Cómo biomecánica puede mejorar el rendimiento deportivo

1. Cómo biomecánica puede mejorar el rendimiento deportivo D. Gordon E. Robertson, PhD Fellow, Canadian Society for Biomechanics Emeritus Professor, Universidad de Ottawa traducciónporZoila Perez Cristancho, BMath

2. ¿Quées la biomecánica? • Estudio de las fuerzas y sus efectos sobre los seres vivos • Tipos de fuerzas • Las fuerzas externas • las fuerzas de reacción del suelo • aplicados a otros objetos o personas • las fuerzas del fluido (natación, la resistencia del aire) • las fuerzas de impacto • Las fuerzas internas • las fuerzas musculares (fuerza y ​​el poder) • fuerza en los huesos, ligamentos, cartílagos

3. Tipos de análisis • Temporal • Cinemática • Cinética • Directa • Indirecta • Electromiográfico • Modelado y simulación

4. Análisis Temporal • Cuantifica la duración de las actuaciones en su totalidad (los tiempos de carrera) o en parte (apertura de pieranas, los tiempos de paso, las tasas de accidente cerebrovascular, etc.) • Los instrumentos incluyen: • cronómetros, reloj electrónico • puertas de cronometraje • fotograma a fotograma de vídeo de análisis • Fácil de hacer, pero no muy esclarecedor • Necesarias para que los estudios de cinemática

5. Ejemplo: Cronometrajeelectrónico Donovan Bailey establece récord mundial (9,835 s) a pesar del tiempo más lento de reacción (0,174s) de los finalistas. Tiempos de raza Tiempos de reacción

6. Cinemática • Posición, velocidad & aceleración • Posición, velocidad & aceleración angular • Distancia entre cintas métricas, sensores electrónicos, ruedas de la ruedecilla • Desplazamiento linear • distancia y dirección linear de punto a punto • Desplazamiento angular • cambios en orientaciones angulares de punto a punto usando un sistema especifico (ángulos de Euler, ángulos Cardán etc.)

7. Cinemática • Los instrumentosincluyen: • cintasmétricas, electrogoniometers • pistolas de velocidad, acelerómetros • de captura de movimiento de vídeo u otrosdispositivos de imagen (Cinéfilm, TV, infrarrojos, ultrasonidos, etc) • GPS, giroscopios, sensoresinalámbricos

8. Cinemática • Barato a muy caro • Los rendimientos baratos dan información mínima • por ejemplo, la longitud de zancada, la amplitud de movimiento, la distancia o la velocidad de salto de objeto tirada o bateada • Los rendimientos caros dan superabundancia de datos • por ejemplo, la trayectoria del marcador y su cinemática, el segmento, la cinemática del cuerpo y el total de conjuntos lineales y angulares, en las dimensiones 1, 2 o tres y múltiples convenios angular • Son esenciales para posterior estudio de dinámica inversa y otros análisis cinéticos

9. Económicas: Modo de andar característico en el correr o en la carrera corta Observe que la ejecución de los pies imprime y aparece en la línea media, a diferencia de a pie cuando están a ambos lados Paso velocidad = longitud de zancada / duraciónde zancada Tiempo de zancada= 1 / paso

10. Económicas: análisis de vídeo de Carrera corta • Localización de la cadera en los últimos 60 metros de la carrera de 100 m • Masculino 10,03 s se aceleró hasta los 60 m donde alcanzala velocidad máxima de 12 m/s • Femenina 11,06 s se aceleró hasta los 70 m donde alcanza la velocidad máxima de 10 m/s • Ambos no desaceleraron!

11. Moderado: acelerometría • Medidas directas como electro goniometría (para ángulos conjuntos) o acelerometría son relativamente baratas, pero pueden proporcionar información en tiempo real de las partes seleccionadas del cuerpo • Acelerometría es particularmente útil para evaluar los impactos en el cuerpo Dentro de forma de cabeza (abajo) es un acelerómetro 3D y 3 pares de sensores lineales para la aceleración angular 3D cabeza con 9 acelerómetros lineales para cuantificar la aceleración 3D

12. Caro: la marcha y el Laboratorio de Análisis de Movimiento • Múltiplescámarasinfrarrojas o marcadoresinfrarrojos • Sistema de captura de movimiento • Por lo general, múltiplesplataformas de fuerza El sujeto tiene 42 marcadores reflectantes para el seguimiento en 3D de todos los segmentos importantes del cuerpo y las articulaciones

13. Lacrosse: palo y el centro de la cinemática de la gravedad X, Y, Z linealvelocidades decabeza del palo Hacia adelante y velocidades verticalesdel centro de gravedad

14. Lacrosse: pelvis y tóraxvelocidadesangulares Sagital,transversal, yaxial rotacionalvelocidades deL5/S1 y de las articulaciones de la cadera

15. Cinética • Fuerzas o momentos de fuerza (pares de torsión) • El momento o velocidad o empuje (lineal y angular) • Energía mecánica (cinética y potencial) • Trabajo (de las fuerzas y pares de torsión) • Potencia (de las fuerzas y pares de torsión)

16. Cinética • Dos maneras de obtener la cinética • Dinamometría directa • El uso de instrumentos para medir directamente e igual las fuerzas externas e internas • Dinamometría indirecta a través de la dinámica inversa • Indirectamente valorar las fuerzas internas y momentos de fuerza de las medidas cinemáticas directa, de los parámetros sectoriales del cuerpo y de las fuerza medidas externamente Instroncontrolador de compresión para las medidas de fuerzas y la deformación de los huesos, músculos, ligamentos, etc., bajo carga Marcha de laboratorio (U. de Sydney), con 10 cámaras de Análisis de movimiento y una pasarela con cinco plataformas de fuerza

17. Cinética: Dinamometría • Medición de la fuerza, momento de la fuerza, o energía • Instrumentación incluye: • Los transductores de fuerza • Deformación, LVDTs y piezoeléctricos, piezoresistivo • Sensores de presión • Plataformas fuerza • Deformación y piezoeléctricos, efecto Hall • Isocinéticos • Para los momentos y fuerzas en las articulaciones • Concéntrico, excéntricoe isotónico

18. transductores de fuerza • Medidor de tensiones: • rango de bajo costo, de tamaños, y aplicaciones • rango dinámico es limitado, tiene una capacidad estática, fácil de calibrar • pueden ser incorporados en artículos deportivos • Ejemplos: los pedales de la bicicleta, remos y palas, raquetas, palos de hockeyy bates

19. Ejemplo: Remo la ergometría • Sujeto utilizó un ergómetro de remo Gjessing con un transductor indicador de presión de fuerza en cable que gira un volante con una resistencia de 3 kilopondio • Seguimiento de fuerza visible en tiempo real al entrenador y atleta • Impulso de un aumento significa una mejor rendimiento • Se aplica al ciclismo, piragüismo, natación o las salidas de pista

20. transductores de fuerza • Sensores de presión de asignación: • moderadamente elevado, rango de tamaños y aplicaciones, la respuesta dinámica es pobre • se pueden incorporados entre persona y entorno deportivo (suelo, implementos) • Ejemplos: plantillas para calzado, asientos, guantes

21. transductores de fuerza • Piezoeléctrico: • rango de bajo costo, variedad de tamaños y aplicaciones • escasa capacidad estática, difícil de calibrar • adecuado para las pruebas de laboratorio o en estadios deportivos • Ejemplos: las células de carga, plataformas de fuerza

22. Ejemplo: pruebas de impacto • Casco y Cabeza de 5 kg cayó desde una altura fija sobre un yunque. Transductor de fuerza en el yunque piezoresistivo mide el impacto lineal (impulso) y, especialmente, el pico de fuerza • La máxima fuerza se reduce cuando el impulso se propaga con el tiempo o en grandes zona de casco y materiales de revestimiento

23. plataformas de fuerza • Suelen medir tres componentes de la fuerza de reacción del suelo, la ubicación de la aplicación de la fuerza (llamado centro de presión), y la libre (vertical) momento de fuerza • Piezoeléctrico: • es caro, variedad amplia de fuerza, respuesta alta para la dinámica, respuesta pobre para la estatica • Medidor de tensiones: • moderadamente caro, estrecho rango de fuerza, respuesta moderada dinámica, excelente estáticamente

24. Ejemplo: Esgrima (fleche) • Vectores de fuerza de reacción instantánea del suelo se encuentran en los centros de presión • El compás de fuerza muestran patrón de las fuerzas de reacción del suelo en cada plataforma de fuerza

25. Cinética: dinámicainversa • proceso por el cual todas las fuerzas y momentos de fuerza a través de una articulación se reducen a una sola fuerza neta y el momento neto de la fuerza • la fuerza neta se debe principalmente a las acciones a distancia, tales como fuerzas de reacción del suelo o de las fuerzas de impacto • el momento neto de la fuerza, también llamado el par neto, es causada principalmente por los músculos que cruzan la articulación por lo que está muy relacionada con la coordinación del movimiento, los mecanismos de lesión y el rendimiento diagrama de cuerpo libre de fuerzas real del músculo, ligamento fuerzas, las fuerzas de hueso con hueso y el momento de la fuerza conjunta cinética de conjunto se simplifican como una sola fuerza y ​​un momento de la fuerza (en azul)

26. dinámicainversa • requiere cinemática lineal y angular de los segmentos y el conocimiento de las propiedades inerciales del segmento • propiedades inerciales se suelen obtener mediante el uso de proporciones para estimar la masa del segmento y entonces las ecuaciones basadas en la masa que se distribuye por igual en un representante geométricas sólidas (por ejemplo, elipsoide, un tronco de cono o cilindro elíptico), basado en los marcadores del segmento la cabeza es un elipsoide de tronco y la pelvis son cilindros elípticos, otros segmentos de los conos son conos recortados

27. dinámicainversa • Generalmente el análisis comienza con un segmento distal que esta libramente oscilando o en contacto con una plataforma de fuerza • Luego, el segmento siguiente en la cadena cinemática es analizado • El proceso continúa al tronco y luego vuelve a comenzar en la otra extremidad

28. cinética: Análisis de la potenciaconjunta • Las fuerzas netas no añaden trabajo ni hace nada, ellas difunden energía luego pueden: • transferencia de energía de un segmento a otro pasivo • Momentos neto de la fuerza puede: • generar energía haciendo trabajo positivo en la articulación • difunde energía haciendo trabajo negativo al otro lado de la articulación • transfiere activamente energía al otro lado del la articulación (significado que los músculos están activamente contractados a menos que la articulación esté totalmente extendida o flexionada)

29. cinética: Análisis de la potenciaconjunta • El poder de la fuerza neta es: • Pfuerza = F · v • Momentos neto de la fuerza es: • Pmomentos = M· w • El trabajo realizado por momento neto de la fuerza se calcula mediante la integración de la potencia momento en el tiempo: • Wmomentos = Pmomentosdt • Trabajo realizado por la fuerza neta es cero

30. ejemplo: Sprint • masculina (10,03 s, 100-m) a 50 m en la carrera • la longitud de zancada es de aproximadamente 4.68 metros • la velocidad horizontal del pie a la mitad de la oscilación fue de 23,5 m s (84,6 km/h)! • solamente la fase de oscilación pudo ser analizada puesto que no hay plataformas de fuerza en la pista

31. sprint: rodilla • El momento del extensor de la rodilla hizo trabajo negativo (rojo) durante la primera mitad de la oscilación (probablemente no los músculos) • Los flexores de la rodilla actuaron negativamente (azul) durante la segunda mitad al impedir la extensión completa (probablemente debido a los músculos de la corva) • poco o ningún trabajo (verde) hecho por el momento en las rodillas fase de oscilación velocidad angularmomento de la fuerzapoder de momento

32. sprint: cadera • el momento de músculo flexor de la cadera hizo un trabajo positivo (rojo) durante la primera parte de la oscilación del músculo recto anterior (iliopsoas) • el momento extensor de cadera realizó trabajonegativo a la mitad de la oscilación (verde) y trabajo positivo (azul) de extensión (probable glúteos)

33. Sprint: conclusión • Los flexores de la rodilla (recto femoral y músculo psoas-ilíaco) no son responsables de la flexión de rodilla a mitad de la oscilación • Los flexores de la cadera son los responsables de la flexión de la cadera y flexión de la rodilla durante la oscilación • Los flexores de la cadera son los más importantes para mejorar la longitud de la zancada • Los extensores de la cadera (glúteos) son necesarios para la extensión de la pierna, mientras que los flexores de la rodilla (isquiotibiales) evitan el bloqueo de la rodilla antes de aterrizar

34. 2000 Knee power 1500 Hip power 1000 500 0 -500 -1000 -1500 -2000 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 Time (s) ejemplo: patada frontal de karate • levanta el pie en la flecha verde, el impacto en la flecha roja • la velocidad de pie en el impacto fue de 8,6 m/s (31 km/h) • los extensores de la rodilla no trabajan, los flexores de la rodilla (rojo) hacen un trabajo negativo para prevenir la hiperextensión • los flexores de la cadera hacen un trabajo positivo (verde), luego los extensores hacen un trabajo negativo (azul) para crear “una acción látigo”

35. dinámicainversa • Beneficios: • puede atribuir grupos de músculos específicos al trabajo total realizado dentro del cuerpo • puede exhibir la coordinación del movimiento • Desventajas: • momentos netos son construcciones matemáticas, no miden las estructuras fisiológicas • no se puede validar con mediciones directas • no puede detectar el almacenamiento elástico y el retorno de la energía • no se puede cuantificar las transferencias multi-articulares (músculos biarticulares)

36. Electromiografía • Proceso de medición de las descargas eléctricas debido al recobro de fuerzas de los músculos activos • Sólo cuantifica el componente activo del músculo, componentes pasivos no es registrado • Los niveles son relativos a un músculo en particular y una persona en particular, por lo tanto, necesita un método para comparar el músculo / músculo o persona / persona • No todos los sujetos pueden realizar la máxima contracción voluntaria (MVCs) para permitir la normalización • La manera eficaz de identificar el músculo es el recobro de fuerzas

37. EMG: amplificadores • Tipos: • cable • fiable • menos costoso • sobrecarga de materia • telemetría de cable • fiable • menos costoso • menos cableado • telemetría • poco confiables • más caro • sin cables

38. EMG: electrodos • Tipos: • superficie (mejor para deportes) • fiable • menos costoso • no invasiva • alambre fino • poco confiables • más caro • invasiva • aguja (mejor para médicos) • poco confiables • más caro • doloroso

39. Ejemplo: lacrosse • experiencia de lacrosse en jugador masculino • velocidad de liberación 20 m/s (72 km/h) • duración del movimiento oscilante hacia atrás hasta liberación 0,45 s • estilo híbrido al tirar • 8 EMG de superficie (L / R erector de la columna, L / R oblicuos externos, L / R recto abdominal, y L / R oblicuos internos) • cuatro plataformas de fuerza • velocidad máxima de lanzamiento en una cortina de lienzo

40. Ejemplo: lacrosse left erector spinae right erector spinae left external obliques right external obliques left rectus abdominus right rectus abdominus left internal obliques right internal obliques • erector de la columnatranquilo en el lanzamiento • obl. externosaltamente activos • recto abd.sólo cerca de la liberación • notable a la izquierda/ asimetría a la derecha inicio de tiro liberación

41. Electromiografía • Beneficios • identifica si un músculo particular está activo o inactivo • puede ayudar a identificar los estados de pre-fatiga y del cansancio • Inconvenientes • Estorba al sometido • difíciles de interpretar • no se puede identificar que contribución está haciendo el musculo (concéntrica, excéntrica, isométrica) • deben documentarse con la cinemática

42. futuro • modelos musculo esqueléticos • medida interna del músculo, ligamento y las fuerzas de hueso con hueso • difícil de construir, validar, y aplicar • adelante la dinámica • se predice la cinemática basada en el patrón de recobro de las fuerzas musculares • difícil de construir, validar, y aplicar • simulaciones en ordenador (computadora) • requiere el modelo apropiado (ver arriba) y los datos exactos de entrada para impulsar el modelo • se puede ayudar a probar nuevas técnicas, sin riesgo de lesiones

43. conclusión • cinemáticas son útiles para distinguir una técnica de otra, un ensayo de otro, un atleta de otro • cinemáticas proporcionan información poco fidedigna acerca de cómo producir un movimiento • cinéticas directas son útiles como retroalimentación para controlar de forma rápida y mejorar el rendimiento • cinéticas directas no cuantifican qué músculos o cuál patrón de la coordinación produjo el movimiento

44. conclusióncontinuacióN • Dinámica inversa y análisis de potencia conjunta identifica qué grupos musculares y patrón de coordinación produce un movimiento • no se puede identificar directamente los músculos específicos, contracciones biartculares o elasticidad • electromiogramas producen nivel del recobro de fuerza muscular específica de rendimiento y potencialmente el estado de fatiga • electromiogramas son medidas relativas de actividad y no se puede cuantificar la fuerza muscular pasiva, debe utilizarse con otras medidas

45. Preguntas, comentarios, respuestas Escuela de cinesiología, Universidad de Ottawa, Ottawa, Ontario Castor canadiense en invierno, Gatineau Park, Gatineau, Quebec

46. Finis Muchas Gracias