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Mecanismos de trabajo del sistema locomotor del ser humano

Sea cual sea el movimiento efectuado por la persona, siempre se realizará con la ayuda de los mecanismos especializados de trabajo de su sistema locomotor.

Nociones sobre los mecanismos de trabajo del sistema locomotor del hombre

Los mecanismos de trabajo son los elementos funcionales del aparato locomotor que suministran al organismo la energía mecánica del movimiento y, a la vez, su aprovechamiento efectivo en relación con la tarea motora a resolver y sus correspondientes condiciones externas. Entre los principales mecanismos de trabajo del cuerpo conviene destacar:

Esfuerzo muscular de tracción, como fuente principal de energía mecánica para el movimiento corporal del hombre. El principio del mecanismo para la transmisión del esfuerzo útil de los músculos que se contraen y la palanca ósea– las partes del cuerpo interrelacionadas por las articulaciones. La función dinámica de los músculos consiste en la aproximación de dos puntos del esqueleto que tienen partes contiguas.

Figura 2.1 Gráficos F(t) y F(s) del movimiento explosivo.

Sinergias musculares: actividad de trabajo coordinado de forma refleja de diferentes grupos musculares a nivel de una articulación o zona corporal concreta que provoca el movimiento del sistema de palancas del cuerpo en una dirección determinada. Representan el funcionamiento coordinado de los sinergistas y de sus antagonistas funcionales que vuelven al sistema cinemático. El mecanismo completo se realiza con los reflejos y difiere debido a la velocidad del movimiento y al valor de la resistencia externa que se tiene que superar. Por eso, la debida orientación de las sinergias musculares es uno de los objetivos para un eficaz funcionamiento de nuestro cuerpo.

Reflejos motores elementales y postural-tónicos (de la postura), que se manifiestan como mecanismos innatos y muy básicos de movimiento universalmente comunes. Contribuyen al mantenimiento de la postura, toman parte en la organización de las acciones motrices complejas en calidad de elementos constituyentes y actúan sin un control consciente.

Propiedades elásticas de los músculos, que garantizan la acumulación en su materia de la energía elástica complementaria (no metabólica) en el momento de su distensión mediante una fuerza externa (por ejemplo, en la amortiguación de la fase de apoyo en una carrera o unos ejercicios de salto). La deformación elástica de los tendones y músculos excitados durante su preestiramiento por la fuerza externa conlleva la acumulación de cierto potencial de tensión, la cual, cuando se inicia una contracción, podrá ser aprovechada como un suplemento considerable de fuerza, intensificando la potencia de la contracción muscular. Cuanto mayor es la contribución de este suplemento de fuerza al movimiento, mayor será su efecto de trabajo.

Sucesión racional de la incorporación al trabajo de los músculos con diferentes propiedades funcionales. Por lo general, los primeros en incorporarse al trabajo son los grupos musculares menos rápidos pero más fuertes de las articulaciones proximales del cuerpo, que superan la resistencia de la inercia del cuerpo o del aparato deportivo. A continuación se activan los grupos musculares menos fuertes pero más rápidos, que sirven a las articulaciones distales y aumentan la velocidad del movimiento ya iniciado.

Tono del sistema muscular, es decir, el estado de elasticidad de los músculos, condición indispensable para su preparación (ajuste fisiológico) de cara al movimiento o postura a ejecutar.

Como biomecánicamente racional entenderemos aquel complejo sistema de movimientos que está organizado de acuerdo con las particularidades anatómico-funcionales del sistema locomotor y permite utilizar con la máxima eficacia los mecanismos de trabajo que le son propios en las condiciones concretas del ejercicio motriz a realizar.

En el proceso de ejecución de cualquier ejercicio motriz, los mecanismos corporales de trabajo interactúan de un modo determinado y se unifican, como resultado de un entrenamiento sistemático, en un sistema racional de funcionamiento que aporta una mayor eficacia a todo el complejo motriz.

Los mecanismos de trabajo se establecieron y fijaron de forma hereditaria en el transcurso de la prolongada evolución del sistema locomotor humano. El entrenamiento deportivo no les aporta nada nuevo, tan sólo los conduce hasta un alto nivel de perfeccionamiento funcional, ajustando su coordinación y mejorando su potencial energético.

Ser consciente de las propiedades funcionales de los mecanismos corporales de trabajo y de su perfeccionamiento como resultado del entrenamiento posee una importancia extraordinariamente significativa para la asimilación de una técnica deportiva racional y la elección de los procedimientos de la preparación especial en fuerza. Analizaremos de forma sucinta estas propiedades –desde el punto de vista de la biomecánica–, en tres niveles de organización de los movimientos:

nivel de par cinemático (dos palancas contiguas y unidas de forma móvil);

nivel de cadena cinemática (unión sucesiva de una serie de palancas del cuerpo);

nivel de sistema cinemático (totalidad de las cadenas cinemáticas en

Par cinemático

El perfeccionamiento del movimiento a nivel de un par cinemático (Fig. 2.2) en función de su cometido está relacionado con el desarrollo dela capacidad de manifestar un esfuerzo motriz de grandes proporciones, o con la ejecución del movimiento con una gran velocidad angular, o con ambas cosas a la vez.

Figura 2.2 Ejemplo de pareja cinética (dos eslabones vecinos, articulados por el codo).

Las principales particularidades del carácter y orientación del proceso de perfeccionamiento cualitativo del movimiento a nivel de par cinemático pueden expresarse como sigue:

1.Con el cambio de ángulo de la articulación se alteran las condiciones de trabajo de los músculos: cambia su longitud y el ángulo de la tracción. En consecuencia se modifica la fuerza de tracción y el punto de aplicación de la fuerza y, por consiguiente, también el momento de rotación de la fuerza muscular. Por ello, el máximo de fuerza externa desarrollado por los músculos se corresponde con el ángulo articular determinado de cada caso concreto.

Por ejemplo, en una flexión aislada del brazo, el máximo de fuerza de la articulación del codo se consigue con los 90°, en la extensión de la misma articulación, con los 120°, en la extensión de la articulación humeral, con los 60-70°, y en la extensión de la rodilla, con los 60°. Con todo, puede que al deportista entrenado la fuerza máxima no se le manifieste en un solo ángulo, sino en una serie de ángulos cercanos. En ese caso se habla de «zona de ángulos de fuerza máxima de la articulación».

2.Con el aumento de la fuerza muscular como resultado del entrenamiento, el carácter de la gráfica «fuerza-ángulo» en principio no se verá alterado. Sin embargo, la magnitud del aumento de fuerza en todas las amplitudes angulares del movimiento depende del ángulo articular en que se manifieste el máximo esfuerzo muscular durante el proceso de entrenamiento. En particular:

si se manifiesta en una posición correspondiente a la máxima longitud de los músculos activos (es decir, la mínima flexión de la articulación en caso de actividad de un músculo flexor o la mínima extensión en caso de actividad de un músculo extensor), entonces el paso de la fuerza a otros ángulos articulares es relativamente uniforme;

si el esfuerzo muscular máximo se produce en un estado reducido de los músculos activos, entonces el aumento de la fuerza es mayor; sin embargo, el paso del efecto del entrenamiento a otro ángulo articular es relativamente reducido y se produce en menor medida cuanto más se aleja del ángulo en el que se manifestó el máximo esfuerzo durante el entrenamiento.

3.En el ángulo articular al que corresponde el máximo esfuerzo manifestado en el entrenamiento se observa un aumento de la fuerza relativamente mayor que en los ángulos articulares próximos.

4.El perfeccionamiento funcional del movimiento a nivel de par cinemático está relacionado a su vez con cierto aumento de la amplitud angular del movimiento de cara a obtener una mayor movilidad de la articulación. Aunque esto está relacionado en gran medida con los pares cinemáticos, la estructura articular está dotada de dos y tres grados de libertad (articulaciones tibiotarsiana, humeral e ilíaca).

La cadena cinemática

Los movimientos de trabajo del hombre se realizan por medio de un sistema de palancas –la cadena cinemática– en los que se modifican al mismo tiempo los ángulos de todas las estructuras articulares.

La principal función de trabajo de la cadena cinemática en el sistema motor consiste en la transformación de los movimientos articulares rotatorios en alargamientos o acortamientos en línea recta del sistema de trabajo de palancas (Fig. 2.3) o en el desplazamiento angular (respecto de una articulación proximal) de un punto de trabajo que se encuentre en el extremo distal del sistema de palancas (Fig. 2.4).

El efecto de trabajo del movimiento ejecutado por la cadena cinemática varía más de acuerdo con las diferentes condiciones (disposición relativa de las palancas que la forman, capacidades motoras de los diferentes grupos musculares, etc.) estando más sujetos a las alteraciones cualitativas y cuantitativas, en el transcurso del ejercicio, que al efecto del trabajo en el par cinemático. El proceso de perfeccionamiento cualitativo de los movimientos que van a ser realizados por la cadena cinemática está asegurado por tres factores principalmente:

Figura 2.3 Ejecución del salto vertical gracias al alargamiento del sistema de palancas óseas de la cadena cinética (articulaciones del cóccix, la rodilla y tibiotarsiana).

Figura 2.4 Ciclograma del impacto con el pie en una pelota de fútbol gracias al movimiento rotatorio del sistema de palancas óseas de la cadena cinética (articulaciones del coxis, la rodilla y tibiotarsiana).

crecimiento del amplitud de trabajo;

concentración del esfuerzo dinámico en el ángulo específico;

interacción racional de los músculos que intervienen en el movimiento.

El incremento de la amplitud de trabajo del movimiento está garantizado a costa de una mayor flexibilidad articular y un aumento del nivel de elasticidad y de las capacidades de fuerza de los respectivos grupos musculares, teniendo una amplitud de movimiento en la cadena cinemática abierta por los dos lados de sus ángulos inicial y final.

Las particularidades de la ejecución del movimiento en la cadena cinemática son las siguientes:

1.En el carácter de la manifestación del esfuerzo de trabajo durante el transcurso del movimiento destacan con claridad dos tendencias:

disminución de la fuerza de tracción de los músculos hacia el final del movimiento (sobre todo en caso de régimen balístico de trabajo), que se expresa con más fuerza cuanto menor es la resistencia exterior y más rápido es el movimiento;

crecimiento y concentración del esfuerzo de trabajo en un ángulo determinado de la amplitud del movimiento.

2.El esfuerzo de trabajo empleado por la cadena cinemática se nutre del trabajo en colaboración de los grupos musculares que sirven a cada una de sus estructuras. En este marco:

el esfuerzo resultante es menor que la suma de esfuerzos máximos de que son capaces los músculos de cada par cinemático;

la importancia de las fuerzas máximas que se desarrollan en cada articulación muestra una menor correlación con los resultados deportivos que el esfuerzo total manifestado por toda la cadena cinemática; con el desarrollo de la maestría esta correlación aumenta de manera significativa;

las relaciones funcionales entre los grupos musculares que sirven a la cadena cinemática se establecen de tal modo que el movimiento empieza en los músculos más potentes de las articulaciones proximales (músculos propulsores de la cadena cinemática) y, a continuación, entran en acción las palancas distales que incrementan la velocidad del movimiento.

El proceso de perfeccionamiento funcional del movimiento a nivel de la cadena cinemática se produce de la siguiente manera:

1.Se aumenta la amplitud de trabajo del movimiento, lo cual es posible gracias a una mayor movilidad en las articulaciones y a un aumento de la elasticidad de los músculos antagonistas. Así pues:

ante una carga externa reducida es característica la tendencia al aumento de la amplitud del movimiento, independientemente de la zona de ángulos de máxima fuerza de cada articulación;

ante una gran carga exterior y la ausencia de fuentes suplementarias de fuerza que aligeren el movimiento, lo característico es un acortamiento de su amplitud de trabajo, relacionado con una tendencia a acercar la posición de trabajo a la zona de ángulos de máxima fuerza:

ante una gran carga externa con presencia de fuentes energéticas suplementarias (la fuerza de la inercia, la energía elástica del esfuerzo muscular), se manifiesta la posibilidad de cierta mejora de la amplitud de trabajo con una salida de los ángulos articulares de la zona de máxima fuerza.

2.Se aumenta el máximo de esfuerzo motor:

ante una resistencia externa relativamente reducida en caso de trabajo muscular balístico, el máximo de esfuerzo se concentra en el ángulo inicial de la amplitud de trabajo;

ante una gran resistencia externa, el máximo de esfuerzo se concentra en el centro o en la segunda mitad de la amplitud de trabajo.

3.En los movimientos de tipo balístico se perfecciona y fija el orden racional de incorporación al trabajo de los músculos de la cadena cinemática, lo que permite manifestar de forma consecutiva sus particularidades funcionales (la capacidad para el esfuerzo potente y la velocidad de contracción) en el transcurso del movimiento.

Sistema cinemático

El sistema cinemático posee una considerable cantidad de grados de libertad. Por ello, el proceso de perfeccionamiento funcional del movimiento a medida que se examina desde el par cinemático hasta el sistema cinemático depende cada vez más de una organización racional y una dirección central de la actividad de las articulaciones motrices. Sin embargo, los factores biomecánicos de cada caso siguen jugando un papel esencial.

La particularidad antes examinada del perfeccionamiento cualitativo del movimiento en la cadena cinemática es también aplicable en todo punto al sistema cinemático. La diferencia radica tan sólo en la cantidad de grupos musculares que cooperan de forma funcional. En esta cooperación, los primeros en entrar en acción son los grupos musculares más fuertes de las piernas y del torso, seguidos de los músculos de la cintura y de las extremidades superiores, como puede observarse en la Figura 2.5.

Figura 2.5 Cinematograma del lanzamiento de peso (150 g) con carrera. Las flechas indican los vectores de aceleración horizontal.

De este modo, el perfeccionamiento cualitativo del movimiento a nivel del sistema cinemático está relacionado con la determinación del modo más racional de unificar las diferentes cadenas cinemáticas y sus diversos mecanismos propios de trabajo en un solo mecanismo. La lógica de la organización de dicho mecanismo se hace patente con el análisis de lo que se conoce como estructura biodinámica de la acción motora compleja, que se examinará en el próximo capítulo.