Biomecana muscular. Aplicaciones Clínicas

15• Jornadas -102-104,2001
Biomecana muscular. Aplicaciones Clínicas
DR. D. RUANO GILl; DR. M. CANALS IMOHR2; DR. J.M. POTA U GINÉS3
Catedrático y Director de la Escuela de Medicina de la Educación Física y el Deporte. Facultad de Medicina de Barcelona.
Profesor Titular. Facultad de Medicina de Barcelona.
3. Profesor Asociado. Facultad de Medicina de Barcelona.
1.
El estudio de la Biomecánica muscular tiene gran interés clínico dado que
el músculo esquelético es el tejido más abundante del cuerpo humano,
pudiendo llegar a representar el40 a 45% del peso corporal.
Biomecánicamente, según Hill, se compone de tres elementos: elemento
contráctil, representado por las fibras musculares y elemento elástico, repartido en un elemento elástico paralelo constituido por el tejido conjuntivo del
músculo (endomisio, perimisio, epimisio, fascia, aponeurosis, etc) y un elemento elástico en serie, común a los dos anteriores, representado por el tendón (Figura 1). Estos tres elementos proporcionan al músculo las siguientes
propiedades biomecánicas: contracción, elasticidad y crecimiento.
TERMINACIÓN FIBRAS EN TENDÓN
Figura 3. Diferentes modalidades de fuerza según la terminación de las fibras en el tendón.
La fuerza producida por un músculo al actuar sobre la articulación se llama
fuerza de rotación . Su dirección es perpend icular al eje articular de cada movimiento (Figura 4). En su valor interviene la distancia del músculo al eje articular de cada movimiento (r) y la fuerza aplicada (F) (Fuerza de rotación= r x F).
En este valor interviene también la posición articular que aproxima o aleja
los músculos de la articulación.
EES
Figura 1. Representación biomecánica según Hill del elemento contráctil (EC), elástico paralelo (EEP) y elástico en
serie (EES) del músculo .
Dirección
Contracción
El músculo al contraerse genera fuerza. Eta fuerza depende: de la sección
fisiológica, dirección de las fibras al tendón, longitud de las fibras, distancia
del músculo a la articulación, de la unidad motora y de la terminación de
fibras en el tendón (Figura 2 y 3).
Figura 4. Esquema que indica que la fuerza de rotación es
siempre perpendicular al eje de producción del movimiento en la articulación .
DIRECCIÓN DE FIBRA AL TENDÓN
Figura 2. Diferentes modalidades de fuerza según la
dirección de las fibras musculares al tendón.
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Entre fuerza y velocidad se admite desde los estudios de Hill que existen relaciones inversas, no encontrándose causa anatómica que lo justifique. En gráficas de ordenadas y abscisas se puede apreciar que a menos
veloc idad se desar rolla más fuerza y lo contrario a más velocidad
(Gráfica). Actualmente se sabe se debe a·los diferentes tipos de fibras
musculares.
La relación que existe entre fuerza y acortamiento muscular permite calcular el trabajo del músculo, dado que el trabajo (T) es igual a fuerza (F) x acortamiento (ac) y el producto resultante se multiplica por el número de veces que
se contrae el músculo en 24 horas, es decir que T (trabajo)= fuerza (F) x acortamiento (ac) =X. Este producto resultante se debe multiplicar por el número
de contracciones en 24 horas.
XV JORNADAS CANARIAS DE TRAUMATOLOGIAY CIRUGIA ORTOPEDICA
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2.
Biomecana muscular. Aplicaciones Clínicas.
F
F
V
V
Gráfica.
Tipos de contracción muscular:
Puede ser tónica y fásica, La contracción tónica o tono muscular genera
fenómenos biomecánicos estáticos (acción de tirante muscular de Pawels,
equilibrio de la columna vertebral).
La contracción fásica genera fenómenos biomecánicos dinámicos, señalando que los músculos que actúan en una articulación generan dos componentes: de tracción y compresión . Si están equilibrados no se producen luxaciones. Si predomina el componente de tracción sobre el de compresión sobrevienen las luxaciones, tal como sucede en la luxación del hombro. De igual
modo los músculos que actúan sobre una articulación producen los típicos
efectos de Lombard (paradójico, nocivo e integral, representado por las lazadas musculares).
Tipos de contracción fásica:
Varía en función de la longitud y la velocidad . En lo que hace referencia a la
longitud, la contracción fásica puede ser isométrica y anisométrica. La anisométrica se divide en concéntrica y excéntrica. En la concéntrica, como tiene
que vencer la ación de la gravedad se genera menos velocidad y más fuerza .
En la excéntrica, que tiene lugar a favor de la gravedad, tiene lugar más velocidad pero menos fuerza, dato que determina menor consumo de oxígeno.
Por ello, estos movimientos excéntricos deben ser fomentados en los ejercicios de rehabilitación y entrenamiento.
Según la velocidad la contracción fásica puede ser lenta, rápida o intermedia. Ello se debe a que existen tres tipos de fibras musculares:
- Tipo 1: son fibras rojas, con poca fuerza, contracción lenta y aeróbicas, y
por lo tanto muy resistentes.
- Tipo 118: son fibras blancas, con fuerza intermedia, de contracción rápida,
anaeróbicas y de fatiga rápida.
- Tipo IIA: son fibras blancas, con fuerza intermedia, de contracción intermedia, anaeróbicas-aeróbicas y de fatiga intermedia.
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Figura 5. Unión musculotendinosa. En el lado izquierdo
se aprecia la disposición normal con la membrana plasmalema plegada para aumentar la interconexión entre fibras
musculares y tendinosas
Elasticidad
La elasticidad permite al músculo su tensión, que puede ser activa o pasiva.
La tensión activa genera el movimiento, la pasiva limita el movimiento, tal
como sucede por ejemplo en la articulación del tobillo, donde los gemelos
pueden limitar la dorsiflexión de tobillo con la rodilla extendida, circunstancia
que no sucede cuando está aquella flexionada.
La tensión pasiva se debe principalmente al componente elástico del músculo (conjuntivo, tendón, etc), aunque también interviene la estructura de miofibrillas, concretamente el sarcómero o unidad funcional y biomecánica de las
miofibrillas, que representa la zona comprend ida entre dos bandas Z y que
está formado por filamentos gruesos de miosina y delgados de actina (Figura
6 y 7). Estos filamentos en la tensión no modifican sus dimensiones, pero el
sarcómero se acorta, y por ende las miofibrillas, cuando los filamentos gruesos y delgados interconexionan y por el contrario se alargan cuando los mencionados no interconexionan.
Estos porcentajes de fibras varía según los siguientes factores:
- Tipo constitucional : en los velocistas predomina el tipo H y en los deportistas de fondo el tipo l.
- Tipo de entrenamiento: en el entrenamiento de resistencia se prod uce el
paso de las fibras 118 a IIA y en el de fuerza las fibras IIA a 1118.
- Tipo de fibra nerviosa: dado que si se injerta el nervio de un músculo con
predominio de fibras 1a otro músculo con predominio de fibras 11, con el
tiempo la proporción de fibras se invierte, predominando entonces en el
músculo las fibras de tipo l.
- Tipo de actividad: en los músculos tónicos que mantienen la postura predominan las fibras 1, mientras que en los superficiales predominan las
fibras tipo 11.
Pero además en un mismo músculo pueden existir variaciones seg ún la
localización, por lo que la interpretación de biopsias musculares debe hacerse
con prudencia.
SARCÓMERO
Zona de la miofibrilla
comprendida entre dos bandas Z
z
()
1
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•
z
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Figura 6. Sarcómero.
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FUERZA. VELOCIDAD
Modernamente se admite que existen fibras tipo UC, que en el momento
del nacimiento se encuentran en una proporción del 10%, en el primer año
descienden a un 2%, pero en los atletas por entrenamiento el porcentaje de
estas fibras puede volver a su proporción inicial, es decir a un 10%. Por ello se
piensa que estas fibras son de transición, facilitando la interconversión de
fibras 1118 a IIA y viceversa según el tipo de entrenamiento.
La fuerza generada por un músculo se transmite al tendón por la unión
musculotendinosa. En este lugar las fibras musculares se continúan con las
tendinosas a través de una membrana muy plegada o plasmalema que
aumenta la superficie de unión entre las mismas de 10 a 100 veces, circunstancia que no sucedería en caso de que fuera recta (Figura 5). Merced a ello se
incrementa la transmisión de la fuerza generada por el músculo al tendón.
DR. D. RUANO GIL; DR. M. CANALS IMOHR; DR. J.M. POTA U GINÉS
culo disminuya con la edad y que las lesiones tendinosas sean más frecuentes.
Figura 7. Estructura del sarcómero con filamentos de
miosina y delgados de actina .
La tensión muscular tiene gran aplicación en biomecánca deportiva en las
maniobras de estiramiento o stretching o de facilitación neuromuscular propioceptiva (PNF). En el crecimiento el músculo acomoda su longitud para
adaptarse al crecimiento esquelético.
Crecimiento
El crecimiento del músculo es diferente en el joven que en el adulto. En
el primero, el músculo crece por aumento de la longitud del tendón y del
músculo. En este último caso, el crecimiento de las miofibrillas, como la
longitud del sarcómero es estable, se produce por la adición de nuevos
sarcómeros a nivel de la unión musculotendinosa. En los adultos sólo
aumenta en longitud la fibra muscular por adición de nuevos sarcómeros
en la unión musculotendinosa, dato que explica que la longitud del mús-
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Bibliografía