1. Biomecánica de la Marcha Humana

El Ciclo de Marcha

El ciclo de marcha se divide fundamentalmente en 2 fases y 8 subfases distribuidas de la siguiente manera:

• Fase de Apoyo:
  • Contacto Inicial (C.I.): Momento en que el pie toca el suelo.
  • Respuesta a la Carga: Absorción del impacto y transferencia del peso.
  • Apoyo Medio: El cuerpo progresa sobre el pie de apoyo.
  • Apoyo Final: El talón se eleva y el cuerpo se desplaza hacia delante.
  • Preoscilación: Fase de doble apoyo donde se prepara el despegue.
• Fase de Oscilación:
  • Oscilación Inicial: El pie se despega del suelo y acelera.
  • Oscilación Media: El miembro oscilante rebasa al miembro de apoyo.
  • Oscilación Final: Desaceleración del miembro antes del siguiente contacto.

Parámetros Espacio-Temporales

Los principales parámetros para evaluar la marcha son:

• Longitud de paso: Distancia entre el contacto inicial de un pie y el del contralateral.
• Longitud de zancada: Distancia entre dos contactos iniciales consecutivos del mismo pie.
• Ancho de paso: Distancia lateral entre ambos pies durante el apoyo.
• Ángulo del pie: Desviación angular del eje del pie respecto a la línea de progresión.
• Velocidad de marcha: Distancia recorrida por unidad de tiempo.
• Cadencia: Número de pasos realizados por minuto.

Mecanismo de Rockers del Pie (Pivotes de Apoyo)

Permiten una transición fluida de la energía durante el apoyo:

• Primer Rocker (Talón): Tras el contacto inicial, el pie pivota sobre el talón para amortiguar la carga.
• Segundo Rocker (Tobillo): Todo el pie entra en contacto con el suelo y la tibia avanza sobre el astrágalo.
• Tercer Rocker (Antepie): Elevación del talón y pivotaje sobre los metatarsianos.
• Cuarto Rocker (Dedos): Despegue final del pie mediante el apoyo en los dedos.

Mecanismo de Windlass

Describe el comportamiento del arco plantar y la fascia:

• Activo: Se tensa la fascia plantar al extender los dedos, elevando el arco.
• Inverso: Aplana el arco plantar para absorber el impacto durante la carga.
• Pasivo: Activado por la tensión del tendón de Aquiles durante la fase propulsiva.

Funciones Locomotrices

• Estabilidad dinámica: Mantener el Centro de Gravedad (CDG) dentro de la base de sustentación.
• Absorción de carga: Disipación de fuerzas mediante la flexión coordinada de tobillo y rodilla.
• Conservación de energía: Minimizar el desplazamiento vertical y lateral del CDG para optimizar el gasto metabólico.
• Propulsión: Generación de fuerza mediante la extensión de rodilla y cadera junto a la flexión plantar del tobillo.

Dinámica de la Marcha

Funciones principales de las fuerzas:

Absorber impactos, controlar el equilibrio y la postura, generar propulsión y controlar el movimiento del CDG.

Fuerzas de Reacción del Suelo (GRF):

• Vertical: Soporte del peso corporal (curva en doble joroba).
• Anteroposterior: Fuerzas de frenado (fase inicial) y propulsión (fase final).
• Mediolateral: Control del equilibrio y estabilidad lateral.

Control Muscular por Fases

• Contacto Inicial: Se genera un momento flexor plantar en el tobillo y una ligera flexión de rodilla. Los isquiotibiales estabilizan la rodilla y el glúteo mayor prepara el miembro para el impacto.
• Respuesta a la Carga (Amortiguación): Todas las articulaciones del miembro inferior entran en flexión; el pie realiza pronación. El cuádriceps frena excéntricamente la flexión de rodilla y los isquiotibiales controlan la cadera.
• Apoyo Medio: Extensión de rodilla y cadera. El sóleo controla excéntricamente el avance de la tibia.
• Apoyo Final (Propulsión): Se eleva el talón y se genera la fuerza de empuje.
• Preoscilación: Fase de doble apoyo donde se transfiere la carga al miembro contralateral.
• Oscilación:
  • Inicial: El psoas ilíaco flexiona la cadera y los isquiotibiales flexionan la rodilla para acortar el péndulo.
  • Media: Disminuye la flexión de rodilla; el tobillo realiza dorsiflexión para evitar el arrastre del pie.
  • Final: El cuádriceps y los isquiotibiales coactivan para estabilizar la rodilla antes del contacto.

2. Biomecánica de la Carrera

Diferencias entre Carrera y Marcha

• Carrera: Presencia de una fase de vuelo (ningún pie en contacto con el suelo) y mayor exigencia mecánica general.
• Marcha: Siempre existe contacto con el suelo y presenta fases de doble apoyo.

Fases de la Carrera

Se divide en 2 fases principales (Apoyo y Vuelo) con sus respectivas subfases:

• Contacto Inicial (10-15% del ciclo): Rodilla ligeramente flexionada y pie en ligera supinación.
• Máxima Absorción / Pie Plano: El CDG alcanza su punto más bajo, la rodilla se flexiona y el pie realiza pronación para disipar cargas.
• Propulsión: Extensión vigorosa de cadera y rodilla, acompañada de una potente flexión plantar del tobillo.
• Oscilación:
  • Inicial: Máxima flexión de rodilla para recuperar la pierna rápidamente.
  • Media: Rodilla adelantada y flexión de cadera activa.
  • Final: Extensión de rodilla para preparar el contacto con el suelo.

Ciclo Pendular vs. Ciclo Circular

• Ciclo Pendular: Menor flexión de rodilla, el pie viaja cerca del suelo, mayor tiempo de apoyo. Es el patrón típico de fondistas.
• Ciclo Circular: Mayor flexión de rodilla (talón cerca del glúteo), movimiento amplio y rápido, menor tiempo de contacto. Es el patrón típico de sprinters.

Errores Técnicos Comunes

• Contacto Inicial: Overstride (zancada excesivamente larga con contacto muy adelantado respecto al CDG), rodilla completamente extendida y exceso de flexión de cadera.
• Absorción: Caída de la pelvis (inestabilidad del glúteo medio), flexión excesiva de rodilla, cruzar las piernas por delante de la línea media y valgo dinámico de rodilla.
• Propulsión: Falta de extensión completa de cadera, déficit de flexión plantar y escasa elevación de la pelvis.
• Oscilación: Falta de flexión de rodilla o cadera, limitando la eficiencia del péndulo.

Factores Clave y Lesiones por Sobreuso

Un aumento en la cadencia reduce el overstride y disminuye la deceleración brusca en rodilla y tobillo.

Prevalencia de lesiones por sobreuso (%):

• Rodilla (7-50%): Asociada a overstride e inestabilidad rotacional.
• Pierna (9-32%): Vinculada a la hiperpronación y exceso de carga de impacto.
• Pie (5.7-39%): Principalmente fascitis plantar.
• Cadera: Relacionada con la caída de la pelvis por debilidad de los abductores.

3. Biomecánica del Ciclismo

Fases del Pedaleo

• Propulsión (Fase de empuje): Extensión de rodilla y cadera junto a una flexión dorsal del tobillo.
• Transición Inferior: Empuje hacia atrás mediante flexión plantar del tobillo.
• Tracción (Fase de recobro): Flexión activa para reducir el peso muerto sobre el pedal.
• Transición Superior (Avance): Transición de la rodilla hacia delante para iniciar un nuevo ciclo.

Cinemática del Pedaleo: Movimiento Articular

• Tobillo: Máxima dorsiflexión al inicio de la fase propulsiva y máxima flexión plantar al final de la misma.
• Rodilla: Máxima flexión en el Punto Muerto Superior (PMS) y máxima extensión en el Punto Muerto Inferior (PMI).
• Cadera: Máxima flexión en el punto más alto y máxima extensión en el punto más bajo.

Activación Muscular: Principales Grupos

Involucra de manera coordinada a los extensores de rodilla y cadera (cuádriceps, glúteo mayor), flexores de rodilla y cadera (isquiotibiales, psoas), flexores plantares (gastrocnemios, sóleo) y dorsiflexores (tibial anterior).

Cinética del Pedaleo

Las variables físicas fundamentales son:

• Torque: Torque = Fuerza × brazo de biela
• Potencia: Potencia = Torque × cadencia

Tipos de Fuerza en el pedal:

• Fuerza Normal (Fy): Fuerza perpendicular a la superficie del pedal.
• Fuerza Anteroposterior (Fx): Fuerza horizontal paralela al pedal.
• Fuerza Resultante (RF): Suma vectorial de las fuerzas vertical y horizontal.
• Fuerza Efectiva (EF): Componente de la fuerza que es perpendicular a la biela y que realmente produce el movimiento de rotación.

Fuerzas en el Ciclismo

• Fuerzas Propulsivas: Fuerza muscular del ciclista y la gravedad (en descensos).
• Fuerzas Resistivas:
  • Rozamiento interno: Pérdidas mecánicas en la cadena, cojinetes y bujes de las ruedas.
  • Rozamiento de rodadura: Interacción de los neumáticos con la superficie del suelo.
  • Resistencia aerodinámica: Resistencia del aire que se opone al avance del sistema ciclista-bicicleta.
  • Fuerza de gravedad (Pendiente): Resistencia determinada por la inclinación de la rampa y el peso total.

Resistencia Aerodinámica y Rendimiento

La fuerza de resistencia aerodinámica se calcula mediante la fórmula:

F_RA = ½ · ρ · v² · C_x · S

Donde:

• ρ: Densidad del aire.
• v: Velocidad del ciclista respecto al aire (Viento relativo = Viento real ± Viento de marcha).
• C_x: Coeficiente aerodinámico.
• S: Área frontal expuesta.

La potencia necesaria para vencer la fuerza de la pendiente se define como:

F_P = P × %pendiente × V

Estrategias para mejorar el rendimiento aerodinámico: Optimización de la posición corporal (reducción del área frontal S), uso de material y equipamiento específico (cascos aero, ruedas de perfil, ropa ceñida) y diseño de componentes integrados en la bicicleta.

4. Biomecánica de la Natación

Fuerzas Actuantes en la Natación

• Fuerza de Flotación (F_B): Fuerza vertical dirigida hacia arriba.
• Fuerza de Gravedad (F_G): Fuerza vertical dirigida hacia abajo (peso corporal).
• Fuerza Propulsiva (F_P): Fuerza horizontal dirigida hacia delante.
• Fuerza Resistiva (F_R): Fuerza horizontal dirigida hacia atrás (arrastre hidrodinámico).

Flotación y Principio de Arquímedes

El Principio de Arquímedes establece que todo cuerpo sumergido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desalojado:

• Si Peso < Empuje → El cuerpo flota.
• Si Peso > Empuje → El cuerpo se hunde.

Tipos de Flotación:

• Activa: Movimientos corporales dinámicos que generan fuerzas de sustentación hacia arriba.
• Pasiva: Depende de la densidad relativa del cuerpo frente al agua (Si ρ cuerpo < ρ agua → flota; si ρ cuerpo > ρ agua → se hunde).
• Hipogravidez: El medio acuático reduce el peso aparente del cuerpo, facilitando la rehabilitación y permitiendo realizar ejercicios con menor carga articular.

Fuerzas de Propulsión en el Nado

Fuerza Propulsiva del Miembro Superior:

Basada en la Tercera Ley de Newton (Acción-Reacción). Se explica mediante dos teorías principales:

• Teoría del Arrastre: Propulsión generada siempre que los movimientos se realicen en el eje anteroposterior y en sentido «hacia atrás».
• Teoría de la Sustentación (Bernoulli): Propulsión generada por movimientos en los ejes vertical (arriba-abajo) y mediolateral, creando diferencias de presión.

Técnica clave: Mantener el codo alto subacuático para maximizar la superficie de apoyo y la eficiencia, y mantener los dedos de la mano juntos para incrementar la fuerza de arrastre útil.

Diferencia de propulsión entre nado y carrera: En el agua, el tiempo de aplicación de la fuerza es mayor, pero la magnitud de la fuerza máxima aplicada es menor.

Fuerza Propulsiva del Miembro Inferior:

• Patada de crol: Función principalmente estabilizadora y amortiguadora; requiere una buena flexión plantar del tobillo y rotación interna.
• Patada de delfín: Movimiento ondulatorio de todo el cuerpo; requiere gran amplitud y frecuencia de oscilación.
• Patada de braza: Movimiento propulsivo curvilíneo y simétrico.

Fuerzas Resistivas (Resistencia Hidrodinámica)

La resistencia hidrodinámica es el principal factor limitante del rendimiento en natación.

Clasificación de la resistencia:

• Según el movimiento:
  • Activa: Resistencia generada mientras el nadador realiza movimientos propulsivos.
  • Pasiva: Resistencia generada cuando el nadador se desliza sin moverse.
• Según su naturaleza física:
  • Rozamiento (Fricción): Depende de la viscosidad del agua, la rugosidad de la piel/bañador y la velocidad.
  • Presión (Forma): Resistencia debida a la diferencia de presiones entre la parte delantera y trasera del cuerpo. Se minimiza retrasando la separación del flujo (ruptura de la capa límite).

Factores que aumentan la resistencia: Mayor velocidad de nado, mala alineación corporal, superficie frontal expuesta grande y generación de turbulencias.

Factores que disminuyen la resistencia: Optimización de la alineación hidrodinámica, reducción del área frontal y aumento de la flotabilidad horizontal.

5. Biomecánica de Lanzamientos y Golpeos

Diferencias entre Lanzamiento y Golpeo

• Lanzamiento: Existe una manipulación y aceleración previa y continua del objeto antes de su liberación.
• Golpeo: Se produce un impacto directo y momentáneo entre el cuerpo (o un implemento) y el objeto.
• Objetivo común: Impartir la máxima velocidad de salida al objeto para lograr distancia, precisión o una combinación de ambas.

Clasificación Biomecánica

Modos de aplicar fuerza: Contacto momentáneo, proyección y aplicación continua.

Patrones de movimiento fundamentales (5): Mano alta, mano baja, de lado, empujar/tirar y patear.

Fases de los Lanzamientos

• Aceleración:
  • Objetivo: Acelerar el sistema lanzador-objeto y colocar el cuerpo en una postura mecánicamente ventajosa que maximice el rango de movimiento.
  • Impulso Mecánico: Aplicar fuerza durante un mayor intervalo de tiempo incrementa la velocidad final del objeto.
  • Acción-Reacción: Las fuerzas aplicadas contra el suelo son devueltas para iniciar la cadena cinética.
  • Momento de Inercia: Resistencia que opone el sistema al movimiento de rotación antes de acelerar.
• Liberación:
  • Objetivo: Liberar el objeto con la velocidad, ángulo y altura óptimos.
  • Ángulo óptimo: Teóricamente es de 45º en el vacío, pero en la práctica depende de la altura de liberación y de la aerodinámica del objeto.
  • Lanzamientos de precisión: El ángulo de salida se ajusta estrictamente según las propiedades aerodinámicas del móvil.
  • Estrategias de movimiento:
    • Patrón secuencial: Transferencia de energía en orden proximal-distal a través de los segmentos corporales (lanzamientos de velocidad).
    • Patrón simultáneo: Movimientos coordinados al mismo tiempo para priorizar el control y la precisión.
• Vuelo:
  • Objetivo: Frenar de forma segura el cuerpo del deportista y aprovechar las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre el objeto en el aire (colocando el ángulo de inclinación del objeto de forma óptima respecto al flujo de aire).

Análisis de los Golpeos

Las fases de aceleración y vuelo son análogas a las de los lanzamientos.

Impacto y Liberación: Se caracteriza por una interacción temporal extremadamente corta que modifica instantáneamente la velocidad y dirección del objeto. Depende de:

• Ángulos: Ángulo de incidencia y ángulo de salida.
• Elasticidad: Determinada por el coeficiente de restitución de los materiales en contacto.

6. Biomecánica de Saltos y Recepciones

Clasificación de los Saltos

Los saltos se clasifican según:

• Dirección: Verticales u horizontales.
• Ejecución: Bilaterales o unilaterales.
• Segmentos involucrados: Con o sin acción de los brazos.
• Resistencia externa: Con cargas añadidas o peso corporal libre.

Tipos de Salto (Tests de Valoración)

• Squat Jump (SJ): Salto concéntrico puro iniciado desde una flexión de rodillas a 90º, sin contra-movimiento ni ayuda de brazos. Mide la fuerza explosiva pura.
• Countermovement Jump (CMJ): Salto con contra-movimiento rápido partiendo de la posición de bipedestación, sin brazos. Evalúa la fuerza elástico-explosiva y el aprovechamiento del ciclo de estiramiento-acortamiento (CEA).
• Abalakov (ABK): Ejecución idéntica al CMJ pero permitiendo el uso libre y coordinado de los brazos para incrementar el impulso.
• Drop Jump (DJ): Salto vertical realizado inmediatamente después de una caída desde una altura determinada. Mide la fuerza reactiva y la rigidez muscular (stiffness).
• Repeat Jump (RJ): Saltos verticales repetidos de forma continua para valorar la resistencia a la fuerza explosiva.
• Salto Horizontal: Salto enfocado en la proyección de distancia horizontal.

Análisis de las Fases del Salto

Consta de tres fases diferenciadas:

1. Fase de Impulso: Fase concéntrica (o de contra-movimiento) donde se genera la fuerza contra el suelo.
2. Fase de Vuelo: Trayectoria parabólica descrita por el CDG una vez se pierde el contacto con el suelo.
3. Fase de Recepción: Fase de amortiguación del impacto al retomar el contacto con la superficie.

La Recepción y sus Factores

La recepción comprende el periodo desde que los pies tocan el suelo hasta que el deportista recupera el equilibrio estático.

Factores de riesgo lesional: Ángulo de flexión y aducción de la rodilla, momento máximo de abducción de la cadera y ángulo máximo de flexión de rodilla alcanzado.

Factores neuromusculares: Preactivación protectora de la musculatura estabilizadora (bíceps femoral, semitendinoso y vasto lateral).

Mecanismos Amortiguadores

• Activos: Disipación de energía mediante el rango de movimiento articular coordinado (tobillo, rodilla, cadera).
• Pasivos: Absorción de carga por parte de estructuras anatómicas no contráctiles (ligamentos, tendones y cartílago).
• Externos: Propiedades de amortiguación del calzado deportivo y plantillas biomecánicas.

7. Cambios de Dirección (COD) y Agilidad

Definición de COD

El Cambio de Dirección (COD) es la capacidad física de reorientar el CDG hacia una nueva dirección de desplazamiento en el menor tiempo posible.

Fases del Cambio de Dirección (COD)

• Aceleración previa: Fase de carrera lineal antes del giro que condiciona la velocidad de entrada.
• Deceleración (Penúltimo paso): Reducción drástica de la velocidad lineal para preparar el giro de forma controlada.
• Fase de COD (Paso de pivote): Apoyo monopodal donde se manipula la base de sustentación para redirigir vectorialmente el CDG.
• Reaceleración: Fase de aceleración concéntrica en la nueva dirección, determinante para el éxito de la acción.

Factores determinantes: Velocidad de entrada, ángulo de giro requerido, contexto de la tarea y capacidad neuromuscular del atleta.

Tipos de Cambios de Dirección (COD)

• Paso Lateral (Side Step): Apoyo lateral con la pierna opuesta a la nueva dirección. Permite un mayor ángulo de giro y capacidad de engaño, pero se asocia a un mayor riesgo de lesión.
• Paso Cruzado (Crossover Cut): El pie de apoyo coincide con la nueva dirección de carrera. Permite mantener una mayor velocidad de salida y presenta un menor riesgo de lesión del Ligamento Cruzado Anterior (LCA).
• Pre-salto (Split Step): Pequeño salto bipodal previo que activa el CEA de forma bilateral y permite reaccionar rápidamente hacia cualquier dirección con menor carga articular unilateral.

El Rol del Penúltimo Apoyo

Un penúltimo apoyo eficiente genera una mayor fuerza de frenado (fuerza horizontal negativa), lo que reduce la carga de cizalladura sobre la rodilla en el paso final, previniendo lesiones y mejorando el rendimiento de salida.

Relación entre COD y Lesiones del Ligamento Cruzado Anterior (LCA)

Los factores biomecánicos que incrementan críticamente el riesgo de lesión del LCA durante un COD son:

• Elevada velocidad de ejecución en la entrada del giro.
• Deficiente control neuromuscular (valgo dinámico de rodilla).
• Aumento de la incertidumbre en la tarea (estímulos imprevistos).
• Fatiga física y cognitiva acumulada.

Evaluación del COD y su Relación con la Agilidad

La agilidad añade el componente de toma de decisiones ante un estímulo imprevisto, mientras que el COD evalúa la capacidad puramente física y cerrada. Los tests estándar son:

• Test de Illinois: Recorrido cerrado que evalúa la agilidad general con múltiples giros y eslalon.
• Test 505: Consiste en un sprint lineal de 15 metros con un giro estricto de 180º en una zona delimitada de 5 metros.