Hamill. Biomecánica_5ed

Incluye eBook

BIOMECÁNICA

BASES DEL MOVIMIENTO

HUMANO 5 . ª E D I C I Ó N

J O S E P H H A M I L L K AT H L E E N M . K N U T Z E N T I M O T H Y R . D E R R I C K en línea contenidoadicional SAMPLE Incluye

J O S E P H H A M I L L , P H D Professor Emeritus Department of Kinesiology University of Massachusetts Amherst Amherst, Massachusetts K AT H L E E N M . K N U T Z E N , P H D Professor Department of Kinesiology Dean Emeritus School of Social Sciences and Education California State University Bakersfield, California T I M O T H Y R . D E R R I C K , P H D Professor Department of Kinesiology Iowa State University Ames, Iowa SAMPLE

BIOMECÁNICA. BASES DEL MOVIMIENTO HUMANO 5. a E D I C I Ó N SAMPLE

Av. Carrilet, 3, 9.ª planta, Edificio D Ciutat de la Justícia 08902 L’Hospitalet de Llobregat

Barcelona (España) Tel.: 93 344 47 18 Fax: 93 344 47 16 Correo electrónico: consultas@wolterskluwer.com Revisión científica DC.MFKD. Lic. Ft. Jaime Rebollo Vázquez Coordinador del Programa de Licenciatura en Fisioterapia Facultad de Medicina Benemérita Universidad de Puebla Traducción Dr. Israel Luna Dra. Diana Vanegas Farfano Dirección editorial : Carlos Mendoza Editora de desarrollo : Cristina Segura Flores Gerente de mercadotecnia : Simon Kears

Cuidado de la edición : Olga Sánchez Navarrete Adecuación de portada : Jesús Mendoza M. Maquetación: Carácter Tipográfico/ Eric Aguirre • Aarón León • Ernesto A. Sánchez Impresión : C&C Offset-China / Impreso en China Impreso en China

Se han adoptado las medidas oportunas para confirmar la exactitud de la información presentada y describir la práctica más aceptada. No obstante, los autores, los redactores y el editor no son responsables de los errores u omisiones del texto ni de las consecuencias que se deriven de la aplicación de la información que incluye, y no dan ninguna garantía, explícita o implícita, sobre la actualidad, integridad o exactitud del contenido de la publi- cación. Esta publicación contiene información general relacionada con tratamientos y asistencia médica que no debería utilizarse en pacientes individuales sin antes contar con el consejo de un profesional médico, ya que los tratamientos clínicos que se describen no pueden considerarse recomendaciones absolutas y universales. El editor ha hecho todo lo posible para confirmar y respetar la procedencia del material que se reproduce en este libro y su copyright. En caso de error u omisión se enmendará en cuanto sea posible. Algunos fármacos y productos sanitarios que se presentan en esta publicación sólo tienen la aprobación de la Food and Drug Administration (FDA) para uso limitado al ámbito experimental. Compete al profesional sanitario averiguar la situación de cada fármaco o producto sanitario que pretenda utilizar en su práctica clínica, por lo que aconse-

jamos consultar con las autoridades sanitarias competentes. Derecho a la propiedad intelectual (C. P. Art. 270)

Se considera delito reproducir, plagiar, distribuir o comunicar públicamente, en todo o en parte, con ánimo de lucro y en perjuicio de terceros, una obra literaria, artística o científica, o su transformación, interpretación o ejecución artística fijada en cualquier tipo de soporte o comunicada a través de cualquier medio, sin la autori- zación de los titulares de los correspondientes derechos de propiedad intelectual o de sus cesionarios. Copyright © 2022, Wolters Kluwer. ISBN edición original: 978-1-9751-4465-4 Two Commerce Square 2001 Market Street Philadelphia, PA 19103 SAMPLE Reservados todos los derechos. Copyright de la edición en español © 2022 Wolters Kluwer ISBN de la edición en español: 978-84-18563-47-8 Depósito legal: M-24916-2021 Edición en español de la obra original en lengua inglesa BIOMECHANICAL BASIS OF HUMAN MOVE- MENT , Joseph Hamill, Kathleen M. Knutzen, Timothy R. Derrick. — Fifth edition, publicada por Wolters Kluwer.

A nuestro amigo y maestro B. T. Bates, y a nuestras familias.

SAMPLE

v

PREFACIO

La biomecánica es un campo de estudio cuantitativo dentro de la disciplina de ciencias del ejercicio. Esta obra pretende ser un libro de texto de introducción que enfatice en dicha natu- raleza cuantitativa (en lugar de cualitativa) de la biomecánica. Se pretende que, mientras se enfatiza en la cuantificación del movimiento humano, esta quinta edición de Biomecánica. Bases del movimiento humano también sea útil para aquellos con un conocimiento basal limitado en matemáticas. Los ejemplos cuantitativos son presentados en una manera detallada y lógica que subraya los puntos de interés. El objetivo de esta obra es, por lo tanto, conformar un libro de texto que introduzca al estudiante a la biomecánica e integre conceptos básicos de ana- tomía, física, cálculo y fisiología para el estudio del movimiento humano. Decidimos utilizar este enfoque ya que los ejemplos numéricos son significativos y ejemplifican con claridad los conceptos a veces erróneos sobre la mecánica del movimiento humano. Este libro se encuentra organizado en tres secciones princi- pales: Sección I: Principios del movimiento humano; Sección II: Anatomía funcional, y Sección III: Análisis mecánico del movimiento humano. Los capítulos se encuentran ordena- dos para brindar una progresión lógica del material esencial que permita la comprensión de la biomecánica y el estudio del movimiento humano. La Sección I, Principios del movimiento humano, incluye los capítulos 1 a 4. El capítulo 1, “Terminología básica”, pre- senta la terminología y nomenclatura generalmente utilizada en biomecánica. El capítulo 2, “Consideraciones esqueléticas para el movimiento”, comprende el sistema esquelético con especial énfasis en las articulaciones. El capítulo 3, “Consi- deraciones musculares para el movimiento”, analiza la orga- nización del sistema muscular. Por último, en el capítulo 4, “Consideraciones neurológicas para el movimiento”, se pre- sentan los sistemas de control y activación para el movimiento humano. En esta edición se ha añadido nuevo material en áreas como la respuesta osteogénica, masaje de fricción cru- zada, ejemplo clínico de Ehlers-Danlos, periodización lineal y no lineal, pruebas musculares manuales, pruebas de rendi- SAMPLE miento funcional, rehabilitación con entrenamiento de resis- tencia, tendinopatía, plexos nerviosos dermatomos, inhibición muscular artrógena, inestabilidad del tobillo y entrenamiento propioceptivo, además ejercicio y esclerosis múltiple. La Sección II, Anatomía funcional, abarca los capítulos 5 a 7 y discute regiones específicas del cuerpo: extremidad superior, extremidad inferior y tronco, respectivamente. Cada capítulo integra la información general presentada en la Parte I respecto a cada región. En esta edición se ha añadido información sobre el suministro de nervios a los cuadros musculares. También se han añadido varias aplicaciones clínicas al final de cada capítulo en áreas como la discinesia escapular, la inestabilidad del hom- bro, disfunción del tendón tibial posterior, lesiones de las extre- midades inferiores en niños y adolescentes, síndrome de dolor lumbar crónico. Se ha añadido un nuevo capítulo a la sección de anatomía funcional. El objetivo del capítulo 8 es examinar diversas con- sideraciones clínicas sobre el deterioro de los tejidos o las lesio- nes tisulares. Esto incluye una discusión general de la lesión tisular con un examen más detallado de las lesiones agudas y por uso excesivo. A esto le sigue un examen del deterioro tisu- lar observado en el envejecimiento de los músculos, los huesos y el sistema nervioso. Otras áreas cubiertas incluyen el ejerci- cio y el envejecimiento, y más información sobre la artrosis y la osteoporosis. La Sección III, Análisis mecánico del movimiento humano, incluye los capítulos 9 a 13, en los cuales se presentan técni- cas mecánicas cuantitativas para el análisis del movimiento humano. Los capítulos 9 y 10 presentan los conceptos de cine- mática lineal y angular. En estos dos capítulos también se deta- llan las formas convencionales de estudio de movimiento lineal y angular del análisis del movimiento humano. Una parte de cada capítulo se dedica a revisar la literatura en investigación del movimiento humano, movimiento en silla de ruedas y golf. Estas actividades son empleadas a lo largo de la Sección III para ilustrar las técnicas cuantitativas presentadas. Los capítulos 11 y 12 presentan los conceptos de cinética lineal y angular, inclu- yendo discusiones sobre las fuerzas y torques que actúan sobre el cuerpo humano durante las actividades cotidianas. Se señalan y explican las leyes del movimiento. Asimismo, se incluye un análisis acerca de las fuerzas y torques aplicada a los segmentos del cuerpo durante el movimiento. ORGANIZACIÓN

vii

viii PREFACIO Se ha añadido un nuevo capítulo a la sección de Análisis mecánico del movimiento humano. El objetivo del capítulo 13 es actuar como un capítulo de culminación que consolide los conceptos presentados en los capítulos 9 a 12. Este capítulo incluye el desarrollo del cálculo de fuerzas y momentos ar- ticulares de las fuerzas y los momentos articulares del tobillo, la rodilla y la cadera, y presenta ejemplos de cómo se utiliza esta información tanto en la investigación deportiva como en la clínica. Aunque el libro sigue un orden progresivo, las secciones principales por lo general se encuentran contenidas. Así, los ins- tructores pueden omitir o restar énfasis a ciertas secciones. Por ejemplo las Secciones 1 y 2 pueden ser empleadas en un curso tradicional de kinesiología, y la Sección III puede ser utilizada en un curso de biomecánica. Cada capítulo contiene una lista de Objetivos del capítulo para permitir al estudiante concentrarse en puntos clave del mate- rial, y el Esquema del capítulo brinda una guía sobre el con- tenido que se estudia. Se incluyen Recuadros en todo el libro para subrayar información importante, y se presentan Pregun- tas relevantes para ayudar al estudiante a revisar brevemente un concepto. El Resumen al final de cada capítulo recoge los conceptos principales que fueron presentados. Cada capítulo contiene Preguntas de repaso , tanto de Verdadero o Falso, como de Opción múltiple, para desafiar al estudiante y ayu- darle a comprender e integrar el material presentado. Al final del libro se presenta un Glosario en el cual se definen términos utilizados en cada capítulo y que puede servir como fuente de refuerzo y referencia. Por último, los cuatro apéndices presen- tan información sobre las unidades de medición, funciones tri- gonométricas e información práctica. Si bien en la mayoría de los deportes es fácil ilustrar los prin- cipios del movimiento humano, en esta edición de Biomecánica. CARACTERÍSTICAS

Bases del movimiento humano se incluyen nuevas y actualizadas ilustraciones con aplicaciones en ergonomía, ortopedia y ejer- cicio. Estas se complementan con referencias de la literatura actual en biomecánica. Con estos y el contenido, así como las características antes mencionadas, toda la secuencia del movi- miento humano potencial está considerado.

RECURSOS ADICIONALES

Biomecánica. Bases del movimiento humano, 5.ª edición, incluye recursos adicionales en inglés, tanto para instructores como estudiantes que se encuentran disponibles en http://thepoint. lww.com/espanol-Hamill_5e. Instructores Los instructores autorizados podrán acceder a los siguientes recursos adicionales en inglés: ● Banco de preguntas ● Presentaciones de PowerPoint ● Banco de imágenes Estudiantes Los estudiantes que han adquirido el texto tienen acceso a los siguientes recursos adicionales en inglés: ● Respuesta a las preguntas de repaso del texto ● Banco de preguntas ● Glosario ● Animaciones ● Calculadoras en el libro electrónico disponible en la plata- forma VitalSource

Vea el interior de la portada del libro para conocer más deta- lles, incluyendo la clave que requerirá para acceder al sitio en internet. SAMPLE

AGRADECIMIENTOS

A aquellos que revisaron esta edición del libro e hicieron una contribución sustancial a su desarrollo, les expresamos nues- tro sincero agradecimiento. También queremos agradecer a John Larkin (coordinador editorial), Lindsey Porambo (edi- tora de adquisiciones) y Amy Millholen (editora de desarro-

llo) de Wolters Kluwer Health/Lippincott Williams & Wilkins por su consejo durante el proceso de publicación. Extendemos un agradecimiento especial a Nic Castona y Nike, Inc., por las fotografías empleadas en el texto.

SAMPLE

ix

CONTENIDO

Prefacio vii Agradecimientos ix

S e c c i ó n I

P R I N C I P I O S D E L MOV I M I E N TO HUMANO 2

1. Terminología básica

5

2. Consideraciones esqueléticas para el movimiento 3. Consideraciones musculares para el movimiento 4. Consideraciones neurológicas para el movimiento S e c c i ó n I I ANATOM Í A F UN C I ONA L 1 5 6 5. Anatomía funcional de la extremidad superior 6. Anatomía funcional de la extremidad inferior

26 63

112

159 208 283 327

7. Anatomía funcional del tronco

8. Consideraciones clínicas: deterioro o lesión de los tejidos

S e c c i ó n I I I SAMPLE ANÁ L I S I S ME CÁN I C O D E L MOV I M I E N TO HUMANO 3 5 0 9. Cinemática lineal 10. Cinemática angular 11. Cinética lineal 12. Cinética angular 13. Tipos de análisis mecánicos A p é n d i c e A El sistema métrico y las unidades del SI A p é n d i c e B Funciones de trigonometría A p é n d i c e C Ejemplos de datos cinemáticos y cinéticos A p é n d i c e D Ejemplo numérico para calcular el movimiento de proyectil 353 390 420 455 496 525 528 532 540

Glosario 542 Índice alfabético de materias 557

x

CONSIDERACIONES ESQUELÉTICAS PARA EL MOVIMIENTO

2

Objetivos

Después de leer este capítulo, el estudiante será capaz de: ● Definir la forma en que las propiedades mecánicas de una estructura pueden ser expresadas en términos de su relación tensión-deformación. ● Definir tensión, deformación, región elástica, región plástica, punto de vencimiento, punto de falla y módulo elástico. ● Identificar la región elástica, el punto de vencimiento, la región plástica y el punto de falla en una curva de tensión-deformación.

● Describir la diferencia entre los materiales elástico y viscoelástico. ● Diferenciar entre los materiales frágiles, rígidos y moldeables. ● Listar las funciones del tejido óseo que componen el sistema esquelético. ● Describir la composición del tejido óseo y las características del hueso cortical y esponjoso. ● Identificar los tipos de hueso encontrados en el sistema esquelético, y describir el papel que desempeña cada tipo de hueso en el movimiento y soporte en el hombre. ● Describir la forma en la que se forma el tejido óseo y las diferencias entre modelación y remodelación. ● Discutir el impacto de la actividad y la inactividad sobre la formación de hueso. ● Definir osteoporosis y discutir el desarrollo de la osteoporosis. ● Discutir la fuerza y rigidez del hueso, así como las propiedades anisotrópicas y viscoelásticas del hueso. ● Definir los siguientes tipos de cargas que debe absorber el hueso, y proporcionar un ejemplo para ilustrar cada carga sobre el sistema esquelético: compresión, tensión, cizallamiento, doblamiento y torsión. ● Describir las fracturas por esfuerzo y otras lesiones comunes del sistema esquelético, y explicar la carga que causa la lesión. ● Describir los tipos de cartílago y sus funciones en el sistema esquelético. ● Describir la función de los ligamentos en el sistema esquelético. ● Describir todos los componentes de la articulación diartrodial, los factores que contribuyen a la estabilidad de la articulación, y ejemplos de lesiones en la articulación diartrodial. ● Listar los siete tipos diferentes de articulaciones diartrodiales y proporcionar ejemplos de cada una. ● Describir las características de las articulaciones sinartrodiales y anfiartrodiales, y proporcionar un ejemplo de cada una. ● Definir osteoartritis y discutir el desarrollo de la osteoartritis. ● Describir el uso del masaje de fricción cruzada con el fin de mejorar la circulación en la fibra muscular o tendinosa. ● Describir las características del síndrome de Ehlers-Danlos y mencionar algunas formas de tratar esta afección. SAMPLE

26

Capítulo 2 Consideraciones esqueléticas para el movimiento 27

Esquema

MEDICIÓN DE LAS PROPIEDADES BIOMECÁNICAS DE LOS TEJIDOS ÓSEOS Análisis estructural básico CARACTERÍSTICAS BIOMECÁNICAS DEL HUESO Función del tejido óseo Composición del tejido óseo Estructura macroscópica del hueso Formación de hueso PROPIEDADES MECÁNICAS DEL HUESO Fortaleza y rigidez del hueso Cargas aplicadas sobre el hueso

Fracturas por esfuerzo

CARTÍLAGO

Cartílago articular Fibrocartílago

LIGAMENTOS ARTICULACIONES ÓSEAS Articulación diartrodial o sinovial Otros tipos de articulaciones Osteoartritis APLICACIONES CLÍNICAS Masaje de fricción cruzada Síndrome Ehlers-Danlos

rial reacciona a la falta de estrés diario. La figura 2-3 ilustra las relaciones tensión-deformación de los huesos de las vértebras de macacos Rhesus normales versus aquellos que han sido inmovi- lizados (35). Se puede realizar un análisis de tensión-deforma- ción con una fuerza que jala (distensión), una fuerza que empuja (compresión) o una fuerza de cizallamiento (empujar o jalar sobre la superficie del material). Este libro solo trata las relacio- nes tensión-deformación de distensión y compresión.

MEDICIÓN DE LAS PROPIEDADES BIOMECÁNICAS DE LOS TEJIDOS ÓSEOS

El hueso, el tendón, el ligamento y el músculo son algunas de las estructuras básicas que componen al cuerpo humano. Las pro- piedades mecánicas de estos tejidos son de gran interés para los biomecanicistas. En general, al analizar las propiedades mecáni- cas de dichas estructuras, se identifican las fuerzas externas que se aplican sobre la estructura y se relacionan con la deformación resultante de la estructura. La capacidad de una estructura para resistir la deformación depende de la organización del material del que está compuesta y de su forma en general. Por lo tanto, este tipo de análisis es importante ya que proporciona informa- ción acerca de las propiedades biomecánicas de la estructura que pueden influenciar su función. La fuerza aplicada para deformar una estructura y el cambio de forma resultante se denominan tensión y deformación , respecti- vamente. Para permitir la comparación de estructuras de dife- rentes tamaños, la tensión y la deformación son cantidades a escala de la fuerza aplicada y la deformación de la estructura, de manera respectiva. Los valores de tensión y deformación se miden utilizando una máquina que puede aplicar ya sea disten- sión (tensión al tensar) o deformación (tensión al empujar) sobre la estructura. En la figura 2-1, la celda de carga mide la disten- sión, o fuerza de tirón, aplicada sobre el tendón y el extensióme- tro mide la longitud a la que se estira el tendón. El activador es un motor que inicia la distensión sobre el tendón. La figura 2-2 muestra una configuración similar para determinar la tensión de compresión sobre un pie amputado. La gráfica que relaciona la tensión con la deformación es la curva de tensión-defor- mación de una estructura. Se puede utilizar un análisis de ten- sión-deformación para discernir la forma en la que un material cambia con la edad, la forma en la que los materiales reaccionan a diferentes aplicaciones de fuerza, y la forma en la que un mate- SAMPLE Análisis estructural básico TENSIÓN Y DEFORMACIÓN Activador Extensiómetro Pinza Celda de carga Tendón Figura 2-1. Una máquina de prueba que determina las propieda- des tensión-deformación de un tendón. El activador estira el tendón. (Reimpresa con autorización de Alexander, R. M. [1992]. The Human Machine . NewYork: Columbia University Press).

28 Sección I PRINCIPIOS DEL MOVIMIENTO HUMANO

donde F es la fuerza aplicada y A es la unidad de área sobre la cual se aplica la fuerza. La fuerza se aplica perpendicular a la superficie de la estructura sobre un área predeterminada. La unidad en la que se mide una fuerza es el newton (N). La unidad de área es el metro cuadrado (m 2 ). Por lo tanto, la uni- dad de estrés es el newton sobre metro cuadrado (N/m 2 ), o el pascal (Pa). La deformación también está en una escala de acuerdo con la longitud inicial de la estructura que se evalúa. Esto es, la deformación causada por el estrés aplicado es comparada con la longitud inicial, o en reposo, del material, cuando no se aplica fuerza. La deformación, designada con la letra griega épsilon ( ɛ ), por lo tanto, se define como la tasa de cambio en la longi- tud respecto de la longitud en reposo. De esta forma, ɛ = ∆ L / L donde ∆ L es el cambio en la longitud de una estructura y L es la longitud inicial. Debido a que se está dividiendo longi- tud entre longitud, no hay unidades, y por lo tanto la deforma- ción es un número sin dimensión. En la figura 2-4 se presenta una curva de tensión-deforma- ción. Hay varios puntos clave que son importantes en esta curva para la función final de la estructura. En esta curva, la pendien- te de la porción lineal de la curva es el módulo elástico , o rigi- dez del material. Así, la rigidez se calcula como k = tensión/deformación = σ / ɛ Entre mayor es la fuerza que se aplica sobre la estructura, la pendiente de la curva eventualmente disminuye. En este punto, se dice que la estructura se vence o alcanza su punto de venci- miento. Hasta el punto de vencimiento, se dice que la estruc- tura se encuentra en la región elástica . Si se retira la tensión mientras el material está en esta región, el material regresará a su longitud original sin daño estructural. Después del punto de vencimiento, los componentes moleculares del material se desplazan de manera permanente respecto a otros, y si la fuerza aplicada se retira, el material no regresará a su longitud original (fig. 2-5). La diferencia entre la longitud original del material y la longitud (en reposo) resultado de la tensión hacia la región plástica es la deformación residual .

Celda de carga

Varilla en la tibia

Bloque de acero

Rodillo

Activador

En este tipo de prueba, la tensión se define como la fuerza por unidad de área y se designa con la letra griega sigma ( σ ). Por lo tanto, la tensión se calcula con la fórmula: σ = F / A Figura 2-2. Una máquina de prueba que determina las propiedades tensión-deformación de un pie amputado. (Reimpresa con autori- zación de Alexander, R. M. [1992]. The Human Machine . New York: Columbia University Press).

Normal

Inmovilizado Figura 2-4. Una curva idealizada de tensión-deformación que mues- tra las regiones elástica y plástica y el módulo elástico. SAMPLE Tensión Estrés Figura 2-3. Curvas de tensión-deformación para los segmentos de las vértebras de un macaco Rhesus normal y uno inmovilizado. (Adaptada de Kazarian, L. E., Von Gierke, H. E. [1969]. Bone loss as a result of immobilization and chelation. Preliminary results in Macaca mulatta. Clinical Orthopaedics , 65:67-75). Tensión Estrés Elástica Plástica E σ f σ y σ ε y ε f Punto de vencimiento Falla ε

Capítulo 2 Consideraciones esqueléticas para el movimiento 29

Flujo plástico

σ f σ y

A

Estrés

Estrés

B

ε y

Tensión

Área fisiológica

Tensión residual

Tensión

La región después del punto de vencimiento es la región plástica . Para los materiales rígidos, como el hueso, la región de vencimiento o plástica es relativamente pequeña, pero para otros materiales puede ser relativamente grande. Si la fuerza aplicada sigue más allá de la región plástica, la estructura de manera even- tual alcanzará la falla , en cuyo punto la tensión cae a cero con rapidez. El máximo estrés alcanzado cuando ocurre la falla deter- mina la fuerza de falla y la deformación de falla del material. En las actividades funcionales normales, la tensión aplicada no causará una deformación que alcance el punto de venci- miento. Cuando un ingeniero diseña estructuras, toma en con- sideración un factor de seguridad al determinar la relación tensión-deformación de la estructura. Este factor de seguridad por lo general está en el rango de cinco a 10 veces la tensión que normalmente tendría la estructura. Esto es, la fuerza apli- cada para alcanzar el punto de vencimiento es en forma signifi- cativa mayor a la fuerza aplicada en general en las actividades de la vida diaria. Es evidente, y se ha sugerido, que los materiales biológicos y las estructuras biológicas deben tener un factor de seguridad significativamente alto. No hace falta decir que las tensiones aplicadas sobre una estructura biológica en las activi- dades de la vida diaria son mucho menores de lo que la estruc- tura puede manejar. En la figura 2-6 se ilustra una curva de tensión-deformación para una tibia humana adulta, y la relación real de tensión-deformación al trotar. Cuando una estructura es deformada por una fuerza apli- cada, la deformación en el material se relaciona con la ener- gía mecánica absorbida por el mismo. La cantidad de energía mecánica almacenada es proporcional al área bajo la curva de tensión-deformación (fig. 2-7). Es decir, la energía mecánica almacenada es: ME = 1/2 σɛ Cuando la fuerza aplicada se retira, la energía almacenada se libera. Por ejemplo, una liga de hule puede ser estirada tirando de ambos extremos. Cuando se libera uno de los extremos, la li- ga rebota hasta su longitud original pero, al hacerlo, libera la energía almacenada durante el estiramiento. Para fines prácticos, Figura 2-7. La energía mecánica almacenada ( área sombreada ) es igual al área bajo la curva de tensión-deformación. SAMPLE este es el mismo concepto que el de un trampolín. El peso de la persona que salta sobre este lo deforma y almacena energía. El trampolín rebota y libera la energía almacenada a la persona. TIPOS DE MATERIALES Elástico El material idealizado descrito en la figura 2-4 es un mate- rial elástico . En este tipo de material existe una relación lineal entre la tensión y la deformación. Esto es, cuando el material es deformado por la fuerza aplicada, la cantidad de deforma- ción es la misma para una determinada cantidad de tensión. Cuando se retira la carga aplicada, el material regresa a su longi- tud en reposo siempre y cuando el material no haya alcanzado Figura 2-6. El área sombreada representa los valores de tensión- deformación de una tibia humana adulta al trotar, y la línea sólida representa muestras de hueso evaluadas en busca de falla. (Adap- tada con autorización de Nordin, M., Frankel, V. H. [1989]. Basic Bio- mechanics of the Musculoskeletal System . 2nd ed. Philadelphia, PA: Lea & Febiger). Figura 2-5. Una curva de tensión-deformación de un material que se ha alargado hasta la región plástica. ( A ) El periodo de aplicación de carga. ( B ) El periodo donde la carga aplicada se retira. La tensión residual se debe a la organización del material a nivel molecular. Tensión Estrés Energía = 1/2 σε

30 Sección I PRINCIPIOS DEL MOVIMIENTO HUMANO

Frágil

Rígido

σ f σ y

Moldeable

E 3

Estrés

E 2

Estrés

E 1

Deformación

ε y

ε f

Figura 2-10. Curvas de tensión-deformación de materiales moldea- bles, rígidos y frágiles. El módulo elástico es significativamente dife- rente en los tres materiales.

Deformación

Figura 2-8. Curva de tensión-deformación de un material vis- coelástico típico. El módulo elástico (pendiente de la curva) varía de acuerdo con la porción de la curva en la que se calcula.

nos rigidez , punto de vencimiento y punto de falla también apli- can. Las regiones elástica y plástica se definen de forma similar a las de un material elástico. Sin embargo, a diferencia de una estructura elástica, la rigidez tiene varios valores que pueden ser determinados según el sitio sobre la curva en donde se calculó. En la figura 2-8, la rigidez designada como E 1 es menor que la de E 2 . No obstante, E 3 es con certeza menor a E 2 . Además, en un material viscoelástico, la energía mecánica almacenada no regresa por completo cuando se retira la carga aplicada. Por lo tanto, la energía que regresa no es igual a la energía almacenada. La energía que se pierde se denomina histéresis (fig. 2-9). Los materiales, ya sean elásticos o viscoelásticos, a menudo se denominan como rígidos, moldeables o frágiles, depen- diendo del módulo elástico. Las curvas de tensión-deformación de estos materiales se presentan en la figura 2-10. Un material moldeable tiene un módulo elástico menor al de un material rí- gido. El material moldeable almacena de manera considerable más energía que el material rígido. Por otro lado, un material frágil tiene un mayor módulo elástico y almacena menos ener- gía que un material rígido. No obstante, todos estos términos son relativos. Dependiendo de los materiales que se evalúan, un material frágil puede considerarse rígido con relación a un material, y moldeable respecto a otro. Por ejemplo, el hueso es frágil en relación con el tendón, pero moldeable comparado con el vidrio.

su punto de vencimiento. En un material elástico, la energía mecánica que se almacenó se recupera completamente. Viscoelástico Al contrario de las estructuras elásticas, ciertos materiales mues- tran características de tensión-deformación que no son estric- tamente lineales; estos son materiales viscoelásticos . Estas estructuras tienen propiedades no lineales o viscosas en com- binación con propiedades lineales elásticas. La combinación de estas propiedades da lugar a que la magnitud del estrés dependa de la tasa de carga, o a qué tan rápido se aplica la carga. Casi todos los materiales biológicos, como el tendón y el ligamento, muestran cierto nivel de viscoelasticidad. La figura 2-8 ilustra un material viscoelástico. En la curva de tensión-deformación de un material viscoelástico, los térmi-

Histéresis (energía perdida)

CARACTERÍSTICAS BIOMECÁNICAS DEL HUESO SAMPLE Función del tejido óseo El esqueleto está compuesto de tejido óseo. Las articulaciones son las intersecciones entre los huesos. Los ligamentos conec- tan a los huesos en las articulaciones, lo que las refuerza. El esqueleto conforma aproximadamente 20% del peso corporal total. El sistema esquelético por lo general se divide en esque- leto axial y apendicular. Los principales huesos en el cuerpo se presentan en la figura 2-11. El tejido óseo tiene varias funcio- Deformación Estrés Energía recuperada Figura 2-9. Curva de tensión-deformación de un material viscoelás- tico típico, que muestra la energía recuperada cuando se permite que el material regrese a su longitud en reposo. La histéresis, o energía perdida, es igual a la energía almacenada cuando el material es deformado menos la energía recuperada.

Capítulo 2 Consideraciones esqueléticas para el movimiento 31

Los huesos incrementan su tamaño de arriba hacia abajo en proporción a la cantidad de peso corporal que soportan; por lo tanto, los huesos de las extremidades inferiores, las vértebras más bajas y los huesos pélvicos son de mayor tamaño que los huesos de sus contrapartes en las extremidades superiores y la parte alta del torso. Una comparación visual entre el húmero y el fémur o las vértebras cervicales y las lumbares demuestra estas

nes, incluyendo soporte, sitios de inserción, función de palanca, protección, almacenamiento y formación de células sanguíneas. SOPORTE El esqueleto proporciona un soporte estructural significativo y puede mantener una postura al tiempo que se adapta a fuerzas externas de gran magnitud, como las involucradas en el salto.

Cráneo

Clavícula

Esternón

Escápula

Costillas

Húmero

Columna vertebral

Radio

Pelvis

Cúbito

Falanges Metacarpianos

Fémur

Tibia Figura 2-11. Vista anterior ( izquierda ) y vista posterior ( derecha ) de los huesos del cuerpo humano. (Reimpresa con autorización de Willis, M. C. [1996]. Medical Terminology: The Language of Health Care . Baltimore, MD: Lippincott Williams &Wilkins). SAMPLE Peroné Tarsianos Metatarsianos Falanges Anterior Astrágalo Posterior Calcáneo

32 Sección I PRINCIPIOS DEL MOVIMIENTO HUMANO

relaciones de tamaño. Internamente, los huesos también prote- gen los órganos internos. SITIOS DE INSERCIÓN Los huesos proporcionan sitios de inserción para los tendo- nes, músculos y ligamentos, lo que permite la generación de movimiento a través de la aplicación de fuerza sobre los huesos en estos sitios. Conocer los sitios de inserción en cada hueso proporciona buena información acerca del potencial de movi- miento de los músculos específicos, el soporte ofrecido por los ligamentos y los sitios potenciales de lesión. FUNCIÓN DE PALANCA El sistema esquelético proporciona las palancas y los ejes de rotación en torno a los cuales el sistema muscular genera los movimientos. Una palanca es una máquina simple que magni- fica la fuerza, la velocidad, o ambas, de los movimientos, y con- siste en un cilindro rígido que se rota en torno a un punto fijo o eje llamado punto de apoyo . El cilindro rígido en un sistema esquelético de palanca está principalmente en uno de los hue- sos largos del cuerpo, y el punto fijo de rotación o eje es una de las articulaciones donde los huesos se encuentran. El sistema esquelético de palanca transmite el movimiento generado por los músculos o las fuerzas externas. En el capítulo 12 se propor- ciona un análisis a detalle de las palancas. OTRAS FUNCIONES Hay tres funciones tradicionales del hueso que no están especí- ficamente relacionadas con el movimiento: protección, almace- namiento y formación de células sanguíneas. El hueso protege al cerebro y a los órganos internos. El hueso también almacena grasa y minerales, y es el principal almacén de calcio y fosfato. Por último, la formación de células sanguíneas, llamada hema- topoyesis, tiene lugar dentro de las cavidades del hueso. Composición del tejido óseo El hueso, o tejido óseo , es un material extraordinario con pro- piedades que lo hacen ideal para sus funciones de soporte y movimiento. Es ligero, pero tiene una fuerza de tensión y com- presiva elevada, y una cantidad significativa de elasticidad. El hueso también es un material muy dinámico, donde los mine- rales se mueven dentro y fuera de él de manera constante. Casi medio gramo de calcio puede entrar o salir del esqueleto humano cada día, y los humanos reciclan de 5 a 7% de su masa ósea cada semana. El hueso también puede crecer en diferentes formas y es tejido que constantemente está siendo modificado, reformado, remodelado y reparado. El tejido óseo es fuerte y es una de las estructuras más duras del cuerpo debido a su combinación de elementos orgánicos e inorgánicos. El hueso está compuesto de una matriz de sales inorgánicas y colágeno , un material orgánico encontrado en todos los tejidos conjuntivos. Los minerales inorgánicos calcio y fosfato, junto con las fibras de colágeno orgánicas, consti- tuyen alrededor de 60 a 70% del tejido óseo. El agua consti- tuye aproximadamente 25 a 30% del peso del tejido óseo (47). El colágeno le proporciona fuerza de tensión y elasticidad al hueso, y los minerales le proporcionan fuerza de compresión y rigidez (42). Existen tres tipos de células en el hueso (fig. 2-12). Los osteoclastos son células multinucleadas grandes que tienen propiedades similares a las de los macrófagos. Son creadas por la fusión de 15 a 20 células individuales, y trabajan para disol- ver el hueso en áreas de microfractura. Los osteoblastos tienen un solo núcleo, y producen un hueso nuevo llamado osteoide. Estas células también son causales de la calcificación del hueso. Algunos osteoblastos quedan atrapados dentro del nuevo hueso formado y se convierten en osteocitos . Los osteocitos son simi- lares a las células nerviosas ya que tienen extensiones largas que se estiran y se conectan con otros osteocitos. Estos parecen tener una función mecanosensora y de comunicación que les permite percibir la deformación y dirigir la actividad de los ostoeclastos. Estructura macroscópica del hueso El hueso está compuesto por dos tipos de tejido: el hueso cor- tical y el hueso esponjoso . La capa externa dura es el hueso cortical, a menudo denominado hueso compacto; en su inte- rior se encuentra el hueso esponjoso. La organización y disposi- ción macroscópica del tejido óseo se presenta en la figura 2-13. La configuración arquitectónica del hueso cortical y esponjoso está muy bien adaptada para las demandas mecánicas impuestas sobre el sistema esquelético durante la actividad física. HUESO CORTICAL El hueso cortical constituye alrededor de 80% del esquele- to. El hueso cortical parece sólido, pero un análisis más deta- llado revela muchos pasajes para los vasos sanguíneos y los nervios. La capa exterior del hueso es muy densa, y tiene una porosidad menor a 15% (55). La porosidad es el índice de espa- cio de los poros respecto al volumen total; cuando la porosidad aumenta, la fuerza mecánica del hueso se deteriora. Pequeños cambios en la porosidad pueden conducir a cambios significati- vos en la rigidez y la fortaleza del hueso. El hueso cortical consiste en un sistema de tubos huecos lla- mados láminas que están colocadas una dentro de la otra. Las láminas están compuestas de fibras de colágeno, todas van en la misma dirección. Las fibras de colágeno de las láminas adya- SAMPLE Osteocitos en el hueso Osteoclastos en una fosa de resorción Osteoblastos en la superficie del hueso Fosa de resorción (laguna) Figura 2-12. Los tres tipos principales de células óseas son los osteoclastos, osteoblastos y osteocitos.

Capítulo 2 Consideraciones esqueléticas para el movimiento 33

Hueso compacto Hueso esponjoso

Cavidad medular

Vasos

Hueso compacto

Láminas

Periostio

Hueso esponjoso

Canal central

Osteocito

Cavidad medular

Osteon ó

Osteocito

Nervio

Arteria

Lacuna

Vena

Láminas

Canalículos

Canal de perforación (canal de Volkmann)

Láminas

Osteoblasto

Osteocito

Osteoclasto

Trabéculas Vaso sanguíneo

centes siempre corren en direcciones diferentes. Una serie de láminas forman un osteón o sistema haversiano . Los osteo- nes son estructuras similares a pilares que están orientadas en forma paralela a las tensiones que se ejercen sobre el hueso. La configuración de estos pilares de soporte de peso y la den- sidad del hueso cortical proporcionan fortaleza y rigidez al sis- tema esquelético. El hueso cortical puede soportar altos niveles de carga de peso y tensión muscular en dirección longitudinal antes de que falle y se fracture (52). El hueso cortical es en especial capaz de absorber cargas de tensión si las fibras de colágeno están paralelas a la carga. Por lo general, el colágeno está dispuesto en capas que corren en con- figuraciones longitudinal, circunferencial y oblicua. Esto ofrece resistencia a las fuerzas de tensión en diferentes direcciones ya Figura 2-13. Corte a la mitad del extremo proximal del fémur, que muestra tanto el hueso cortical como el hueso esponjoso. El hueso cor- tical denso rodea el exterior del hueso, continuando hacia abajo para formar el cuerpo del hueso. El hueso esponjoso se encuentra en los extremos y es distinguible por su apariencia similar a una rejilla. Nótese la curvatura de las trabéculas, que se forman para soportar las fuer- zas de tensión. SAMPLE que entre más capas haya, mayor será la fortaleza y la rigidez del hueso. Además, en los sitios donde los músculos, ligamentos y tendones se insertan en el esqueleto, las fibras de colágeno están dispuestas en forma paralela a la inserción del tejido blando, ofreciendo así mayor fuerza de tensión para estos anclajes. En los cuerpos de los huesos largos puede encontrarse una capa gruesa de hueso cortical, donde se requiere fortaleza para responder a las altas cargas impuestas a lo largo de la longitud del hueso durante el soporte de peso o en respuesta a la tensión muscular. El grosor es mayor en la parte media de los huesos largos, debido al incremento de las fuerzas de doblamiento y torsión (8). Se encuentran capas delgadas de hueso cortical en los extremos de los huesos largos, la epífisis, y que cubren a los huesos cortos e irregulares.

34 Sección I PRINCIPIOS DEL MOVIMIENTO HUMANO HUESO ESPONJOSO El tejido óseo interior respecto al hueso cortical se denomina hueso esponjoso. El hueso esponjoso se encuentra en los extre- mos de los huesos largos, en el cuerpo de las vértebras, y en las escápulas y la pelvis. Este tipo de hueso tiene una estruc- tura similar al encaje con una porosidad mayor a 70% (55). La estructura del hueso esponjoso, aunque bastante rígida, es más débil y menos rígida que la del hueso cortical. El hueso espon- joso no es tan denso como el hueso cortical, ya que está lleno de espacios. Las piezas pequeñas y aplanadas de hueso que funcio- nan como pequeñas vigas entre los espacios se denominan tra- béculas (fig. 2-13). Las trabéculas se adaptan a la dirección del esfuerzo impuesto sobre el hueso, lo que proporciona fuerza sin añadir mucho peso (10). El colágeno corre a lo largo de los ejes de las trabéculas y le proporciona resistencia tanto a la tensión como a la compresión al hueso esponjoso. La alta porosidad le otorga al hueso esponjoso una elevada capacidad de almacenamiento de energía, de modo que este tipo de hueso se convierte en un elemento crucial en la absorción de energía y la distribución de la tensión cuando se aplican cargas sobre la estructura del esqueleto (47). Este tipo de hueso es metabólicamente más activo y sensible a estímulos en compa- ración con el hueso cortical (33). Tiene una tasa de recambio

mucho más alta que la del hueso cortical, que termina con más remodelación a lo largo de las líneas de estrés (42). El hueso esponjoso no es tan resistente como el hueso cortical, y existe una alta incidencia de fracturas en el hueso esponjoso de los adultos mayores. Se piensa que esto es causado por la pérdida de fuerza compresiva debido a la pérdida mineral (osteoporosis). CLASIFICACIÓN ANATÓMICA DE LOS HUESOS El sistema esquelético tiene dos partes principales: el esqueleto axial (cráneo, columna, costillas y esternón) y el esqueleto apen- dicular (cinturas escapular y pélvica, y brazos y piernas). Hay cuatro tipos de huesos que componen cada sección del esque- leto (fig. 2-14). Estos incluyen huesos designados como largos, cortos, planos e irregulares. Cada tipo de hueso realiza funcio-

nes específicas. Huesos largos

Estos huesos son más largos que anchos. Los huesos largos en el cuerpo son la clavícula, el húmero, el cúbito, el radio, el fémur, la tibia, el peroné, los metatarsianos, los metacarpianos y las falanges. Los huesos largos tienen un cuerpo, la diáfisis , una capa gruesa de hueso cortical que rodea la cavidad de la médula

C

Hueso plano: ilion

B Figura 2-14. Los diferentes tipos de huesos realizan funciones específicas. (A) Los huesos largos funcio- nan como palancas. (B) Los huesos cortos ofrecen soporte y absorción de impacto. (C) Los huesos pla- nos protegen y ofrecen grandes sitios para inserción muscular. (D) Los huesos irregulares tienen funcio- nes especializadas. (E) Los huesos sesamoideos alteran el ángulo de inserción muscular. SAMPLE E D Hueso corto: carpianos de la muñeca Hueso irregular: vértebra Hueso sesamoideo: rótula

A Hueso largo: húmero

Capítulo 2 Consideraciones esqueléticas para el movimiento 35

ósea (fig. 2-15). El cuerpo se ensancha hacia el extremo for- mando una sección llamada la metáfisis . En el esqueleto inma- duro, el extremo final del hueso largo, la epífisis, está separada de la diáfisis por un disco cartilaginoso. Las epífisis están forma- das por una capa externa delgada de hueso cortical que cubre al hueso esponjoso interno. Una delgada membrana blanca, el periostio , cubre la parte exterior del hueso con excepción de las partes cubiertas por cartílago. Los huesos largos le proporcionan apoyo al cuerpo, y confor- man el grupo de palancas y uniones interconectadas que permi- ten que usted se mueva. Un hueso largo puede actuar como una columna al soportar cargas sobre su eje largo. Los huesos largos por lo general no son rectos; más bien, tienen forma de viga, lo que crea una estructura más fuerte de modo que los huesos pue- dan manejar y minimizar las cargas de doblamiento impuestas sobre ellos. Un hueso largo es más resistente cuando se tensiona por fuerzas que actúan sobre el eje largo del hueso. Los sitios de anclaje muscular y las protuberancias son formados por fuerzas de tracción de los músculos que tiran de los huesos. Huesos cortos Los huesos cortos, como los huesos del carpo de la mano y los huesos del tarso en el pie, están formados principalmente por hueso esponjoso cubierto por una delgada capa de hueso cortical. Estos huesos desempeñan un papel importante en la absorción de impacto y la transmisión de fuerzas. Un tipo espe- cial de hueso corto, el hueso sesamoideo, está incrustado en un tendón o cápsula articular. La rótula es un hueso sesamoideo en la articulación de la rodilla que está incrustado en el tendón Figura 2-15. El hueso largo tiene un cuerpo, o diáfisis (A) , que se ensancha en la metáfisis (B) y la epífisis (C) . Las capas de hueso cortical componen la diáfisis. La metáfisis y la epífisis están com- puestas por hueso esponjoso dentro de una capa delgada de hueso cortical. SAMPLE del cuádriceps. Pueden encontrarse otros huesos sesamoideos en la base del primer metatarsiano en el pie, donde los huesos están incrustados en el tendón distal del músculo flexor corto del dedo gordo, y en el pulgar, donde los huesos están incrus- tados en el tendón del músculo flexor corto del pulgar. El papel de los huesos sesamoideos consiste en alterar el ángulo de inser- ción del músculo y disminuir la fricción creada por el músculo. Huesos planos Un tercer tipo de hueso, el hueso plano, está representado por las costillas, el hueso iliaco, el esternón y la escápula. Estos hue- sos consisten en dos capas de hueso cortical con hueso espon- joso y médula en medio. Los huesos planos protegen estructuras internas y ofrecen superficies amplias para la inserción muscular. Huesos irregulares Los huesos irregulares, como los que se encuentran en el crá- neo, pelvis y las vértebras, están formados por hueso esponjoso con una capa exterior delgada de hueso cortical. Estos huesos se denominan irregulares debido a sus formas y funciones especia- lizadas. Los huesos irregulares llevan a cabo una gran variedad de funciones, incluyendo soportar peso, disipar cargas, proteger a la médula espinal, contribuir al movimiento y proporcionar sitios para la inserción de músculos. Formación de hueso El hueso es un material altamente adaptable que es muy sensible a la falta de uso, la inmovilización o la actividad vigorosa y los altos niveles de carga. A lo largo de la vida, el hueso se optimiza de manera constante por su papel de soporte de carga a tra- vés de la remodelación funcionalmente adaptativa. Los cambios se producen en la arquitectura de todo el hueso y la masa del hueso, a medida que se presenta la adaptación funcional donde la masa y la arquitectura del hueso se ajustan a la demanda fun- cional (44). En el esqueleto apendicular, esto es en particular importante debido al soporte de carga. Los cambios adaptativos son máximos en el hueso en crecimiento y disminuyen con el envejecimiento, pero aún ocurren en cierto nivel a medida que el hueso se adapta a los cambios en el uso mecánico. El tejido óseo es autorreparable y puede alterar sus propiedades y confi- guración en respuesta a la demanda mecánica. Esto fue descrito por primera vez por el anatomista alemán Julius Wolff, quien proporcionó la teoría del desarrollo del hueso, denominada ley de Wolff. Esta ley establece que: “Todo cambio en la forma y la función de un hueso o solo de su función es seguido de ciertos cambios definitivos en su arquitectura interna y de alteración secundaria igualmente definitiva en su conformación externa de acuerdo con las leyes matemáticas” (36). OSIFICACIÓN, MODELACIÓN Y REMODELACIÓN La formación de hueso es un proceso complejo que no puede ser explorado en detalle aquí. El hueso siempre se forma por el remplazo de algún tejido preexistente. En los fetos, gran parte del tejido preexistente es cartílago hialino. La osificación es la formación de hueso mediante la actividad de los osteoblastos y osteoclastos. En los fetos, el cartílago es remplazado lentamente a través de este proceso, así que en el momento del nacimiento muchos de los huesos están al menos parcialmente osificados. En sitios como los huesos planos del cráneo, el hueso remplaza a un tejido fibroso suave en vez del cartílago. Línea epifisiaria (cartílago) Cavidad medular Hueso compacto Hueso esponjoso C. Epífisis B. Metáfisis A. Diáfisis B. Metáfisis C. Epífisis

36 Sección I PRINCIPIOS DEL MOVIMIENTO HUMANO Los huesos largos crecen desde el nacimiento hasta la ado- lescencia mediante la actividad de las placas de cartílago locali- zadas entre el cuerpo y las cabezas de los huesos. Estas placas epifisarias se expanden a medida que se forman células nuevas, y el hueso se alarga hasta que el espesor de las placas disminuye para alcanzar lo que se conoce como osificación completa. Esto ocurre en diferentes huesos a distintas edades, pero usualmente se completa para la edad de 25 años. La modelación se presenta durante el crecimiento para crear hueso nuevo a medida que se producen la resorción ósea y la for- mación de hueso (osificación) en diferentes regiones y tasas para cambiar la forma y el tamaño del hueso. En el hueso en creci- miento, las propiedades del hueso se relacionan con las demandas en el tamaño derivadas del crecimiento y con los cambios en las fuerzas de tensión y de compresión que actúan sobre el cuerpo. Los osteoblastos depositan hueso mientras que al mismo tiempo los osteoclastos resorben el hueso. En el proceso de la resor- ción , el tejido óseo viejo es degradado y digerido por el cuerpo. Este proceso no es el mismo en todos los huesos, o incluso en el mismo hueso. Por ejemplo, mientras que el hueso en la parte distal del fémur es remplazado cada 5 a 6 meses, el hueso en el cuerpo del fémur es remplazado de forma mucho más lenta. El hueso vivo siempre está sometido a remodelación , en la que la matriz ósea es removida y remplazada de manera constante. La remoción de hueso por los osteoclastos es rela- tivamente rápida —alrededor de 3 semanas— en tanto que la formación de hueso nuevo por los osteoblastos toma alrededor de 3 meses. El cuerpo debe mantener en forma continua el espe- sor y la fortaleza del hueso, y esto se lleva a cabo mediante un ciclo constante de remplazo de hueso viejo con hueso nuevo. Se mantiene un estado estable dinámico al remplazar una pequeña cantidad de hueso en el mismo sitio mientras que el tamaño y la forma del hueso remodelado se dejan básicamente iguales. Por lo menos cierta cantidad de hueso nuevo se está formando de manera continua, y la remodelación ósea es el proceso mediante el cual la masa ósea se adapta a las demandas impuestas sobre ella. Luego de que un individuo ha pasado la etapa de creci- miento, la tasa de depósito y de resorción de hueso son iguales una a la otra, lo que mantiene el total de la masa ósea bas- tante constante. Sin embargo, a través del ejercicio se puede incrementar la masa ósea, incluso durante la etapa adulta joven. El depósito de hueso excede la resorción cuando se requiere mayor fortaleza o cuando se ha presentado una lesión. Por lo tanto, los levantadores de pesas desarrollan engrosamientos en la inserción de los músculos muy activos, y los huesos se vuel- ven más densos donde las fuerzas de tensión son mayores. Los brazos dominantes de los jugadores profesionales de tenis tie- nen espesores corticales que son 35% mayores que los del brazo contralateral (36). La forma del hueso también cambia durante la cicatrización de una fractura. El proceso de reconstrucción del hueso continúa hasta la edad de 40 años, cuando la actividad de los osteoblastos se enlentece y los huesos se vuelven más frágiles. Este proceso de remodelación tiene dos beneficios importantes: el esqueleto se reforma para responder a las fuerzas gravitacional, muscular y externas de contacto, y se mantienen los niveles de calcio en la sangre para las funciones fisiológicas importantes. CAMBIOS EN EL TEJIDO ÓSEO DURANTE LA VIDA En el hueso inmaduro, las fibras están distribuidas al azar, lo que proporciona fortaleza en múltiples direcciones pero con una fuerza en general menor. En el hueso maduro tiene lugar

la mineralización, se crean canales haversianos y se rodean de hueso, y las fibras están orientadas en las principales direccio- nes de soporte de carga. El hueso continúa reorganizándose a lo largo de la vida para reparar el daño y el desgaste. En el hueso más viejo, aún hay restauración, pero el sistema haver- siano es más pequeño, y los canales son más grandes debido al depósito más lento de hueso. Existen indicaciones de que este ajuste estructural puede ser el resultado de una disminución de la fuerza muscular, que conduce al desuso parcial y a la subse- cuente remodelación ósea que reduce la fuerza (21).

ACTIVIDAD E INACTIVIDAD FÍSICA Y FORMACIÓN DE HUESO Actividad física

Los huesos requieren tensión mecánica para crecer y fortale- cerse. Los huesos ganan o pierden masa lentamente y modifican su forma en respuesta a las alteraciones en la carga mecánica. Por lo tanto, la actividad física es un componente importante en el desarrollo y el mantenimiento de la integridad y la fortaleza del esqueleto. La actividad física transmite cargas al esqueleto que, a su vez, mejoran o mantienen la salud de los huesos. El tejido óseo debe tener un estímulo diario para mantener la salud. La contracción muscular en el movimiento activo ligada con las fuerzas externas ejerce la mayor presión sobre los huesos. No todos los ejercicios son igual de efectivos. Se deben aplicar fuer- zas de sobrecarga sobre el hueso para que este se estimule y se adapte a la fuerza, y la adaptación continua requiere una sobre- carga progresiva (37). Por lo general, la carga dinámica es mejor para la formación de hueso que la carga estática, y la carga a frecuencias más altas resulta más eficaz (61). La carga coordinada y repetitiva sobre el hueso asociada con la actividad habitual puede tener solo un papel pequeño en la preservación de la masa ósea e incluso puede reducir el potencial osteogénico ya que el tejido óseo se desensibiliza (44). Los periodos cortos de actividad vigorosa son más eficientes para promover un incremento en la masa ósea (44). Para estimular un efecto osteogénico en el hueso adulto, se ha demostrado que cuatro ciclos diarios de carga son suficientes para detener la pérdida ósea (44). La historia dia- ria de carga aplicada, que comprende el número de ciclos de carga y la magnitud de la tensión, influencia la densidad del hueso. De nuevo, se recomienda que una sesión larga se divida en sesiones más pequeñas, como cuatro sesiones por día, o tres a cinco sesiones diarias por semana (54, 60).

Los periodos de descanso son necesarios para maximizar la respuesta osteogénica debido a la saturación en la que el hueso se vuelve insensible al estímulo de la carga. Esta mecanosen- sibilidad en el hueso ha sido bien documentada en modelos animales (53). Cuando se aplican fuerzas mecánicas al hueso a través de la actividad física o alguna otra fuerza externa, las célu- las óseas responden a la carga. Las células óseas se adaptan y de- sensibilizan cuando el estímulo de la carga se aplica durante un tiempo prolongado (53). La figura 2-16 ilustra el efecto positi- vo del descanso y la recuperación en la mecanosensibilidad de la célula ósea. Cuando se aplica un ciclo de carga, se alcanza un estado de saturación en el que las células musculares no produ- cen una respuesta osteogénica a la carga mecánica. En el labo- ratorio, la plena mecanosensibilidad al valor de la precarga no volvió hasta aproximadamente 8 horas después del ejercicio. En el ámbito de la prescripción del ejercicio, esto sugiere que las sesiones de carga no tienen por qué ser largas y que la prolon- SAMPLE