado en una acción, la intensidad intramuscular del gesto técnico y ver cómo evoluciona a lo largo del tiempo o gracias a un determinado entrenamiento.
- Análisis Aerodinámico: Cuando el deportista se mueve a gran velocidad, es interesante estudiar la fuerza de resistencia producida por el aire para intentar reducirla al máximo. Ejemplo: Ciclismo en ruta (contra el reloj). Se busca encontrar la posición y el material adecuado para la competición.
- Modelización por Ordenador: Programar determinados softwares para realizar un modelo informático del gesto deportivo, y estudiar cómo se ve afectado por distintas variables.
Análisis Cinético: Estudio de las Causas del Movimiento
El objetivo del análisis cinético es analizar las causas que originan el movimiento: fuerzas musculares, inerciales, etc.
Sensores de Fuerza Utilizados en Biomecánica
La fuerza externa producida por estos factores se mide con sensores de fuerza, como:
- Sensores Piezoeléctricos: Producen una corriente eléctrica cuando se ven sometidos a presión. Con esa corriente se puede calcular la fuerza original. Responden muy rápido a los cambios de fuerza o presión. Son ideales para movimientos rápidos como chuts, golpes o saltos.
- Galgas Extensiométricas: Sensores en forma de ‘S’. Tienen una fina resistencia eléctrica a los lados del sensor. Modifican la resistencia al paso de la corriente eléctrica cuando este se deforma. Se calcula la deformación del sensor y con esto la fuerza ejercida sobre él. No responden tan rápidamente a los cambios de presión o fuerza, por lo que son más adecuados para movimientos progresivos y continuados.
Los sensores de fuerza, aplicándolos a una máquina de leg-extension, pueden servir para medir la fuerza de extensión del miembro inferior, así como la tasa de desarrollo de fuerza. Esto es importante en movimientos rápidos y explosivos que permiten desarrollar la fuerza máxima en un tiempo menor. Se pueden añadir sensores de fuerza en pedales para medir la aplicación de la fuerza durante la pedalada.
Estudio Estático y Dinámico
Estática
Estudio de sistemas inmóviles que están en equilibrio. No es muy utilizada porque el deporte se compone de movimientos dinámicos. Ejemplo: gimnasia o saltos de trampolín.
Se analiza poniendo al deportista en postura erguida y estática sobre una plataforma de fuerza triaxial. Los sensores de fuerza medirán el desplazamiento del centro de presión de nuestro cuerpo. Cuanto menor sea el desplazamiento del centro de presión, mayor será el equilibrio del deportista.
Dinámica
Estudia lo que se mueve, ya sean fuerzas internas (fuerzas musculares) o externas (fuerza de gravedad).
Test Cinético Dinámicos para Deportes de Equipo
La biomecánica deportiva tiene tres opciones principales para el estudio dinámico en deportes de equipo:
- Analizar el gesto deportivo en situación estandarizada.
- Analizar el gesto técnico en situación de competición.
- Centrarse en la evaluación para la prevención de lesiones o en la valoración funcional del deportista para determinar las modificaciones producidas por el entrenamiento en las distintas capacidades físicas.
Evaluación de la Potencia: Test de Salto (SJ y CMJ)
Los tests de saltos son muy utilizados en la valoración funcional del deportista porque permiten medir la potencia anaeróbica de los músculos extensores de los miembros inferiores, para valorar el efecto del pre-estiramiento en el trabajo desarrollado por estos músculos y para inferir su porcentaje de fibras veloces.
Salto Vertical (SJ – Squat Jump)
El SJ se correlaciona con el porcentaje de fibras veloces y con la capacidad anaeróbica del atleta. El sujeto se coloca con las rodillas flexionadas a 90 grados, espera un momento y realiza una extensión máxima de piernas para saltar lo más alto posible. Aquí se valora la fuerza explosiva de los músculos extensores de la pierna. Es una contracción muscular concéntrica, lo cual se utiliza poco en la práctica deportiva.
Procedimiento del SJ
El jugador está inmóvil en la plataforma. Entre la primera y la segunda fase se produce una pequeña disminución de la fuerza para incrementarse inmediatamente. Baja el CM (Centro de Masa) para ponerse a 90 grados las rodillas. En la segunda fase, el jugador está inmóvil durante un segundo a 90 grados. Luego empieza a hacer fuerza con los extensores de la pierna y el CM comienza a elevarse. Para elevarlo, nos tenemos que apoyar en la plataforma y hacer fuerza sobre ella. En el despegue, las rodillas y tobillos están extendidos y en el vuelo el CM está sujeto a la fuerza de gravedad. El CM se eleva durante la mitad de la duración del salto hasta alcanzar una altura máxima y luego desciende. Luego aterriza con el cuerpo más flexionado y el CM más bajo que en el despegue. La altura del salto es la diferencia entre la posición inicial del CM y la altura máxima obtenida.
La potencia de salto se calcula multiplicando la velocidad por la fuerza.
Salto con Contramovimiento (CMJ – Countermovement Jump)
Se inicia desde la posición erecta con las manos en las caderas y se hace un rápido movimiento hacia abajo para saltar inmediatamente hacia arriba lo más alto posible. Valoramos la fuerza explosiva de las piernas y la capacidad de reutilizar la energía elástica almacenada en la componente elástica de los músculos extensores de los miembros inferiores.
Cuando un material elástico (y el tendón lo es) se deforma, acumula energía elástica y vuelve a su forma original cuando la fuerza que lo ha deformado desaparece. Cuando en un CMJ hacemos un rápido movimiento hacia abajo, estamos flexionando rápidamente las rodillas, lo que alarga los músculos extensores y estira sus tendones. Si inmediatamente nos impulsamos hacia arriba, la energía elástica almacenada en ellos se suma a la fuerza muscular, produciendo una mayor fuerza total, lo que nos permitirá alcanzar una altura de salto mayor. Es importante notar que el efecto de reutilizar la energía elástica se produce solo si el cambio entre la contracción excéntrica y la concéntrica es muy rápido, ya que de lo contrario la energía elástica se dispersa como calor.
Evaluación de la Rigidez Musculotendinosa (Stiffness)
Test para la Determinación de la Stiffness Global de los Miembros Inferiores
La stiffness musculotendinosa es muy importante en deportes de equipo como el fútbol. Es la rigidez de todo el sistema compuesto por el músculo y los tendones. Cuanto mayor sea la stiffness o rigidez del tendón, menos se deforma y antes y mejor transmitirá la fuerza al hueso. Un tendón poco rígido se deformará mucho y solo al llegar a cierto límite de longitud transmitirá fuerza.
Un sistema musculotendinoso stiff transmite antes fuerza a los huesos y produce movimientos. La stiffness de miembros inferiores tiene una gran ventaja para el deportista, ya que permite reaccionar unas milésimas de segundo antes en cambios de dirección, aceleraciones, etc., por lo que es muy importante entrenar.
Además de esto, un sistema musculotendinoso rígido implica una mayor vulnerabilidad ante lesiones de tipo muscular. Se rompe con más facilidad. Cuando es más rígido, no tiene capacidad de absorber la energía del impacto. Un material blando absorbe energía deformándose y protege contra la rotura (ejemplo: plastilina). Aumentar en exceso la stiffness muscular puede acarrear mayor probabilidad de lesión.
Medición y Protocolo
Para medir la stiffness global de miembros inferiores, el deportista realizará una serie de saltos maximales sobre la plataforma de fuerza a una frecuencia de 132 saltos por minuto con las manos en la cadera. Es importante comparar el resultado con los demás del equipo o del mismo jugador durante el campeonato para ver su límite de tolerancia. Normalmente, un jugador nunca se va a lesionar si sus valores de stiffness están por debajo de 20,000 N/m. Si están por encima, las posibilidades de lesionarse aumentarán.
El biomecánico evaluará los resultados y aconsejará al entrenador para decidir la estrategia a seguir y proponer ejercicios específicos para aumentar o reducir la stiffness musculotendinosa.
Ejercicios para Modificar la Stiffness
Para aumentar la stiffness:
- Ejercicios de fuerza isométrica.
- Ejercicios de fuerza máxima con articulaciones bloqueadas.
- Ejercicios pliométricos (aprovechar el reflejo de estiramiento para aumentar la fuerza muscular, realizando caídas desde diferentes alturas seguidas de un salto maximal).
Para reducir la stiffness:
- Estiramientos (stretching) realizados de forma pausada y prolongada.
Análisis Cinemático: Estudio del Movimiento Externo
El análisis cinemático estudia el aspecto externo del movimiento sin analizar sus causas. Mide la posición de los distintos segmentos corporales, su velocidad y su aceleración. Ejemplos incluyen la velocidad del brazo en un remate de voleibol o la velocidad a la que sale despedido el balón. Estos estudios sirven para evaluar las posibles mejoras obtenidas tras un entrenamiento específico. Lo mismo podemos hacer con un chut de fútbol, un saque de tenis o un lanzamiento en balonmano.
Se instalan cámaras para asegurar que cada gesto se digitalice correctamente. Esto permite reducir el error de medición y asegura que el valor digitalizado sea real.
Ejemplos de Aplicación Cinemática
Un ejemplo es el estudio de tres técnicas de bloqueo para saber cuál permite llegar antes a la red y, por lo tanto, tener mayor probabilidad de éxito. Se instalan marcadores en distintos puntos del cuerpo y varias jugadoras prueban la técnica. Cada técnica se prueba tres veces. Se midieron parámetros que definen un buen bloqueo, como el tiempo que tardaron en realizarlo, la altura del salto y la distancia que las manos se elevaban por encima de la red. Los resultados indicaron qué técnica conseguía llegar antes al bloqueo.
Otro ejemplo es la determinación del ángulo óptimo de salto de longitud. Se utiliza una cámara de video para determinar el CM de cada sujeto en cada fotograma y, a partir de ahí, su velocidad, altura y ángulo de despegue.
El Centro de Masa (CM)
El Centro de Masa (CM) es el punto en el que se concentra toda la masa del cuerpo (también conocido como Centro de Gravedad).
- En objetos geométricos regulares: Se corresponde con el centro geométrico del objeto. No siempre coincide con la parte física del objeto (ejemplo: un donut, donde el CM está fuera).
- En objetos irregulares: Al suspender el objeto desde un extremo, la línea vertical de la gravedad pasa siempre por el CM. Hay que hacer esto desde dos puntos distintos del perímetro del objeto para medir el CM como el punto de intersección de las líneas de gravedad.
Cálculo del Centro de Masa en el Cuerpo Humano
El cuerpo humano está compuesto por materiales de distinta densidad (como huesos, órganos, etc.). No es regular ni externa ni interiormente. Para calcular el CM, necesitamos dos variables:
- La masa de cada segmento corporal.
- La posición del CM segmentario.
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