UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN
Enrique Guzmán y Valle
Alma Máter del Magisterio Nacional
FACULTAD DE PEDAGOGÍA Y CULTURA FÍSICA
MONOGRAFÍA
Análisis biomecánico de la natación
en el estilo espalda
Examen de Suficiencia Profesional Resolución Nº 0220-2019-D-FPYCF
Presentada por:
Alfredo Elvis Ramírez Esteban
Para optar al título profesional de Licenciado en Educación Especialidad: A.P. Educación Física
A.S. Deportes
Lima, Perú
MONOGRAFÍA
Análisis biomecánico de la natación
en el estilo espalda
Designación de Jurados Resolución Nº 0220-2019-D-FPYCF
__________________________________
RUIZ PALLADINI, VIRGINIA
Presidente
_________________________________
TIMOTEO CHERO, DAVID
Secretario
_________________________________
GONZALES REYES, LUIS
Vocal
A mis padres, en forma especial, a su esfuerzo por hacer de mi una persona útil para la sociedad por su ejemplo y sus consejos; a mi familia, como reconocimiento a su labor, que me permiten superarme día a día.
Contenido
Dedicatoria iii
Contenido iv
Introducción x
Capítulo I. La mecánica y su relación con la biomecánica
1.1. ¿Qué es la mecánica? 13
1.2. Fundamentos de la mecánica del movimiento 14
1.3. Cinesiología y biomecánica 19
1.3.1.La biomecánica 19
Capítulo II. Vínculo de la biomecánica con otras ciencias
2.1 Biomecánica de la actividad física y el deporte 26
2.1.1 Biomecánica médica 26
2.1.2 Biomecánica ocupacional 27
2.1.3 La biomecánica en la actividad física y deportiva 28
Capítulo III. El cuerpo humano como sistema biomecánico
3.1. Movimiento de los cuerpos en un sistema referencial 30
3.1.1. Características físicas del cuerpo humano 31
3.2. Elementos que intervienen en la biomecánica 31
3.2.1. Principio de la acción y de la reacción 31
3.2.2. Los planos 34
3.2.4. Ejes 36
3.2.5. Conceptos generales de palanca y de plano inclinado 37
3.2.5.1. Palanca 38
3.2.5.2. Plano inclinado 40
3.3. Sistemas del cuerpo que producen el movimiento 41
3.3.1. Articulaciones. 41
3.3.2. Sistema muscular 42
3.3.3. Sistema óseo 43
3.3.4. Tendones y ligamentos 43
3.4. Estructuras neuromusculares y su relación con el sistema biomecánico 43
3.5. Estructuras neuromusculares y su función en la actividad de la columna 55
3.6. Estructuras neuromusculares y su función en la actividad de los hombros 62
Capítulo IV. La biomecánica deportiva aplicada a la natación estilo espalda
4.1 Conceptos biomecánicos básicos del nado 78
4.2 Leyes y principios físicos en que se fundamenta la biomecánica natatoria 80
4.2.1 Flotabilidad 80
4.3 Principio de equilibrio o de balanza 83
4.3.1 Centro de gravedad 83
4.3.2 Método directo y método indirecto 84
4.3.3 Estabilidad de los cuerpos flotantes 89
4.4 Sustentación en superficie y movimiento 90
Capítulo V. Análisis biomecánico de la posición de los movimientos del estilo espalda
5.2. La acción de piernas 99
5.3. El movimiento de los brazos en el estilo espalda 100
Aplicación didáctica 113
Conclusiones 119
Lista de figuras
Figura 1. El movimiento del cuerpo se establece por coordenadas 14
Figura 2. Explicacion gráfica de la primera Ley de Newton 18
Figura 3. Explicacion gráfica de la segunda Ley de Newton 18
Figura 4. Explicacion gráfica de la tercera Ley de Newton 19
Figura 5. Sistemas músculo esquelético que interviene en el trabajo biomecánico 20
Figura 6.. División de la biomecánica. 21
Figura 7. Prótesis para la rehabilitacion fisioterapéutica 27
Figura 8. Trabajos en biomecánica ocupacional 27
Figura 9. Resistencia de fricción corporal y frontal, cómo evitarla 33
Figura.10. Los planos, vista de una posición horizontal 35
Figura 11. Los planos, vista desde una posición vertical 36
Figura 12. Las palancas de los miembros superiores (manos) 38
Figura 13. Los movimientos flexo-extensores de los brazos 39
Figura 14. Movimientos flexo-extensores de los miembros inferiores 39
Figura 15. Tipos de articulaciones 42
Figura 16. Sistema Muscular (anterior y posterior) 42
Figura 17. Sistema oseo (anterior y posterior) 43
Figura 18. Sistema del uso neuromuscular 45
Figura 19. El tono muscular y las fibras musculares extrafusales 46
Figura 20. Congruencia e incongruencia de las articulaciones 51
Figura 21. Estructura de la columna lumbrosacra 55
Figura 22. Reflejo ligamentoso-muscular de protección 59
Figura 23. Articulación de la cintura escapular 62
Figura 24. Rotación de la clavícula en la elevación de la cabeza 63
Figura 26. Huesos, ligamentos y músculos del codo 68
Figura 27. Uniones ligamentosas de la muñeca 70
Figura 28. Articulación ósea y músculos de la rodilla 71
Figura 29. Articulación y músculos de la cadera 74
Figura 30. Análisis biomecánico de la brazada en el estilo espalda 80
Figura 31. Densidad de los cuerpos en el agua 81
Figura 32. Equilibrio del cuerpo en el agua 85
Figura 33. Ejemplo de modificación de la situación del centro de gravedad del
comportamiento del cuerpo, en función de la disposición de los brazos. 87
Figura 34. Relación del volumen y la masa de los cuerpos flotantes 89
Figura 35. Condiciones para la flotación 90
Figura 36. Fuerza 93
Figura 37. Movimiento propulsivo de las piernas en el estilo espalda 99
Figura 38. Fase aérea y acu´<tica en el estilo espalda 100
Figura 39. Fase aérea en el recobro 102
Figura 40. Fase aérea en el ataque 103
Figura 41. Coordinación del braceo y la respiración en el estilo espalda 104
Figura 42. La partida, posición de apoyo en la pared 105
Figura 43. La partida, posición de elevación del cuerpo en la pared 106
Figura 44. La partida, posición de impulso desde la pared 106
Figura 45. La partida, posición de vuelo desde la pared 107
Figura 46. La partida, posición de entrada al agua. 108
Figura 47. La partida, posición de deslizamiento sumergido 108
Figura 48. La partida, posición de deslizamiento sumergido e inicio del batido 109
Figura 49. La partida, posición de salida a la superficie 109
Figura 51. El viraje o el rodamiento de acercamiento 110
Figura 52. El viraje impulso de la pared 111
Figura 53. El impulso de la pared 112
Lista de tabla
Introducción
En estos últimos años, el avance del conocimiento sobre el cuerpo humano ha
ocurrido a una gran velocidad y la razón fundamental de este avance ha sido ocasionado
por la colaboración de cuatro ramas de la ciencia: la medicina, la biología, la física y la
ingeniera; gracias a estas disciplinas, que por cierto son muy amplias abarcan un conjunto
de actividades.
Ocurre y existe similitudes y diferencias entre ellas aun así la cooperación entre
ellas la dado resultados excelentes a la optimización del rendimiento deportivo, como
también a aquellas personas de edad avanzada que han extendido sus años de vida de una
forma más útil, y esto debido a los grandes estudios para lograr la mejora de la capacidad
funcional humana.
Las disciplinas, como la biomecánica y la biofísica, han emergido de manera
natural durante el presente siglo. Ha provocado en el entorno de la física como un
ingrediente importante dentro de la bilogía, la medicina, y es donde ponemos la mayor
importancia especial a la actividad física y el deporte donde la mecánica no deja de tomar
un papel de mucha relevancia.
En la década de los años 60 fue evidente la estredra relación de los físicos y los
ingenieros con los biólogos, los médicos y los docentes de la educación física y deporte,
con la cual se ha brindado muchos aportes a la biomecánica.
Entonces podemos decir que la biomecánica tiene doble objetivo: mejorar y
optimizar el rendimiento físico y la prevención de lesiones; pero estos objetivos solo se
pueden lograr si se mantiene un alto nivel de la técnica deportiva y del uso adecuado del
Concentrándonos en la natación y, dentro de ella, el análisis del estilo espalda,
utilizamos como fuente principal los enormes conocimientos en la aplicación general de
las actividades acuáticas. Nos apoyamos en el fundamento de la flotación, sobre cual
tenemos como gran referente al principio de Arquímedes
Los conocimientos en la aplicación específica de las trayectorias y las
velocidades, que surgen a través de la mano, en la fase acuática en la tracción nos
proporciona un instrumento que nos permite la medida y el análisis de evaluación para la
actividad natatoria.
En los centros de investigación de alto rendimiento de los deportistas solo se
aplicaban lo dicho anteriormente debido a su alto precio y difícil manejo, pero en la
actualidad el alcance de estos instrumentos está apareciendo a un menor costo y esto lo
hace accesible a los clubes y universidades para ser utilizado en los diferentes estudios de
los deportes.
El presente trabajo nos proporciona y nos sumerge en el amplio mundo de la
natación deportiva y, específicamente, en el estilo espalda. Para ello, el texto se presenta
en cinco capítulos.
Lejos de que el presente estudio sea entendido como un recetario con relación a las
estrategias de conducción en cuanto a las aportaciones del estudio de la biomecánica,
esperamos simplemente que nos haga reflexionar, sobre todo en lo que podemos hacer para
mejorarla.
El objeto del presente trabajo es aportar al conocimiento de todos los agentes
involucrados en el papel que se cumplen en la tarea de conducir el entrenamiento en la
espalda. El trabajo está elaborado de la siguiente manera:
En el primer capítulo. Desarrollaremos lo puntos referido al marco teórico general;
en el segundo capítulo tratamos sobre el vínculo de la biomecánica con otras ciencias; en el
tercer capítulo tratamos sobre el cuerpo humano como sistema biomecánico; en el cuarto
capítulo tratamos sobre la biomecánica deportiva aplicada a la natación estilo espalda, y en
el quinto capítulo. hacemos el análisis biomecánico de la posición de los movimientos del
estilo espalda.
En tal virtud, dejo el presente trabajo a consideración de ustedes, señores miembros
del jurado
Capítulo I
La mecánica y su relación con la biomecánica
El objetivo que se persigue en esta parte del trabajo consiste en proporcionar datos
de la anatomía funcional del aparato locomotor que le son necesarios para comprender
mejor el movimiento humano y extrapolarlo a la práctica físico- deportiva-natatoria.
Para ello, se han diseñado unos contenidos que, desde la mecánica al servicio de la
anatomía, abordan los sistemas de palancas, las cadenas cinéticas de movimiento, el efecto
de la gravedad en todo tipo de actividad física y, por último, el análisis biomecánico del
movimiento humano en el agua, tomando como referencia los planos y los ejes espaciales.
Se centra en las partes corporales de la cabeza, el tronco y las extremidades para
determinar las posibilidades de movimiento que se pueden realizar en cada una de ellas
dentro del agua y, en forma particular, en el estilo espalda.
1.1. ¿Qué es la mecánica?
La mecánica es la parte de la física que estudia el reposo y el movimiento de los
cuerpos; como reposo se puede considerar un caso particular de movimiento (movimiento
nulo). Es elemental saber que la mecánica es el movimiento o el desplazamiento de un
cuerpo en relación con los demás cuerpos. Sobre esto, podemos decir que al considerar un
movimiento, este se va a generar solo en función a otros cuerpos ya que estos movimientos
Así, la posición de un cuerpo en el espacio puede ser determinada solamente en
relación a algunos otros cuerpos. Esto mismo atañe también al movimiento del cuerpo, es
decir, a la variación de su posición en el transcurso del tiempo. El cuerpo (o el sistema de
cuerpos inmóviles entre sí) que sirve para determinar la posición del que nos interesa se
denomina cuerpo de referencia (Fucci, 2003).
Si nos referimos especialmente a la descripción del movimiento vamos a tener que
apoyarnos, de manera principal, en cualquier tipo de sistemas de coordenadas, y uno de
ellos es el plano cartesiano, que nos va a permitir poder realizar con precisión la posición
en el espacio y, como es comprensible, no solo tiene lugar sino también obtiene un tiempo.
Figura 1. El movimiento del cuerpo se establece por coordenadas
1.2. Fundamentos de la mecánica del movimiento
Si comenzamos diciendo que la ciencia física tiene como una rama principal a la
mecánica y está sometida al estudio de la acción de fuerzas sobre todos los cuerpos
materiales, de esta forma nos apoyamos en este pilar de las leyes físicas generales que
hacen posible poder ser aplicadas en la biomecánica que se centra y tiene como objeto de
movimientos de las estructuras y aspectos fisiológicos de los cuerpos de los animales,
priorizando al ser humano.
La mecánica puede dividirse en dos ramas: una de ellas es la estática, que tiene como
objetivo de estudio de las partículas y de los cuerpos que permanecen rígidos en un
equilibrio estático, y también a la dinámica, que se subdivide en cinemática, que es la ciencia que estudia los movimientos, incluidos el desplazamiento, la velocidad y la
aceleración, independientemente de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo, y la cinética, que incorpora los conceptos de masa, de fuerza y de energía en cuanto actores que afectan
a los movimientos (M., 1998).
Cada movimiento que genera la estructura del cuerpo humano está sometido a las
leyes de la mecánica, por ende decimos que es un objetivo práctico, variadamente utilizado
en el campo amplio de la biomecánica.
Por lo tanto, podemos decir, entonces, que la mecánica se divide en tres tipos
generales de movimiento:
a) Movimiento rectilíneo o tralatorio (nado continuo). Cada cuerpo humano en
toda su integridad cumple casos muy singulares con este tipo de acción o de
movimiento, ya que se considera que se debe a que cada partícula del cuerpo
obtiene un movimiento igual en la misma distancia que todas las demás en forma
paralela entre sí.
b)Movimiento angular o rotatorio. Este movimiento se refiere a que cada
partícula de un cuerpo obtenga un movimiento circular en un eje de rotación, el
que puede ser interno o externo. Un claro ejemplo es cuando el nadador realiza
c) Movimiento curvilíneo. Está definido de manera que las partículas de un
cuerpo son sometidas y describen una curva distinta en la circunferencia. Es
totalmente variable y aleja fuerzas, como la gravedad, la resistencia, el aire. Esta
trayectoria va a seguir una curva parabólica muy parecida a la de un misil, en el
caso, de la natación, lo podríamos observar en las partidas del estilo espalda, en
el salto largo y en los saltos acrobáticos en la poza de clavados.
Respecto a la inercia y, de acuerdo con la Primera Ley de Newton, un cuerpo en
reposo tiende a permanecer quieto, y uno en movimiento, a seguir su movimiento en línea
recta y velocidad constante, salvo que las fuerzas externas modifiquen su estado. Esta
tendencia a resistir los cambios, se conoce como inercia y explica que a un nadador le
resulte difícil cambiar de dirección durante una carrera a toda velocidad.
Las fuerzas que determinan los movimientos humanos pueden ser de origen interno o
externo. De las fuerzas internas solamente la originada en la contracción muscular tiene
importancia para el análisis de los movimientos macroscópicos, aunque también la
capilaridad, la presión osmótica y otras pueden ser importantes en medicina y fisiología.
En cuanto a las fuerzas externas, se destaca generalmente la de la gravedad, debido a su
constancia, uniformidad y dirección invariable.
Se comprenderá mejor los movimientos, si se estudian las características especiales
de las fuerzas y su medición. En mecánica, hay dos tipos de medición cuantitativa:
a) Cantidades escalares, que solo poseen magnitud y pueden sumarse aritméticamente.
b)Cantidades vectoriales, que tienen como atributos definidos tanto la magnitud como
la dirección y deben sumarse vectorialmente para obtener el máximo de información.
Son el desplazamiento, la velocidad, la aceleración, el momento y la fuerza.
En cuanto a la cinemática, y una vez interpretada la diferencia entre cantidades escalares y vectoriales, conviene distinguir entre los siguientes conceptos:
a) Velocidad. Es una cantidad escalar que posee magnitud, pero no dirección definida.
La velocidad media se expresa por la relación entre la distancia lineal/tiempo
transcurrido: v = dist. lin. / t. La velocidad es también una cantidad vectorial y debe
mencionar la dirección del movimiento, de forma que la velocidad media en este
caso o el promedio se define como la relación entre el desplazamiento o la distancia
recorrida en una dirección determinada y el tiempo empleado: v = d / t.
b)Aceleración. Supone el incremento cronológicamente progresivo que se produce en
un cambio de velocidad: a = V — Vo / t, donde es a aceleración media, V velocidad
final, Vo = velocidad inicial y t = tiempo necesario para provocar la modificación.
Esto, naturalmente, solo resulta válido para movimientos uniformemente acelerados,
Para determinar la velocidad en un momento dado, la aceleración se multiplica por el
tiempo transcurrido (V = at) y se suma a la velocidad inicial (Vo). En los casos de
desaceleración (a veces llamada aceleración negativa), esta debe restarse de la
velocidad inicial: V= Vo – a . t.
En cuanto a la cinética, hay que hacer referencia a las leyes de Newton y a las ecuaciones derivadas de ellas, que fundamentan y explican muchas de las expresiones
Primera Ley de Newton. Un cuerpo se mantiene en estado de reposo o de
movimiento uniforme, salvo que algún otro cuerpo actúe sobre él. Un proyectil, como una
pelota (en el polo acuático) o una jabalina, se desplazaría indefinidamente por el espacio en
línea recta si no existieran las fuerzas de la gravitación, de fricción, de resistencia del aire,
que modifican su curso o lo detienen.
Figura 2. Explicación gráfica de la Primera Ley de Newton
Segunda Ley de Newton. Refiere la correlación existente de la fuerza aplicada, la masa y la aceleración: E = m. a. Cuando la masa es de gran magnitud, estamos ante una
fuerza máxima, mientras que si la aceleración resulta máxima, estamos ante una fuerza
velocidad o fuerza explosiva.
Figura 3.Explicación gráfica de la segunda Ley de Newton
Tercera Ley de Newton. Siempre que el objeto procede sobre otro, el segundo
ejerce una reacción igual y opuesta sobre el primero. Se ve claramente un ejemplo en el
que el atleta se eleve en el aire. Lo mismo sucede al momento del viraje durante la vuelta en
el agua cuando el nadador se impulsa de la pared.
Figura 4. Explicacion gráfica de la tercera Ley de Newton
1.3. Cinesiología y biomecánica
Para obtener esencialmente la optimización del rendimiento deportivo salen a relucir
diferentes disciplinas científicas que colaboran en el apoyo al entrenamiento y para ello es
necesario mantener unido la fusión de estas dos disciplinas.
Como hemos señalado, podríamos deducir que la biomecánica tiene doble
objetivo y uno de ellos es mejorar y optimizar el rendimiento físico y el otro se refiere
plenamente a la prevención de lesiones, pero estos objetivos solo se pueden lograr si se
mantiene un alto nivel de la técnica deportiva y del uso adecuado del equipamiento en los
diferentes deportes.
1.3.1.La biomecánica
Es una palabra compuesta por los vocablos griegos bio (vida) y mékhané
(movimiento). Constituye la ciencia que estudia los diferentes tipos o unidades de
La biomecánica se centra y tiene como objeto de estudio al los movimientos de todos
los seres vivos, y la kinesiología está atada a los movimientos de las estructuras y los
aspectos fisiológicos de los cuerpos de los animales, priorizando al ser humano. Es
necesario utilizar los enormes alcances científicos de las disciplinas biomédicas para
entender el comportamiento de la estructura humana en el medio acuático y así poder
encontrar respuestas a los problemas y condiciones en las cuales pueda interferir al
nadador.
Figura 5. Sistemas músculo esquelético que interviene en el trabajo biomecánico
Tenemos que reconocer que en los últimos tiempos ha obtenido una gran relevancia
el análisis biomecánico de la natación. Para lograr este objetivo tenemos que valernos de
una variedad de profesiones, como los ingenieros, los motristas, lo licenciados en
educación física y los entrenadores, solo así, con conocimiento y equipo de profesionales,
podemos alcanzar la importancia de la biomecánica.
Para muchos, la intención de saber cómo funciona biológicamente el cuerpo humano
ha llevado a los científicos a indagar sobre el funcionamiento de los órganos, como el
creaba cada movimiento en los seres vivos, lo que conllevó al nacimiento y al desarrollo de
la biomecánica la disciplina, de la ciencia que hoy conocemos.
Tengamos en cuenta que la biomecánica viene a ser una disciplina que emplea los
principios y los métodos de la mecánica para el estudio de los seres vivos, teniendo en
cuenta sus peculiaridades Vean, (1991), quien también estudio la falta de equilibrio, en su
relación con las fuerzas que lo inducen. Esta acción involucra al estudio de las fuerzas
externas e internas de la cinética y de los movimientos asociados que afectan al ser
humano y a los animales (cinemática).
La UNESCO ha logrado un consenso sobre la definición de la biomecánica. Hay
autores que se refieren de una manera muy genetica, pero hay algunos que se refieren de
manera más limitada, que nos dicen que “la mecánica de los sistemas vivos comprende el
conocimiento del papel que desempeñan las fuerzas mecánicas que producen los
movimientos, su soporte anatómico, su iniciación neuronal, su control integrado,
supercepción, así como su diseño central”.
Figura 6. División de la biomecánica.
La mejor forma de entender la cinemática o lo que describe es mediante un claro
ejemplo: las diferentes técnicas, las destrezas y las habilidades deportivas que puede llegar
a lograr el nadador; mientras tanto, la cinética se va a dedicar a estudiar las fuerzas BIOMECÁNICA
CINEMÁTICA
CINÉTICA
ESTÁTICA
implicadas en el movimiento, por ejemplo: cuando un deportista realiza el lanzamiento del
balón hacia la canasta. La estática se va a dedicar a estudiar el equilibrio, como por
ejemplo: el equilibrio que logra un surfista manteniéndose de pie sobre la tabla.
Para poder identificar claramente el término de biomecánica es necesario saber que
comprende dos elementos: el bilógico y el mecánico. En esta posición, para poder definir
esta área se valieron de los siguientes: biodinámica, biomateriales, biofluidos y bioestática,
estas denominaciones son como campos fronterizos de la biomecánico.
Ciertamente en el mundo de la actividad física y el deporte, los libros y las revistas
mencionan a la biomecánica de una forma genérica; cuando se trata de problemas de la
sangre y su microcirculación, operación de alvéolos pulmonares, claramente se podría dar
la definición más concreta.
La cinesiologia es la ciencia que sostiene los conocimientos, como la anatomía, la fisiología y la mecánica mientras tanto cuando estudiamos el movimiento del ser humano
se puede obtener distintos puntos de referencia, como el filosófico, el psicológico, el
sociológico, el físico y el anatómico; sin embargo, el área de la biomecánica va a ser
Capítulo II
Vínculo de la biomecánica con otras ciencias
El cuerpo humano va a estar sujeto al estudio de la biomecánica, que va a analizar el
principio del movimiento desde cómo se ha producido, qué elementos han intervenido y
qué estructuras las regulan para controlarlo y detenerlo; todas las acciones o los
movimientos van a estar sometidos por las leyes físicas. La biomecánica es la disciplina
que tiene como objeto de estudio todas las estructuras biológicas que conforman a los seres
vivos, fundamentalmente al ser humano en relación con el movimiento y el medio
ambiente.
La biomecánica a su vez nos permite mantener una relación entre la mecánica y las
reacciones de las estructuras internas y de cómo la fuerza es aplicada en el movimiento,
qué cantidad de energía es necesaria para generar los diferentes y los amplios
movimientos.
Podemos decir entonces que los distintos tipos de movimientos de los individuos son
sometidos a las leyes físicas de la mecánica, se va a considerar dentro de la biomecánica,
que es una vertiente de ciencias.
Principalmente en el sentido de la existencia, dicho en otras palabras, el objetivo
predominante es que no se produzcan lesiones y se tenga el máximo ahorro de energía para
Dichas en otras palabras, es claramente la única vía para resolver la ejecución del
movimiento donde se pueda obtener el equilibrio entre el ahorro de energía con la
prevención de cualquier daño físico; en este caso, fundamentalmente en el cuerpo humano.
Fundamentos científicos de la biomecánico.
Como venimos señalando, la disciplina que se ocupa del estudio de los movimientos
o las acciones de moverse de los seres vivos es la biomecánica desde el punto de vista de la
mecánica (físico). Gracias a esta disciplina se va a poder atender la causa y la ejecución del
movimiento humano.
Los movimientos desde tres perspectivas:
1. Dirección de los movimientos. Teoría que explica la forma de regular los
mecanismos auxiliares.
Campo de la neurofisiología y la psicología.
2. Estructura de los cuerpos movidos y en movimiento. Se va a encargar de
analizar el sistema o el aparato plurifuncional compuesto por huesos,
articulaciones y músculos del cuerpo humano.
Campo de la anatomía y la fisiología
3. Fuerzas que producen los movimientos de los cuerpos (masas). Se consideran a las
fuerzas internas, como el sistema muscular, y todas las fuerzas externas, como la
gravedad, la fricción, el empuje de los medios líquidos, ya que tomamos como
Por lo tanto, decimos que la biomecánica también está ligada a la biónica y, como es
fundamental, utiliza algunos de sus principios. Ha hecho numerosos aportes en la
medicina; la bioquímica y el medio ambiente a través de los medios tecnológicos para el
aporte en conocimientos a los sistemas biológicos y también en los instrumentos y lo
métodos de análisis de investigaciones en relación con las partes y los órganos del cuerpo
humano
Entonces, podemos definir la biomecánica como un campo vasto de conocimientos
que guarda relación con las distintas disciplinas generadas a partir del apoyo de las demás
ciencias biomédicas y las variadas tecnologías, priorizando el estudio del comportamiento
de los sistemas biológicos y, fundamentalmente, la del cuerpo humano, y situando, en
segundo lugar, los distintos problemas que le provocan las variadas condiciones en las que
se pueda encontrar cometido.
En esta definición han de subrayarse algunas ideas:
1. Podemos decir que la biomecánica es objeto de estudio que compete a todos los
fenómenos biológicos y, por un fuerte interés especial, al antropocentrismo del
cuerpo humano.
2. Nos encontramos en un campo amplio de la mecánica, que posee métodos
propios que pueden utilizarse y aplicarse en todos los seres vivos.
3. Entendemos el desarrollo de la biomecánica en una orientación útil de estudio y
de solución de las dificultades que afectan al hombre; de lo contrario, tal vez no
2.1. Biomecánica de la actividad física y el deporte
Los campos relacionados con la biomecánica no están claramente definidos, aun así
podemos distinguir, refiriéndonos a los medios en los que puede estar integrada realizando
algún tipo de movimiento, en los entornos relacionados con este amplio campo de estudio,
los siguientes campos es acción:
2.1.1. Biomecánica médica
Existe un vasto campo sobre la medicina. En la actualidad, ha generado un gran auge
que está abarcando distintos estadios donde podemos relacionarlos con la biomecánica.
Algunos de ellos pueden ser:
• Biomecánica aplicada a la traumatología. Se va a concentrar en los orígenes
mecánicos para obtener respuestas a las causas de los distintos tipos de lesiones.
Un claro ejemplo es el análisis de las cargas que pueden soportar los huesos, los
tendones y los ligamentos para no sobrepasar los estándares de tolerancia
permitidos.
• Biomecánica aplicada a la rehabilitación. Tiene en cuenta aquellos ejercicios de
carácter rehabilitador, sabiendo la dirección de las fuerzas generadas por las
articulaciones.
• Biomecánica aplicada a la fisiología. Estudia el funcionamiento de los fluidos,
como la relación de la inervación muscular. Para ser más claro, en el campo de la
actividad física y deportiva tiene un espacio relevante la ergometría, que consiste
en medir la fuerza del músculo o el grupo de ellos en función al movimiento del
• Biomecánica ortopédica. Es básicamente la implantación y la adaptación de
distintas prótesis para su mejor desarrollo en la actividad física.
Figura 7. Prótesis para la rehabilitacion fisioterapéutica
2.1.2. Biomecánica ocupacional
En este campo del trabajo, existe infinitos movimientos que van a ser realizado por
las distintas profesiones. La biomecánica se va a encargar de darle un aspecto en lo que
llamamos ergometría, que consiste en adaptar y mejorar todas las situaciones de trabajo del
ser humano en lo físico y en lo social. Los conocimientos de la biomecánica van a priorizar
en la parte física con la finalidad de optimizar la ganancia física para posteriormente evitar
lesiones en el trabajo industrial o en el trabajo doméstico.
Esto permite a los diseñadores ejecutar provisiones que cada vez más sean más
agradables a los usuarios.
2.1.3. La biomecánica en la actividad física y deportiva
La disciplina de la biomecánica se centra en analizar la mecánica de las actividades
motrices del cuerpo humano.
En la mayoría de situaciones en la variedad de actividades deportivas existe
movimientos, tales como, por ejemplo, calcular la trayectoria y el ángulo de un
lanzamiento del balón para un deportista de baloncesto.
En otras ocasiones, el análisis de las técnicas deportivas y el conocimiento de los
aspectos mecánicos conforman un apoyo fundamental para en la realización del
movimiento y sus los implementos utilizados por los deportistas, lo que demuestra cómo
pueden obtenerse ventajas.
La biomecánica señala a través de las distintas áreas el movimiento humano tales
como:
• El mecanismo de los movimientos del ser humano.
• El funcionamiento de toda la musculatura, los ligamentos, los cartílagos y los
huesos.
• La carga y la sobrecarga de estructuras específicas de sistemas vivos.
• Factores influyentes en el desarrollo.
En la actualidad, al ingresar al campo amplio de la biomecánica y su aplicación en la
activada física y el deporte, vemos que se lleva a cabo tanto en atletas como en no atletas,
también en capacitados y en discapacitados y en los factores de una persona desde la niñez
Para Baumler – Scheneider (2003), “la biomecánica puede instituir diferentes
objetivos en relación con el propio deportista, con el medio terrestre, acuático o aéreo, y
con el material deportivo (zapatillas, paletas, aletas, raquetas, bicicletas, piraguas o
balones)”.
Tabla 1.
Factores que influyen en el desarrollo óptimo del deportista
En relación con el
deportista En relación con el medio
En relación con el material deportivo • Describir las técnicas
deportivas.
• Ofrecer nuevos aparatos
y metodologías de
registro.
• Corregir defectos en las
técnicas y ayudar en el
entrenamiento.
• Evitar las lesiones y aconsejan sobre cómo
ejecutar las técnicas
deportivas de forma
segura.
• Proponer técnicas más
eficaces.
• Minimizar las fuerzas de
resistencia.
• Optimizar la propulsión
en diferentes medios. • Estudiar las fuerzas de
acción, reacción y
sustentación para
optimizar el rendimiento
académico.
• Definir la eficacia en
diferentes técnicas
deportivas, en función de
las fuerzas de reacción en
el suelo.
• Estudiar las fuerzas de
reacción del suelo en
relación con las lesiones
deportivas.
• Reducir el peso del
material deportivo sin
detrimento de otras
características.
• Aumentar en algunos
casos la rigidez, la
flexibilidad o la
elasticidad del material. • Aumentar la durabilidad
del material.
• Conseguir materiales
más seguros.
• Conseguir materiales
que permitan lograr
Capítulo III
El cuerpo humano como sistema biomecánico
3.1. Movimiento de los cuerpos en un sistema referencial
El análisis del movimiento humano requiere de la descripción minuciosa de los
cambios de posición del cuerpo o de sus segmentos (cinemática), así como la identificación
de las causas que lo producen (cinética).
En el caso de los sistemas de referencia relativos, la posición de un segmento se
describe en función de la posición de su segmento adyacente. Dentro de los sistemas
relativos, podemos tener sistemas que se mueven a una velocidad constante (sistemas
inerciales) o los que cambian de posición con variación en la velocidad (sistemas
acelerados).
Los dos casos, el sistema absoluto y el relativo a la referencia, se puede encontrar
dentro o fuera cuando realiza la acción o el movimiento.
En las siguientes demostraciones, vamos a ver que resulta más interesante elegir un
sistema móvil y describir todos los movimientos de un atleta en el lanzamiento de martillo;
respecto al propio martillo, la biomecánica va a describir, de una manera frecuente, los
cambio que se producen en un determinado segmento o en una articulación con los
3.1.1. Características físicas del cuerpo humano
Para conocer el movimiento, lo primero que tenemos que analizar son las
particularidades físicas del cuerpo humano, la indagación de la estructura y el incremento
de los huesos y de los músculos. Es de mucha importancia poder llegar a determinar el tipo
de actividades que se pueden realizar o, de lo contrario. es de gran riesgo para las
poblaciones de las diferentes edades o con riesgo de padecer diferentes enfermedades.
En las distintas situaciones las medidas no solo para la totalidad del cuerpo sino
también para un segmento. Una extremidad del cuerpo toma relativamente interés. Por
ejemplo, en las categorías infantiles del baloncesto, la medida del balón va aumentando en
función a su mano y a su edad, los que va a ser considerados como datos antropométricos y
van a ser clasificados normalmente (por edad, por sexo o por tipo de deporte).
3.2. Elementos que intervienen en la biomecánica
3.2.1. Principio de la acción y de la reacción
Siempre que una fuerza se aplica a un cuerpo, experimenta otra fuerza en sentido
contrario, denominada reacción, que es debida a tres causas, a su vez, a tres fuerzas:
a) Fuerzas de resistencia útil propiamente dichas.
b) Inercia (importantísimos factores de la mecánica natatoria).
c) Fricción.
a) Fuerzas de resistencia útil. En natación, están representadas por el peso del cuerpo del
nadador (por su simplicidad y concreción, tal concepto no requiere, en este trabajo, de
b)Fricción. Todo cuerpo que se desplaza en un fluido experimenta una presión, de sentido
contrario al de su marcha, proporcional a la densidad del fluido de que se trate a la
forma y la superficie del frente de dicho cuerpo y a su velocidad de desplazamiento.
Esta presión, denominada también “resistencia al avance”. determina un choque
continuo, directa o indirectamente, entre el mencionado cuerpo y las moléculas de agua
(fluido en cuestión en el caso que nos ocupa), que recibe el nombre de fricción o de
rozamiento.
Aclarando conceptos, señalaremos que solo se puede hablar de presión en un
hipotético primer instante del avance, ya que, inmediatamente, esa presión se traduce en
compresión de moléculas de agua, que al ser mayor con el aumento de la velocidad,
produce en su función, consiguiente incremento de la resistencia, la cual, según el
doctor Culsiman, en el caso de alcanzarse los dos metros por segundo, llega a ser
proporcional al cuadrado de aquella, aunque, en realidad, la densidad del agua no varíe.
También procede puntualizar que el choque entre el cuerpo que se desplaza y las
moléculas del agua comprimida parece no efectuarse directamente, sino solo de una
manera indirecta, pues el primero se encuentra, en toda su parte, sumergida y en un
pequeño tanto por ciento de la no sumergida (se trata de una casi inapreciable elevación
de agua, producto de un fenómeno de adherencia y capilaridad), envuelto en una especie
de funda o de vaina de tal líquido al que relativamente adherida que lo separa del frente
de moléculas comprimidas originado por su velocidad.
Así, cuando se trata del cuerpo de un nadador, las moléculas del agua en contacto
con su piel son las que directamente se oponen a las comprimidas por efectos de la
La forma y la superficie del cuerpo en desplazamiento poseen importancia capital
respecto al coeficiente de fricción.
Figura 9. Resistencia de fricción corporal y frontal, cómo evitarla
En líneas generales, hay que partir de la idea de que los cuerpos en forma ovoide, es
decir, aquellos cuya total conformación parece contener inscritos y estar determinada en su
parte anterior, frente o proa por un casquete esférico y en su parte central, y en la final por
un cono, pero todo ello completando, en sus últimas delimitaciones, un contorno suave y
curvilíneo con longitud superior, por lo menos, a tres diámetros máximos, son los que
mejores condiciones acreditan para reducir la fricción frontal y, aprovechando la fácil
salida que ofrecen a los filetes de agua sus estilizadas partes centrales y posteriores, los que
mejor favorecen el deslizamiento y, en suma, los que reúnen características más
hidrodinámicas.
Es la forma aproximada que tiene el cuerpo del delfín y con la que se construyen
muchas embarcaciones, y es, igualmente, en consecuencia lógica, la forma que las
modernas técnicas de natación deportiva pretenden que adopten las partes no propulsivas
las fases o los momentos pasivos, al objeto, no solo de no interferir el avance, sino también
de facilitar su deslizamiento e, incluso, como ocurre en algunos casos incrementar su
velocidad.
Una parte anterior o posterior de un cuerpo en avance rectilíneo en un líquido, que
presente superficies planas o rugosas, aumenta la fricción.
Cuando es la porción central o la terminal del cuerpo en desplazamiento las que no
presentan formas adecuadas de acuerdo con lo señalado o se aprecian en ellas rugosidades,
diámetros desproporcionados que dificultan la salida de las masas de agua previamente
separadas detrás del cuerpo y que después, sobre dichas porciones posteriores, tienden a
unirse produciendo con ello presiones que van progresivamente multiplicando su
intensidad hasta encontrar salida y posibilidad de total reunión en la cola o porción
posterior —lo que, en condiciones ideales, añadiría un impulso suplementario a dicho
móvil— se determinan también rozamientos y remolinos succionadores, manifestados en
sentido opuesto al del avance, que contrarrestan parcialmente este y, por consiguiente, la
acción de los medios propulsores.
3.2.2.Los planos
Son las superficies reales o imaginarias de las que nos servimos para mejor estudio,
dividiéndolas hipotéticamente, en sólido, líquido o gas, en relación con sus disposiciones
pasivas y activas de trabajo.
Los que, de manera fundamental, hemos de considerar en la mecánica de natación y
Figura.10. Los planos, vista de una posición horizontal
Plano horizontal. Son para este estudio las posiciones del cuerpo en el agua,
básicamente las mismas de deslizamiento que hemos descrito (ventral o dorsal), esto es, de
extensión horizontal. Destacaremos, en primer lugar, este plano.
Aunque a partir de dichas posiciones cabe apreciar no un plano horizontal sino una
serie de ellos, que se enumeran comenzando por el que se halla a mayor profundidad; en la
práctica, es suficiente considerar exclusivamente el medio o bien, de acuerdo con algunos
técnicos, uno situado entre dicho medio y el superior. Procede que, además de simplificar
las cosas, se ajusta más a la realidad, ya que, con hemos dicho, para facilitar el
deslizamiento, el punto más bajo en el agua de la región torácica debe encontrarse a mayor
profundidad que el correspondiente de los pies.
Sin embargo, cabe hablar también de un plano horizontal inferior de deslizamiento y,
no de un plano horizontal inferior del cuerpo del nadador, salvo en los casos especiales en
que se alcance.
Plano sagital. Es llamado también llano vertical. De hecho, es aquel que corta el
horizontal longitudinalmente en su línea media.
Planos transversales. Son aquellos que cortan a la vez los planos horizontal y
Figura 11. Los planos, vista desde una posición vertical
3.2.3. Movimientos especiales
Además de los nombres de los movimientos anteriormente mencionados, existen
unos nombres de movimientos denominados especiales. El nombre de movimiento especial
se corresponde con la terminología que utilizan con más frecuencia diferentes
profesionales en el ámbito de las ciencias de la actividad física y el deporte. Cabe recalcar
el nombre de movimientos especiales, denominados «eversión e inversión», que se
producen sobre las articulaciones subastragalina y metatarsofalángica del pie.
3.2.4. Ejes
En la mecánica que estudiamos, son los puntos o las líneas de puntos en que el plano
horizontal es cortado por los planos sagitales y transversales, de lo que resultan tres clases
de ejes: horizontal o longitudinal, transversales y de rotación.
Eje horizontal, longitudinal. Es la línea de intersección de los planos horizontal y
sagital. En teoría, debe coincidir con el eje o la línea media natural del cuerpo y constituir
Ejes transversales o menores. Son los puntos de intersección entre el plano
horizontal y los transversales. No obstante, poder considerar accesoriamente, dará
variedad de ellos como resultado de la intersección del elevado número de planos
transversales con el horizontal, distinguiremos fundamentalmente el eje o el diámetro
biacromial (a lo ancho de la distancia que separa los dos acromiones, también llamado
diámetro de los hombros) y el eje o el diámetro bicoxal (línea media entre ambas caderas);
algunos autores otorgan mayor importancia práctica al eje o al diámetro bitrocantéreo
(línea media entre los dos trocánteres mayores).
Ejes de rotación. Como indica su nombre, están representados en cada caso por un
solo punto y así hablamos de eje rotativo del tren superior, que es el punto de intersección
del eje o del diámetro biacroniial con el eje longitudinal; y, de ejes rotativos del tren
inferior, o sea, el punto de intersección del diámetro bicoxal, o el bitrocantéreo, en relación
con el eje longitudinal. Es el mayor, el biacromial, que debe reducirse durante el
deslizamiento para evitar fricción, desplazando los hombros hacia delante y bloqueando la
cabeza; proceder contrario al recomendable durante la propulsión, en la cual habrá de
procurarse por que alcance el diámetro de los hombros su máxima anchura a partir de
dicha posición de bloqueo para prolongar así la palanca de tracción que representa cada
brazo.
3.2.5. Conceptos generales de palanca y de plano inclinado
Como sabemos por la física elemental, la palanca y el plano inclinado constituyen las
Figura 12. Las palancas de los miembros superiores (manos)
3.2.5.1. Palanca
La palanca se representa por una barra o un brazo rígido que descansa en un punto de
su extensión, sobre una base firme llamada punto de apoyo y sobre la que actúan en
sentido contrario dos fuerzas: una de ellas se denomina potencia y la otra resistencia.
La barra o el brazo de palanca se subdivide en dos partes:
• El brazo de potencia, que viene a ser la parte de la palanca que se halla entre el
punto de apoyo y aquel donde se ejerce la potencia.
• El brazo de resistencia es la parte de la palanca que se localiza entre el punto de
apoyo y aquel donde se ejerce la resistencia.
Las palancas pueden ser de tres clases o géneros:
Primer género. Se denomina así la palanca cuyo punto de apoyo está situado entre
la potencia y la resistencia.
Segundo género. Se produce cuando la resistencia se encuentra entre el punto de
apoyo y la potencia. En las palancas de este género la fuerza favorecida es la de potencia.
Tercer género. Se produce en todos los casos en los que la potencia se ejerce entre
Figura 13. Los movimientos flexo-extensores de los brazos
El ejercicio de las fuerzas actuantes (potencia y resistencia) no experimenta pérdida
cuando los sentidos en que ambas actúan sobre la palanca son contrarios, por lo tanto,
paralelos entre sí, y perpendiculares a la recta de su brazo. Cuando dichos sentidos no son
paralelos entre sí ni perpendiculares a la recta de su brazo, para hallar el valor real de cada
fuerza, sus componentes se reducen a resultantes paralelas que acrediten esas
circunstancias.
Momento de fuerza. Es la fuerza de que se trate (potencia o resistencia)
multiplicada por su brazo correspondiente. Cuando el momento de fuerza es igual al de
resistencia, ambos se contrarrestan y la palanca está en equilibrio.
Palancas compuestas. Cuando en una misma acción entran en juego dos o más
palancas del mismo o de distinto género, se dice que tiene lugar una composición de
palancas.
Leyes de la palanca
1a El aumento de longitud de un brazo de la palanca la favorece su fuerza
correspondiente y disminuye el efecto de la contraria. Potencia es a resistencia, como
el brazo de la resistencia es al brazo de potencia (Ley de equilibrio).
2a En las palancas compuestas, los momentos resultantes totales son cada uno, suma de
sus momentos componentes.
3.2.5.2. Plano inclinado
Como su nombre indica, el plano inclinado es una superficie inclinada, o sea, que
posee sus extremos a distinto nivel. Su ley de equilibrio es: potencia es a resistencia como
la altura de plano es a su longitud. La cuña y el tornillo son casos particulares de planos
inclinados, aunque en realidad la cuña está constituida por dos planos inclinados y el
tornillo por un plano arrollado.
Igualmente, la llamada, en natación, posición cuesta abajo del cuerpo determina un
plano inclinado, de apoyo y deslizamiento del nadador, en el agua; y ciertas formas de
efectuar la tracción en espalda, persiguen un efecto mecánico en el desarrollo del tornillo.
A su vez, estas leyes, como todas las de las máquinas compuestas, pueden deducirse
del principio de las velocidades virtuales. En general, para hallar la ley de equilibrio de una
máquina, basta observar la distancia que recorre la resistencia en su dirección cuando la
potencia recorre un metro, también en su propia dirección.
Principio de velocidades virtuales. Dice así: Para que dos fuerzas aplicadas a un
sistema se equilibren, es preciso que la velocidad que recibe, bajo la acción combinada de
Por esta razón, la citada posición de nado cuesta abajo, estimuladora del
deslizamiento, representa una fuerza, en sí, que se opone a la de fricción y tiende a
disminuir el coeficiente de rozamiento.
3.3. Sistemas del cuerpo que producen el movimiento
Cada vez que el cuerpo humano realiza un movimiento no siempre tenemos
conciencia del movimiento, ni mucho menos, de la zona que deseamos ejecutar el
movimiento, ni hacia qué dirección debemos dirigir la acción pero aun así el cuerpo
humano siempre está listo para cualquier tipo de acción o de movimiento que este genere a
través del sistema locomotor.
La construcción del cuerpo humano ha sido diseñada para moverse, y para realizar
dicha acción utiliza como sostén los huesos las articulaciones y los músculos. En
consecuencia, según las variadas y las complicadas formas de movimiento se elabora la
disciplina de la biomecánica, que se encarga de estudiar la mecánica de los diferentes
niveles de movimiento humano.
3.3.1. Articulaciones
Las articulaciones comprenden de dos o de más piezas donde al menos una de ellas
mantenga o no movimiento. Básicamente son estructuras que, gracias a los ligamentos,
tienen una virtud de mantenerse unidos y conectados con los músculos, y va a depender
Figura 15. Tipos de articulaciones
3.3.2. Sistema muscular
del potente responsable de ocasionar y de ser parte del conjunto dentro del aparato
locomotor, su importancia de generar la fuerza para los distintos grados de palancas es tal
que su nivel de relevancia va a ser utilizado por todos los diferentes deportes.
Figura 16. Sistema muscular (anterior y posterior)
Los músculos se van a agrupar en dos: los que intervienen directamente en el
movimiento (músculos agonistas), los que participan involuntariamente en forma
contraria (músculos antagonistas).
Para que haya movimiento tiene que acontecer la activación de un músculo o
3.3.3. Sistema óseo
Los huesos son la estructura el armazón del cuerpo y va ser utilizado como sostén
para los órganos gracias a ellos también en conjunto con los músculos nos permite el
movimiento.
Figura 17. Sistema óseo (anterior y posterior)
3.3.4.Tendones y ligamentos
Mantiene una gran función desde unir los huesos en las articulaciones hasta la
transmisión de la fuerza y de esa forma va generar las contracciones musculares para
producir cualquier variedad de movimiento.
3.4. Estructuras neuromusculares y su relación con el sistema biomecánico
El SNC que quiere decir el sistema nervioso central y el sistema músculo
esquelético, tiene una gran importancia en la realización del movimiento;
consecuentemente, estos sistemas van a estar suministrados por una fuente de energía, que
Entonces, podemos decir que todas aquellas tareas o actividades neuromusculares
tienen un fin al que vamos a llamar «patrones», estos a su vez están codificados en el SNC.
Se decía muchas veces en una antigua época que los patrones se encontraban en la corteza
cerebral pero en la actualidad sabemos que también está en el tronco cerebral, el cerebelo y
la medula espinal.
El proceso comienza en la corteza, pero se va a modificar en el mesencéfalo y el
cerebelo. Este impulso nervioso creado se va a transmitir a la médula espinal y de allí se
envía a los músculos, que activan las diferentes articulaciones en cuerpo humano.
Patrones articulares
Todas las actividades neuromusculares siguen un patrón, que implica a las
articulaciones en muchas direcciones simultáneamente, con fuerzas que varían en cada
caso. No hay planos individuales simples de movimiento, sino múltiples movimientos en
ejes que van cambiando. El movimiento en un eje concreto requiere de actividad tanto
isométrica como isocinética, así como una interacción agonista-antagonista.
Normalmente, el movimiento conocido como flexión y extensión es raro como
movimiento único, puesto que todo movimiento articular combina flexión-extensión,
flexión lateral y rotación. Esto es así en todas las articulaciones del cuerpo humano.
Función del músculo esquelético
Como se muestra en la figura 18 los músculos inervados por impulsos procedentes de
la médula espinal activan los músculos de manera isométrica e isocinética, con
Figura 18. Sistema del uso neuromuscular
En una extremidad inactiva o en la columna vertebral, cuando se necesita controlar la
fuerza de gravedad, el sistema muscular responde con un tono adecuado.
Tono muscular
El tono muscular ha sido estudiado de forma extensa y está completamente
establecido; sin embargo, su mecanismo sigue siendo incierto. Los músculos que
mantienen el tono se consideran silentes, es decir, que no son eléctricamente activos.
Basmajian sugiere que la definición del tono muscular debe ser modificada para proponer
«que el tono general del músculo está determinado por la elasticidad pasiva y la turgencia
de los tejidos muscular y fibroso, y que la contracción muscular puede no ser continua,
pero es una respuesta del sistema nervioso central al estímulo. Es una provocativa, y, sin
Figura 19. El tono muscular y las fibras musculares extrafusales
La estabilidad articular ha sido defendida durante siglos y, sin embargo, el papel del
tono muscular en la estabilidad no está completamente aclarado. Las estructuras intrínsecas
de cada articulación, cápsula, cartílagos, meniscos y discos en la columna vertebral se
consideran capaces de asegurar la estabilidad de la articulación si todos los tejidos son
normales.
Normalmente, los tejidos intrínsecos mencionados resultan inadecuados para ofrecer
estabilidad sin el refuerzo del sistema muscular. Se considera que los músculos relajados
de una articulación estática son silentes, con respecto a la actividad eléctrica, ya que nunca
se ha observado que tengan actividad denominada tonus, la cual es probablemente una
«constante variación de la actividad tónica del lazo del sistema gamma que responde a un
estímulo extremo. El tono general se muestra como un aumento brusco de la actividad
eléctrica cuando una persona se desplaza del centro de gravedad o a una extremidad, como
ocurre en la articulación glenohumeral del hombro, que se activa en abducción o
Las fibras musculares extrafusales, activadas por cualquier movimiento, se
determinan desde centros supraespinales y espinales. Todas las funciones musculares son
implementadas por fibras musculares extrafusales, cuya función está guiada en cuanto a
fuerza, velocidad y extensión de contracción por las fibras extrafusales y el aparato de
Golgí.
Contracción muscular
Una exposición de la anatomía funcional neuromusculoesquelética no estaría
completa sin la revisión de la fisiología de las fibras musculares extrafusales. Durante la
activación, un potencial de acción nerviosa, originado en el asta anterior de la médula,
viaja a lo largo de la fibra nerviosa motora aferente que termina en la fibra muscular. En la
unión neuromuscular existe una terminación arborizada en la superficie de la fibra
muscular. El axoplasma no penetra en el sarcoplasma de la fibra, sino que permanece en la
superficie.
Cada terminación nerviosa segrega acetilcolina, que es un neurotransmisor que abre
los canales proteínicos de esta sustancia contenidos dentro de la membrana. El aparato
subneural de la unión neuromuscular muestra una actividad acetilcolinérgica
excesivamente alta.
Los iones de calcio discurren a través de estos canales hasta las porciones interiores
del músculo, causando una contracción mediante el deslizamiento de los filamentos que se
encuentran unidos. Lo que provoca el deslizamiento de un filamento con respecto a otro es
una fuerza mecánica generada por la interacción de los puentes cruzados de los filamentos
Estas fuerzas se encuentran inhibidas durante el descanso, pero cuando se produce el
potencial de acción en la fibra motora aferente se libera una gran cantidad de calcio. El
enlace normal se produce mediante la acción de la adenosina trifosfato (ATP) y el
magnesio. Para que este enlace se establezca de forma normal, es necesaria la presencia del
complejo troponina-tropomiosina.
El deslizamiento es el resultado de la unión de las cabezas de los filamentos de
miosina sobre los lugares correspondientes en los filamentos de actina, los cuales entonces
rotan químicamente y hacen que el puente se desplace mecánicamente, al moverse el
filamento de actina sobre el de miosina. La rotación de la cabeza de miosina se conoce
como el golpe de fuerza. Cuanto mayor es el número de puentes cruzados que se contraen,
mayor es la fuerza de contracción.
Se asume que la energía necesaria para la contracción muscular procede de la ruptura
de ATP en adenosina difosfato (ADP). Antes de la contracción, las cabezas de los puentes
cruzados contienen ATP, que se rompen en ADP mediante la acción de la
adenosina-trifosfatasa, produciendo la energía requerida. Una vez que la cabeza de miosina ha rotado
y ha causado una inclinación del puente, la ADP se retira. Esto permite que la cabeza se
retire del filamento de actina y se una a un nuevo lugar.
Efecto de la tensión en la contracción muscular
La adición de tensión a un músculo incrementa la tensión que dicho músculo puede
generar cuando se contrae. Si el músculo se estira antes de que se contraiga, las fibrillas se
separan y se solapan. No existe tensión en el músculo hasta que se produce este
solapamiento. La tensión se incrementa proporcionalmente a él, y alcanza un máximo que
La tensión dentro de un músculo está determinada por el número de fibras que se
contraen, ya que no lo hacen simultáneamente. Si el músculo se estira hasta su máxima
longitud o más, permanece una tensión de reposo antes de que el músculo se contraiga
debido a la elongación de las fuerzas elásticas dentro de los tejidos conectivos del paquete
muscular.
Características de la contracción muscular
Cuando se produce un espasmo donde no exista reducción se llama isométrica y
cuando si existe reducción se le llama isotónica. La fuerza de toda contracción va a
depender de la carga y de la distancia a la que se espera que se produzca la contracción.
Cuando el músculo se contrae ante una carga existe porciones de esta que no llegan a
contraerse.
En el paquete muscular se encuentran estos tejidos conectivos que están incluidos en
su fascia y el tendón Asociado a su vez los puentes cruzados del músculo también se
elongan y crean tensión, gracias a ello los tejidos influyen en la fuerza resultante y
componente elástico de todas las contracciones musculares.
Al aumento de la masa muscular se le denomina hipertrofia y a lo contrario de la
masa muscular ósea, al descenso se le denomina atrofia.
Se dará más información acerca de los sistemas neuromusculares de cada extremidad
Colágeno
La base de la estructura y de la función es el colágeno, que es también el soporte de
la mayoría, sino de todos los tejidos blandos del cuerpo. La fibra de colágeno es
fundamental para la comprensión de la estructura y la función de tendones, cartílagos,
meniscos y, especialmente, del disco intervertebral.
Las fibras de colágeno consisten en cadenas de aminoácidos enrolladas, que se
mantienen juntas electroquímicamente. Estas fibras construyen ligamentos, tendones,
fibras del disco anular, componentes del cartílago y la piel, y son componentes de otros
tejidos blandos del cuerpo.
Los ligamentos están constituidos por filas paralelas de fibras de colágeno, que
permiten una limitada elongación y pueden ser estiradas entre un 6% y un 8% de su
longitud en reposo. Como la función muscular, las fibras de colágeno se tratarán
específicamente con cada extremidad y la columna vertebral.
Articulaciones
Las articulaciones constituyen los órganos finales en la secuencia neuromuscular
propuesta, y son movilizados por los músculos que intervienen también en dicha secuencia.
Por sus planos, determinan la dirección o las direcciones permitidas para esa articulación, y
Figura 20. Congruencia e incongruencia de las articulaciones
Se ha conseguido entender la función mecánica articular mediante la asociación de la
ingeniería con las ciencias médicas. Hay dos tipos fundamentales de superficie articular:
condílea y troclear. La condílea es uniformemente cóncava o convexa, y la troclear es
convexa en un plano y cóncava en el plano perpendicular. Según las curvaturas opuestas en
una articulación se pueden considerar como congruentes o incongruentes, dependiendo del
arco de curvatura y de su relación con la superficie opuesta.
En una congruente verdadera, las superficies opuestas son idénticas en su curvatura,
y existe un contacto equidistante entre todos los puntos de las curvas, lo que es aceptable
mecánicamente pero funcionalmente inaceptable con respecto a la lubricación. Esto
provocaría un estrecho contacto que fijaría la articulación debido a una lubricación
deficiente. Todas las articulaciones deben ser, por lo tanto, incongruentes en algún grado.
Las articulaciones también pueden ser clasificadas en inmóviles (sinartrosis),
ligeramente móviles (anfiartrosis) o libremente móviles (diartrosis). Las sinartrosis tienen
Las articulaciones diartroidiales se caracterizan porque sus superficies están cubiertas
por lechos cartilaginosos limitados a ambos lados por una sinovial. Las articulaciones
también se clasifican de acuerdo con su movimiento:
• Enartrosis (esfera y superficie que se adaptan a ella)
• Troclear (bisagra)
• Condílea
• Trocoide (eje)
• Artrodia (superficie plana), o
• Encaje recíproco
Una definición más avanzada de las articulaciones puede incluir:
• Deslizamiento: una superficie se desliza sobre la otra en una dirección, sin
movimiento angular o rotatorio.
• Angular: los dos huesos opuestos forman un ángulo cambiante.
• Circunducción: los huesos opuestos forman un arco o un círculo alrededor de
un cono.
• Rotación; uno de los huesos de la articulación se mueve alrededor de un eje
central sin movimiento de aleja miento de dicho eje.
Las articulaciones diartrodiales poseen una superficie cartilaginosa interpuesta entre
las dos superficies opuestas. El cartílago es necesario para el movimiento libre y sin dolor
amortigua los impactos articulares. El cartílago es un tejido avascular que toma sus
nutrientes a través del hueso subcondral.
El cartílago se va a encargar de absorber la presión y aquellas fuerzas tangenciales
que se llega a producir en una acción o un movimiento, teniendo en cuenta que no se debe
sobrepasar la flexibilidad de las fibras de colágeno contenidas en su estructura. Las fuerzas
tangenciales son las más lesivas. La degradación del cartílago articular se produce por la
liberación de enzimas proteolíticas de los condrocitos, células sinoviales y neutrófilos.
Esas proteínas se conocen como colagenasas cuando destruyen el colágeno, estromelisina
cuando destruyen la matriz, y neutrófilo-elastasa cuando destruyen la elastina.
La presión sobre el cartílago exprime la hialuronidasa, que es un lubricante que
minimiza la fricción y actúa como adhesivo, manteniendo juntas las superficies articulares
opuestas.
Se cree que los cambios degenerativos en el cartílago se producen como resultado de
varias fuerzas:
1) Fuerzas longitudinales tangenciales, que proceden del exterior y de contracciones
musculares,
2) Fuerzas compresivas no fisiológicas (excesivas) y
3) Impacto sobre el hueso subcondral que causa microfracturas.
Las fuerzas tangenciales que se consideraron predominantes en la degeneración
articular están siendo cuestionadas actualmente. En estudios de laboratorio sobre animales,
la laceración del cartílago, considerada como algo raro en humanos, ha revelado
