de rotación potencial. Esta última cantidad (la distancia perpendicular entre la línea de fuerza y el eje de rotación) se denomina brazo de fuerza o brazo de palanca. El punto clave aquí es que no es sólo la magnitud de la fuerza, sino también la distancia al eje (p. ej., la articulación) sobre el que actúa, lo que determina su efecto. Así, cuando se analiza el movimiento articular, la fuerza resultante de la contracción muscular se denomina esfuerzo (E); la línea de esta fuerza sería la línea de tracción del músculo, y el punto de aplicación de esta fuerza sería la inserción del músculo en el hueso. Por tanto, como se aprecia en la figura 2.11, el torque del músculo (T) = potencia (P) x brazo de potencia (BP). No obstante, a este torque generado por la contracción de los músculos que intentan producir un movimiento dado se opone el torque generado por la resistencia a dicho movimiento. Cuando el torque de la resistencia se debe a fuerzas externas, como el efecto de la gravedad sobre una mancuerna o un segmento corporal, entonces el torque de la resistencia = resistencia (R) x brazo de resistencia (BR).
FIGURA 2.10. Las tres clases de palancas usadas en el movimiento del cuerpo.
Ventaja mecánica
La relación entre el brazo de palanca de la potencia y el brazo de palanca de la resistencia tiene importantes consecuencias para poder vencer la resistencia y se llama ventaja mecánica (BP/BR). Si los brazos de palanca de la potencia y de la resistencia fueran de la misma longitud, la ventaja mecánica sería 1, es decir, para sostener un peso de 6,8 kilogramos, necesitaríamos 6,8 kilogramos de fuerza muscular para contrarrestar este peso. Sin embargo, en la mayoría de las extremidades humanas predominan las palancas de tercera clase, donde el BP es mucho menor que el BR, como se aprecia en la figura 2.11A. Dado que, en las palancas de tercera clase, la potencia se localiza entre el eje y la resistencia, el BR siempre es mayor que el BP y la ventaja mecánica siempre es inferior a 1 (figura 2.11B). Además, las inserciones musculares suelen estar muy cerca de la articulación (eje), por lo que el BP es muy pequeño en relación con el BR, por lo que la ventaja mecánica a menudo es 0,1 o incluso menor (Smith, Weiss y Lehmkuhl, 1996).
Esto confiere a las extremidades muy poca ventaja mecánica, por lo que hay que generar grandes fuerzas musculares para vencer resistencias relativamente bajas. Por ejemplo, como se ve en la figura 2.11C, el bíceps braquial tiene que ejercer unos 351 N de fuerza para sostener en la mano un peso de 4,5 kilogramos. Este cálculo, al contrario que el de la figura 2.11A, tiene en cuenta la contribución del peso del antebrazo, así como el peso de la mancuerna. Cuando se hace un cálculo y el peso externo es grande (p. ej., levantar a una bailarina), el peso del brazo se puede ignorar para simplificar la operación, dado que su contribución al torque generado por la resistencia es relativamente pequeña. Sin embargo, en otros casos, como al levantar una extremidad inferior en una clase de danza (p. ej., una extensión lateral), tener en cuenta el peso de esta extremidad es vital, y es sobre todo el torque producido por el peso de la pierna lo que deben vencer los músculos de la cadera para lograr el movimiento deseado.
FIGURA 2.11. Palancas y torque. (A) Fuerza del bíceps necesaria para vencer el torque de la mancuerna; (B) ventaja mecánica; (C) fuerza del bíceps requerida para vencer el torque de la mancuerna y el antebrazo.
No obstante, tanto si el peso de la extremidad es o no clave, lo importante sigue siendo que los músculos tienen que generar grandes fuerzas para superar resistencias mucho más pequeñas, y que el tríceps braquial debe generar unos 987 N de fuerza para que la mano aplique 89 N de fuerza en una báscula. En casos en que el codo está extendido y el brazo de resistencia es mayor, el torque producido por un peso de 4,5 kilogramos es aproximadamente de 89 N a la altura del hombro –como se ve en la figura 2.12A–, y se necesitarán unos 1.335 N de tensión en el deltoides para elevar el brazo hasta esa altura (Rasch y Burke, 1978). Por tanto, en las extremidades del hombre, este predominio de las palancas de tercera clase representa una grave desventaja en lo que a la ventaja mecánica se refiere, y tiene implicaciones importantes para la predisposición a sufrir lesiones. Sin embargo, esta arquitectura favorece una gran movilidad al final de la palanca y supone una ventaja potencial en la velocidad de movimiento de este segmento distal. En consecuencia, aunque se necesitaría que el músculo deltoides generara mucha fuerza para sostener la mancuerna de 4,5 kilogramos, un ligero acortamiento del deltoides se traduce en una excursión mucho mayor de la mano. Esta capacidad de mover la mano o el pie en una gran amplitud y, si se desea, a gran velocidad, se suele emplear en danza y en muchos otros movimientos humanos.
Equilibrio frente a movimiento
En último término, la relación entre el torque neto del músculo y la resistencia conlleva implicaciones importantes para el movimiento de las articulaciones. En esencia, si el torque del músculo es exactamente igual al torque de la resistencia, el sistema se halla en equilibrio y no se produce ningún movimiento neto. Si el torque del músculo (potencia) es mayor que el torque de la resistencia, se producirá rotación articular en la dirección de la tracción del músculo. Y si el torque de la resistencia es mayor que el del músculo, la rotación articular se producirá en la dirección de la resistencia (tabla 2.3).
FIGURA 2.12. Cambio en el torque (T) de la resistencia cuando (A) cambia la posición angular del hombro, y (B) cambia la posición angular del codo y el hombro.
Si aplicamos estos conceptos a la danza, cuando se levanta a una bailarina a la altura de los hombros, el torque de los músculos debe ser igual al torque de la bailarina (p. ej., peso de la bailarina x distancia perpendicular al eje articular de los hombros).
Cuando se levanta a la bailarina, el torque muscular es mayor que el torque de la resistencia (bailarina); y cuando se la hace descender, el torque muscular es inferior al torque producido por la bailarina. Además, como se muestra en la figura 2.12B, si el peso de la bailarina es de 54,43 kilogramos, y acercas su cuerpo al tuyo cuando la levantas, se reduce en grado sumo el torque de la bailarina y la cantidad de fuerza necesaria para levantarla. Por el contrario, el alejar de ti el cuerpo de la bailarina al levantarla aumenta de forma espectacular la fuerza muscular necesaria para generar el movimiento.
Teniendo en cuenta este concepto, es fácil comprender cómo los movimientos funcionales del ser humano a menudo incorporan la flexión de las extremidades (codos y rodillas) para acortar los brazos de palanca cuando la reducción del torque de la resistencia resulta ventajosa. También explica por qué una persona de extremidades muy largas tiene que hacer esfuerzos mucho mayores que otra de extremidades cortas para levantar a una bailarina de determinado peso.
Ángulo de inserción (o tracción) muscular
Aunque el brazo de palanca de la resistencia es clave para determinar el torque de resistencia, en la eficacia de la fuerza muscular para producir la rotación deseada influye mucho el ángulo de inserción del músculo en el hueso. La fuerza muscular (o esfuerzo) adopta una dirección determinada por su ángulo de inserción y una magnitud determinada por el grado de contracción muscular, y por tanto es un vector. Una propiedad básica de los vectores es que se pueden descomponer en los componentes vertical o perpendicular y horizontal o paralelo.
En el cuerpo humano,