Biomecánica de las Técnicas Deportivas Luis Alegre Durán

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TEMA 3: BIOMECÁNICA DEL ENTRENAMIENTO DE FUERZA

1. Mecánica externa

1.1. Momento de fuerza

1.2. Relación momento de fuerza-ángulo articular

1.3. Impulso mecánico

1.4. Potencia mecánica externa

2. Mecánica muscular

2.1. Arquitectura muscular

2.2. Brazo del momento de fuerza de un músculo

2.3. Relación fuerza-longitud

2.4. Relación fuerza-velocidad

3. Equipamiento para el entrenamiento de fuerza

3.1. Resistencias inerciales y gravitacionales

3.2. Resistencia hidraúlica

3.3. Resistencia neumática

3.4. Resistencia del agua

3.5. Resistencia elástica

4. Criterios biomecánicos para progresar en el entrenamiento de fuerza

1. MECÁNICA EXTERNA

En este tema hablaremos de mecánica externa para referirnos a las consecuencias de aplicar fuerzas externas a segmentos corporales. Para ello es fundamental entender los conceptos de momento de fuerza y cómo se modifican los perfiles de resistencia dependiendo de las direcciones de las fuerzas.

1.1. Momento de fuerza El momento de fuerza es una medida de la tendencia al giro sobre un

eje. Otra forma de definirlo es como la capacidad para producir rotación de una fuerza. La ecuación que lo define es:

τ = F × d

Donde τ es el momento de fuerza, F es la fuerza y d es la distancia al eje de giro. Las unidades del momento de fuerza son Newtons por metro (N × m). Gráficamente se expresa de la siguiente forma:

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0.4 m

100 N

θ =22º

Momento = F x d┴

100 N x (0.4 m x cos 22º)=

= 100 x 0.37

Momento = 37 N x m

d┴

F (N)

d┴ (m)

Para hallar el momento de fuerza debemos seguir los siguientes pasos:

- Localizar el eje de giro y la dirección del vector de fuerza.

- Trazar la línea de acción de la fuerza

- Hallar la perpendicular entre el eje de giro (brazo del momento) y el vector de fuerza

- El momento será igual al valor del módulo del vector por el brazo del momento.

También debemos recordar los siguientes puntos:

- Si la línea de acción del vector de fuerza pasa por la articulación d=0, luego F × d = 0

- Cuando la dirección de la fuerza es vertical, aumentamos d aumentando la distancia horizontal

- Cambiando la dirección de la fuerza podemos modificar completamente la curva momento de fuerza-ángulo articular de un ejercicio

¿Cómo progresar usando el momento de fuerza?

- Generando momento de fuerza en más articulaciones.

- Generando momento de fuerza en más de un eje articular.

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Momento

(%)

Recorrido articular

1.2. Relación momento de fuerza-ángulo articular El estudio de las modificaciones que produce una resistencia externa en

el momento de fuerza a lo largo del ROM de una articulación permite diseñar y adaptar el uso de resistencias para el entrenamiento de fuerza.

1.3. Impulso mecánico Cuando con una articulación generamos momento suficiente para

comenzar a acelerar una masa, estamos aplicando impulso mecánico (F × t) sobre un cuerpo. Este impulso modificará la cantidad de movimiento de ese cuerpo (m × v), y por tanto, su velocidad.

La forma en la que aplicamos la fuerza para acelerar o frenar los cuerpos van a influir de forma determinante en las adaptaciones y en riesgo de lesión durante el entrenamiento con resistencias.

Gráficas de amortiguación de una persona desde una altura elevada a 0.75 m. La situación A es una amortiguación dura, mientras que la situación B es una amortiguación blanda (Alegre, 2008).

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1.4. Potencia mecánica externa La potencia mecánica generada en movimientos utilizados en el

entrenamiento de fuerza ha sido ampliamente utilizada en la bibliografía para evaluar el rendimiento deportivo y en tareas de la vida cotidiana. Ya hemos explicado previamente que la potencia mecánica puede ser calculada mediante el trabajo y también mediante la relación entre fuerza y la velocidad a la que esta es aplicada:

P = W / t

P = F × v

P Evaluación de la potencia mecánica en distintos grupos de deportistas (Izquierdo et al., 2002).

La medición de este parámetro permite, entre otras cosas:

- Evaluar los efectos del entrenamiento de fuerza.

- Analizar diferencias entre distintas poblaciones.

- Programar entrenamientos en función de esta variable.

2. MECÁNICA MUSCULAR

Cuando hablamos de mecánica muscular o mecánica interna nos referimos a la generación de momentos de fuerza a nivel articular y al comportamiento mecánico al nivel de los elementos contráctiles.

La musculatura esquelética presenta distintos diseños que no son más que una respuesta evolutiva a la limitación de espacio dentro del cuerpo para incluir material contráctil.

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Distintos diseños musculares según su disposición geométrica (Lieber y Friden, 2000)

2.1. Arquitectura muscular Con arquitectura muscular nos referimos a la disposición geométrica

de los elementos contráctiles. La arquitectura se refiere a los siguientes parámetros:

- Tamaño del músculo

- Tamaño y disposición de los fascículos musculares

Las variables que se utilizan en los estudios sobre arquitectura muscular son:

- El ángulo de pennación , o ángulo de inserción de los fascículos en la aponeurosis.

- La longitud de los fascículos musculares.

Medición de los ángulos de pennación y la longitud de los fascículos en el músculo vasto lateral del cuádriceps (Blazevich et al., 2009).

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- El área de sección transversal tanto anatómica como fisiológica.

Áreas de sección transversal anatómica y fisiológica medidas en un músculo con fibras longitudinales y otro penniforme (McGinnis, 2005).

Todos estos parámetros son muy plásticos, y cambian rápidamente con los procesos de entrenamiento y desentrenamiento.

Además, modifican de forma determinante el potencial de fuerza y velocidad que un músculo es capaz de producir.

2.2. Brazo del momento de fuerza de un músculo Todos los músculos se insertan a cierta distancia de los ejes de giro de

una articulación, generando así momentos de fuerza que contrarrestan los momentos de fuerza generados por las resistencias externas.

Estos momentos de fuerza suelen generarse en más de un eje de giro, de forma que apenas hay músculos que generen momentos en un eje puro.

Brazo del momento de fuerza del bíceps braquial sobre el codo, y vector de fuerza generado por este músculo para equilibrar una resistencia externa (Baechle et al., 2008).

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Brazo del momento de fuerza del cuádriceps medido en el tendón rotuliano (Blazevich et al., 2009).

2.3. Relación fuerza-longitud La relación fuerza-longitud muscular implica que, el músculo tiene una

longitud en la cual existe una interacción óptima de los puentes cruzados de actina y miosiona. Por encima y por debajo de esta longitud óptima la fuerza que un músculo es capaz de generar es menor. Esto ha sido comprobado tanto en estudios in vitro como en estudios in vivo.

Relación fuerza-longitud de un sarcómero y de una fibra completa, incluyendo los efectos de los elementos elásticos en serie sobre la tensión que una fibra puede desarrollar (Brughelli y Cronin, 2007).

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2.3. Relación fuerza-velocidad La relación fuerza-velocidad implica que, a mayor velocidad de

acortamiento un músculo es capaz de generar menos fuerza. Esto implica que a altas velocidades de acortamiento no vamos a ser capaces de generar grandes niveles de fuerza.

Comprobación experimental de la relación fuerza-velocidad, antes y después de un proceso de entrenamiento y gráfica típica de fuerza-velocidad de un grupo muscular (Newton, 2009; Reeves et al., 2005).

3. EQUIPAMIENTO PARA EL ENTRENAMIENTO DE FUERZA

3.1. Resistencias inerciales y gravitacionales Vienen determinadas por la masa (inerciales) y por el peso

(gravitacionales).

Las resistencias inerciales son dependientes de la aceleración a la que sometamos a la masa que utilizamos para generar resistencia (las pesas, las placas de una máquina, nuestro propio cuerpo).

Las resistencias gravitacionales dependen del peso (m × g), el cual es un valor constante.

Ejemplos de resistencias inerciales y gravitacionales

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Las máquinas de musculación utilizan poleas para modificar la dirección y la magnitud de las fuerzas que recibe la persona en el punto de agarre.

Polea Nautilus de la década de los 70 del s XX (izquierda) y poleas direccionales de una máquina de musculación.

También hay máquinas que incluyen poleas desmultiplicadoras, lo que modifica el perfil de la resistencia.

Poleas desmultiplicadoras de una máquina Nautilus Freedom Trainer.

Las principales características de estos sistemas son:

- Los perfiles son dependientes de la aceleración, con lo que podemos conseguir picos de fuerza máximos con cargas submáximas.

- Hay que tener especial cuidado con las aceleraciones altas en zonas extremas del ROM.

3.2. Resistencia hidraúlica Es generada por el paso de fluidos por pistones.

Sus principales características son:

- Presentan picos de fuerza reducidos

- No hay fase excéntrica, luego el daño muscular es bajo.

- Son seguras para entrenar con cargas altas ya que podemos descuidar la frenada.

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3.3. Resistencia neumática En este tipo de resistencia, se usan compresores de aire para generarla.

Su principal característica es que los perfiles de resistencia que generan son más constantes que los de las resistencias inerciales cuando se aplican altas aceleraciones.

Compresor Keiser (izquierda, abajo) y perfiles de fuerza con un compresor Keiser y una carga equivalente a baja velocidad (izquierda, arriba) y a baja velocidad (derecha, arriba).

3.4. Resistencia del agua El uso de la resistencia del agua supone la ausencia de fases

isométricas y la reducción de las fases excéntricas.

Los factores más fáciles de manipular en este tipo de resistencia son la superficie y la velocidad de los segmentos respecto al flujo relativo de agua.

Una característica muy interesante es que se adapta a las necesidades individuales para generar fuerza.

Entre sus desventajas objetivas podemos incluir que:

- Es difícil de transferir a las necesidades de fuerza en seco.

- La carga sobre el sistema óseo es muy limitada, por lo que su utilidad para prevenir la osteoporosis también lo será.

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3.5. Resistencia elástica Depende del coeficiente elástico de los materiales (k) y su deformación

(∆x), por lo que la ecuación que las define es:

F = -k × ∆x Se pueden manipular fácilmente aumentando o disminuyendo el grado

de estiramiento al que sometemos al material elástico.

- La resistencia aumentará con la deformación del cuerpo

- La resistencia disminuye a lo largo del recorrido de retorno

- Distintos colores en las bandas elásticas implican distintas “k”

- Se generan menores picos de fuerza por la menor masa implicada

Bandas elásticas utilizadas para generar resistencia.

4. CRITERIOS BIOMECÁNICOS PARA PROGRESAR EN EL ENTRENAMIENTO DE FUERZA

Podemos utilizar principalmente dos criterios biomecánicos básicos para progresar en el entrenamiento de fuerza:

- El primero de ellos es aumentar el número de articulaciones sobre las que generamos momento de fuerza. Esto requerirá de un mayor control neurológico y de más masa muscular implicada.

- El segundo criterio sería aumentar el número de ejes sobre los que generamos momento de fuerza, lo que también implicará a más musculatura.

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Bibliografía específica del tema

Alegre LM. Causas de la traslación lineal de los cuerpos: Cinética lineal. En: Izquierdo Redín M, eds. Biomecánica y bases neuromusculares de la actividad física y el deporte. Madrid: Editorial Médica Panamericana; 2008: 201-214.

Baechle TR, Earle RW, National Strength & Conditioning Association (U.S.). Essentials of strength training and conditioning. 3a ed. Champaign IL: Human Kinetics; 2008.

Blazevich AJ, Coleman DR, Horne S, Cannavan D. Anatomical predictors of maximum isometric and concentric knee extensor moment. Eur J Appl Physiol. 2009; 105:869-878.

Brughelli M, Cronin J. Altering the length-tension relationship with eccentric exercise : implications for performance and injury. Sports Med. 2007; 37:807-826.

Izquierdo M, Hakkinen K, Gonzalez-Badillo JJ, Ibanez J, Gorostiaga EM. Effects of long-term training specificity on maximal strength and power of the upper and lower extremities in athletes from different sports. Eur J Appl Physiol. 2002; 87:264-271.

Lieber RL, Friden J. Functional and clinical significance of skeletal muscle architecture. Muscle Nerve. 2000; 23:1647-1666.

McGinnis PM. Biomechanics of sport and exercise. 2nd. Champaign, IL: Human Kinetics; 2005.

Newton RU. Power. En: Ackland TR, Elliott BC, Bloomfield J, eds. Applied Anatomy and Biomechanics in Sport. 2009: 155-176.