Análisis de la biomecánica de la marcha en el
tobillo-pie
J. Urrego,P. Chaparro
Universidad ECCI, Ingeniería Biomédica; Bogotá, Colombia
Resumen— El presente documento tiene como finalidad
analizar el movimiento empleado durante la marcha, visto
desde la biomecánica, en donde encontraremos la
articulación del tobillo-pie, a partir de la cual se forma un
conjunto de huesos, músculos y cartílagos, en donde
podremos observar los diferentes comportamientos que tienen
estos dentro del cuerpo humano, cada vez que este realiza un
desplazamiento.
Palabras claves: tobillo, marcha, biomecánica, articulación,
músculo.
Abstract-- The purpose of this document is to analyze the
movement used during walking, seen from biomechanics,
where we will find the ankle-foot joint, from which a set of
bones, muscles and cartilage is formed, where we can observe
the different behaviors that these have within the human body,
each time it makes a displacement
Key words: ancle, march, biomechanics, joint, muscle.
I.
INTRODUCCIÓN
La biomecánica es la disciplina orientada a la aplicación de
las leyes que forman parte de la órbita de la mecánica a la
composición y el desplazamiento de los organismos vivos.[1]
El cuerpo humano es una máquina compuesta por diversos
mecanismos que permiten el desarrollo de diversas
actividades, los elementos que permiten el movimiento
humano es el sistema músculo esquelético (huesos, músculos,
tendones). Es por esto que la biomecánica ósea es el estudio
de los principios mecánicos que rigen el comportamiento de
los huesos.
El hueso está compuesto en un 75% de una parte inorgánica
de tipo mineral donde predomina el calcio en diferentes
presentaciones como lo es la hidroxiapatita la cual es
responsable de la rigidez y resistencia de la composición del
hueso y el 25% restante es la parte orgánica correspondiente
al colágeno el cual es responsable de la elasticidad y
resistencia a la tracción del
hueso; la presencia de agua contribuye a la tenacidad,
elasticidad y transporte de nutrientes dentro del hueso. Los
huesos están clasificados en largos, cortos, planos, irregulares
y sesamoideos.
Del músculo, existen tres tipos de músculos en el cuerpo,
músculo cardiaco (propio de corazón), músculo liso
(órganos), músculo estriado, siendo este último estudiado por
la biomecánica muscular debido a que este es el único que
participa de forma voluntaria en los movimientos articulares
del cuerpo, los indicadores biomecánicos fundamentales que
caracterizan la actividad del músculo son: la fuerza de tensión
o fuerza de tracción muscular y la variación de la longitud.
Los tendones como los ligamentos están constituidos por
fibras de colágeno orientadas a lo largo del eje longitudinal,
las fibras del tendón se encuentran altamente alineadas y
orientadas en una sola dirección, mientras que las de los
ligamentos tienen una organización en distintas direcciones,
es por esta razón que las fuerzas aplicadas a estos últimos van
en distintas direcciones, mientras que en el tendón van en una
misma dirección. [2]
El cartílago es un tejido semirrígido que tiene como función
dar soporte a algunas estructuras y órganos. Se considera un
tejido de tipo conectivo que recubre las superficies óseas que
forman parte de las articulaciones. La firmeza del tejido le
permite resistir la tensión mecánica con mayor flexibilidad
que el hueso. El cartílago articular está formado por: fibras de
colágeno, condrocitos y proteoglicanos y la función principal
del cartílago es distribuir y soportar las cargas que puedan
transmitir entre las superficies. De esta forma, el cartílago
proporciona un movimiento de deslizamiento suave, sin
prácticamente fricción, protegiendo los huesos e impidiendo
que se froten entre ellos.[3]
II.
MARCO TEÓRICO
En este caso podríamos considerar los siguientes elementos
como fundamentales para llevar a cabo nuestro análisis:
Biomecánica del tobillo: El tobillo es una articulación que
juega un papel importante en la bipedestación y distribución
del peso corporal; la alteración en su biomecánica causa dolor
y predispone a lesiones recurrentes. Es importante conocer su
anatomía y evaluar las estructuras involucradas durante su
afectación.
2
Dentro de la anatomía de la articulación del tobillo podemos
encontrar:
En la parte posterior del astrágalo se identifica el tubérculo del
astrágalo o proceso posterior, se divide en dos tubérculos, uno
medial y otro lateral; son un buen marcador anatómico porque
entre ellos transcurre el tendón flexor del primer dedo y, justo
en el tubérculo lateral, se inserta el ligamento
peroneoastragalino posterior. El cuello del astrágalo forma el
techo del seno tarsiano y el piso el calcáneo, aquí se localizan
los ligamentos astrágalo calcáneo y cervical. El calcáneo es el
hueso más grande, largo y fuerte del pie. En la cara medial se
identifica el sustentaculum tali, es el sitio de inserción de uno
de los fascículos del ligamento deltoideo y por debajo de éste
se localiza el tendón flexor del primer dedo en los cortes
coronales.
Los ligamentos son fibras densas de tejido conectivo
especializado que unen dos huesos entre sí, varían en tamaño,
forma, orientación y localización. Las fibras están compuestas
de colágeno tipo I en 85%, dispuestas en forma paralela y el
resto está compuesto por otros tipos (III, VI, V, XI y XIV). La
orientación de los haces en cada ligamento representa una
función precisa y específica. Los ligamentos del tobillo están
divididos en cuatro grupos: ligamentos colaterales mediales
(tibiales), laterales (peroneos), los del seno del tarso y los
tibioperoneos.
Los ligamentos peroneos están constituidos por el ligamento
peroneoastragalino anterior, peroneoastragalino posterior y el
peroneo calcáneo:
El ligamento peroneoastragalino anterior es el más débil, se
identifica como una banda delgada de 20 mm de largo y de 2
a 3 mm de grosor. Tiene origen en el margen anterior del
maléolo lateral y se inserta en la región anterior del astrágalo
a nivel del cuello.
El peroneoastragalino posterior es el más fuerte del
compartimento lateral, tiene forma de abanico y patrón
estriado, se origina en el extremo más distal del peroné, a nivel
de la fosa retromaleolar, y se inserta en el tubérculo lateral del
astrágalo, se identifica mejor en el plano axial en el 100% de
los casos. El ligamento peroneo calcáneo es extraarticular, se
extiende del ápex del maléolo lateral y desciende
verticalmente hacia un pequeño tubérculo en el calcáneo, en
los cortes coronales se ve como una banda hipointensa,
profunda y anterior a los tendones peroneos.
Los ligamentos del seno del tarsiano son los astrágalo
calcáneos, corresponden con el ligamento astrágalo calcáneo y
el ligamento cervical, que son extracapsulares. El ligamento
cervical se origina en el cuello del astrágalo a nivel del
tubérculo inferolateral y se inserta en la superficie ventral y
medial del calcáneo, es un ligamento aplanado cuya función es
limitar la inversión. El ligamento astrágalo calcáneo es más
pequeño e interno que el cervical, se localiza entre los surcos
del astrágalo y el calcáneo como un tabique fino y oblicuo en
los cortes coronales. Tiene un papel importante en la
estabilidad de la articulación subastragalina. Los ligamentos
tibioperoneos anterior y posterior se evalúan en los cortes
axiales. Se ven como bandas cortas, una anterior y dos
posteriores. Estos, junto con los ligamentos intermaleolar y
transverso, contribuyen a mantener la sindesmosis y las
relaciones de la mortaja. Al conjunto se le llama complejo
ligamentario sindesmótico tibioperoneo distal. [6]
Un ejemplo de la importante ayuda que presta el tobillo al
movimiento del cuerpo es el del desplazamiento del mismo de
un lugar a otro, como lo podemos observar a continuación:
A.- Apoyo de talón o contacto inicial: tiene lugar con la parte
posteroexterna del talón para, inmediatamente después ir
apoyando el quinto y luego el primer metatarsiano, mientras el
peso es transferido de un pie a otro. La musculatura que actúa
en esta fase en el tibial anterior.
B.- Apoyo sobre el pie completo o fase de soporte. Esta fase
coincide con la oscilación desde atrás hacia delante de la
pierna contralateral, que se prepara para recibir un nuevo
apoyo. En esta fase los tres arcos plantares sufren las mayores
deformaciones y la mayoría de las reacciones de equilibración
por parte de la musculatura que se inserta a lo largo de la tibia
y peroné y la musculatura intrínseca del pie. La musculatura
que actúa en esta fase es el tibial posterior, entre muchas otras.
C.- Apoyo sobre el antepié o fase propulsiva. En esta fase se
produce una contracción del tríceps sural que se encarga de
impulsar el cuerpo sobre el pie más adelantado, produciéndose
una progresiva extensión del tobillo, el talón se despega del
suelo y se produce la flexión dorsal de los dedos.
La musculatura que actúa en esta fase es el tríceps sural y
flexor propio del primer dedo.[8] Durante el proceso de
marcha, la articulación del tobillo en movimientos de flexión
dorsal y flexión plantar, no presenta rangos de movimiento
amplios , el rango de movimiento promedio se encuentra entre
15º de flexión dorsal y 55º de flexión plantar.
Figura 1. Rangos de movimiento normales de Flexión Dorsal
y Flexión plantar de la articulación del tobillo durante el
ciclo de marcha.
3
Los movimientos realizados por la articulación astrágalocalcánea (inversión y eversión) no presentan amplios rangos
de movimiento debido a sus fuertes ligamentos considerados
“cortos y poderosos” que soportan altos niveles de esfuerzos
durante la etapa de apoyo de talón (absorción de choque).
Su rango de movimiento promedio se encuentra entre 10º de
eversión y 30º de inversión. [11]
Figura 2. Rangos de movimiento normales de inversión y
eversión de la articulación astrágalo- calcánea durante el
ciclo de Marcha.
Biomecánica de marcha en tobillo-pie
El ciclo de la marcha se define como el lapso de tiempo entre
dos eventos iguales sucesivos del mismo pie. Por consenso, se
considera como el período entre dos contactos iniciales del
talón con el suelo pueden definirse una serie de parámetros
espacio-temporales que aportan una descripción básica de la
marcha de una persona.
- Paso: Intervalo entre el contacto inicial de un pie y el
del contralateral.
- Zancada: Intervalo entre el contacto inicial de un pie
y el inmediato contacto inicial del mismo pie.
-
Cadencia: Número de pasos por unidad de tiempo.
Velocidad: Calculada como el cociente entre la
longitud y el tiempo de zancada.
Se distinguen dos fases en el ciclo de la marcha: fase de apoyo
y fase de oscilación. Los porcentajes de duración de cada una
de ellas dependen de la velocidad al caminar, pero suelen
rondar el 60% para la fase de apoyo (monopodal y bipodal) y
el 40% para la fase de oscilación. Más específicamente, se
suele hablar de una división del ciclo de la marcha en 8 fases,
que concreta con mayor precisión los eventos que ocurren al
caminar. [12]
1. Fase de contacto inicial (0-5%) Se aborda el suelo
con el tobillo en posición neutra de flexoextensión y la
ASA en supinación de 2-4º (por acción del tibial
posterior) para asegurar el contacto con el borde
posterolateral del talón. La mediotarsiana acompaña la
supinación de la ASA y el primer radio se posiciona en
flexión dorsal por acción del tibial anterior, preparado
para asumir la carga.
2. Fase de respuesta a la carga (5-15%). El tobillo
adopta una flexión plantar pasiva por el efecto del peso
del cuerpo, de aproximadamente 10º. En este momento es
esencial la función del tibial anterior como freno de
movimiento de flexión plantar y del deslizamiento
anterior de la tibia. Se inicia la pronación de ASA para la
amortiguación de la carga. El tibial posterior mediante
contracción excéntrica, es el encargado de decelerar la
pronación subtalar. Los movimientos de retropié y antepié
se disocian para asegurar el contacto con el suelo y, por lo
tanto, la mediotarsiana supina. El primer radio inicia el
ascenso como respuesta a la carga.
3. Fase de apoyo medio (15-30%). El tobillo inicia la
flexión dorsal y la ASA, a través de rotación externa tibial,
vuelve a supinar. La mediotarsiana entonces se sitúa en
pronación por acción de los músculos peroneos, y el
primer radio finaliza el ascenso que había iniciado en la
fase anterior. En este período el tibial posterior se activa
para dar estabilidad a la mediotarsiana e impedir una
pronación mediotarsiana excesiva. El peroneo lateral
corto colabora con la estabilidad al antepié por el control
que ejerce sobre el quinto metatarsiano.
4. Fase de apoyo terminal (30-50%). El tobillo se
dorsiflexiona por completo. La ASA se sitúa en posición
neutra mientras que la mediotarsiana comienza a pronar.
El primer radio inicia la flexión dorsal de la primera MTF
y la flexión plantar del primer radio por acción del
peroneo lateral largo.
5. Fase de prebalanceo (50-65%). El tobillo se flexiona
plantarmente unos 20º para ejecutar el despegue de los
dedos, con el tríceps sural como motor principal. La ASA
supina por acción del tibial posterior y la mediotarsiana
prona para trasladar las cargas al primer radio. Se finaliza
la flexión dorsal de la primera MTF y la flexión del primer
radio para despegar del suelo.
6. Fase de balanceo inicial (65-70%). Se inicia la
flexión dorsal del tobillo. La ASA continúa en supinación
y la mediotarsiana resupina.
7. Fase de balanceo medio (70-80%). El tobillo está en
flexión dorsal completa. La ASA y la mediotarsiana no
varían con respecto a la fase anterior.
4
8. Fase de balanceo final (80-100%). El tobillo se sitúa
en posición neutral, la ASA está en supinación y la
mediotarsiana la acompaña, todo ello como preparación
para abordar el suelo en la fase de contacto inicial.
Figura 5. Eversión e inversión en el pie derecho
Figura 3. Fases de balanceo en marcha
III.
MATERIALES Y MÉTODOS
Aunque el eje de rotación de la articulación astrálago-calcánea
puede tener variaciones significativas en la desviación de su eje
de rotación, Manter reportó que el eje de la articulación
astrálago-calcánea tiene un ángulo de desviación de 42º en el
plano sagital y entre 29 y 47º en el plano transverso e igual que
en la articulación del tobillo el eje de la articulación astrálagocalcánea ha sido descrito como una bisagra simple.
Figura 6. Eje de rotación promedio del movimiento de la
articulación astrálago-calcánea
Figura 4. Eje promedio del movimiento de la articulación
del tobillo. A, vista posterior. B, vista Superior[15)
Durante el proceso de marcha, la articulación del tobillo en
movimientos de flexión dorsal y flexión plantar, no presenta
rangos de movimiento amplios, el rango de movimiento
promedio se encuentra entre 15º de flexión dorsal y 55º de
flexión plantar. Este limitado rango es debido a las
limitaciones impuestas por los ligamentos y los músculos
que realizan estas acciones, sin embargo, este rango de
movilidad es fundamental para la progresión del cuerpo y la
absorción del impacto.
IV.
MATERIALES Y MÉTODOS
Teniendo como base la descripción teórica de las articulaciones
que permiten los movimientos del pie, se realizó un modelo de
cuerpos rígidos unidos entre sí con eje articular encontrados en
la literatura. Se propuso este modelo y se analizó el movimiento
de cada segmento en el rango normal de cada articulación.
Teniendo como base la descripción teórica de las articulaciones
que permiten los movimientos del pie, se realizó un modelo de
cuerpos rígidos unidos entre sí con eje articular encontrados en
la literatura. Se propuso este modelo y se analizó el movimiento
de cada segmento en el rango normal de cada articulación.
Este modelo biomecánico fue realizado en el programa Solid
Edge® 222.00.00 132x64 Académico. En el programa Solid
Edge se creó cuerpo rígido que representa diferentes partes de
un pie derecho adulto normal y las uniones entre estos o
5
articulaciones se crearon con ejes de revolución simple que
simulan una bisagra, la cual permite la rotación de un cuerpo
rígido con respecto a otro teniendo solamente un eje común, un
solo grado de libertad (Figura ¿?).
Figura 9. Modelo biomecánico propuesto de
articulación de tobillo.
Figura 7. Eje de revolución simple o bisagra [15]
La función de este modelo de cuerpo rígido o mecánico
dentro del proyecto es identificar cuáles son los
movimientos fundamentales del pie, para así conocer cuál
es la importancia de cada articulación en cuanto a cuáles
son los movimientos que aporta y poder hacer una mejor
distribución de segmentos dentro del pie. Este modelo está
compuesto por dos cuerpos rígidos: la pierna y el pie
derecho.
Figura 10. Modelo biomecánico propuesto de
articulación de tobillo en subdivisión.
El eje del tobillo como se mencionó anteriormente está
dirigido hacia afuera y hacia atrás cuando se proyecta en el
plano transversal y hacia afuera y hacia abajo si se ve en el
plano frontal.
Figura 8. Plano segmentado pie - tobillo
La unión entre estos dos cuerpos es la articulación del
tobillo la cual se encuentra fisiológicamente ubicada entre
la tibia, el peroné y el astrágalo. El modelo realizado se
muestra en la Figura ¿?.
Figura 11. Ángulos del eje de la articulación del
tobillo. A, vista posterior. B, vista superior
6
Basándose en la anatomía del tobillo-pie se realizó el análisis de
las fases adecuadas en la marcha, por medio del estudio del
tobillo-pie el cual está implicado en el desplazamiento en donde
es la articulación que más soporta el peso del cuerpo en general,
siendo una de las articulaciones más importantes dentro de
nuestro cuerpo gracias a su gran aporte como lo veremos más
adelante:
●
●
Figura 12. Articulación tobillo
Esta articulación es capaz de desempeñar sus funciones bajo
grandes exigencias cinemáticas, de estabilidad y de la carga a
las que es sometida, pero pese a ello el equilibrio entre las
acciones musculares, articulares y ligamentosas, de posición,
su congruencia, áreas de contacto y otros aspectos son
afectados por la carga.
Rangos de movimiento
Tabla 1. Movimientos articulación
ESTUDIO Y MODELADO DE LA MARCHA
En la marcha el tobillo pasa por 3 fases, que son indispensables
para la marcha humana. A continuación, se explican estas tres
fases, describiendo cada una las funciones que deben realizar
el tobillo y el ángulo en que se mueve.
Fase 1: Movimiento en el plano sagital del talón y el punto
de apoyo medio.
●
●
●
Análisis cinemático:
En el momento del contacto del talón, el juego del
tobillo está en posición neutra, a medio camino entre
la dorsiflexión y la flexión plantar.
Simultáneamente con el contacto del talón, la
articulación del tobillo empieza a moverse en
dirección a la flexión plantar.
En el tiempo en que la planta del pie está en contacto
con el suelo, la articulación del tobillo va de la
posición neutra a los 15 grados de flexión plantar.
Cuando la planta del pie está plana en el suelo, la tibia
y otros segmentos de la pierna apoyada empiezan a
rotar hacia adelante sobre el pie fijo.
En la fase media, la articulación del tobillo está en 5
grados aproximadamente de dorsiflexión.
Figura 14. Estudio cinemático del tobillo.
Análisis
cinético:
Fuerzas externas: Contacto del talón: Por un breve período
de tiempo la resultante de las fuerzas de reacción del suelo está
por delante de la articulación del tobillo.
De acuerdo con ello, un momento de fuerza de pequeña
magnitud (1 Kg.) tiende a mover la articulación del tobillo en
dirección a la dorsiflexión. Esta tendencia que no mueve la
articulación del tobillo, se produce por descenso del talón al
suelo en el momento de apoyo del talón. Inmediatamente
después del contacto del talón, a medida que se transmite un
mayor peso del cuerpo a la extremidad, el rápido aumento de
la fuerza vertical hace que la resultante pase por detrás de la
articulación, generando un momento de fuerza en dirección a
la flexión plantar. Poco después de que la planta del pie esté
plana en el suelo, se ha alcanzado el máximo momento de
flexión plantar (aproximadamente 20 ft.-lb.).
Después la reacción resultante del suelo se mueve de nuevo
hacia delante de la articulación del tobillo y crea un momento
de fuerza en la dirección de dorsiflexión. Este momento
corresponde a la fuerza generada al rotar la tibia sobre el pie
fijo. Apoyo medio: Ahora el momento de fuerza en dirección
de
dorsiflexión
es
aproximadamente
25
ft.-lb.
Figura 15. Estudio cinético del tobillo (fuerzas externas).
7
Fuerzas internas: En el instante del contacto del talón, los tres
dorsiflexores primarios del tobillo están activos, con el
extensor largo de los dedos y el extensor largo del dedo gordo,
con mayor actividad que el tibial anterior. A continuación del
contacto del talón, el grupo pretibial produce una contracción
excéntrica para suministrar suficiente fuerza para evitar que el
antepié golpee contra el suelo cuando las fuerzas externas,
debido a la gravedad y a la inercia, llevan el pie a flexión
plantar. Después de que la planta del pie está plana en el suelo,
la tibia empieza a rotar hacia delante sobre el pie fijo, los
dorsiflexores están esencialmente inactivos y los músculos de
la pantorrilla (el gemelo, soleo, tibial posterior, flexor largo de
los dedos y peroneo lateral largo) demuestran un aumento
gradual de su actividad. Para la mayor parte de ellos su
actividad continúa aumentando por encima del punto de apoyo
medio y sirve para controlar la velocidad con que la tibia rota
sobre el pie fijo.
Figura 17. Análisis Cinemático del tobillo
-
Análisis cinético:
Fuerzas externas: Después del apoyo medio, la pierna
continúa rotando hacia adelante sobre el pie fijo. Como la
pierna rota hacia adelante, el momento de fuerza, actuando en
una dirección de dorsiflexión, aumenta considerablemente
debido a la mudanza hacia adelante del punto de apoyo entre
el pie y el suelo, conforme el talón se eleva. Ello aumenta la
distancia perpendicular entre la articulación del tobillo y la
fuerza resultante de reacción del suelo. En el momento del
despegue del talón, se alcanza el máximo momento de
dorsiflexión. En el despegue de los dedos, el momento de
dorsiflexión cae bruscamente a cero.
Figura 16. Estudio cinético del tobillo (fuerzas internas).
Fase 2: Movimiento en el plano sagital entre apoyo medio
y despegue del pie.
-
Análisis cinemático:
En el apoyo medio, la dorsiflexión aumenta rápidamente
desde una posición de unos 5 grados de dorsiflexión en el
apoyo medio. Al despegue del talón cuando el tacón del
zapato deja el suelo, la articulación del tobillo está
aproximadamente en 15 grados de dorsiflexión. En el
intervalo de elevación del talón y el despegue del pie, la
relación angular entre la tibia y el pie son casi
completamente opuestas. De 15 grados de dorsiflexión al
despegue del talón, el tobillo se mueve hasta unos 35
grados, con lo que al despegue del pie la articulación está
en unos 20 grados de flexión plantar.
Figura 18. Análisis cinético (fuerzas externas)
Fuerzas internas: El momento de fuerza mecánica que se
genera tratando de dorsiflexionar el tobillo, encuentra
resistencia desde el apoyo medio hacia adelante, por una
contracción excéntrica de los músculos de la pantorrilla. Casi
al mismo tiempo que se desarrolla la máxima reacción en
dirección a la dorsiflexión, los flexores plantares del tobillo
presentan su máxima actividad eléctrica. Esta máxima
actividad múscular, salvando el momento de dorsiflexión,
constituye el despegue del pie. Esto es una respuesta
secuencial de los flexores plantares durante el despegue del
suelo. Los músculos que se insertan en la parte posterior del
pie muestran un aumento de la actividad eléctrica antes que los
músculos que se insertan en la parte anterior del pie. Cuando
se despegan los dedos, los flexores plantares se inactivan.
8
-
𝑀0𝑀 + 𝑀1𝑀𝑀
-
𝑀(𝑀) = 𝑀0 + 𝑀1𝑀
(3.4)
(3.5)
Figura 19. Análisis cinético (fuerzas externas)
Dónde:
-
Fase 3: Movimiento en el plano sagital durante la fase de
balanceo.
Entre la elevación del pie y el punto medio del balanceo, el pie
se mueve de una posición inicial de flexión plantar al
desprenderse del suelo a una posición esencialmente neutral,
que se mantiene por el resto de la fase de balanceo. La causa
del movimiento inicial de la posición neutral del pie es por
acción de los músculos tibiales anteriores.
-
𝑀 es (inflation en inglés) cuando el músculo se
contrae
𝑀 es(deflation en inglés) es cuando el músculo está
en forma neutral
De lo cual sabemos el valor de los parámetros anteriores que
se mencionan en (D.B. Reynolds, 2003):
Factor
Parámetro
Valor
Resorte
K0
K1
5.71
0.0307
Amortiguamiento
B0i (B0d)
B1i (B1d)
1.01 (0.6)
0.00691 (0.000803)
Fuerza contráctil
F0
F1
179.2
1.39
Figura 20. Movimiento del tobillo de forma
neutral.
Tabla 2. Elementos y parámetros del músculo neumático
Modelo dinámico del músculo:
Las gráficas que se muestran a continuación muestran las
fuerzas que ejerce el músculo descartando la fuerza externa
𝑀𝑀, sabiendo que el músculo neumático que se pretende usar
maneja una presión máxima de 6 bares.
𝑀𝑀̈ + 𝑀(𝑀)𝑀̇ + 𝑀(𝑀)𝑀 = 𝑀(𝑀) − 𝑀𝑀
(3.1)
Dónde:
-
𝑀 Es el coeficiente de resorte
𝑀 Es el coeficiente de amortiguación
𝑀 Es la fuerza efectiva
𝑀 Es la cantidad de contracción del músculo
En donde todas las anteriores dependen de la presión que se
le ejerce al músculo neumático.
-
𝑀𝑀 Depende de la masa que se le opone al
movimiento.
Gráfica 1. Variación de la constante de Resorte
Como se sabe que el músculo trabaja con presión, por lo
tanto los factores quedan de la siguiente manera:
-
𝑀(𝑀) = 𝑀0 + 𝑀1𝑀
𝑀(𝑀) = { 𝑀0𝑀 + 𝑀1𝑀𝑀 }
(3.2)
(3.3)
9
Gráfica 2. Variación de la constante de amortiguamiento
(contráctil)
tipo de problema el peso de casi todo el cuerpo sobre ella,
desde el campo de la biomédica podemos decir que es de gran
ayuda el realizar trabajos de este tipo ya que nos ayuda a
entender de manera más precisa y concisa el funcionamiento
de una articulación y que podríamos llegar a desarrollar
nuevos programas y/o equipos que nos ayuden a el análisis de
nuestro caso de estudio, permitiendo así comprender de
manera más oportuna la importancia de optar por nuevas
tecnologías en pro de una buena práctica médica, para facilitar
el bienestar de las personas.
VI.
CONCLUSIÓN
La biomecánica es un área fundamental que nos permite el
estudio del cuerpo humano, desde la funcionalidad de las
articulaciones en cuanto a desplazamientos se refiere en donde
analizamos la ejecución de los movimientos en pro de evitar
lesiones futuras.
Gráfica 3. Variación de la constante de amortiguamiento
(neutral)
Gráfica 4. Variación de la fuerza contráctil del músculo sin
fuerza externa (Mg)
La fuerza total que ejerce el músculo está dada por la
siguiente fórmula:
𝑀𝑀𝑀𝑀 = 𝑀(𝑀) − 𝑀(𝑀)𝑀̇ − 𝑀(𝑀)𝑀
V.
(3.6)
DISCUSIÓN
Mediante el análisis realizado y aplicado en el estudio
biomecánico del tobillo-pie, por medio del cual se logra
conocer las fases aplicadas en la marcha, así como los ángulos
de movimiento, en donde se logra determinar que la
articulación estudiada, debe contar con la ayuda y el buen
estado de los huesos, músculos entre otros, para poder realizar
los movimientos deseados sin tener que pensar que se puede
llegar a sufrir algún tipo de molestia al realizarlo, cuando
aplicamos las fases se observa que la articulación se
desempeña de manera adecuada y responde a las exigencia del
momento, podemos decir la articulación soporta sin ningún
Cada paso es una sucesión de acontecimientos biomecánicos
potencialmente inestables que, afortunadamente, en la
mayoría de las ocasiones no acaban produciendo una entorsis
de tobillo. La anatomía funcional, la biomecánica y la
patomecánica del tobillo ayudan a comprender su
funcionamiento y su lesión. También es importante conocer
los mecanismos que influyen en la estabilidad articular, que
son una combinación de elementos óseos, ligamentosos,
tendinosos, musculares, neurológicos reflejos y voluntarios.
La estabilidad del tobillo se inicia en el preposicionamiento de
pierna-tobillo-pie, mucho antes del impacto del talón con el
suelo, y es necesaria hasta el final del despegue del pie. Los
episodios de entorsis de repetición podrían alterar los
mecanismos de la estabilidad articular y crear una disfunción
neuromuscular y ligamentosa artrogénica dolorosa y/o
limitante.
Los avances en el conocimiento de los tipos de inestabilidad
crónica del tobillo (anatómica y funcional) permiten prevenir
y curar a muchos pacientes con lesiones articulares
tibioperoneoastragalinas.
El modelo biomecánico realizado en SolidEdge nos permitió
entender los tipos y las direcciones de los movimiento
aportados por cada una de las articulaciones; ya que, en este
modelo era posible independizar cada articulación, para
estimar qué tan relevante sería su movimiento con respecto
a las demás. Sin embargo, se debe realizar un estudio más
amplio con varios pacientes que no presenten patologías,
para así obtener un dato estadístico de los movimientos del
pie realizados por una población objetivo.
10
VII.
REFERENCIAS
[1]https://definicion.de/biomecanica/
[2]U. d. Antioquia, «Aprende en línea,» 2015. [En línea].
Available:http://aprendeenlinea.udea.edu.co/lms/moodle/cour
se/vi ew.php?id=1136&section=1
[3]https://www.topdoctors.es/diccionario-medico/cartilago
[4]https://aprendeenlinea.udea.edu.co/lms/moodle/mod/page/
view.php?id=164161
[5]https://www.fuerzaycontrol.com/el-momento-de-la-fuerzatipos-de-palancas/
[6]https://www.medigraphic.com/pdfs/anaradmex/arm2013/arm132e.pdf
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