Biomecánica

BIOMECÁNICA COMO DISCIPLINA

SEDENTE A DE PIE Y MARCHAUNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE FISIOTERAPIA - MAESTRÍA EN FISIOTERAPIAFUNDAMENTOS FISIOTERAPÉUTICOSMÓDULO DE BIOMECÁNICAZULLY ROCIO RINCÓN RUEDAMABEL MARGOTH REYES PULIDO

PASO DE SEDENTE A DE PIE

Imagen tomada de http://www.entrenalisto.com/

PASO DE SEDENTE A DE PIE

▶Se requiere de estabilidad y fuerza muscular

▶Actùan, principalmente el tronco y los miembros inferiores

▶El centro de masa pasa de una base de soporte amplia constituida por las caderas los muslos y los pies, a una base más pequeña sólo sobre los pies

Imagen tomada de Boukadida A, Piotte F, Dehail P, Nadeau S. Determinants of sit-to-stand tasks in individuals with hemiparesis post stroke: A review. Ann Phys Rehabil Med. 2015;58(3):167-72

FASES DEL PASO DE SEDENTE A DE PIE

Houglum P, Bertoti D. Brunnstrom`s Clinical Kinesiology. Pensylvania: F.A. Davis Company; 2012

EVENTOS EN EL PASO DE SEDENTE A DE PIE▶El comienzo : Son los primeros cambios perceptibles de la influencia

de las fuerzas verticales sobre los pies o los muslos

▶La transición: corresponde a la influencia de fuerzas verticales debajo de los pies y muslos.

▶El despegue: Es el punto donde el sujeto está dejando la silla.

▶Final de la tarea: Dado por el comienzo de una extensión estable de las caderas en la posición de pie.

Boukadida A, Piotte F, Dehail P, Nadeau S. Determinants of sit-to-stand tasks in individuals with hemiparesis post stroke: A review. Ann Phys Rehabil Med. 2015;58(3):167-72

DESCRIPCION DE LAS FASES Y EVENTOS


SECUENCIA DEL MOVIMIENTO

▶Preparaciòn: posicionamiento de los miembros inferiores para soportar el peso del cuerpo.

▶Desplazamiento de las caderas al borde de la silla

▶Desplazamiento del tronco hacia adelante, para llevar el centro de masa del tronco sobre las piernas.

▶Despegue de la silla

▶Cuando los miembros inferiores terminan la extensión, el tronco se dirige hacia arriba posicionando así el centro de masa sobre los pies

MOVIMIENTO ARTICULAR

PORCENTAJES DE DESPLAZAMIENTO ANGULAR


SEGMENTO PROPORCIÓN DE MOVIMIENTO EN EL CICLO

CADERA 40% del ciclo en flexión 60% del ciclo en extensión

RODILLA 100% del ciclo hacia la extensión

TOBILLO 20% del ciclo en dorsiflexión (15º) 80% del ciclo hacia plantiflexión

TRONCO

Plano frontal en neutro Plano sagital 53.3% del ciclo hacia adelante

49.8% del ciclo vertical Después hacia atrás hasta alcanzar el balance

ACTIVIDAD MUSCULAR

Imagen tomada de : http://www.biodex.com/physical-medicine

MÚSCULO ACCIÓN

Tibial anterior Estabiliza el pie antes de iniciar movimiento y dorsiflexiòn

Isquiotibiales Aumentan flexión de rodilla, pie debajo de la silla

Gastrocnemios Asisten flexión de rodilla y estabilizan el pie en el piso

Glúteo mayor e isquiotibiales Extensiòn de cadera al levantarse de la silla

Cuàdriceps Extensiòn de rodillas

gastrocnemios Control de extensiòn de rodilla y neutro del tobillo

COMPORTAMIENTO DEL CENTRO DE MASA▶Pasa de una base amplia y estable a una más pequeña

▶Fase de preparaciòn: Se mueve hacia delante y lograr su màxima velocidad

▶Despegue de la silla: Cambia su dirección a un momento vertical y continua acelerando hasta que alcanza su velocidad máxima en la mitad de la fase de extensión.

▶Fase de extensiòn: La velocidad del CoM disminuye progresivamente hasta llegar a 0 cuando la posición bípeda es alcanzada

Imagen tomada de: http://www.maplesoft.com/company/casestudies/stories/sit2stand.aspx

DETERMINANTES DEL PASO DE SEDENTE A BIPEDO EN INDIVIDUOS CON HEMIPARESIA POST ACVEstudio Revisiòn sistemàtica (46 artìculos)

Objetivo Revisar los factores que impactan la habilidad para levantarse de una silla e identificar recomendaciones para rehabilitación post accidente cerebro vascular (ACV).

Metodologìa Artículos en inglés y francés (29/122 artìculos)Palabras clave: ACV, rehabilitaciòn, paso de sedente a de pieEl contenido de los 46 artículos se validó por un investigador senior experto.Se realizó una síntesis narrativa teniendo en cuenta la fase preparatoria y la fase de extensión

Resultados Los artículos revisados muestran que la mayoría de las personas con hemiparesia pudieron llevar a cabo el paso de sedente a bípedo de manera independiente con varios cambios durante la ejecución de la actividad

Conclusiones Una mejor comprensión del paso de sedente a bípedo podría mejorar los programas de rehabilitación y permitir mayor independencia a los individuos post ACV


DESPLAZAMIENTO ANGULAR

SUJETOS SANOS SUJETOS CON HEMIPARESIA

En la adopción de bípedo la extensión de rodilla y de cadera se realiza en forma simultánea

Hay disminución de la coordinación entre rodilla y cadera, al pasar a bípedo, la rodilla se extiende totalmente mientras la cadera aún continúa su movimiento de extensión.

En el plano frontal el tronco se encuentra en posición neutra (2.4º)

En plano frontal el tronco se encuentra inclinado hacia el lado sano incluso desde la posición sedente (12.1º +- 6.1)

Desplazamiento anterior del tronco se hace a expensas de inclinación pélvica

Desplazamiento anterior de tronco se hace a expensas de flexión del tronco superior

CAMBIOS EN LA ACTIVACIÓN MUSCULAR


Actividad muscular adecuada Hay disminución de la actividad muscular principalmente en tibial anterior, cuádriceps y soleo.

El tiempo de inicio de actividad muscular tomó el 5,4% del total del ciclo del paso de sedente a bípedo

Incapacidad para reclutar los músculos paréticos en el tiempo adecuado (el tiempo de inicio de actividad muscular tomó el 12.5% del ciclo)

Activación secuencial de los músculos Activación casi simultánea de los cuádriceps, isquiotibiales y sóleo

CONTROL POSTURAL


El CoM se encuentra en el centro de la base de soporte El CoM se encuentra desviado lateralmente hacia el lado sano, 78% antes del despegue y 50% después del despegue

Tiempo para el contacto del CoP (tiempo máximo antes de alcanzar el límite de la base de soporte) adecuado

El tiempo para contacto del CoP es mas bajo lo que se asocia a inestabilidad dinámica

Poca o ninguna oscilación del centro de presión Aumento de las oscilaciones del centro de presión

DISTRIBUCIÓN DE LA TOMA DE PESOSUJETOS SANOS SUJETOS CON HEMIPARESIA

Carga distribuida simétricamente en ambas extremidades Menos carga sobre la extremidad afectada 37% del peso corporal.16% mas de carga sobre en el lado sano

Hay conciencia de la toma de peso y el esfuerzo Hay disminución de la percepción de toma de peso y el esfuerzo

Integridad sensorial conservada Alteración de la percepción de verticalidad visual, háptica y postural

OTROS CAMBIOS OBSERVADOS

▶En el hemiparético la realización de la tarea puede tomar casi el doble de tiempo que en un sujeto sano.

▶la mayor parte de este tiempo se usa en la ejecución de la fase de extensión, buscando la estabilización y la disminución del balanceo del centro de masa.

▶Los ajustes que requiere el individuo para lograr el paso de sedente a bípedo pueden conducir a sobrecargas sobre el lado sano, lesiones osteomusculares y aumento del riesgo de caídas.

FASES DE LA MARCHA

Imagen tomada de: https://ft-mecanicabiociencias.wikispaces.com/EL+CICLO+DE+LA+MARCHA+I

FASE DE APOYO 60%

SUBFASES

▶INICIAL Choque de Talón (doble apoyo)▶MEDIO Apoyo Plantar▶FINAL Apoyo unipodal▶PREOSCILACIÓN Impulso (doble apoyo)

Imagen tomada de http://www.40cg.com/agronomia.html

FASE DE BALANCEO 40%

SUBFASES

▶INICIAL Despegue Aceleración del Pie▶MEDIO Oscilación intermedia▶FINAL Desaceleración

Imagen tomada de http://www.40cg.com/agronomia.html

FASE DE APOYO DEL CICLO DE LA MARCHA

FASE DE APOYO DEL CICLO DE LA MARCHA

FASE DE BALANCEO DEL CICLO DE LA MARCHA

FASE DE BALANCEO DEL CICLO DE LA MARCHA

Hernandez F, Diseño y construcción de prototipo neumático de próstesis de pierna humana. Tesis profesional como requisito para obtener el título en Licenciatura en Ingenierìa en electrónica y computadores. Puebla: Universidad de las Amèricas Puebla; 2008. Consultado en http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lep/hernandez_s_f/capitulo3.pdf

ACTIVACIÓN MUSCULARMÚSCULO ACCIÓN

Glúteo mayor Actúa en la primera parte de la fase de apoyo, extendiendo la cadera junto con los isquiotibiales.

Ejercen una fuerza desaceleradora en la cadera y rodilla respectivamente al final de la fase del balanceo.

Isquiotibiales Actúan en la primera parte de la fase de apoyo no sólo para extender la cadera impiden que la rodilla se extienda totalmente, es necesario un ligero grado de flexión de rodilla. Actúan al final de la fase oscilante, frenando la flexión de la cadera y la extensión de rodilla, antes del contacto de talón. En el momento del choque de talón con el suelo su acción continúa durante el apoyo monopodal como auténticos ligamentos activos. El músculo semitendinoso actúa en la extensión, como el resto de los isquiotibioperoneos, mientras que el sartorio y el recto interno colaboran con los flexores de cadera

ACTIVACIÓN MUSCULARMÚSCULO ACCIÓN

Adductores de cadera Fundamentalmente del glúteo medio, se activa durante la fase de apoyo del ciclo, desde el contacto del talón hasta que éste comienza a elevarse del suelo, principalmente cuando el apoyo es unipodal y la pelvis tiende a caer hacia el lado del miembro que oscila, su contracción excéntrica va a controlar este movimiento.

El tensor de la fascia lata Mantenimiento de la estabilidad transversal de la pelvis durante la primera parte del apoyo, pero además, en esta fase , actúa a nivel de la rodilla como ligamento lateral externo activo y equilibra a los músculos de la pata de ganso.

Psoas ilíaco Actúa al principio de la fase oscilante para iniciar la flexión de cadera, posición de elongación previa al estar la cadera extendida y su contracción acorta la extremidad, impulsando hacia adelante.

Tensor de la fascia lata Presenta una segunda fase de actividad, en el despegue del antepié e inicio de la fase oscilante, probablemente para asegurar el equilibrio lateral del muslo en oposición a los aductores.

PARÁMETROS TEMPORALES Y LONGITUDINALES DE LA ZANCADA

Oatis C, Kinesiology the mechanics and pathomechanics of human movement. Philadelphia: Lippincott Williams and Wilkins; 2009.

FACTORES QUE INFLUENCIAN LOS PARÁMETROS DE LA MARCHA

Oatis C, Kinesiology the mechanics and pathomechanics of human movement. Philadelphia: Lippincott Williams and Wilkins; 2009.

Estudio Corte Transversal

Objetivo Probar la hipótesis que un rango reducido de extensión de cadera durante la marcha representa una alteración limitante de la estabilidad de la cadera, siendo un hallazgo dinámico consistente relacionado con en el aumento de la edad y más marcado en el adulto mayor que presenta caídas

Metodologìa 23 adultos mayores sanos sin antecedentes de caídas, 16 adultos mayores sanos con antecedentes de caídas recurrentes, 30 adultos jóvenes sanos.variables dependientes: la longitud de paso y la velocidad de la marcha variables independientes: pico máximo del ángulo articular del miembro inferior y la posición de la pelvisLos participantes caminaron descalzos a su velocidad confortable y ademàs en los adultos mayores a paso ràpido rápido.El sistema de análisis del movimiento optoelectrónico mide en tres ejes, los marcadores se ubicaron en los referentes óseos de la pelvis y MMII. Se calculó el movimiento angular articular de la pelvis y los MMII en un plano sagital por medio de un modelo comercial biomecánico SAFLo (servicio de análisis de la funcionalidad locomotora)

EXTENSIÓN REDUCIDA DE CADERA DURANTE LA MARCHA: ADULTOS MAYORES SANOS Y CON CAÍDAS VS. ADULTOS JÓVENES

Kerrigan DC, Lee LW, Collins JL, Riley PO, Lipsitz LA. Reduced hip extension during walking: healthy elderly and fallers versus young adults. Arch Phys Med Rehabil 2001;82:26-30

EXTENSIÓN REDUCIDA DE CADERA DURANTE LA MARCHA: ADULTOS MAYORES SANOS Y CON CAÍDAS VS. ADULTOS JÓVENESResultados p<0.05:

● La extensión pico articular durante la marcha fue significativamente menor en ambos grupos de adulto mayor con o sin caídas respecto a los adultos jóvenes

● El pico de extensión de cadera no mejoró cuando el adulto mayor caminó a mayor velocidad.

● La anteversión de la pelvis fue significativamente mayor en ambos grupos de adulto mayor comparada con los adultos jóvenes.

● La anteversión de pelvis aumenta significativamente con una marcha rápida en los adultos con caídas.

● El pico de extensión de cadera se correlaciona significativamente con la anteversión de la cadera vs la marcha tanto a velocidad confortable como rápida.

● La extensión pico de cadera y la anteversión de la pelvis contribuyen significativamente a un modelo de predicción lineal de longitud de paso (R2=.51a velocidad confortable, R2=.43 a velocidad rápida) y de la velocidad de la marcha (R=2.41 a velocidad confortable, R2=.38 a una velocidad rápida)

Conclusiones Una aislada y consistente reducción en la extensión de cadera durante la marcha del adulto mayor con predominio en los que tienen historial de caídas, implica la presencia de una significativa rigidez en cadera que desmejora el desempeño en la marcha.


EXTENSIÓN REDUCIDA DE CADERA DURANTE LA MARCHA: ADULTOS MAYORES SANOS Y CON CAÍDAS VS. ADULTOS JÓVENES


RESULTADOS DE LA EXTENSION DE CADERA COMPARATIVA EN LOS TRES GRUPOS

Imagen tomada de: Kerrigan DC, Lee LW, Collins JL, Riley PO, Lipsitz LA. Reduced hip extension during walking: healthy elderly and fallers versus young adults. Arch Phys Med Rehabil 2001;82:26-30.

BIOMECANICA DE LA EXTREMIDAD INFERIOR DURANTE EL SALTO-PARADA

Bing Yu a,b,c,*, Cheng-Feng Lin a , William E. Garrett d a. Lower extremity biomechanics during the landing of a stop-jump task. Clinical Biomechanics 21 (2006) 297–305

Estudio Corte transversal

Objetivo Examinar las relaciones entre algunas variables cinéticas y cinemáticas de los miembros inferiores durante el aterrizaje en la tarea del salto-parada (jump-stop)

Metodologìa La población estuvo compuesta por 30 hombres y 30 mujeres sanos que realizaron 5 veces el salto y se midieron las variables determinadas. Para el análisis del movimiento se usaron marcadores en los puntos óseos, videografia 3D, una plataforma de fuerza (Bertec force plates) y 6 cámaras infrarrojas

Resultados Se encontraron diferencias significativas en las variables analizadas entre hombres y mujeresCorrelacionando las variables entre sí se observó que la velocidad angular de la flexión de cadera y rodilla al contacto inicial se relaciona inversamente con el pico de fuerza posterior y vertical de reacción del piso durante el aterrizaje

Conclusiones Un gran ángulo de flexión de rodilla y cadera al contacto inicial con el suelo no necesariamente reduce las fuerzas de impacto durante el aterrizaje del salto, pero la flexiòn de rodilla y cadera activas si lo hace y esto se traduce en un factor tècnico que afecta la carga sobre el LCA durante el aterrizaje en este salto.

DESCRIPCIÓN DEL SALTO

Imagen tomada de: Chapell J, Creighton R, Giuliani C, Yu B, Garrett W. Kinematics and electromigraphy of landing preparation in vertical stpo-jump. Risk for non contac anterior cruciate ligament injury. American Journal of Sport Medicine 2007; 35(2,pp.235/241)

FASES DEL SALTO

Bing Yu a,b,c,*, Cheng-Feng Lin a , William E. Garrett d a. Lower extremity biomechanics during the landing of a stop-jump task. Clinical Biomechanics 21 (2006) 297–305

VARIABLES CINÉTICAS Y CINEMÁTICAS

VARIABLE FASE DEL SALTO

ángulo de flexión de rodilla y cadera al contacto inicial del pie con el suelo FASE DEL CONTACTO INICIAL

Velocidad angular de la flexión de cadera y rodilla al contacto inicial con el suelo

Máximo ángulo de flexión de cadera y rodilla durante el aterrizaje AL FINAL DE LA FASE DE ATERRIZAJE

Ángulo de flexión de rodilla al pico de cizallamiento anterior de la tibia

Pico de la fuerza posterior de reacción del piso durante el aterrizaje AL FINAL DE LA FASE DE ATERRIZAJE

Pico de la fuerza vertical de reacción del piso durante el aterrizaje

Pico de la fuerza de cizallamiento anterior de la tibia durante el aterrizaje

Pico del momento de extensión de rodilla durante el aterrizaje

AJUSTES DE MOVIMIENTO EN LA PREPARACIÓN PARA SALTOS EN UN PIE EN INDIVIDUOS CON INESTABILIDAD FUNCIONAL DE TOBILLOEstudio Corte Transversal

Objetivo Analizar la variabilidad del índice Inversión/Eversión (I/E) y Dorsiflexión/Plantiflexión (D/P) en adultos jóvenes con y sin inestabilidad funcional en cuello de pie, en dos tipos de salto unipodal: uno de una superficie a otra y con elevación sobre la vertical, y el apoyo unipodal (30 seg) como fase preliminar para ambos tipos de salto.

Metodologìa Las fases que definieron los autores para los saltos y el apoyo unipodal fueron: pre salto o apoyo unipodal, despegue y aterrizaje. 30 sujetos sin inestabilidad de tobillo y 30 con inestabilidad entre 16-35 añosPara la medición se aplicó el instrumento de inestabilidad de tobillo Cumberlandpara el rango articular se usaron sensores de movimiento MTx que contienen acelerómetros y giroscopios en combinación con sensores magnéticos; sobre una plataforma de fuerza para medir la estabilometría y registrar las fuerzas de reacción del suelo.variables de salida: la variabilidad de la amplitud de movimiento del tobillo en inversión / eversión y flexión dorsal /flexión plantar; y la variabilidad de centro de presión para las direcciones anterior-posteriory medio-lateral durante el período previo a la caída de salto anterior, salto vertical y durantela postura de una sola pierna

Guilherme S. Nunes, Marcos de Noronha, Bruna Wageck, Juliana Bonetti Scirea, Alessandro Haupenthal, Stella Maris Michaelsen. Movement adjustments in preparation for single-leg jumps in individuals with functional ankle instability. Human Movement Science 49 (2016) 301–307

AJUSTES DE MOVIMIENTO EN LA PREPARACIÓN PARA SALTOS EN UN PIE EN INDIVIDUOS CON INESTABILIDAD FUNCIONAL DE TOBILLOResultados El grupo con la inestabilidad mostró más variabilidad de centro de presión

en la dirección anterior-posterior (p = 0,04) y la variabilidad de la amplitud de movimiento en dorsiflexión / flexión plantar (p = 0,04) en comparación con el control.

El grupo con la inestabilidad mostró más variabilidad de centro de presión en dirección antero-posterior en salto anterior, que en la postura de una sola pierna y el salto vertical. El mismo patrón se observó en el grupo de control

Conclusiones Las personas con inestabilidad de tobillo tienen una mayor variabilidad del movimiento del cuello de pie y centro de presión en el eje anterior-posterior, en comparación con individuos sanos durante el apoyo unipodal. La preparación para un salto anterior desde una altura causa más inestabilidad postural en comparación con la preparación para un salto vertical y postura unipodal.

Guilherme S. Nunes, Marcos de Noronha, Bruna Wageck, Juliana Bonetti Scirea, Alessandro Haupenthal, Stella Maris Michaelsen. Movement adjustments in preparation for single-leg jumps in individuals with functional ankle instability. Human Movement Science 49 (2016) 301–307

AJUSTES DE MOVIMIENTO EN LA PREPARACIÓN PARA SALTOS EN UN PIE EN INDIVIDUOS CON INESTABILIDAD FUNCIONAL DE TOBILLO

Imagen tomada de Guilherme S. Nunes, Marcos de Noronha, Bruna Wageck, Juliana Bonetti Scirea, Alessandro Haupenthal, Stella Maris Michaelsen. Movement adjustments in preparation for single-leg jumps in individuals with functional ankle instability. Human Movement Science 49 (2016) 301–307

FASES DEL SALTO EN UN PIE

Imagen tomada de: Guilherme S. Nunes, Marcos de Noronha, Bruna Wageck, Juliana Bonetti Scirea, Alessandro Haupenthal, Stella Maris Michaelsen. Movement adjustments in preparation for single-leg jumps in individuals with functional ankle instability. Human Movement Science 49 (2016) 301–307

TABLA DE RESULTADOS

Imagen tomada de: Guilherme S. Nunes, Marcos de Noronha, Bruna Wageck, Juliana Bonetti Scirea, Alessandro Haupenthal, Stella Maris Michaelsen. Movement adjustments in preparation for single-leg jumps in individuals with functional ankle instability. Human Movement Science 49 (2016) 301–307

GR

AC

IAS

BIBLIOGRAFÍA1. Houglum P, Bertoti D. Brunnstrom`s Clinical Kinesiology. Pensylvania: F.A. Davis Company; 2012.

2. Boukadida A, Piotte F, Dehail P, Nadeau S. Determinants of sit-to-stand tasks in individuals with hemiparesis post stroke: A review. Ann Phys Rehabil Med. 2015;58(3):167-72.

3. Hernandez F, Diseño y construcción de prototipo neumático de próstesis de pierna humana. Tesis profesional como requisito para obtener el título en Licenciatura en Ingenierìa en electrónica y computadores. Puebla: Universidad de las Amèricas Puebla; 2008. Consultado en http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lep/hernandez_s_f/capitulo3.pdf

4. Nogueras A, Calvo J, Orejuela J, Barbero F, Sanchez C, Fases de la marcha humana. Human walking phases vol 2 num 1 enero 1999.

5. Oatis C, Kinesiology the mechanics and pathomechanics of human movement. Philadelphia: Lippincott Williams and Wilkins; 2009.

6. Kerrigan DC, Lee LW, Collins JL, Riley PO, Lipsitz LA. Reduced hip extension during walking: healthy elderly and fallers versus young adults. Arch Phys Med Rehabil 2001;82:26-30.

7. Bing Yu a,b,c,*, Cheng-Feng Lin a , William E. Garrett d a. Lower extremity biomechanics during the landing of a stop-jump task. Clinical Biomechanics 21 (2006) 297–305

8. Guilherme S. Nunes, Marcos de Noronha, Bruna Wageck, Juliana Bonetti Scirea, Alessandro Haupenthal, Stella Maris Michaelsen. Movement adjustments in preparation for single-leg jumps in individuals with functional ankle instability. Human Movement Science 49 (2016) 301–307.

Health & Medicine

Biomecánica