UN ENFOQUE MÁS AVANZADO PARA ENTENDER LA BIOMECÁNICA DEL LANZAMIENTO

Febrero 23, 2015

Esta es la parte dos de los tres artículos iniciales publicados por el Dr. James Buffi. La parte uno se tituló Desafíos con el típico análisis biomecánico de lanzamiento.

Es imposible saber si un jugador específico anotó una Carrera en un juego solo mirando el resultado final. Esto es esencialmente lo que los análisis típicos de biomecánica intentan hacer. Intentan inferir el resultado subyacente para el ligamento colateral cubital desde una observación macroscópica a nivel superficial de la carga neta del codo.

Como escribí en mi post anterior, la carga total del codo no es suficiente información para determinar la carga subyacente del ligamento.

La mayoría de estos típicos análisis biomecánicos pueden clasificarse como análisis de dinámica inversa. La palabra “inversa” refiere al orden en el cual se hacen los cálculos relativos a la manera en la cual el cuerpo crea el movimiento. En un análisis de dinámica inverso, las cargas articulares totales son registradas y calculadas primero. Las cargas en las estructuras articulares individuales y músculos son computadas en segunda instancia. Esto contrasta directamente con la manera en la cual el cuerpo humano genera movimiento.

En el cuerpo humano los músculos son generalmente activados primero por el cerebro. Un movimiento luego ocurre en segundo lugar, como resultado de la activación. Cuando un análisis del movimiento es realizado trabajando hacia “adelante” desde el comando neural, a la salida muscular, a carga articular, y luego a movimiento, esto se llama análisis dinámico progresivo. En un análisis progresivo, un movimiento es analizado en la misma manera que el cuerpo lo crea, a diferencia del método inverso, en el cual el análisis comienza con el resultado final y luego trabaja en retroceso.

Volviendo al ejemplo que utilicé en mi primer artículo, consideremos nuevamente la situación en la cual dos equipos de 15 personas están jugando un juego de cinchadas. Para realizar un análisis inverso del juego, la carga total de la cuerda es medida primero, y luego las cargas soportadas por cada jugador individual son calculadas en segunda instancia a partir de la carga total de la cuerda.

En contraste, para realizar un análisis progresivo de la cinchada, uno empezaría por determinar las cargas soportadas por los jugadores individuales, y luego calcular el total de la carga de la cuerda como resultado. El análisis progresivo representa de mejor manera el proceso observado. No requiere aproximar un método para trabajar en retroceso desde la carga en la cuerda a las cargas subyacentes soportadas por individuos específicos.

Cuando realizo un análisis biomecánico de un pitcher, utilizo un enfoque más progresivo. Voy directo a los músculos y ligamentos. Para ser claro, no realizo un análisis dinámico progresivo en el sentido más puro, porque mi enfoque aún comienza con el registro del movimiento de pitcheo, en lugar de comenzar con la orden neuronal. Sin embargo, no calculo la carga total de la articulación como un paso intermedio. Computo las acciones de los músculos y ligamentos directamente del movimiento del pitcher, utilizando conocimiento de la anatomía musculoesqueletal y patrones de activación neurales. Soy capaz de hacer esto con tecnicas de modelizacion musculoesqueletal computacional basadas en la física.

El Desarrollo de mi enfoque computacional comenzó cuando estaba trabajando en mi doctorado. Utilice un modelo computarizado de un cuerpo humano y un algoritmo bien definido [1] para computar las fuerzas musculares que generaban la grabación de un movimiento de pitcheo. El algoritmo incluía un análisis dinámico progresivo. El modelo de computadora que utilicé fue desarrollado con mediciones geométricas de hueso, músculo y ligamento tomado de cadáveres, así como mediciones de fuerza tomadas de individuos vivos. [2, 3].

En 2014, publiqué un artículo académico utilizando mi enfoque de modelado [4]. En este estudio, titulado “Computing Muscle, Ligament, and Osseous Contributions to the Elbow Varus Moment During Baseball Pitching” (Cálculo de las contribuciones musculares, de ligamentos y óseas al momento varo del codo durante el lanzamiento de béisbol) creé una simulación por computadora del movimiento de lanzamiento de un pitcher de secundaria. Luego utilicé esta simulación para investigar cómo músculos individuales pueden afectar la carga del ligamento colateral cubital. También investigué cómo los cambios en la producción muscular pueden aliviar o exacerbar la carga en el ligamento.

Los resultados de mi simulación apoyan lo que muchos han postulado a través de los años: los músculos tienen la habilidad de influenciar sustancialmente la carga en el ligamento colateral cubital. [5-7]. Como esperaba, los resultados de mi simulación demostraron que los músculos pronadores-flexores tienen la capacidad de generar fuerzas protectoras considerables para el codo. Sorprendentemente, debido a la postura específica del sujeto al momento de máxima carga del codo en su movimiento, también encontré que el músculo del tríceps también protege su ligamento colateral cubital. Esto podría no ser así para todos los lanzadores, pero definitivamente vale la pena explorarlo.

Adicionalmente, cuando aumentamos la producción de todos los músculos del sujeto en la simulación (como uno haría en teoría, en un buen definido régimen de entrenamiento), pudimos eliminar la carga simulada en el modelo del ligamento del sujeto.

Este es un resultado asombroso. Implica que los pitchers pueden proteger sus codos a través del entrenamiento muscular. Implica que cambiar la mecánica de lanzamiento no siempre es necesario para prevenir lesiones. Sin embargo, es importante entender que solo ocurrió con una simulación de un movimiento con ciertos músculos aislados. Se necesita más trabajo antes de que este resultado puede ser aplicado a los entrenamientos y al campo de juego. El potencial para terminar este trabajo es una de las múltiples razones por las cuales estoy contento de trabajar con Kyle Boddy aquí en Driveline. El cree en utilizar evidencia científica para apoyar técnicas avanzadas de entrenamiento.

El resultado más importante de mi estudio de 2014, el cual se convirtió en la parte central de mi disertación doctoral, es que desarrolle un marco para el análisis muscular del lanzamiento en sujetos específicos. Esto significa que ahora puedo registrar el movimiento de pitcheo de un lanzador y darle un análisis legítimo de que está sucediendo con sus músculos y ligamentos, en una manera que nunca se ha hecho antes.

Además, este enfoque más progresivo ya está generando nuevas y excitantes investigaciones. Utilizando este enfoque, he observado notables diferencias entre las acciones de músculos y ligamentos de lanzadores con lesiones previas y lanzadores sin lesiones previas (las cuales espero publicar dentro del próximo año). Si soy capaz de desarrollar pruebas que detecten diferencias específicas como estas, hay un gran potencial para detectar pitchers propensos a la lesión antes de que se lastimen. Y hay potencial para diseñar programas de entrenamiento que compensen las diferencias observadas y proteger los músculos y ligamentos vulnerables.

El estado actual del béisbol habla por sí solo. La cantidad de lesiones de codo son tan altas que los equipos sienten que se están quedando sin opciones. Algunos equipos están seriamente considerando rotaciones de seis lanzadores. Ahora creo que es tiempo de que el béisbol adopte un enfoque más progresivo en cuanto a prevención de lesiones de lanzadores.

Dr. James H. Buffi tiene un título en ingeniería mecánica de la Universidad de Notre Dame y un doctorado en ingeniería biomédica de la Universidad de Northwestern. Su tesis doctoral se llamó “Uso de simulación y modelado biomecánico para calcular las posibles contribuciones musculares al momento del varo del codo durante el lanzamiento de béisbol”. También ha sido investigador visitante en el National Center for Simulation in Rehabilitation Research en Stanford University así como un investigador visitante en Massachusetts General Hospital. Puedes seguirlo en twitter @jameshbuffi.

Referencias:

1. Thelen, D.G., F.C. Anderson, and S.L. Delp, Generating dynamic simulations of movement using computed muscle control. Journal of Biomechanics, 2003. 36(3): p. 321-328.
2. Holzbaur, K.R.S., et al., Moment-generating capacity of upper limb muscles in healthy adults. Journal of Biomechanics, 2007. 40(11): p. 2442-2449.
3. Holzbaur, K.R.S., et al., Upper limb muscle volumes in adult subjects. Journal of Biomechanics, 2007. 40(4): p. 742-749.
4. Buffi, J.H., et al., Computing Muscle, Ligament, and Osseous Contributions to the Elbow Varus Moment During Baseball Pitching. Ann Biomed Eng, 2014.
5. Lin, F., et al., Muscle contribution to elbow joint valgus stability. Journal of Shoulder and Elbow Surgery, 2007. 16(6): p. 795-802.
6. Seiber, K., et al., The role of the elbow musculature, forearm rotation, and elbow flexion in elbow stability: an in vitro study. Journal of Shoulder and Elbow Surgery, 2009. 18(2): p. 260-8.
7. Udall, J.H., et al., Effects of flexor-pronator muscle loading on valgus stability of the elbow with an intact, stretched, and resected medial ulnar collateral ligament. Journal of Shoulder and Elbow Surgery, 2009. 18(5): p. 773-778.

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