Investigadores de la Southern Methodist University en Dallas han desarrollado una nueva explicación concisa de la mecánica básica involucrada en la carrera humana.
El enfoque ofrece una visión directa de los determinantes del rendimiento en la carrera y las lesiones, y podría permitir el uso de patrones de marcha individualizados para optimizar el diseño de zapatos, órtesis y prótesis según los expertos en biomecánica Kenneth Clark, Laurence Ryan y Peter Weyand, quienes fueron los autoresel nuevo estudio
Los patrones de fuerza-tiempo de tierra determinan el movimiento del cuerpo que sale de cada paso y, por lo tanto, determinan directamente el rendimiento de la carrera. También se cree que la porción de impacto del patrón es un factor crítico para las lesiones de carrera.
"El cuerpo humano es mecánicamente complejo, pero nuestro nuevo estudio indica que el patrón de fuerza en el suelo puede entenderse con precisión a partir del movimiento de solo dos partes del cuerpo", dijo Clark, primer autor del estudio y actualmente profesor asistenteen el Departamento de Kinesiología de la Universidad de West Chester en West Chester, Pennsylvania.
"El pie y la parte inferior de la pierna se detienen abruptamente tras el impacto, y el resto del cuerpo sobre la rodilla se mueve de manera característica", dijo Clark. "Este nuevo enfoque simplificado hace posible predecir todo el patrón de fuerza sobre elterreno - desde el impacto hasta el despegue - con datos de movimiento muy básicos "
Este nuevo "modelo de dos masas" de los investigadores de SMU reduce sustancialmente la complejidad de las explicaciones científicas existentes sobre la física de la carrera.
Las explicaciones existentes generalmente se han basado en "modelos de resorte de masa múltiple" relativamente elaborados para explicar la física de la carrera, pero se sabe que este enfoque tiene limitaciones significativas. Estos modelos complejos se desarrollaron para evaluar los impactos del pie trasero a velocidades de trote y solopredicen la primera parte del patrón de fuerza. Además, están menos claramente vinculados con el propio cuerpo humano. Por lo general, dividen el cuerpo en cuatro o más masas e incluyen numerosas otras variables que son difíciles de vincular con las partes reales de un ser humanocuerpo.
El modelo SMU ofrece una nueva visión al proporcionar predicciones concisas y precisas de la fuerza de tierra frente a los patrones de tiempo a lo largo de cada instante del período de contacto. Lo hace independientemente de la mecánica de las extremidades, el tipo de golpe de pie y la velocidad de carrera.
"Las entradas de nuestro modelo se limitan al tiempo de contacto en el suelo, el tiempo en el aire y el movimiento del tobillo o la extremidad inferior. A partir de tres variables de zancada básicas, podemos predecir el patrón completo de la aplicación de la fuerza terrestre".dijo Ryan, que es físico e ingeniero de investigación en el Laboratorio de Desempeño Locomotor de SMU.
"El enfoque abre formas económicas de predecir las fuerzas de reacción en el suelo y las tasas de carga de tejido. Los corredores y otros atletas pueden saber la respuesta a la pregunta funcional crítica de cómo están contactando y aplicando fuerza al suelo", agregó Ryan.
Los métodos actuales para evaluar los patrones de aplicación de la fuerza de tierra requieren plataformas de fuerza en tierra costosas o cintas de correr de fuerza. Además, los vínculos entre los movimientos de las partes del cuerpo de un atleta y las fuerzas de tierra han sido difíciles de reducir a explicaciones básicas y precisas.
Los investigadores describen su nuevo modelo de dos masas de la física de la carrera en el artículo, "Una relación general vincula la mecánica de la marcha y las fuerzas de reacción en tierra", publicado en el Revista de biología experimental en http://jeb.biologists.org/content/220/2/247 , poco http://bit.ly/2jKUCSq .
"Desde el punto de vista del rendimiento en carrera y del riesgo de lesiones, muchas investigaciones en los últimos 15 años se han centrado en el vínculo entre el movimiento de las extremidades y la aplicación de la fuerza", dijo Weyand, quien es el director del Laboratorio de rendimiento locomotor de SMU. "Estamosentusiasmado de que esta investigación pueda arrojar luz sobre esta relación básica "
El patrón general de fuerza-tiempo es la suma de dos partes
Las explicaciones científicas tradicionales de las fuerzas pie-tierra han utilizado diferentes tipos de modelos de resorte y masa que van desde complejos a muy simples. Sin embargo, los modelos existentes no han sido capaces de explicar completamente toda la variación presente en los patrones de fuerza-tiempode diferentes corredores, particularmente a velocidades más rápidas que trotar. En consecuencia, una base integral para evaluar las diferencias de rendimiento, los riesgos de lesiones y la mecánica general de carrera no ha estado disponible previamente.
Los investigadores de SMU explican que el concepto básico del nuevo enfoque es relativamente simple: el patrón de aplicación de fuerza de un corredor en el suelo se debe al movimiento de dos partes del cuerpo: la parte inferior de la pierna que está en contacto con elsuelo, y la suma total del resto del cuerpo.
Las contribuciones de fuerza de las dos partes del cuerpo se predicen a partir de sus movimientos respectivos, en gran medida independientes, durante el período de contacto pie-suelo. Las dos contribuciones de fuerza se combinan para predecir el patrón general. La predicción final se basa solo en la física clásica yUn vínculo característico entre la fuerza y el movimiento de las dos partes del cuerpo.
Se puede aplicar un nuevo enfoque con precisión y bajo costo
La aplicación del enfoque de dos masas es directa e inmediata.
"Los científicos, los médicos y los especialistas en rendimiento pueden aplicar directamente la nueva información utilizando el enfoque predictivo proporcionado en el manuscrito", dijo Clark. "La nueva ciencia es muy adecuada para evaluar los patrones de aplicación de la fuerza terrestre por parte de atletas en pistas de atletismo yen centros de entrenamiento de desempeño "
Estas capacidades no han sido posibles anteriormente, y mucho menos de la manera económica y precisa que el nuevo enfoque permite con la tecnología existente.
"El único requisito es una cámara de alta velocidad de calidad o un sensor de movimiento decente y nuestros algoritmos de movimiento de fuerza", dijo Clark. "Es concebible que incluso las tiendas de zapatos se beneficien al implementar evaluaciones básicas de la cinta de correr para guiar la selección de calzado de la mecánica de la marcha del clienteutilizando el enfoque "
Un avance crítico para los investigadores de SMU fue el reconocimiento de que la contribución de masa de la parte inferior de la pierna no varió para los golpes del talón versus el antepié y fue directamente cuantificable. Sus esfuerzos los llevaron a reconocer los resultados iniciales de la contribución de la fuerza de la rápida detención de laparte inferior de la pierna, la espinilla, el tobillo y el pie, que todos bajan y se detienen juntos cuando el pie toca el suelo.
los velocistas olímpicos fueron una pista para el descubrimiento
El equipo de SMU descubrió una forma general de cuantificar las fuerzas de impacto de los grandes impactos observados por los velocistas de calibre olímpico. Al igual que los golpeadores de talón, los patrones de los velocistas olímpicos exhiben un pico agudo de borde ascendente que resulta de una desaceleración abrupta del pie yparte inferior de la pierna. Sin embargo, los velocistas logran esto con impactos en la parte delantera del pie en lugar del primer aterrizaje del talón que usan la mayoría de los corredores.
"Los velocistas de clase mundial nos dieron una gran señal para descubrir los determinantes críticos de la forma de la onda", dijo Weyand. "Sin sus grandes fuerzas de impacto, probablemente no hubiéramos podido reconocer que el terreno-Los patrones de fuerza de todos los corredores, independientemente de su mecánica de golpe de pie y velocidad de carrera, tienen dos partes básicas ".
Cuando los investigadores comenzaron a analizar las señales de forma de onda de fuerza aparentemente complicadas, descubrieron que en realidad estaban compuestas por dos formas de onda superpuestas muy simples, dijo Ryan.
"Nuestra computadora generó las mejores predicciones de patrones cuando la sincronización de la primera forma de onda coincidió con el video de alta velocidad del tobillo que se detuvo en el impacto. Esto fue cierto dentro de un milisegundo, cada vez. Y lo hicimos cientos de veces", dijo." Así que sabíamos que teníamos una relación física directa entre la fuerza y el movimiento que proporcionaba una visión crítica ".
Nuevo enfoque tiene potencial para diagnosticar lesiones, rehabilitación
Las nuevas formas de onda concisas del equipo SMU potencialmente tienen posibilidades de diagnóstico, dijo Weyand.
Por ejemplo, las formas de onda previas a la lesión de un corredor podrían compararse con sus formas de onda posteriores a la lesión y la rehabilitación.
"Podría identificar potencialmente las asimetrías de los corredores con fracturas de estrés tibial, tendinitis de Aquiles u otras lesiones al comparar los patrones de fuerza de sus piernas lesionadas y sanas", dijo.
Y aunque las imágenes médicas podrían sugerir que la lesión se ha curado, sus formas de onda pueden contar una historia diferente.
"Los patrones de forma de onda pueden mostrar que el atleta continúa corriendo con menos fuerza en la extremidad lesionada. Por lo tanto, puede ofrecer una herramienta de diagnóstico económica que no estaba disponible anteriormente", dijo Weyand.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Metodista del Sur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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