El Papel del Ciclo de Estiramiento-Acortamiento en el Salto

Role of the Stretch-Shortening Cycle in Jumpling

Claire T. Farley 1

1Department of Integrative Biology, University of California, Berkeley.

Artículo publicado en el journal Revista de Entrenamiento Deportivo, Volumen 27, Número 2 del año .

Resumen

Existen numerosas pruebas de que la producción de potencia es mejorada por el ciclo de estiramiento-acortamiento en los movimientos explosivos. Ingen Schenau y otros argumentan que la realización mejorada del salto con un contramovimiento no se debe al almacenamiento y liberación de la energía elástica o a la potenciación muscular. De hecho, tanto los datos experimentales como los resultados del modelo parecen apoyar esta opinión. Discrepo con la interpretación general de este hallazgo como indicación de que el ciclo de estiramiento-acortamiento no juega nunca un importante papel en la mejora de la fuerza muscular y de la producción de potencia en los movimientos explosivos. En los ejemplos más obvios, en los que el ciclo de estiramiento-acortamiento un importante papel, la fuerza muscular o la producción de potencia excede a la que se produciría sin un pre­ estiramiento. Se discuten tres ejemplos de este tipo: los saltos con contramovimiento en los humanos, el salto de la rana, y el salto del canguro rata. Los modelos animales prometen aclarar el papel del ciclo de estiramiento-acortamiento porque es posible medir realmente las fuerzas musculares in vivo y las propiedades musculares in vitro.

Palabras clave: -

Abstract

There is ample evidence that power output is enhanced by the stretch-shortening cycle in explosive movements. Ingen Schenau et al. argue that the improved jumping performance with a countermovement is not due to the storage and release of elastic energy or muscle potentiation. Indeed, both experimental data and modeling results seem to support this view. I disagree with broadly interpreting this finding to mean that the stretch-shortening cycle never plays an important role in enhancing muscle force and power output in explosive movements. In the most obvious examples in which the stretch-shortening cycle plays an important role, muscle force or power output exceeds what would be possible without a prestretch. I will discuss three examples of this type: countermovement jumps in humans, frog jumping, and kangaroo rat jumping. Animal models hold promise for elucidating the role of the stretch-shortening cycle because it is possible to actually mea­ sure in vivo muscle forces and in vitro muscle propetties.

Keywords: -

Los saltos con contramovimiento en los humanos

La máxima producción de potencia muscular que actúa sobre el tobillo es esencialmente superior durante los saltos con contramovimiento que durante las contracciones isocinéticas. La máxima producción de potencia en cada tobillo es de 1,800 W durante un salto con contramovimiento sobre una pierna y de 1,200 W durante un salto con contramovimiento con las dos piernas (Soest, Roebroeck, Bobbert, Huijing y Ingen Schenau, 1985). La máxima producción de potencia en el tobillo durante la prueba isocinética es inferior a 200 W (Fugl-Meyer, Mild y Hornsten, 1982}. Por consiguiente, en comparación con la máxima producción de la potencia isocinética, la producción de potencia en el tobillo es aproximadamente nueve veces mayor en un salto con una pierna y seis veces mayor en un salto sobre las dos piernas. La razón más importante para estas producciones de potencia excepcional­ mente altas es que la energía elástica almacenada en los tendones durante el contramovimiento se libera durante el impulso (Bobbert, Huijing y Ingen Schenau,1986). Los modelos de la conducta del músculo extensor del tobillo durante un salto indican que la energía esencial es almacenada y liberada por las estructuras tendinosas durante un salto con contramovimiento, contribuyendo al 50-70% de la producción de potencia en el tobillo (Anderson y Pandy, 1993; Bobbert y otros, 1986). Además, se transfiere alguna potencia desde la rodilla al tobillo a través del músculo gastrocnemio biarticular, pero sólo explica aproximadamente el 20% de la producción de potencia en el tobillo (Bobbert y otros, 1986). Por consiguiente, el almacenamiento y liberación de la energía elástica parece ser la principal razón para la producción de potencia excepcionalmente alta en el tobillo durante el salto.

Es interesante observar que la producción de potencia en el tobillo es casi el 50% mayor durante un salto sobre una pierna que durante un salto con ambas piernas. Parece probable que esta diferencia pueda ser explicada, al menos en parte, por una diferencia en el almacenamiento de la energía elástica. Los niveles de activación muscular son mayores durante un salto sobre una pierna que en un salto con ambas piernas, aunque la diferencia no es lo suficientemente grande como para explicar completamente el 50% de la producción de potencia mayor en el tobillo durante un salto con una pierna (Soest y otros, 1985). Los músculos gastrocnemios medial y lateral sólo muestran incrementos de un 25% y de un 12%, respectivamente, en el nivel medio del EMG en un salto sobre una pierna, comparado con un salto con ambas piernas. No existe diferencia significativa en el nivel medio del EMG del músculo sóleo (Soest y otros, 1985). Por consiguiente, los cambios en la activación muscular no explican completamente, la diferencia del 50% en la máxima producción de potencia. Sin embargo, algunos datos sugieren una diferencia esencial en la energía elástica almacenada durante el contramovimiento en un salto con una pierna en comparación con un salto con ambas piernas. El almacenamiento de la energía elástica aumenta a medida que se aumenta la fuerza del músculo (Ingen Schenau y otros, 1997). El momento muscular neto del tobillo al final del contramovimiento es un 60% mayor para un salto sobre una pierna que para un salto sobre ambas piernas (Soest y otros, 1985). En consecuencia, es probable que la cantidad de energía elástica almacenada en el tendón de Aquiles sea sustancialmente mayor al final del contramovimiento durante un salto con una pierna que durante un salto con ambas piernas, lo que conduce a una producción de potencia mejorada en el tobillo en un salto sobre una pierna.

Pruebas de la importancia del papel del almacenamiento de la energía elástica en el salto de las ranas

Algunas ranas son saltarinas increíbles; por ejemplo, una rana con una masa corporal inferior a 1 g (Pseudacrís crucifer, mirona de primavera), puede saltar una distancia horizontal de 0.6 m (Marsh y John-Alder, 1994). Sorprendentemente, la producción total de potencia durante un salto máximo es mayor que la que los músculos son capaces de producir durante el acortamiento isotónico. Por ejemplo, en un salto máximo realizado por una "mirona de primavera11 , la producción promedio de potencia es de 535 W por kg. de masa muscular, y la máxima producción de potencia es superior a 1,000 W por kg de masa muscular (Marsh y John-Alder, 1994). Estos valores son sustancialmente mayores que la máxima producción de potencia de 350 W/kg del músculo de la rana durante el acortamiento isotónico a la misma temperatura usada durante los experimentos del salto (20º C) (Cecchi, Colomo y Lombardi, 1978; Lannergren, Lindblom y Johansson, 1982). Al interpretar estos resultados, es importante darse cuenta de que la estimación de la producción de potencia por unidad de masa muscular durante un salto normalmente se infravalora. La razón es que todos los músculos que presuntamente pudieran contribuir a la potencia para el salto estaban incluidos en el cálculo. Por consiguiente, la verdadera masa del músculo activo probablemente sea inferior al valor usado en los cálculos, lo que conduce a una infravaloración de la producción de potencia por unidad de masa muscular activa.

Estos hallazgos apuntan a un importante papel del almacenamiento de energía elástica en el salto de la rana. Sorprendentemente, estos extraordinarios saltos se consiguen sin una fase de contramovimiento visualmente obvia. Se ha sugerido que los músculos pueden efectuar el trabajo sobre los tendones antes de que la rana comience a moverse y ya en la fase del impulso (Marsh, 1994; Marsh y John-Alder, 1994). Posteriormente, los tendones pueden liberar energía elástica durante la última fase del impulso, en el momento en que se alcanza la máxima producción de potencia. Este mecanismo para la redistribución temporal del trabajo muscular es usado por algunos insectos. En estos insectos, los mecanismos anatómicos de "captura" permiten a los músculos trabajar sobre las estructuras elásticas antes de que comience el movimiento del cuerpo (Bennet-Clark, 1977). Los mecanismos anatómicos de captura no se han identificado en las ranas, aunque se ha especulado que la pobre ventaja mecánica de los músculos ya en la fase de impulso o en la coactivación de antagonistas proporciona un mecanismo funcional de captura (Marsh y John-Alder, 1994). Al margen del mecanismo, las máximas producciones de potencia extremadamente grandes durante un salto indican que el almacenamiento de energía elástica debe jugar un importante papel en el salto de la rana.

La potenciación muscular en el salto del canguro rata

Los canguros rata son unos saltadores extraordinariamente buenos. Un canguro rata de 100 g puede saltar 0.5 m verticalmente, más de cinco veces la altura del canguro rata (Biewener, Blickhan, Perry, Heglund y Taylor, 1988). Esta altura de los saltos es similar a la de un ser humano que realiza un salto con contramovimiento. La fuerza en el grupo muscular del extensor del tobillo de un canguro rata durante los máximos saltos se ha examinado implantando una hebilla en el tendón de Aquiles {Biewener y otros, 1988). Posteriormente, la máxima fuerza isométrica de los extensores del tobillo se determinaba in situ, Esta aproximación revelaba que la musculatura extensora del tobillo genera 1.75 veces su máxima fuerza isométrica durante un salto (Biewener y otros, 1988). En estos máximos saltos verticales, los canguros rata aterrizan desde un salto anterior y comienzan otro salto inmediata mente después de la toma de tierra. Por consiguiente, existe una oportunidad para el preestiramiento del músculo antes del salto. El único modo de que se alcanzaran estas grandísimas fuerzas musculares es estirando los músculos durante la fase de aterrizaje. El músculo esquelético que está activo y estirado puede generar 1.5-1.8 veces más fuerza que en una contracción isométrica (Harry, Ward, Heglund, Morgan y McMahon, 1990; Katz, 1939). Esta potenciación de la producción de la fuerza persiste incluso después de que termine la fase de alargamiento. Por consiguiente, la fase de pre-estiramiento permite al músculo del canguro rata generar fuerzas y producciones de potencia muy grandes durante un salto.

Conclusión

En estos ejemplos, la fuerza o la producción de potencia excede el máximo que puede producir el músculo sin potenciación o almacenamiento y liberación de energía elástica. En la futura investigación, los experimentos animales que incluyan mediciones musculares tanto in vivo como in vitro serán particularmente útiles para descubrir además el papel del ciclo de estiramiento-acortamiento en movimientos explosivos parecidos al salto.

Referencias

1. Anderson, F.C., y Pandy, M.O. (1993). Storage and utilization of elastic strain energy during jumping. Journal of Biomechanics, 26, 1413-1427.

2. Bennet-Ciark, H.C. (1977). Scale effects in jumping animals. In T.J. Pedley (Ed.). Sea/e effects in animallocomotion (pp. 185-201). New York: Academic Press.

3. Biewener, A.A., Blickhan, R., Perry, A.K., Heglund, N.C., y Taylor, C.R. (1988). Muscle forces during locomotion in kangaroo rats: Force platfonn and tendon buckle measurements com­ pared. Journal of Experimental Biology, 137, 191-205.

4. Bobbert, M.F., Huijing, P.A., y van Ingen Schenau, G.J. (1986). An estimation ofpower output and work done by the human triceps surae muscle-tendon complex in jumping. Journal of Biomechanics, 19, 899-906.

5. Cecchi, G., Colomo, F., y Lomabardi, V. (1978). Force-velocity relation in normal and nitrate­ treated frog single muscle fibres during rise of tension in an isometric tetanus. Journal Physiology, 285, 257-273.

6. Fugl-Meyer, A.R., Milcl, K.H., y Hornsten, J. (1982). Output of skeletal muscle contractions. A study of isokinetic plantar flexion in athletes. Acta Physiologica Scandinavica, 115, 193-199.

7. Han•y, J.D., Ward, A.W., Heglund, N.C., Margan, D.L., ancl McMahon, T.A. (1990). Cross-briclge cycling theories cannot explain high-speed lengthening behavior in frog muscle [see com­ments]. Biophysics Journal, 57, 201-208.

8. Ingen Schenau, G.J. van, Bobbert, M.F., y Haan, A. de. (1997). Does elastic energy enhance work and efficiency in the stretch-shortening cycle? . Jaumal of Applied Biomechanics, 13, 389- 415.

9. Katz, B. (1939). The relations between force and speed in muscular contraction. Joumal of Physiology (London), 96, 45-64.

10. Lam\ergren, J., Lindblom, P., y Johansson, B. (1982). Contractile properties of two varieties of twitch muscle fibres in Xenopus laevis. Acta Physiologica Sc(lndinavica, 114, 523-535.

11. Marsh, R.L. (1994). Ju¡nping ability of anuran amphibians. In J.H. Jones (Ed.). Advances in veterinary science and comparative medicine (pp. 51-111). New York: Acadernic Press.

12. Marsh, R.L., y John-Alder, H.B. (1994). Jumping performance ofhylid frogs measured with high­ speed cine film. Journal of Experimental Biology, 188, 131-141.

13. Soest, A.J. van, Roebroeck, M.E., Bobbert, M.F., I-luijing, P.A., y Ingen Schenau, G.J. van (1985). A comparison of one-legged and two-legged countennovement jumps. Medicine and Science in Sports and Exercise, 17, 635-639.

14. Farley C T (1997). Role of the Stretch-Shortening Cycle in Jumpling. Journal of Applied Biomechanics 13 (4) 436-439

Cita Original

Farley C T (1997) Role of the Stretch-Shortening Cycle in Jumpling Journal of Applied Biomechanics 13 (4) 436-439

Cita en Rev Entren Deport

Claire T. Farley (2013). El Papel del Ciclo de Estiramiento-Acortamiento en el Salto. Rev Entren Deport. 27 (2).
https://g-se.com/el-papel-del-ciclo-de-estiramiento-acortamiento-en-el-salto-1587-sa-U57cfb27232135

COMPARTIR