Todo sobre el centro de gravedad (Biomecanica)(http://fissioterapia.blogspot.com.uy/2015/09/todo-sobre-el-centro-de-gravedad-en-el.html)

J. Antonio Rodriguez(estudiante Fisioterapia (UAM))

11 de septiembre de 2016

Introduccion

El muy nombrado Centro De Gravedad a partir de ahora (CDG) seguro lo has escuchado unavez, ya sea en una clase de Biomecanica, Kinesiologıa, Ciencias del Deporte, e inclusive sobre lapostura.

Este concepto aunque suene basico, quiza aun sea algo complejo comprender, y es bastante sencillode saber ¿que es?, ¿donde esta ubicado?, ¿como se comporta?, ¿a donde se mueve?, la realidad esque el entendimiento de el mismo es Fundamental para el Fisioterapeuta, Kinesiologo, EntrenadorDeportivo, y toda profesion que analiza y estudia el movimiento corporal Humano.

¿Que es el centro de gravedad (CDG)?

Desde la fısica basica y para todo estudio del movimiento en el cuerpo humano bien sea estaticao dinamica y de esta ultima la cinetica y cinematica.

Puede definirse como un punto donde se resume todo el peso de un cuerpo (cualquier objeto). Sipudieramos comprimir el cuerpo humano desde todas direcciones y reducirlo solo a un punto, esteserıa el CDG, si una persona tiene una masa de 70 kg, los 70 kg por efecto de la aceleracion de lagravedad produce una fuerza (peso) concentrada en ese punto.

Ubicacion del CDG

No siempre se ubica en la materia de un objeto o cuerpo, esto quiere decir que por ejemplo en unarosquilla, un CD, o un objeto con forma de aro el CDG se encuentra en el cırculo donde no haymaterial, al igual que en un balon se encuentra justo en el centro del mismo donde solo hay airecomprimido. (7)

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¿Donde esta ubicado el CDG en el cuerpo humano?

En el cuerpo humano (estatico) segun Miralles (2007) se encuentra por delante de la vertebralumbar L5. (10) , Pero Segun otros autores se encuentra anterior a la Vertebra Sacra S2 (F1), ycada segmento corporal tiene su centro de Gravedad (Dempster 1955)(12).

Diferencias entre peso y masa

Esto siempre ha sido motivo de confusion ya que se tienden a confundir o a dar el mismo conceptopara ambos, y no lo son.

La Masa: Es la cantidad de materia que posee un cuerpo, es una magnitud. Y por lo tantoes una unidad escalar: toneladas (tn), kilogramos (kg), miligramos (mg).

Ejemplo: Una persona con una masa de 80 kg.

El Peso: Es una fuerza, es decir un vector, ya que tiene magnitud, direccion y sentido. Suunidad es el Newton (N = kg · m/s2), el peso es igual a la masa por la aceleracion de lagravedad (9,8m/s2). Su formula es P = mg. (Por otra parte el peso, segun Acero (2013),“Es la cuantificacion de la fuerza de atraccion gravitatoria ejercida sobre la masa el cuerpohumano”. (9))

Entonces por ejemplo: La persona que tiene una masa de 80Kg, tiene un peso de 784N.

Y esto se explica de la siguiente forma.

P = peso (en Newtons)m = masa (en kg)g = aceleracion de la gravedad, que en la tierra es igual a 9,8m/s2.

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1 =1 kg · m/s2

Entonces se calcula el peso como:

P = mg

(P = 80kg ·9,8 m/s2 = 784 kg · m/s2 = 784 N)

Por lo tanto es erroneo decir que las personas pesan X Kilogramos porque en realidad esa es sumasa. ¡El peso es una fuerza!, y por lo tanto cuando se toma la medida en una balanza estamosmidiendo la cantidad de materia (kg), es decir la masa corporal y no el peso corporal.

¿Centro de gravedad o centro de masas?

Muchas veces se habla de ambos sin distincion y a pesar de que ambos terminos tienen correlacionno son lo mismo, y esto es porque que el centro de gravedad (CDG) se relaciona con el peso quees una fuerza vectorial, mientras que el centro de masas (CM) con la masa que es una magnitudque no varıa.

Por lo tanto una persona en la tierra, en la luna o el espacio tendra la misma masa corporal y CMmientras que el CDG que depende de la aceleracion gravedad no sera el mismo en la tierra que enla Luna.

Aunque la confusion en realidad proviene de que en la superficie terrestre y en las ciencias aplicadasal deporte y actividad fısica ambos se encuentran en el mismo punto. (8)

¿Es estatico o puede moverse?

Se considera que la postura humana es estatica y no dinamica (Day y Steiger 1993) (1) El CDG alestar en una posicion bıpeda permanece estatico en su lugar “relativamente” y esto gracias al tonomuscular optimo (Tono postural), la musculatura tonica se contrae y se relaja constantementeaunque se este sin movimiento.

El Centro de gravedad varıa su posicion estatica de una persona a otra dependiendo de la con-stitucion, la edad y el sexo, tambien cambia de forma dinamica en una persona dada cuando la

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disposicion de los segmentos corporales cambia, el cuerpo humano posee mecanismos para que elCDG no se desplace demasiado y el cuerpo pueda continuar el movimiento como durante la marcha(que se explicara luego), al correr o sentarse.

Ademas el CDG tambien cambiara de posicion cuando se sustrae o agrega un peso al cuerpo. Porejemplo un yeso en una extremidad o una amputacion como tambien en una mujer embarazadala cual por el peso adicional del embarazo, Principalmente a partir de las 30 semanas 1,5 kg(aproximadamente) adicionales y en las 40 semanas hasta de 3,4 kg a 5 kg adicionales de el bebe,el CDG se queda mas bajo como se observa (figura 2) y la mujer hace mas amplia su base desustentacion lo que aumenta la estabilidad. (2)

La lınea de gravedad y la postura

La lınea de gravedad representa una lınea vertical imaginaria que atraviesa el centro de gravedad.La lınea de gravedad es la proyeccion del CDG y depende de la posicion del mismo, esta se utilizageneralmente en la evaluacion de la postura, ya que por el recorrido de la misma se encuentrandistintos puntos anatomicos de referencia.

Por otro lado, La postura consiste en la distribucion de la masa corporal en relacion con la gravedadsobre una base de sosten o sustentacion (Kuchera 1997) (3). La Postura es el conjunto de posi-ciones que adoptan todas las articulaciones del cuerpo en un momento determinado (Kendall’s) (4).

En la postura bıpeda ideal el resultado de la interaccion de muchas fuerzas externas (gravedad,reaccion del piso, inercia) e internas como la actividad muscular, tensiones capsulares, articulares,de ligamentos fascias, tendones, etc.) que inciden y se generan en el cuerpo humano para mantenerla postura estable y alineada. Esta lınea de gravedad se representa por una plomada, que no esmas que una cuerda sujeta a un punto fijo (techo) y en el otro extremo un peso (F3), entoncesesta lınea queda marcada por accion de la gravedad en una vista lateral y sobre el plano sagital ela postura ideal pasa o concuerda por estos puntos anatomicos especıficos (Figura 4) (5):

Conducto auditivo externo

Acromion

Parte cetral de la caja toracica.

Cuerpos vertebrales Lumbares.

Trocanter mayor.

Ligeramente delante de eje de la rodilla.

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2 cm por delante del maleolo peroneo.

En la practica de la evaluacion clınica se utiliza la lınea plomada, aunque en la actualidad conprogramas biomecanicos y planimetrıa computarizada ya la plomada se puede considerar comouna herramienta muy basica.

Base de Sustentacion: Se define como el area de superficie delimitada por los extremos de lossegmentos apoyados en el piso o la superficie de soporte, en el cuerpo humano los pies forman unpolıgono llamado polıgono de sustentacion. (Figura 5) y dentro de este debera estar la lınea degravedad para mantener la estabilidad.

Uno de los ejemplos practicos mas comunes es de la torre de Pisa en Italia La torre comenzo ainclinarse tan pronto como se inicio su construccion en agosto de 1173. Su altura es de 55,7m a55,8 m desde la base, su peso se estima en 14.700 toneladas y la inclinacion de unos 4◦, exten-diendose 3,9m de la vertical.

La torre fue estabilizada y reforzada en 1990 para evitar que continuara su inclinacion y entoncesası su lınea de gravedad (azul) que es la proyeccion de su centro de gravedad (rojo) permanecedentro de su base de sustentacion y por esto se mantiene estable (Fig 6.) (6).

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Diferencias entre equilibrio (“balance”) y estabilidad (“stability”)

Los terminos de equilibrio y estabilidad suelen usarse como sinonimos indiferentemente y aunqueguardan una estrecha relacion no significan lo mismo.

El equilibrio en fısica cuando la suma de fuerzas y momentos (de una fuerza)1 que actuan so-bre un cuerpo se anulan entre sı, o lo que es lo mismo cuando la sumatoria de fuerzas es igual a cero.

N. del E.: En Fısica se dice que un cuerpo se encuentra en equilibrio, si la fuerza neta y el torque neto queactua sobre dicho cuerpo son nulos por separado y simultaneamente, es decir, si se cumplen al mismo tiempo lasecuaciones: ~Fneta = 0 y ~τneto = 0.Debe entenderse por fuerza neta la que resulta de sumar vectorialmente todas las fuerzas que actuan sobre elcuerpo en cuestion. Similarmente para el torque neto, es decir, el torque neto respecto a un cierto eje derotacion, se consigue sumando vectorialmente todos los torques (realizados por la fuerzas), respecto al eje derotacion en consideracion.

Cuando se habla de movimiento corporal humano hace referencia a mantener la postura ası Winter(1995) desde un punto biomecanico define equilibrio como “un termino que define la dinamica dela postura corporal para prevenir las caıdas, relacionado con las fuerzas que actuan sobre el cuerpoy la inercia de los segmentos corporales”.

El equilibrio a su vez se subdivide en tres categorıas:

1. Equilibrio estatico: Cuando un cuerpo esta en reposo y no se desplaza. ejemplo una bici-cleta tumbada en el suelo.

2. Equilibrio Cinetico: Cuando el cuerpo esta en movimiento rectilıneo uniforme. la bicicletase mueve en lınea recta y velocidad constante.

1En el presente curso de Biomecanica, al momento de una fuerza le denominamos torque.

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3. Equilibrio Dinamico: Cuando intervienen fuerzas inerciales. la bicicleta esta inclinada ydando una curva, parece estar en desequilibrio y sin embargo no se cae. (7)

La estabilidad se puede definir como la capacidad de un cuerpo de mantener el equilibrio, es decirde evitar ser desequilibrado. Tambien se ha descripto a la estabilidad como la propiedad de volvera un estado inicial luego de una perturbacion. (Johansson et al 1991) (Riemann and Lephart,2002).

En este sentido la estabilidad postural se define como la habilidad de mantener el cuerpo en equilib-rio, manteniendo la proyeccion del centro de masas dentro de los lımites de la base de sustentacion.(Shumway-Cook; Woollacott, 2001). (7)

Entonces la estabilidad es ese estado o capacidad del cuerpo para mantener un equilibrio, mantenerla proyeccion de la lınea de gravedad dentro de la base de sustentacion, por supuesto gracias a laintegracion del sistema vestibular, visual y propioceptivo, como el ejemplo de la torre de pisa y enel cuerpo humano la lınea de gravedad que cae sobre el polıgono de sustentacion.

Factores de estabilidad

Un cuerpo es mas estable cuanto mayor area de estabilidad posea.

Un cuerpo es mas estable en cuanto mayor peso posea.

Un cuerpo es mas estable en cuanto mayor sea la altura del CDG a la base de sustentacion.

Un cuerpo es mas estable en cuanto a la proyeccion de la lınea de gravedad sobre la base desustentacion caiga mas al centro de esta.

Un cuerpo es mas estable cuanto mayor sea el angulo de estabilidad el cual se forma entreel CDG y los bordes de la base de sustentacion en relacion a la perpendicular del piso. (11)

Movimientos del centro de gravedad durante la marcha

El CDG puede variar en la ubicacion de diferentes individuos ya que depende de la estructura decada persona, su anatomıa, durante las fases de la marcha humana el CDG sufre desplazamientoshacia arriba y abajo, hacia anterior y posterior y lateralmente es decir en todos los planos lo que vaa garantizar que la proyeccion vertical del mismo caiga siempre sobre la base, estos movimientosinfluyen directamente en el consumo energetico de una persona y de ser alterados afectan a laeficiencia de la marcha (Fig 7).

Existen diversos mecanismos de control de los desplazamientos CDG en el cuerpo Humano almarchar, los cuales aseguran que dicho desplazamiento no sea mayor a 5 cm y fueron descritos porSaunders (13), e Inman y Eberhart (14).

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Mecanismo para que no se deprima: En la marcha humana en el plano sagital el CDGdescribe una curva sinusoidal leve, tanto en el plano sagital como horizontal, para que no sedeprima demasiado durante el doble soporte de la marcha la pelvis rota un total de 8o, 4o

hacia adelante y 4o hacia atras lo que permite un alargamiento relativo de las extremidadesinferiores, en la pierna que avanza y la que esta retrasada. (Fig 8.)

Mecanismo para que no se eleve: El CDG alcanza el punto mas alto durante el apoyo simpley para que no ascienda demasiado dos mecanismos resultan relevantes: 1) El descenso pelvicode 5o de la pierna sin apoyo conocido como el “trendelenburg” positivo fisiologico (Fig 9). y2) una flexion de rodilla de 5o en el periodo de soporte que ademas tiene un efecto sobre laamortiguacion y soporte de cargas.

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Mecanismo para que no se desplace lateralmente: Gracias al “genu valgo fisiologico” elCDG se ubica sobre la base del pie en apoyo mientras se transfiere el peso de una piernaa la otra lo que hace que el CDG solo se desplace 2,5 cm a cada lado, una amplia base desustentacion al marchar genera un desplazamiento brusco del centro de gravedad (como enlos ninos a los 12-24 meses).

Mecanismo para hacer mas horizontal la trayectoria: Los Movimientos coordinados de losnucleos articulares de la rodilla, el tobillo y el pie que ocurren en una secuencia durante lafase de apoyo o perıodo de soporte de la marcha, hacen que la trayectoria del CDG sea mashorizontal, debido a que acortan “relativamente” la extremidad.

EL CDG durante el levantamiento de cargas

Al levantar una carga resulta fundamental la ubicacion del CDG del Objeto que estamos cargandorespecto al Centro de Movimiento de del raquis ya que se van a generar momentos de fuerza quepueden o no ocasionar una lesion.

Varios factores van a determinar las cargas sobre el raquis durante estas actividades entre ellos:

1. La posicion del Objeto en relacion al centro de movimiento de la columna vertebral.

2. El tamano, forma, peso y densidad del objeto.

3. Grado de flexion o rotacion de la columna vertebral.

4. El tipo de Carga.

Mantener un objeto cerca del cuerpo reduce el momento de inclinacion sobre el raquis, porque ladistancia desde el CDG del objeto hasta la del CDM de la columna vertebral que es en realidad elbrazo de palanca se reduce, mientras mas corto sea este brazo de palanca, menor sera la magnituddel momento generado y por lo tanto menor sera la carga recibida por la columna lumbar, por lotanto mientas mas cerca del cuerpo este el CDG de un objeto, menos sera la carga que recae sobreel raquis lumbar. (Fig. 10)

El dıa que un hombre salto diferente: el “Fosbury Flop”

Dick Fosbury modifico y fue innovador en la tecnica este salto en los JJ.OO de Mexico 68 que hoyen dıa lleva su apellido, y se debe a que su centro de gravedad queda fuera del cuerpo (VertebraS2) en el preciso momento que esta pasando por encima de la barra (fase de vuelo) lo que suponeuna ventaja con respecto a las otras tecnicas.

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Ademas, con su tecnica, llego a saltar 2,24m. Consiguio el record olımpico, pero no el record mundi-al de aquel momento, que era de 2,28m, aun ası cambio para siempre la historia del atletismo.Actualmente el record para hombres lo tiene el cubano Javier Sotomayor con 2,45m, y el de mu-jeres la bulgara Stefka Kostadinova con 2,09m.

Puedes mirar este video que explica el “Fosbury Flop”.

Conclusiones

El Centro de gravedad es un concepto que debe ser comprendido en toda profesion que involucreel estudio del movimiento humano, porque tanto en disfunciones musculoesqueleticos como en laejecucion correcta de ejercicios la variacion del CDG resulta en un aumento del gasto energetico,aumento de la compresion sobre el raquis que deben ser corregidos.

Ningun gesto deportivo tanto en carreras, saltos, lanzamientos, pases y otros. esta estereotipado,gran variedad de atletas modifican el gesto tecnico y este debe ser estudiado a profundidad. Elanalisis biomecanico de un deportista con un gesto que rompe paradigmas debe ser visto comoalgo innovador, potenciarlo (si es efectivo), optimizarlo (si se puede hacer mejor) y aprender deese movimiento en lugar de ser rechazado o pretender modificarlo.

Algo muy comun es utilizar las perturbaciones del centro de gravedad en lo que respecta al entre-namiento “Inestable” que aumenta las referencias de informaciones propioceptivas en el cuerpo,para el desarrollo del equilibrio y la coordinacion, ası como en el entrenamiento de la estabilidadcentral del raquis o “Core Stability”.

Los profesionales en areas de FISIOTERAPIA, REHABILITACION, KINESIOLOGIA y afines,deben tener bien claro este concepto aunque resulte algo basico, conocerlo a profundidad ya quees determinante en multiples situaciones.

Referencias

1. Pilat A. Terapias Miofasciales: induccion miofascial. Madrid: McGraw-Hill; 2003.

2. http://www.semanaasemana.com

3. Chaitow L. DeLany J. Aplicacion Clınica de las tecnicas Neuromusculares. Barcelona: EditorialPaidotribo; 2007.

4. Peterson Kendall, F.; Kendall E.; Geise P.; McIntyre, M.Kendall’s. Musculos. Pruebas funcionales,postura y dolor. 5a edicion. Editorial Marban: Madrid; 2007.

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5. Daza Lesmes J.Evaluacion clınica funcional del movimiento corporal Humano. Bogota: EditorialPanamericana;2007.

6. http://es.wikipedia.org/wiki/Torre_de_Pisa

7. http://asusmarcaslistosfuera.blogspot.com/2013/12/salto-alto-la-tecnica-del-fosbury-flop.html

8. Izquierdo M. Biomecanica y bases neuromusculares de la actividad fısica y el deporte. Buenos Aires;Madrid: Medica Panamericana, 2008.

9. Matıas Sampietro-Equipo Physical disponible en “g-se” (28 Mayo, 2013)

10. Acero J. (2013) Conceptualizacion y Ambito de la Biomecanica. Instituto de Investigaciones ySoluciones Biomecanicas, Cali. Colombia.

11. Miralles R. Mirralles I. Biomecanica clınica de las patologıas del aparato locomotor. Barcelona:Masson, 2007.

12. Ramon G. Biomecanica Deportiva y Control del Entrenamiento. Universidad de Antioquia: Funambu-lo Editores; Medellın. 2009.

13. Dufour M. Pillu M. Biomecanica Funcional. Parıs: MASSON; 2006.

14. Saunders JB. Inman VT. Eberhart HD. The major determinants in normal and pathological humangait. J Bone Joint Surg 1953;35-A:543-58.

15. Inman Vt et al. Human Walking. Baltimore: Williams & Wilkins; 1981. p. 134-62.

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