Introducció i aproximació conceptual a la biomecànica esportiva

Quelcom que em passa cada cert temps pel cap és que, dins del que jo anomeno com “eix exercici-nutrició”, vaig força més mancat de coneixements pel que fa al primer dels dos. És un dels motius pels quals vaig decidir cursar el doble grau online en NHID i CAFD, tot i que la idea inicial era fer el de NHID.

Com a persona que practica tant la carrera de fons com la musculació -a èpoques alternades i encara que sigui a nivell d’aficionat- certament hi ha aspectes sobre la fisiologia de l’exercici que m’agradaria dominar més. És quelcom natural, sobretot quan, al cap dels anys, ens veiem força involucrats en l’activitat. Llavors comencem a voler posar-nos una mica seriosos i parlar amb propietat.

Conèixer la fisiologia de l’exercici a nivell del metabolisme energètic i les adaptacions (musculars, cardiovasculars, etc) que tenen lloc durant la pràctica de l’exercici és quelcom que ens ajudarà a treure més rendiment a la nostra preparació. Sobre això, ja hem vist una mica de teoria a la sèrie d’entrades de l’assignatura de fisiologia de l’exercici.

A més a més, la cinesiologia i la biomecànica son dues disciplines particularment importants en musculació/entrenament de força, sobretot pel que fa a a correcta execució dels exercicis, tot i que en l’atletisme resulten igualment interessants també, principalment per tal d’evitar lesions.

El trimestre passat ja em plantejava portar al blog alguns dels apunts de cinesiologia, però per falta de temps no va poder ser. Bé doncs, ho intentarem en aquesta ocasió amb els de biomecànica esportiva, aprofitant que s’apropen els examens i cal anar fiançant conceptes 😉 

Nota
Com ja sabeu, totes les entrades de la secció apunts del Grau en Nutrició Humana i Dietètica i Ciencies de l’Activitat Física i l’Esport estan extretes del material proporcionat per la Universitat Isabel I de Castilla. A més, en aquesta assignatura en particular, hi ha una bona feina de redacció per part de l’equip docent que la coordina. Els corresponents crèdits, doncs, a la universitat i a l’equip. La meva missió aquí només és traduir-los i aportar alguns enllaços extra com a material addicional.

Introducció

Segons el manifest del Consell Internacional per a l’Esport i l’Educació Física de la UNESCO (1971), la Biomecànica es defineix com la disciplina científica que permet interpretar com intervenen les forces mecàniques que produeixen els moviments, el seu suport autonòmic, iniciació neurològica, control integrat i percepció, així com, el seu disseny central. La biomecànica té grans aplicacions en l’àmbit esportiu amb l’objectiu d’optimitzar el rendiment, donar suport logísticament als entrenaments, millorar el disseny dels equipaments i implements esportius, així com minimitzar el risc de lesió. En aquest sentit la biomecànica esportiva es configura com a disciplina imprescindible en l’esport d’alt rendiment per la seva implicació en l’aprenentatge motor de la tècnica esportiva, la millora de les marques i l’optimització del temps d’entrenament, la qual cosa reverteix en la millora de la qualitat de vida de l’esportista i en la reducció del risc de lesió.

En aquesta unitat didàctica s’aprofundirà en els següents punts:

• Concepte de Biomecànica
• Classificació de la biomecànica
• Concepte i aplicacions de la biomecànica esportiva
• Magnituds i sistema internacional de mesures

Aproximació conceptual a la Biomecànica

Segons la Real Acadèmia de la Llengua, la biomecànica és la ciència que estudia l’aplicació de les lleis de la mecànica a les estructures i els òrgans dels éssers vius. Etimològicament, prové dels conceptes grecs: vis que significa vida; mekhane que es tradueix com a màquina; i el sufix ic que significa relatiu a.

Per a Xavier Aguado (1993, p.30) la biomecànica és una ciència que utilitza els principis i mètodes de la mecànica (que forma part de la física) per a l’estudi dels éssers vius, tenint en compte les peculiaritats d’aquests.

Biomecànica i Cinesiologia són termes que es complementen i de vegades fins i tot es confonen. Recordem que etimològicament Cinesiologia prové dels dos verbs grecs Kinein (moure) i Logos (estudiar), i que Steindler (1977), la defineix com la ciència que estudia el moviment en les seves relacions amb l’acció de les forces mecàniques que el produeixen. Hamilton et al. (1982) continuen aquesta línia en la seva definició, descrivint Cinesiologia com l’estudi dels moviments humans des del punt de vista de les ciències físiques.

Com podem veure, més aviat semblen sinònims, de fet si es compara la tasca de cinesiòlegs de renom amb biomecànics no difereixen amb prou feines en les seves activitats. Potser la diferència sigui més aviat subjectiva i adaptada al camp professional de qui la desenvolupi.

En la nostra línia de treball es considerarà que la cinesiologia té un caràcter més vinculat amb l’anatomia i el propi cos, mentre que la biomecànica estarà més projectada cap a l’exterior, cap als resultats esportius i a la interacció amb implements o materials.

Una altra disciplina que guarda relació amb la Biomecànica és l’Ergonomia. Segons l’Associació Espanyola d’Ergonomia es defineix com el conjunt de coneixements de caràcter multidisciplinari aplicats per a l’adequació dels productes, sistemes i entorns artificials a les necessitats, limitacions i característiques dels seus usuaris, optimitzant l’eficàcia, seguretat i benestar.

Aquesta disciplina s’encarrega del disseny d’equips i dispositius perquè s’ajustin de la manera més eficient possible al cos humà. La seva finalitat és aconseguir un bon estat de salut, seguretat i productivitat. El disseny ergonòmic de materials és imprescindible per a la prevenció de lesions per esforços repetitius i sobre-esforços de caràcter múscul-esquelètics. L’ergonomia cobra especial rellevància en el disseny de mobles, màquines i equip,s no només de la vida quotidiana sinó també de l’àmbit esportiu.

Repàs històric de la Biomecànica

Els primers vestigis que tenim d’estudis biomecànics corresponen a Aristòtil (384-322 aC) qui no sols va estudiar el moviment dels planetes sinó que també va elaborar un tractat sobre els Moviments dels animals, en els quals va realitzar els primers anàlisis de la mecànica del desplaçament i de la acció muscular.

Un altre exemple rellevant de l’antiguitat clàssica el tenim amb Arquimedes (287-212 aC). Físic, enginyer, matemàtic i astrònom, que va obtenir gran renom gràcies als seus invents, entre els quals destaquen catapultes, politges, palanques i un cargol per transportar aigua a llocs més elevats. Va demostrar entre d’altres com trobar el centre de gravetat d’un paral·lelogram, un triangle o un trapezi i va elaborar un tractat sobre la flotació dels cossos (Izquierdo, 2008).

Fent un salt en el temps ens trobarem amb Leonardo da Vinci (1452-1519), pintor, anatomista, arquitecte, científic, escriptor, escultor, filòsof, enginyer, i inventor italià. Va estudiar l’anatomia humana, el vol dels ocells, els corrents aeris i aquàtics i va inventar diverses màquines com esquís aquàtics, un helicòpter, un paracaigudes o una espècie d’ala delta (Aguado et al, 1997).

Galileu Galilei (1564-1642) és un altre dels nostres personatges històrics, considerat el pare de la biomecànica pels seus estudis sobre el gest del salt humà, la marxa de diferents animals com cavalls i insectes i les condicions de flotabilitat del cos humà.

A partir de Galileu els estudis es multipliquen, començant per Newton (1642-1727) i les seves lleis relatives a la força, passant per Etienne Jules Marey (1838-1904) qui va usar la cinematografia per a observar la locomoció, per Eadward Muybridge (1830-1904) que va seqüenciar les primeres imatges del galop d’un cavall, i acabant A.V. Hill (1888-1977) qui va explicar la funció mecànica de l’acció muscular, i també va estudiar la marxa i carrera humana, seguint els seus estudis en vigència avui dia.

Classificació de la biomecànica

La biomecànica és una ciència multi-disciplinar que abasta camps tan dispars com la física, medicina, enginyeria, fisioteràpia, informàtica i ciències de l’activitat física i de l’esport entre d’altres. A grans trets, trobem dos grans criteris sota els quals podem classificar aquesta disciplina.

Classificació des del punt de vista de la física mecànica

Des del punt de vista de la física mecànica, podem classificar la biomecànica en dos grans blocs (Aguado, 2003): d’una banda la cinemàtica, que és la part de la física que estudia les lleis del moviment dels cossos però sense analitzar les causes que el provoquen; i per un altre la dinàmica, que és la part de la física que dedicada a l’estudi de les causes que provoquen o modifiquen el moviment dels cossos.

La cinemàtica situa espacialment als cossos, els localitza en un sistema de referència i a partir d’aquí estudia els seus moviments en funció dels recorreguts, la seva velocitat i acceleració. Quan aquests moviments es realitzen lliurement per l’espai s’anomena cinemàtica lineal, i quan giren al voltant d’un eix es denomina cinemàtica angular.

La dinàmica s’organitza també en dos apartats, la cinètica i l’estàtica. La cinètica estudia les forces que originen, interaccionen o s’oposen al moviment dels cossos. En canvi la estàtica estudia les forces encarregades de mantenir els cossos en equilibri (Aguado et al, 1997).

En l’àmbit esportiu, la física mecànica tindria un camp d’aplicació evident. Per exemple, la cinemàtica analitzaria les tècniques esportives i la seva eficiència en el terreny de joc, d’aquesta manera la cinemàtica lineal estudiaria la velocitat amb què un jugador d’handbol llança una pilota mentre que l’angular determinaria les revolucions per minut a les que pedaleja un ciclista. Al seu torn la cinètica estudiaria la força amb la que aquest jugador d’handbol ha impulsat la pilota i l’estàtica analitzaria com el ciclista aconsegueix mantenir-se en equilibri sobre la bicicleta mentre pedaleja.

Classificació des del punt de vista del seu àmbit d’aplicació

Els camps d’aplicació de la biomecànica són força diversos, però podem destacar els següents:

• La biomecànica mèdica, vinculada a patologies mecàniques, el seu diagnòstic i tractament.
• La biomecànica fisioterapèutica, relacionada amb disfuncions del sistema múscul-esquelètic i el seu tractament rehabilitador.
• La biomecànica ocupacional, estudia la relació del cos humà amb les màquines, ja siguin en l’àmbit laboral, domèstic o d’esbarjo. Busca aconseguir una major productivitat i reduir els símptomes de fatiga i índexs de lesions (Aguado, 1993).
• La biomecànica esportiva, analitza les característiques tècniques de les disciplines esportives per optimitzar resultats, perfeccionar les pautes d’entrenament i millorar el disseny i estructura d’implements, materials i equipaments. En el següent apartat aprofundirem en aquest camp, ja que és el més rellevant per a nosaltres.

La biomecànica esportiva

Tal com hem vist, la biomecànica esportiva té els seus fonaments en la mecànica convencional. Però al ser una ciència específica incorpora altres camps d’acció i estudi. Un d’ells és l’anàlisi de les càrregues externes de treball. Des d’aquesta perspectiva, la biomecànica esportiva analitza, mesura i quantifica els gestos i exigències físiques que requereix una determinada disciplina esportiva.

Calcular els quilòmetres que corre un jugador de futbol, ​​determinar el nombre de braçades que realitza un nedador en competició o establir el temps que un jugador de bàsquet està parat, caminant o corrent, són alguns d’aquests exemples. Aquestes dades són una eina imprescindible per desenvolupar programes de preparació física, tècnica i tàctica dels esportistes. Gràcies a aquests estudis, les càrregues d’entrenament per a esportistes d’una mateixa disciplina, com ara el futbol, ​​varien en funció del seu lloc i les exigències reals que tenen en un partit. 

En aquest sentit, Aguado et al. (1997) estableixen objectius específics per a la biomecànica esportiva en relació no només amb l’esportista sinó també amb l’entorn i el material esportiu.

A continuació, mostrem aquests objectius:

• En relació directa amb l’esportista: El primer objectiu estaria enfocat a la descripció de la tècnica esportiva. Amb això es pretén analitzar el gest motriu per adaptar de la manera més eficient a les característiques antropomètriques de cada subjecte amb la finalitat d’obtenir millors resultats esportius, però amb el menor esforç i risc de lesions possible. En aquest sentit, la biomecànica esportiva també s’encarrega de desenvolupar nous recursos tecnològics que facilitin l’estudi de la tècnica esportiva. Igualment, busca que els nous instruments siguin més assequibles, econòmics, fàcils d’usar i de transportar. Amb això es pretén generalitzar l’ús i aplicació d’aquestes tecnologies.
• En relació directa amb el medi: La biomecànica esportiva sempre busca millorar els resultats i reduir els riscs de lesió. D’una banda, minimitzant les forces externes de resistència i, de l’altra, optimitzant les forces que originen el moviment. D’aquesta manera s’estudien les forces d’acció i reacció de les superfícies dels terrenys de competició. També les de sustentació i flotació tant per als esports aquàtics com per als aeris. Però no només s’estudia el comportament físic del medi, sinó també com la tècnica esportiva pot fer millores adaptatives en funció de les característiques específiques de cada entorn.
• En relació amb el material esportiu: Es persegueixen diferents objectius encaminats a millorar les marques dels esportistes. D’una banda es busquen materials que siguin més eficients, per exemple reduint el pes de raquetes, esquís, sabatilles o bicicletes disminueixen la despesa energètica i retarden l’aparició del cansament en els esportistes. En altres casos es modifica diferents qualitats com la rigidesa dels arcs, flexibilitat de les perxes que permetin obtenir millors resultats per part dels esportistes, etc. També es busca millorar la comoditat dels esportistes i per tant optimitzar la percepció psicològica de confort, com ara ulleres de natació que s’entelin menys o vestits de neoprè més elàstics i fàcil de posar. La durabilitat és un altre dels factors a considerar, i evitar imprevistos en la competició. Però també es busca materials més segurs com els cascos de diversos esports, vestits més aïllants per als esports de neu, o vàlvules més segures per a les ampolles de busseig.

En definitiva, el que pretén la biomecànica esportiva és millorar el rendiment esportiu, però sempre sota dues premisses: reduir l’esforç físic exigit i minimitzar el risc de lesions.

Magnituds

Segons el diccionari de la Real Acadèmia de la Llengua, magnitud és qualsevol propietat física que pot ser mesurada. Per Aguado (1993) i Arteaga (2008), magnitud és tot allò susceptible de ser mesurat. En l’àmbit esportiu podem determinar infinitat de magnituds:

• El temps en córrer 100 metres
• La velocitat que adquireix una pilota de tennis en el colpeig
• Els quilòmetres que corre un aler de bàsquet en un partit
• …o bé l’angle del genoll d’un ciclista durant el pedaleig

Quan mesurem una magnitud, el que fem és comparar una cosa amb una altra i determinar quantes vegades es repeteix un determinat patró. Aquest patró ens permet quantificar les magnituds gràcies a una unitat de mesura. Per a que un patró o unitat de mesura sigui validat, ha de complir certs requisits:

• Ha de ser clar i objectiu
• Ha de ser inalterable
• Ha de ser universal.
• Ha de ser fàcilment reproduïble

Mesurar amb els dits de la mà mitjançant quarts no compliria aquests requisits. Mans de mides diferents obtindrien resultats diferents per a una mateixa distància. Per això fem servir unitats estandarditzades com el metro.

Sabies que…
Segons el Comitè Internacional de Pesos i Mesures, un segon es defineix com la durada de 9.192.631.770 oscil·lacions de la radiació registrada a la transició entre els dos nivells hiperfins de l’estat fonamental de l’isòtop 133 de l’àtom de cesi estant, a una temperatura de menys 273 ºC.

 Classificació de magnituds

Segons el seu origen, les magnituds poden ser dividides en fonamentals i derivades (Aguado, 1993; Arteaga, 2008). Les magnituds fonamentals són aquelles que tenen un patró de mesura propi, com ara la longitud, el patró de mesura és el metre (m), el temps, mesurat en segons (s), o la massa, mesura en grams (g).

En canvi, les magnituds derivades són aquelles que no disposen de patró propi sinó que efectuen els seus mesuraments en funció de la combinació de dos o més magnituds fonamentals. Per exemple, la velocitat utilitza magnituds de longitud i temps, metre per segon (m/s) o quilòmetres per hora (km/h).

En canvi, segons el seu caràcter, les magnituds poden ser classificades en escalars i vectorials (Aguado, 1993). Les escalars són aquelles que són registrades mitjançant un nombre. Aquest valor numèric pot fer referència tant a la distància aconseguida en un salt de longitud, com a al volum d’entrenament d’un migfondista que també seria registrada en metres.

En canvi, les magnituds vectorials (Izquierdo, 2015) són les que necessiten més d’un nombre perquè es representin de forma completa. Aquestes magnituds són representades per un vector, que és un segment orientat a l’espai amb direcció i sentit propi i una longitud proporcional a un valor numèric que porta associat.

Sistemes d’unitats i el Sistema Internacional

Els sistemes d’unitats tenen com a finalitat determinar els patrons d’unitats que s’han d’utilitzar per a mesurar magnituds. Mitjançant convenis internacionals es concreten amb la intenció d’evitar que sorgeixin infinitat d’unitats derivades. Hi ha diversos sistemes d’unitats, com el CGS o sistema cegesimal (acrònim que prové de centimentre, gram i segon), el sistema tècnic, el MKS o sistema Giorgi (acrònim que prové de metro, q(k)uilogram i segon), o el sistema anglosaxó.

El sistema més utilitzat i el que farem servir a l’assignatura serà el Sistema Internacional (SI) que deriva del sistema MKS. És el sistema adoptat per la majoria de la comunitat científica i es va unificar en una convenció celebrada a 1960. Ha rebut diverses actualitzacions, l’última l’any 2009 on es va unificar amb les normes ISO 31.

El SI té certes característiques que s’han de mantenir en tot moment:

• L’abreujament dels símbols són fixes i no es permet el seu canvi, ni tan sols per a indicar plural.
• Les abreviacions de les unitats no s’escriuen en cursiva ni van seguides d’un punt, excepte si coincideix amb el final d’una frase.
• Quan una unitat es representa amb més d’una lletra, s’escriuen seguides sense espai intermedi (per exemple kg).
• S’ha de mantenir un espai entre el valor de la magnitud i el símbol de la unitat (per exemple 8 m). Existeixen algunes excepcions com en els graus i percentatges (per exemple 180º i 22%).

En resum

Mapa conceptual

Termes relacionats:

• Exercici físic
• Nutrició
• Salut
• Sabies que