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jueves, 10 de septiembre de 2015

Acción muscular concéntrica, excéntrica e isométrica.

Se suele hablar de tres clases de acciones musculares, según que tengan lugar a medida que las fibras musculares se acorten, se alarguen o mantengan su longitud: concéntrica, excéntrica e isométrica, respectivamente. Resulta apropiado, como han hecho algunos autores, emplear el término acción o tensión muscular en lugar de hablar de contracción, ya que la acción específica del músculo es generar tensión, pero no toda tensión tiene lugar a medida que la fibra muscular se contrae. Es apropiado hablar de tensión en tanto que la fuerza experimentada por las fibras musculares es ténsil. Hay otros tipos de fuerza que actúan sobre los sólidos rígidos como son las de compresión y las de fricción.

En el libro "Superentrenamiento" de Yuri Verkhoshansky y Mel C. Siff se utiliza el concepto de acción muscular excéntrica en el supuesto de que la fuerza muscular cede a la carga impuesta mientras que utiliza el término acción muscular concéntrica cuando fuerza muscular es superior a la carga que actúa sobre ella. Para estos autores, la acción es isométrica cuando la carga y la fuerza son iguales, sin que una venza a la otra.

En el libro "El cuerpo y sus movimientos. Bases científicas" de Barbara A. Gowitzke y Morris Milner se dice lo siguiente: Si se añade una fuerza externa superior a la fuerza interna a un músculo ya acortado y se permite que éste se alargue mientras se sigue manteniendo tensión, la contracción se denomina excéntrica (en otras ocasiones se utiliza el término contracción de alargamiento). La energía utilizada por el músculo es inferior a la tensión que ejerce la carga, pero el músculo actúa como un freno controlando el movimiento de la carga.

Estas deficiciones son erróneas, dado que una fuerza nunca puede vencer ni ser vencida por su reactiva. En virtud del principio  de acción y reacción, una fuerza de acción siempre será igual a la fuerza de reacción. La carga que un objeto externo genera sobre nuestro cuerpo no puede vencer a ni ser vencida por la fuerza reactiva que nuestro cuerpo ejerce sobre la carga. Es decir, que la fuerza que una mancuerna realiza sobre la mano que la sujeta nunca puede ser mayor o menor, sino que sólo puede ser igual a la reactiva de la mano sobre la mancuerna. En aplicación  de la tercera ley de Newton, una fuerza sólo es posible cuando hay una reactiva del mismo módulo y de sentido opuesto. Por tanto, la reactiva no puede ser inferior o superior a la fuerza que tomamos como referencia (en el ejemplo propuesto, la fuerza que la mancuerna ejerce sobre la superficie de la mano que la agarra).

En la segunda definición mencionada se dice, en referencia a la acción muscular excéntrica, que en ella la energía utilizada por el músculo es inferior a la tensión que ejerce la carga. Esto es erróneo porque carece de sentido comparar energía con tensión o fuerza, ya que se trata de magnitudes físicas diferentes. Es como si se comparara velocidad con aceleración, o fuerza con impulso.

¿Cómo se debería definir las acciones musculares concéntricas, isométricas y excéntricas? La definición de la accion muscular concéntrica y de la excéntrica es sencilla. En la concéntrica, las fibras musculares realizan un trabajo positivo. En la excéntrica, se realiza un trabajo negativo. En la isométrica no se realiza trabajo mecánico visible. Trabajo mecánico es el producto de la fuerza por el desplazamiento. Hay trabajo cuando opera una fuerza que actúa en la misma dirección del desplazamiento, en el mismo sentido de éste o en sentido opuesto. En las acciones musculares definidas, el desplazamiento puede tener lugar en forma de acortamiento o  de alargamiento de las fibras, según se trate de acciones concéntricas o excéntricas, respectivamente. Cuando la fuerza opera a medida que el músculo se acorta, el trabajo -que es una magnitud escalar resultante de un producto escalar de vectores-es positivo (ya que el vector de fuerza tiene el mismo sentido que el vector desplazamiento) y, por tanto, hablamos de acción concéntrica. Cuando la fuerza opera a medida que el músculo se alarga, el trabajo es negativo (ya que el vector de fuerza tiene un sentido opuesto al vector de desplazamiento) y, por tanto, hablamos de acción excéntrica.

En la acción muscular isométrica la longitud del sistema músculo-tendón no cambia -si bien puede haber pequeño cambios de sposición relativa de los filamentos de actina y miosina que pueden deslizar entre sí, como una cadena de bicicleta que salta o un embrague que patina-. Pero esto no significa que en este supuesto no haya trabajo en absoluto. Además del trabajo mecánico, hay trabajos de naturaleza distinta: eléctrica, magnética, química, etc... Si se da el caso de que la energía química (metabólica) no genera trabajo mecánico, es porque se ha transformado en otra formas de trabajo de naturaleza no mecánica (calor resultante de una fricción que no ha dado lugar a trabajo mecánico pero sí a energía calorífica).

Lo importante aquí, tanto si se trata de contracciones concéntricas, isométricas como excéntricas, es poner de manifiesto que la carga sobre nuestro cuerpo nunca puede ser de módulo superior o inferior al de la fuerza reactiva ejercida por nuestro cuerpo contra el objeto que genera la carga. Dicho de otro modo, sea cual sea el tipo de acción  muscular, la carga debe ser igual a la fuerza. O, dicho de otro modo: la magnitud física en la que se mide la carga es la fuerza.

Realizamos acciones musculares excéntricas para frenar  decelerar objetos en movimiento. Para esa deceleración se requiere fuerza. Si nos pasan un balón de baloncesto a 10 metros por segundo y hemos de detenerlo con ambas manos, la carga que soporten nuestros músculos no dependerá sólo de la velocidad del balón, sino también de la medida en que acompañemos el balón al frenarlo con nuestras manos. Si lo frenamos con una amplia flexión de codo y extensión de hombro, entonces la fuerza que operará sobre nuestra musculatura será menor que si bloqueamos el balón en seco sin apenas permitir movimiento a nuestras articulaciones. Si el mismo balón hubiera de ser detenido por un muelle, la carga que operaría sobre el muelle dependería no sólo de la velocidad del balón, sino de la propia rigidez del muelle. El balón no es una carga, sino en estímulo susceptible de generar carga sobre nuestro aparato locomotor.

Conviene no confundir carga con estímulo.

sábado, 5 de septiembre de 2015

Más sobre la propulsión; comentario sobre una entrada en el blog "Science of running".

El blog que se cita en el título es uno de los mejores en el análisis de la carrera y principios del entrenamiento. El autor, Steve Magness, aporta muy buenas intuiciones sobre el correr, tanto en el aspecto técnico, como en lo relativo a cómo entrenar para lidiar mejor con la fatiga. Recomiendo su lectura. Eso no quiere decir que no contenga algunas lagunas e imprecisiones, algunas de las cuales me gustaría comentar aquí.

En particular, en el aspecto que más me interesa, la mecánica de la carrera, hay una entrada en dicho blog que se titula "Running with proper biomechanics". Donde más objeciones he encontrado es en relación al párrafo quinto de la sección how to run, donde el autor dice:

In coming off the ground you are trying to optimize the vertical and horizontal component of the stride. If you think too much horizontally, you will flatten out and not come off the ground, thus losing air time and stride length. If you think too much vertically, you will be high up in the air for too long and almost bounce along, not having a very big stride length. Thus it is important to optimize the angle and extend the hip so that you have a slight bounce in your stride. A good cue for this is to look at the horizon. If it stays flat, you are too horizontal. If it bounces a lot, you are too vertical. The best analogy is to think back to your High School physics class and remember how to get the greatest distance when firing a cannon ball. The angle has to be optimized, not minimized. 

En esencia dice que la propulsión no debe ser ni demasiado vertical ni demasiado horizontal y concluye diciendo que el mejor símil es la física del bachillerato sobre el lanzamiento de proyectiles, según la cual, hay un ángulo óptimo de lanzamiento de proyectiles. Al correr deberíamos pensar en el modo de optimizar este ángulo. Lamentablemente, no puedo dar la razón a autor. No es que la analogía del lanzamiento de proyectiles no sea aplicable bajo ningún concepto a la carrera a pie. Sí que es aplicable, pero no con las premisas que el autor menciona.

Por otra parte, el autor sugiere como pista para saber si corremos muy rasos o con mucha oscilación vertical, mirar al horizonte y ver si éste sube y baja mucho o poco. Este consejo no me parece para nada apropiado, porque ningún corredor tiene una calculadora para saber si es mucho o poco, y los análisis a ojo de buen cubero tampoco funcionan demasiado bien.

Mi postura sobre si debe haber más o menos oscilación vertical depende mucho de las características biomecánicas de la musculatura del corredor y de su metabolismo. Habrá corredores que sean más económicos saltando más, y otros que lo serán saltando menos. Habrá corredores que en caso de emplear demasiada oscilación vertical tengan que gastar demasiada energía metabólica, y otros a los que les sucederá lo contrario -es decir, que gastarán más energía corriendo demasiado rasos-. El grado de fatiga también puede determinar el grado de oscilación vertical conveniente.

No se puede establecer una regla general sobre el grado de oscilación vertical basándonos en los cálculos de máximo alcance de proyectiles. En primer lugar porque no estamos hablando de salto de longitud. En segundo lugar, porque incluso en salto de longitud, el ángulo óptimo de despegue es bastante inferior al que operaría en un lanzamiento óptimo de proyectil para alcanzar la máxima distancia. La razón por la que el ángulo de despegue es inferior al óptimo es básicamente que para alcanzar el ángulo óptimo, deberíamos generar una aceleración vertical que requeriría una enorme cantidad de fuerza vertical reactiva del suelo. Para generar esta fuerza sería necesario -en el extraño caso de que fuera posible generar tal fuerza- incrementar sustancialmente el tiempo de contacto, con lo cual se perdería mucha velocidad horizontal. Aunque lográramos alcanzar un ángulo de despegue óptimo, sería a costa de perder velocidad horizontal, con lo cual nuestro salto acabaría siendo de menor alcance. El tiempo de contacto en la batida es una cuestión de equilibrio que se rige más por la práctica, el ensayo-error y la intuición que en el análisis cinemático de la trayectoria de proyectiles.

En lo relativo a la carrera a pie, no nos interesa en absoluto ni maximizar el impulso vertical, ni el horizontal, ni la longitud zancada. En primer lugar porque no somos completamente libres de hacer que el impulso sea más vertical o más horizontal. El hecho de que la propulsión sea más vertical o más horizontal dependerá de la posición del centro de masas respecto al punto de apoyo -centro de presiones- cuando ejercemos fuerza propulsiva. En segundo lugar, tampoco conviene maximizar la zancada. Una cosa es correr y otra cosa es hacer un test de segundos de triple. Cuando corremos interesa tener una buena amplitud pero sin perder velocidad. Por tanto, no se trata de maximizar la distancia alcanzada por el proyectil, sino de maximizar la velocidad horizontal de éste con un gasto de energía determinado. Desde luego, será bueno tener una buena amplitud de zancada, pero a su vez que ésta no se deba a un excesivo tiempo de apoyo que nos restará velocidad. Para lograr esto, se requerirá un elevado nivel de fuerza ejercida contra el suelo en la fase de contacto. Cuanto más elevada sea, en promedio, esta fuerza -digo en promedio porque la fuerza será variable a cada instante- mayor será el cociente entre tiempo de vuelo y tiempo de apoyo, lo que favorecerá una buena amplitud de zancada que no supone una pérdida de frecuencia.

Lo dicho en el párrafo anterior no debe malinterpretarse hasta el punto de que cada corredor tenga que buscar elevar al máximo el cociente resultante de dividir el tiempo de vuelo entre el tiempo de apoyo. Este cociente tiende a maximizarse en la carrera a máxima velocidad, pero no en las carreras a velocidades inferiores. Si bien a velocidades submáximas el atleta puede correr de tal modo que maximice este cociente, por regla general no será lo óptimo, puesto que obtener un cociente muy alto supone ejercer fuerzas muy elevadas, que conllevarán un elevado coste energético.

En resumen, a una velocidad dada, aumentar el tiempo de vuelo manteniendo el tiempo de apoyo es estupendo si esto nos permite un ahorro energético. Aumentar el tiempo de vuelo y mantener el tiempo de apoyo supone reducir la frecuencia. Esta reducción de frecuencia supondrá de entrada un ahorro energético resultante de tener que realizar una menor alternancia adelante-atrás de brazos y piernas. Ahora bien, el generar mayor impulso vertical supondrá un mayor consumo de energía metabólica. Si lo que nos ahorramos realizando menos zancadas por minuto es mayor que la energía que consumimos generando mayor impulso, valdrá la pena elevar el tiempo de vuelo. Esta posibilidad de elevar el tiempo de vuelo y mantener el apoyo dependerá en gran medida de la capacidad de almacenamiento y retorno de energía elástica en nuestros músculos y tendones. En animales como el canguro, la economía se logra sobre la base de una gran amplitud de zancada, un elevado tiempo de vuelo en relación al tiempo de apoyo, un nivel elevado de fuerza en el apoyo, y un gran coeficiente de retorno elástico en el complejo miotendinoso. Como no disponemos de los tendones de un canguro, no podremos mantener amplitudes de zancada tan elevadas a velocidades medias. Pero se podría lanzar la hipótesis de que los fondistas con mayores aptitudes elásticas en sus músculos pueden correr a un determinado ritmo con mayor amplitud de zancada. Como ejemplo de ésto último podemos citar el caso de Bekele, que es capaz de correr a ritmos crucero con mayor amplitud y menor frecuencia de zancada que rivales de su misma -o incluso de mayor- estatura, gracias probablemente a estas cualidades elásticas que son visiblemente apreciables en su correr. Los datos de frecuencias y amplitudes en la final de 10.000 de los mundiales de atletismo de 2007 aparecen en esta entrada del citado blog de Steve Magness, donde también se trata de analizar por qué hay corredores cuya economía radica en la mayor frecuencia y en otros en la mayor amplitud de zancada.