Principio de la confiabilidad en la Medición de la fuerza: Tecnología Biomecánica

Nikolai Bernstein en 1930 y traducido en 1967 estableció en su libro muy avanzado para su época “ Sobre la construcción del movimiento humano” este principio bajo la afirmación “... El primer prerrequisito para cualquier estudio del movimiento humano es tener métodos confiables de medición...”

De acuerdo con Acero, 2012 En el campo deportivo, la actividad física y algunas prácticas clínicas se viene confiando en los resultados que se dan por la observación directa. Ejemplo de ellos son el entrenador que indica a su jugador de fútbol en el momento de patear un tiro libre que su tronco debe estar mas inclinado o el de un persona que corre en calle todos los días y se le indica que está realizando su ejercicio muy sentado o el del médico que le indica al paciente que su cadera esta antevertida. Las expresiones anteriores se dan porque existe muy probablemente el hecho de que esas condiciones del movimiento existan y la experiencia, el marco teórico del profesional unido a la conexión cerebro- visión resulten en un concepto que se acerca a una realidad. Muy diferente sería decir que el jugador de fútbol tiene un ángulo en su tronco de 95º relativo a la horizontal y que necesita trabajar entre 80 º y 75 º en el momento del contacto pie-balón.

La realidad es que el concepto de la confiabilidad nos lleva a medir y evaluar lo que queremos medir y evaluar. Aquí, se presenta un paso entre una hipótesis inicial con cierto carácter de subjetividad (Observación directa) y la confirmación o rechazo de esta hipótesis a través de la medición utilizando la tecnología que opera como un factor más objetivo.

Para que el principio de la confiabilidad se cumpla se deben precisar las siguientes etapas:

•Proponer inicialmente un estado de movimiento por la observación (momento subjetivo educado)

•Saber que el movimiento que vamos ha estudiar es el movimiento normal en el deportista o paciente y no el actuado o producto del momento. La sociedad Internacional de biomecánica en deportes recomienda entre 8-10 repeticiones del gesto para que sea objetivo

•Escoger el método de medición y por ende la mejor tecnología para obtener los mejores promedios de precisión. Por ejemplo los movimiento rápidos requieren de mas capacidad de captación de imágenes de las cámaras o de mayor frecuencia en otro tipo de señales. Para esto es importante conocer los niveles de precisión de la tecnología ha utilizar

•Los medidores del movimiento deben haber sido entrenados suficientemente para evitar el margen de error humano en cualquiera de los procesos biomecánicos como por ejemplo, marcación corporal, espacio biomecánico y escalas de medición y digitalización de puntos

•Analizar e interpretar los resultados a la luz de los conceptos científicos como por ejemplo es mejor en el caso del futbolista medir los ángulos inter-segmentales o los relativos

Foto 2. Análisis biomecánico de la pisada de un corredor. Tomado y adaptado de SIMI Motion System

En la foto 2 se presenta un caso de utilización del principio de la objetividad. El corredor es medido y analizado por intermedio de un sistema de videografía 2D en dos planos sagital y frontal visión anterior Este corredor cuando hace todo el apoyo del pie izquierdo presenta un ángulo inter-segmental muslo-pierna de 146.3º indicando que existe un ángulo mayor de lo usual (130 º). Por otro lado, observando los resultados de los centros de presión (derivación de los sistemas de fuerza) del pie en ese instante se establece que es un pie con tendencia a la supinación exagerada por cuanto el centro de presión (CP) está localizado en el extremo lateral del medio y ante-pie. Este resultado es muy importante porque el corredor debe utilizar zapatos que contrasten esa supinación y sus patrones de movimiento deben hacerse permitiendo más la flexión de la cadera y a nivel de la rodilla izquierda.

En los desarrollos tecnológicos de la biomecánica y especialmente aquellos relacionados con la medición y análisis de la fuerza se establecen los siguientes avances:

1. Antropometría Biomecánica

La antropometría es un brazo del conocimiento de la antropología que estudia las medidas del ser humano para determinar sus similitudes y sus diferencias. Cuando esas medidas toman un significado de proyección y de análisis de los factores cinemáticos y cinéticos del movimiento humano entonces se denomina Antropometría Biomecánica Predictiva. (Acero, 2002)

La antropometría Biomecánica permite tomar datos precisos de la estructura córporea en términos de longitudes, diámetros, profundidades, grosores, perímetros, masas , momentos de inercia y composición compartimental de los segmentos corporales para trasladarlos a la calidad del movimiento del deportista

Para muchos de los análisis biomecánicos que tienen que ver con cinética (Fuerza = masa*aceleración) es necesario determinar la masa segmental por un método que sea confiable y utilice las medidas reales del individuo. En este sentido el trabajo del Dr. Vladimir Zatsiorsky, N. Seleyunov y G. Chugunova (1990) ha propuesto una protocolo basado en su trabajo con 100 hombres y 15 mujeres vivos empleando el método de rayos gamma (radioisotópico) para calcular las masas, centros de masa y momentos de inercia segmental (SC-16).

El cálculo se deriva de los coeficientes de masa dados en este estudio mas la aplicación de la longitud y perímetro de cada segmento. (ver figura 3 ) Esta estimación geométrica establece un error promedio del 3.5 % lo cual es bastante alta y no presenta un error sistemático

Figura 2. Sistema ANTROPOBIO para cálculo de masas segmentales corporales ( Acero, 2002)

2. Dinamómetros para grupos musculares

Este instrumento es concebido de forma específica para asistir tecnológicamente al especialista en el proceso de valoración de la discapacidad física o valoración del estado de la fuerza (Nw) de un determinado grupo muscular. Este es un dinamómetro electrónico multifuncional que permite la determinación del grado de debilidad muscular de los grandes grupos musculares de miembro inferior y superior en los diferentes planos de movimiento. (Ver figura 3)

Figura 3 Ejemplos de evaluación de grupos musculares. Adaptado de NedDFM/IBV – Dinamómetro Valoración Fuerza Muscular

3. Encoder lineal y rotatorio

El uso del encoder lineal está especialmente indicado en ejercicios de levantamiento de pesas (halteras) o cualquier ejercicio de musculación donde haya que vencer, en contra de la gravedad, una carga o resistencia que se desplaza siguiendo una trayectoria vertical. Gracias a este sistema, atleta y entrenador obtienen una valiosa retroalimentación de cada repetición realizada en términos de velocidad potencia y fuerza aplicada (ver figura 4)

Un encoder rotatorio es un sensor electro-opto-mecánico que unido a un eje, proporciona información de la posición angular y por ende , la fuerza y velocidad de un movimiento rotatorio. Su fin, es actuar como un dispositivo de realimentación en sistemas de control integrado (ver figura 5)

Figura 4. Sistema de encoder Lineal

Figura 5. Sistema de encoder Rotatorio

4. Plataforma de presiones

Otro sistema está relacionado con la medición de los centros de presión sobre la base de sustentación. Para ello se utilizan plataformas sensibles que miden la cantidad y trayectoria de la presión sobre la planta del pie durante el movimiento. (Ver Figuras 6 y 7)

Figura 6. Registro de la plataforma de Presión sobre la marcha humana. Sistema Novel

Figura 7. Evaluación del comportamiento del centro de presión en la unidad pie- zapato en futbol bajo la plataforma de Presión

5. Plataformas de fuerza

Los sistemas de medición de la fuerza de reacción en x, y z a través de plataformas ortogonales están permitiendo captar cinéticamente la cantidad de fuerza elaborada secuencialmente por los segmentos corporales en las tres dimensiones. (Ver Figura 8)

Plataformas de fuerza son plataformas dinamométricas diseñadas para registrar y analizar las fuerzas de acción-reacción y momentos realizados por una persona durante la realización de una actividad determinada.

Figura 8. Sistema triaxial de plataforma de fuerzas

6. Celdas de carga

Una celda de carga o celdas extensionometricas es un transductor que convierte la fuerza mecánica en señales eléctricas. Hay muchos tipos diferentes de células de carga que operan de formas diferentes, pero la célula de carga más comúnmente utilizada hoy en día es la galga extensométrica. Como su nombre implica, las células de carga mediante galgas extensométricas utilizan una matriz de galgas para medir la deformación de un componente de una estructura y convertirla en una señal eléctrica. . (Ver Figura 9)

Figura 9. Sistema de celdas de carga para isometría

7. Plataformas de contacto

Es un Sistema de evaluación biomecánica haciendo énfasis en la obtención directa de variables cinemáticas directas y cinéticas indirectas como potencia generada durante actividades relacionadas con actividad física y deporte, funcionalidad y movimiento alterado cuyo medio es la tecnología de contactos que activa un cronómetro automático programable. Brinda la posibilidad de realizar numerosas evaluaciones biomecánicas que hasta ahora solo podían efectuarse con sofisticados y costosos sistemas. . (Ver Figura 10)

Figura 10. Sistema Plataforma de contacto BIOSALTUS-II&SB

8. Acelerómetros 2d y 3d

Los acelerómetros manifiestan su funcionamiento basado en la segunda ley de Newton, se relaciona con la fuerza de inercia generada por una masa ubicada sobre un captador de fuerzas, el cual traduce la fuerza medida en una señal eléctrica. En general, los acelerómetros suministran información relativa a una dirección del espacio, aunque existen modelos más complejos capaces de generar información tridimensional. (Ver Figura 11)

Figura 11. Ejemplo de un acelerómetro en 3D para la mano o pie. Biometrics 2008

9. Sistemas de análisis del movimiento 2D y 3D integrados

Es un sistema de análisis del movimiento humano que implica (1) la toma de videos digitales con cámaras compatibles desde varios planos de movimiento, el traslado de las imágenes desde las cámaras al PC para la construcción de los video clips y finalmente el uso de un software biomecanicos poderoso) para realizar análisis biomecánicos de carácter cinemático en los movimientos objeto de análisis y en forma inversa poder tener valores de fuerza y potencia aplicadas . Este sistema está diseñado para los entrenadores deportivos, científicos de la actividad física y el deporte, médicos deportólogos, podólogos, fisiatras, ortopedistas, fisioterapeutas, diseñadores industriales, quiroprácticos, profesores de biomecánica y kinesiología y bioingenieros. (ver figura 12, y 13 )

Figura 12. Sistema de Videografía integrada 2d y 3D . II&SB

Figura 13. Sistema de Videografía integrada 3D . Kwon3D- II&SB

10. Referencias Bibliográficas:

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