Interdependencia entre los parámetros biomecánicos

Palabras claves: BIOMECANICA/CARGA FISICA/DEPORTISTAS/LESIONES/MERCADO/PUBLICIDAD DEPORTIVA

Título: Interdependencia entre los parámetros biomecánicos y la percepción de las cargas en los zapatos para correr.

Traductor: Publio Cepero Fadraga (SETIDEP)

Fuente: Revista Alemana de Medicina Deportiva, Alemania, Abril, 1997, p. 139-144

Texto completo:

Resumen

El objetivo del presente estudio es averiguar si existe una interdependencia entre las variables de las cargas biomecánicas, que tienen lugar en unión con las lesiones que se producen durante la carrera y la percepción subjetiva de estas cargas. Veinte sujetos corrieron con 8 zapatillas de carrera propagandizadas por el mercado del zapato. Durante los ensayos de carrera realizados en el laboratorio se midieron las fuerzas de reacción con el suelo, la aceleración, la distribución de la presión en el zapato y el movimiento de pronación de la parte anterior del pie.

 

 

Al mismo tiempo se les hicieron preguntas a los sujetos sobre las cargas de presión y empuje experimentadas en los diferentes zapatos de carrera y sobre la magnitud de la pronación experimentada subjetivamente. Los datos subjetivos obtenidos a partir de una escala modificada de Borg se confrontaron con los datos biomecánicos en análisis retrospectivos. Los análisis estadísticos muestran grandes interdependencias para las variables, que describen la carga de empuje. Los sujetos parecen estar en condiciones, de acuerdo con lo anterior, de poder captar la carga de empuje que tiene lugar en el zapato de carrera. Los individuos no pueden, por el contrario, valorar la magnitud relativa a la pronación. Los resultados obtenidos en este estudio permiten concluir que no se puede renunciar a los análisis biomecánicos en las pruebas cualitativas de los zapatos.

El planteamiento del problema y los objetivos

Durante la carrera de resistencia se presentan conjuntamente con las exigencias del sistema cardiocirculatorio cargas propiciadoras de lesiones, tanto para el aparato activo como también pasivo del hombre. Un corredor al trote coloca su pies hasta 1000 veces sobre el suelo para poder recorrer una distancia de un kilómetro. En cada contacto actúan elevadas fuerzas de choque, las que pueden llegar a alcanzar 3,5 veces el peso del cuerpo y durante la repetición frecuente pueden provocar dolencias crónicas. Las propiedades de los zapatos de carrera se han de ver en relación con el surgimiento de lesiones de la misma forma que se observa durante la carrera. Se realizó una diversidad de investigaciones con el objetivo de analizar de qué manera se pueden reducir estas cargas. Mediante la confección de zapatos deportivos y la modificación de materiales se pueden reducir estas cargas fomentadoras de lesiones.

Existen, no obstante, investigaciones que responsabilizan a las confecciones modernas de zapatos deportivos con sus diferentes sistemas de amortiguación del surgimiento de lesiones típicas de la carrera. Robbins y colaboradores piensan que el uso prolongado de zapatos de carrera tiene una influencia negativa sobre los mecanismo de amortiguación de los choques. Sobre la base de sus resultados Robbins y Gouw presentan la hipótesis según la cual el uso de zapatos de carrera provoca una modificación de la capacidad de percepción de las cargas y que de esta perceptual illusion resultan muchas lesiones.

La percepción de las cargas subjetivas se estudia desde hace mucho tiempo en la investigación fisiológica de los rendimientos. En la esfera clínica con frecuencia se llega al diagnóstico correcto de la enfermedad sólo a través de la percepción subjetiva de un paciente. A partir de los resultados investigativos se derivan en la actualidad, de un aspecto sano indicaciones muy reales y ayudas para la conformación del entrenamiento de la resistencia, por ejemplo, en el caso de los pacientes con dolencias coronarias, en la esfera clínica.

Por el contrario hay muy pocas investigaciones que se ocupen de la capacidad de percepción de las cargas, como las que se presentan al correr. Entre las situaciones de las cargas estáticas parece ser que el feedback de los sensores de la piel, que reaccionan ante la presión, es de importancia para la percepción y los mecanismos eventuales de la adaptación. También para el sentido del confort en los zapatos de carrera la magnitud de la presión a nivel de un zapato parece desempeñar un papel importante. En tres zapatos de carrera diferentes, los que se diferencian por el gran grado de dureza en la esfera de las entresuelas se pudieron encontrar entre las variables biomecánicas y la percepción de la amortiguación de la colisión grandes interdependencias. Los autores llegaron a la conclusión que los corredores adataron su estilo de carrera sobre la base de su capacidad de percepción con el fin de evitar elevadas cargas de choque.

Este comportamiento en la adaptación se pudo observar también durante la carrera en 8 zapatos idénticos, los que sólo se diferenciaban en el gran grado de dureza al nivel de la entresuela (9, 6g – 13,6g valores de aceleración de los impactos (exeter)). En los zapatos duros los sujetos trataron de evitar las cargas por impacto mediante un alivio de los talones.

Se debe subrayar que los resultados antes mencionados se determinaron para zapatos que sólo se diferencian en una característica constructiva: la dureza de la entresuela. Los zapatos de carrera comerciales se caracterizan, sin embargo, por una diversidad de sistemas de amortiguación diferentes y por rasgos constructivos como por ejemplo, los apoyos de pronación, entre otros. No existen resultados relativos a si los corredores pueden percibir las cargas, como se presentan en estos zapatos durante la carrera. Los resultados de un estudio correspondiente no son solo de importancia para la profilaxis de las lesiones sino que influyen también en gran medida sobre el diseño de la investigación de las pruebas de los zapatos de carrera.

Material y métodos. La prueba mecánica

Ocho pruebas de zapatos comerciales de carrera fueron investigados en sus propiedades mecánicas a partir de la prueba de impacto. Una masa de 8,5 Kg. con una cabeza cilíndrica (diámetro de 4cm. superficie de la cabeza de 12,6 cm²) se dejó caer de una altura de 5 cm. sobre la región del talón de la suela del zapato. Para cada zapato se determinaron los valores de aceleración del impacto de la cabeza en el área del talón con una velocidad de choque de 96 cm./s. durante cinco ensayos. Los valores de aceleración para 8 parejas de zapatos de carrera estuvieron en el nivel de 9,7 g. hasta 13.6 g. (Tabla 1).

Tabla 1

Variables	AO	A2	A6	A8	BO	B4	B6	B8
Aceleración en punta g SD	13,1 ,10	12,4 ,07	13,6 ,09	11,6 ,13	12,3 ,16	12,8 ,11	11,1 ,08	9,7 ,07
Retorno de la energía (%)	42,8	49,3	43,1	39,8	41,6	50,2	45,9	45,2
Stiff-ness (kN/m) SD	130,8 3,8	118,7 3,3	133,5 2,9	98,8 4,5	116,3 4,8	123,1 3,4	85,8 2,6	72,6 2,9

Prueba biomecánica

En la investigación participaron 20 personas sanas del género masculino. La edad promedio, peso y talla alcanzaron 26 ± 3,2 años, 72 ± 5,3 kg. y 179 ± 5,2 cm. Todos los individuos usaban zapatos del 42 y poseían suficiente experiencia como corredores.

Los sujetos realizaron con cada zapato 9 ensayos de carreras con tacón sobre un Kistler 9281 B – una plataforma de medición de la fuerza. Antes de la recopilación de los datos los sujetos tuvieron la posibilidad de habituarse a algunas pruebas de carrera en condiciones de laboratorio. La velocidad de carrera fue controlada por ojos mágicos. Se aplicaron tan solo los intentos de carrera que se mantuvieron dentro del 3% de la velocidad de carreras de los 3,3 m/s.

Además de registrar las fuerzas de reacción del suelo se captaron la distribución de la presión en el zapato, la aceleración en la tibia y el movimiento de pronación del pie. Para las mediciones de la distribución de la presión debajo del pie se aplicó un sistema de medición de la distribución de la presión con 8 sensores individuales. Los sensores (3mm x 3mm de superficie activa) fueron fijados a lugares anatómicos debajo del pie. La colocación de los sensores se llevó a cabo por palpación de la región anatómica deseada con ayuda de una cinta adhesiva elástica en las regiones siguientes. Debajo del Processus calcanei lateral y medio; debajo del centro del pie lateral y medio, a la altura de la tuberositas del V. Metatarsus; debajo de los capiti metatarse I., III y V y debajo de la falange distal del Hallux.

La medición de la aceleración tibial tuvo lugar mediante un “Entran EGAX-F-25”, captadores miniaturizados de la aceleración, que fueron colocados en la piel, a la distancia media entre el malleolus medio y la tibia. La colocación de los captadores de la aceleración se llevó a cabo mediante las indicaciones de Hennig y Lafortune.

El goniómetro electrónico se aplicó para establecer el movimiento de pronación del pie. Una lámina de aluminio de poco peso fue situada en la parte del zapato correspondiente al talón. Un potenciómetro conductor de plástico (Megatron MP 10) fue el tipo colocado en la placa de aluminio, el que se encontraba a la altura de la línea de las articulaciones. Una tira plástica, unida por un tornillo graduable al pontenciómetro, fue fijada a la pierna de manera movible durante el movimiento del tendón de Aquiles. Una descripción técnicamente exacta de la medición del goniómetro es realizada por Milani y col.

Captación de la percepción subjetiva

Los sujetos sometidos a estudio enjuiciaron su percepción subjetiva con la ayuda de una escala de 15 puntos de acuerdo con las recomendaciones de Stevens y Mack y Borg. A fin de facilitarle a los individuos la comparación entre los zapatos se les presentó, entre los modelos de zapatos, un zapato de referencia. La percepción subjetiva de la carga por choque, por presión y la magnitud de la pronación durante la carrera se anotó en comparación con el zapato de referencia en la escala de la figura 1.

Escala (rating) para la percepción del golpe, presión y pronación.

Arriba dice:

Pequeño choque

Pequeña presión

Pequeño control de la pronación.

Abajo, a la derecha, dice:

Gran choque

Gran presión

Buen control de la pronación.

Con el objetivo de darle una idea general sobre la dureza de la suela corrieron antes del comienzo de las mediciones con zapatos, cuyo grado de dureza se correspondía con los zapatos más blandos y los más duros. Mediante un procedimiento de distribución a cada sujeto se le dio siempre un zapato de referencia entre los ocho utilizados. Con este zapato de referencia el individuo corrió tres veces antes de hacerlo con el zapato a valorar. Posteriormente el individuo analizó los zapatos de carrera, distribuidos ahora de acuerdo con el principio del azar, sobre la base de nuevas carreras en el área de medición de la fuerza.

Después de las primeras tres carreras el sujeto valoró las cargas de choque, después de las carreras 4-5 las cargas de presión y después de las carreras 7-9 la magnitud de la pronación.

Recopilación de los datos y su elaboración

Las fuerzas de reacción del suelo, las señales de aceleración, la distribución de la presión y la magnitud de la pronación se registraron al mismo tiempo en un sistema de captación de datos (1kHz por canal; 12 Bit). Las variables obtenidas a partir de las señales se muestran en la tabla 2. El nivel de aumento de la fuerza de reacción vertical del piso (DPVF) se calculó como cociente diferencia máximo.

Tabla 2

Variables	Código	Unidad
1 Una cima vertical en la fuerza	PVF 1	bw
Frecuencia de poder medio	MPF	Hz
Nivel de incrementos de la fuerza	DPVF	bw/s
Aceleración máxima	PPAC	g
Pronación máxima	MP	Grados
Velocidad máxima de pronación	MVP	Grados /s
Presiones máximas (talones, centro del pie, parte anterior del pie	Pp-#	KPa

Otra información importante para el análisis de las propiedades de amortiguación de los choques en los zapatos de carrera está en los componentes de las frecuencias de las señales de medición de la fuerza de reacción del suelo. El análisis Fast Fourier Transform (FFT) presenta un método de separación de las frecuencias particulares. La transformación de Fourier consiste en un medio matemático, una señal de tiempo para descomponer en sus componentes espectrales. Con ayuda del análisis FFT de los 1024 puntos se calculó a partir de los componentes de las frecuencias de la fuerza de reacción vertical del piso la median power frecueny (MPF) (frecuencia de fuerza media), en cuyo caso se seleccionaron tan solo los componentes de frecuencia de 10 Hz. Un desplazamiento de la frecuencia de fuerza media hacia frecuencias superiores indica un amortiguación reducida del impacto.

A partir de las señales de los ocho sensores individuales se valoraron las mayores presiones. En el sentido de una reducción de los datos se resumieron procesaron estadísticamente, en cada caso, las presiones sobresalientes en la esfera de los talones (PPF), área media del pie (ppm) y la región anterior del pie (PPV).

La pronación y la velocidad de pronación se analizaron por medio de la ayuda del electrogoniómetro. Hay que subrayar que con este orden no se puede medir la pronación de manera directa, sino tan solo el ángulo del tendón de Aquiles en relación con el eje vertical de la placa del talón del pie. No obstante la magnitud de la determinación del ángulo del tendón de Aquiles se ha impuesto como parámetro (indirecto) con fuerza de enunciado para la medición de la pronación del pie en la biomecánica. En relación con el eje de la pierna una inversión de la parte posterior del pie representa, según Edington y col., valores positivos mientras la eversión valores negativos.

Los valores medios de las variables se analizaron descriptivamente. Una ANOVA (repeated measures) evidenció importantes diferencias entre los ejemplares de zapatos. Los datos de percepción obtenidos se compararon con las variables biomecánicas a partir de análisis de regresión lineal.

Resultados

El análisis ANOVA muestra que existen estadísticamente para todas las variables biomecánicas importantes diferencias (p<0,01) entre los diferentes modelos de zapatos.

Tabla 3

Valores promedios de los datos biomecánicos y subjetivos.

Variables biomecánicas
Zapatos	PVF1 (bw)	DPVF bw/s	MPF (Hz)	PPAC (g)	PPF (kPa)	PPM (kPA)	PPV (kPA)	MP (°)	MVP (°/s)
AO SD	2,16 ,42	146,0 41,1	16,29 1,88	8,50 3,6	1261 180	564 73	725 109	-9,19 4,0	-948 263
A2 SD	2,08 ,43	108,238,1	15,24 ,94	6,50 3,1	992 168	406 54	810 121	-8,52 4,2	-984 293
A6 SD	2,09 ,51	118,0 49,4	15,48 1,29	7,59 4,0	1039 134	464 78	753 107	-8,80 4,9	-795 335
A8 SD	2,04 ,52	109,3 49,0	14,64 1,11	6,25 3,2	1038 171	503 34	729 118	-9,16 3,3	-871 257
BO SD	1,93 ,46	94,8 35,1	14,59 ,75	5,62 3,0	857 125	455 65	763 92	-8,80 4,2	-953 418
B4 SD	2,26 ,42	139,4 42,5	15,84 1,08	8,17 4,1	977 191	454 71	774 121	-9,95 4,3	-973 263
B6 SD	2,08 ,42	110,1 38,1	14,90 ,85	7,08 3,5	856 131	487 87	699 91	-9,30 4,6	-850 258
B8 SD	2,31 ,39	133,8 34,5	15,34 ,85	9,36 4,5	970 113	494 65	712 97	-8,87 5,0	-731 269

 

Variables subjetivas
		Choque	Presión	Pronación
AO SD	9,5 2,9		6,7 2,4	7 3,3
A2 SD	7,5 2,5		7,6 2	8,6 3,1
A6 SD	7,5 2		6,65 2,3	8,3 3,5
A8 SD	6,4 2,8		6,75 2,7	9,1 3,4
BO SD	7 2,5		6,45 2,1	9,4 3,1
B4 SD	9,25 3		8,55 2,2	8,1 3,3
B6 SD	6,45 3,1		6,15 2,1	8,1 2,8
B8 SD	7,6 3,2		4,55 1,9	5,7 2,3

Los análisis de regresión indican que la interdependencia mayor se encontró entre las variables biomecánicas MPF (p<0,01) y DPVF (p<0,05) y la variable de la percepción subjetiva de choque (tabla 4).

Tabla 4

Coeficientes de regresión de variables biomecánicas frente a variables subjetivas.

Variable	MPF PVF1 DPVF PPAC				PP-F PP-M PP-V			MP MVP
	Choque				Presión			Pronación
R2	,86**	0,33	,71*	,37	,02	,15	,48	,004	,28

Figura 2

Rectas de regresión de variables biomecánicas frente a variables subjetivas.

En la vertical dice:

Percepción del impacto.

En la parte inferior dice:

Presión de los talones.

Entre la percepción subjetiva de la presión y las variables biomecánicas de presión (presiones de punta) no se mostraron interdependencias estadísticamente importantes (tabla 4).

Incluso para las variables subjetivas y biomecánicas de la magnitud de la pronación no se pudieron establecer, desde el punto de vista estadístico, importantes interdependencias (tabla 4).

Los análisis de regresión mostraron una interdependencia sorprendentemente elevada (r² = 0,87; p < 0,01) entre la aceleración tibial de punta y la magnitud de la pronación. A mayor carga de choque tibial medida, mayor la magnitud del movimiento de pronación captada.

Figura 3

Recta de regresión. Aceleración tibial ante la percepción subjetiva de la magnitud de la promoción.

En la vertical dice:

Percepción de la pronación.

No se pudieron establecer, estadísticamente, interdependencias importantes a la hora de la comparación de las variables obtenidas de manera puramente técnica, de la aceleración de punta del impacter con las variables biomecánicas (tabla 5).

Tabla 5

Coeficientes de regresión de variables biomecánicas frente a variables de impacto mecánico.

Variable	MPF PVF1 DPVF PPAC				PP-F MP MVP
R2	,16	0,1	,003	,06	,17	,008	,34

Discusión

El objetivo del presente estudio consistió en analizar si existían interdependencias entre las variables biomecánicas de las cargas, que pudieran relacionarse con las lesiones durante las carreras y la percepción subjetiva de estas cargas.

Para el parámetro de las cargas en el caso de las cargas de choque, que se expresa en la magnitud de las variables biomecánicas MPF y DPVF se pudo establecer una interdependencia positiva mediante los análisis de regresión. A mayor carga de choque durante la carrera en forma de MPF superiores y niveles de aumento de las cargas en mayor medida fue percibida también esta carga de choque. Este resultado fue corroborado por informes en los que se encontraron en verdad elevados coeficientes de regresión entre las variables biomecánicas de choque y la percepción subjetiva de choque. Estos resultados indican que los corredores están en condiciones de poder percibir durante la carrera la carga de choque actuante.

A diferencia de lo anterior no se pudo encontrar interdependencia alguna entre las variables subjetivas y biomecánicas de la presión. Mientras que en los estudios, en los cuales los zapatos aplicados tan solo se diferencian en una característica de su confección, se encontraron grandes interdependencias entre las variables de presión subjetivas y objetivas (entre otras, presiones en la punta y cargas relativas en la región del talón) en la presente investigación no se pudieron obtener esos resultados.

En lo que respecta la región delantera del pie se puede realmente reconocer una tendencia, según la cual los sujetos pueden percibir las presiones bajo la parte anterior del pie (r² = 0,48). Esta interdependencia no es, sin embargo, importante. Debido a que en la región delantera del pie, en los zapatos, está limitado el uso de diferentes sistemas de confección, los sujetos parecen estar también en mejores condiciones de percibir las presiones en esta área. Las numerosas y diversas características de confección de los zapatos a nivel del talón parecen, por el contrario, influir sobre la capacidad de percepción de los individuos a la hora de la captación de la presión bajo una situación compleja.

Los análisis estadísticos no indican interdependencia alguna entre dimensión de la pronación percibida y la real o la velocidad de la pronación. Por otra parte los sujetos sometidos a estudio no parecen estar en condiciones de percibir la magnitud del movimiento de pronación. Este resultado pudiera ser debido a que las diferencias de los datos de pronación entre zapatos son relativamente pobres. Tampoco la velocidad de pronación indica interdependencia relevante alguna con la percepción de la pronación. Incluso cuando aquí se reconozca una tendencia, ella no es, sin embargo, importante.

A diferencia de lo anterior se pudo establecer una interdependencia lineal, sorprendentemente elevada (r²=0,87) entre la aceleración tibial máxima – un parámetro biomecánico, que representa una medida para la carga de choque -, y el control de pronación captado.

Mientras más fuerte fue el impacto en mayor medida evaluaron los sujetos el movimiento de pronación. Esta conclusión contradice cualquier forma de observación objetivamente mecánica.

Los resultados indican que los datos subjetivos de la percepción de la pronación dependen de la percepción del choque. Se acaba de afirmar que los sujetos pueden captar la carga de choque, incluso cuando la interdependencia no sea como en el caso obligado de zapatos, que sólo se diferencian en la dureza de la entresuela. Pudiera ocurrir que los individuos llegaran a conclusiones sobre la dimensión de la pronación a partir de las cargas de choque. Si este fuera el caso habría que suponer que en un zapato con elevada carga de choque perciben una pequeña magnitud de la pronación.

Una conclusión indirecta que vaya de la dureza de la entresuela a la dimensión de la pronación correspondería a las ideas usuales de un corredor en relación con la interdependencia de estas características de los zapatos. Esta conclusión no existe, sin embargo en este caso. Los individuos perciben en un zapato duro una gran magnitud de la pronación. Aquí se plantea la cuestión relativa a qué es realmente lo que han valorado los sujetos.

El movimiento de pronación real, que tiene lugar durante la carrera en los diferentes zapatos no se encuentra en interdependencia alguna con la magnitud de la pronación percibida (r²=0,004). El movimiento de pronación biomecánico medido tampoco se encuentra en interdependencia alguna con la carga de choque tibial (r²=0,09), que actuó sobre el cuerpo.

Las pruebas de los zapatos de carrera mostraron que los corredores que deben evaluar subjetivamente propiedades de zapatos con diferentes características de confección, analizan los criterios sobre un zapato, que no saben evaluar, sobre la base de su impresión general (Informe de investigación interno sobre biomecánica – laboratorio de Essen). Por tal razón pudo ocurrir que los sujetos valoraran negativamente los zapatos con elevada carga de choque en su impresión general y que de acuerdo con este juicio negativo evaluaran también en sentido negativo el control de la pronación.

Los individuos no parecen haber podido evaluar el movimiento de pronación real producto de las diversas características de los materiales, las que influyen sobre la mecánica del pie de manera compleja. Una conclusión parecida fue analizada en el caso de los zapatos, que sólo se diferenciaban en un aspecto, la dureza de la entresuela. Sobre la base de estos resultados se supone que los individuos hayan llegado indirectamente a conclusiones de la magnitud de la pronación a partir de la dureza de los zapatos, por ellos percibida.

Este resultado debe ser observado en relación con el diseño de las pruebas sobre zapatos. Las pruebas, que den informaciones sobre la calidad de los zapatos de carrera, especialmente sobre los aspectos específicos de las lesiones deben contener por tanto medidas biomecánicas.

A partir de la absorción mecánica de los impactos (prueba para impactos) por parte de los zapatos, que sólo se diferencian a nivel de la entresuela, se pueden extraer conclusiones sobre los parámetros biomecánicos de las cargas por choque; ello, sin embargo, no se aplica a los zapatos utilizados en este estudio.

Los análisis de regresión no muestran interdependencias entre la aceleración de los impactos y las variables biomecánicas (tabla 5). Todo parece indicar que los diversos rasgos de confección, que se aplican en los zapatos comerciales, influyen de forma compleja la mecánica del pie durante la carrera. Por tal razón las pruebas mecánicas para productos, en venta en el mercado del zapato, no pueden brindar informaciones suficientes en relación con los parámetros biomecánicos de las cargas, que establezcan interdependencias con las lesiones de las carreras.

 

Revisado y actualizado por: Lic. Annet Cedeño (21/02/03)