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Revisión actual sobre metodología empleada en la 

valoración de la marcha humana normal y patológica

 

*Doctorado Alto Rendimiento Deportivo, UEX

**Máster Actividad Física y Salud, UPO

***Máster en Investigación, UNIA

Facultad Ciencias de la Actividad Física y el Deporte, UEX

(España)

Jesús del Pozo Cruz*

Borja del Pozo Cruz*

Rosa María Alfonso Rosa**

José Carmelo Adsuar Sala***

jepocr@hotmail.com

 

 

 

 

Resumen

          Los desplazamientos: carrera, marcha, nado, ciclismo,… son, salvo en contadas ocasiones movimientos cíclicos. Como tales tienen una secuencia de partes del movimiento que se completa reinicializándose y acabando constantemente, sin interrupciones a lo largo del tiempo. A esa secuencia que se repite a lo largo del tiempo se le denomina ciclo y un ciclo puede descomponerse en fases. El objetivo de este estudio es llevar a cabo una revisión bibliográfica de donde extraeremos los aspectos más significativos en la metodología y resultados en el análisis de marcha humana. Los resultados de la revisión indican que ya desde tiempos de Aristóteles se comienza la preocupación por el análisis de la Marcha Humana, aunque no será hasta inicio del siglo XX cuando se inicie el mayor progreso, debido al invento de las plataformas de fuerza.

          Palabras clave: Biomecánica. Cinemática. Cinética. EMG. Plataformas de fuerza.

 

 
http://www.efdeportes.com/ Revista Digital - Buenos Aires - Año 15 - Nº 146 - Julio de 2010

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Introducción

    Los desplazamientos: carrera, marcha, nado, ciclismo,… son, salvo en contadas ocasiones movimientos cíclicos. Como tales tienen una secuencia de partes del movimiento que se completa reinicializándose y acabando constantemente, sin interrupciones a lo largo del tiempo. A esa secuencia que se repite a lo largo del tiempo se le denomina ciclo y un ciclo puede descomponerse en fases.

    El tiempo se puede expresar en segundos o también normalizado (en porcentaje respecto a la duración del ciclo). A veces se usan para separar fases criterios de la relación con el medio (apoyo, no apoyo, vuelo, fase acuática), también se usan criterios de posición, ángulo o relación de segmentos corporales. Si no se utiliza simplemente el tiempo.

Cinemática

    Se describen características cinemáticas (del movimiento) en las fases. En forma de posiciones, recorridos, aceleraciones, velocidades, ángulos, velocidades angulares y aceleraciones angulares. En la marcha (Plas, Viel y Blanch, 1984) se considera un paso lo que sucede desde el inicio del apoyo de un pie hasta el inicio del apoyo del otro, mientras que una zancada se considera como dos pasos consecutivos, es decir desde el inicio del apoyo de un pie hasta el inicio del apoyo del mismo pie.

    Se podría usar también cualquier variable cinemática, principalmente referidas al centro de gravedad o a la parte del cuerpo que participa de forma más importante. Por ejemplo la velocidad del centro de gravedad, la posición de los segmentos.

    A partir de los datos anteriores se podrían dividir las siguientes fases:

  1. Fase aérea: No existe apoyo en el suelo (criterio de relación con el medio). Esta a su vez se podría dividir en:

    • ascenso del centro de gravedad (mientras la velocidad vertical disminuye hasta cero)

    • descenso del centro de gravedad (mientras la velocidad vertical del centro de gravedad disminuye desde cero hasta el máximo valor negativo)

  2. Fase de apoyo derecho: existe contacto con el suelo (También relación con el medio). Esta a su vez se podría dividir en :

    • Frenado, mientras se pierde velocidad horizontal del CG

    • Impulsión, mientras se gana velocidad horizontal del CG

  3. Fase aérea:

    • Ascenso

    • Descenso

  4. Fase de apoyo izquierdo

    • Frenado

    • Impulsión

    5.

    Recogiendo en abscisas tiempo normalizado en % se puede representar la evolución de cualquier ángulo a lo largo del desplazamiento, de un ciclo o de una parte de un ciclo.

    También se realizan a veces los llamados ángulo-ángulo en los que se puede ver la evolución en parte de un ciclo, en un ciclo o varios ciclos.

    Se puede representar también diagrama ángulo-ángulo. El siguiente corresponde a la carrera de 3,6 m/s y muestra en un ciclo la evolución del ángulo de la rodilla en relación con la inclinación del muslo.

Cinéticas

    Se utilizan criterios cinéticos para dividir en fases en ciclo. Normalmente se usan las fuerzas de reacción del suelo en desplazamientos en el medio terrestre o las fuerzas del agua contra la mano o pala en el medio acuático, o a veces las presiones (plantares contra la zapatilla o de la mano contra el agua)

    Tras lo visto anteriormente, procederemos a llevar a cabo una revisión bibliográfica de donde extraeremos los aspectos más significativos en la metodología y resultados en el análisis de marcha humana.

Revisión de la temática propuesta

    Aristóteles (384-322 AC) es considerado el pionero en el análisis de la marcha humana. Sin embargo no es hasta el Renacimiento cuando se consiguen importantes progresos a través de los experimentos y teorías de Giovanni Borelli (1608-1679).

    Varios científicos escribieron sus avances en el análisis de la marcha humana en el periodo de la Ilustración, los hermanos Willhelm (1804-1891) y Eduard (1806-1871).

    Etienne Jules Marey (1830-1904), en Francia, y Eadweard Muybridge (1830-1904), en América, hicieron un avance significativo en la medición tecnológica. Estas fueron desarrolladas aún más por Otto Fischer (1861-1917) en colaboración con Willhelm Braune (1831-1892).

    La evolución de principios del siglo XX fue gracias al desarrollo de plataformas de fuerzas y la comprensión de la cinética.

    El equipo dirigido por Inman Verne (1905-1980) y Howard Eberhart (1906-1993) realizó importantes avances en los Estados Unidos poco después de la Segunda Guerra.

    David Sutherland (1923-2006) y Jacquelin Perry fueron pioneros en aplicaciones clínicas en los Estados Unidos y Jurg Baumann (1926-2000) en Europa. No es hasta el advenimiento de las modernas computadoras cuando el análisis clínico de la marcha humana se puso a disposición de todos.

Metodología

    Durante las últimas dos décadas, el análisis de la marcha humana se ha convertido en una herramienta útil en manos de los médicos y terapeutas.

    A lo largo de la historia, las personas se han interesado en los movimientos implicados en la marcha humana. Pinturas y esculturas de la Grecia clásica y Roma demostraron que los artistas de aquella época poseían una comprensión de la forma y la alineación de las extremidades durante las diferentes actividades. Durante el Renacimiento, esa comprensión se adelantó por la disección humana, y por los intentos de entender los rudimentos de la biomecánica, sobre todo por esas notables personas como Leonardo da Vinci, Galileo, Newton, y sobre todo Borelli.
A principios del siglo XIX, las primeras investigaciones formales en el ámbito de la biomecánica fueron formuladas por los hermanos Weber en Alemania. Desde entonces, los adelantos en 4 áreas diferentes de la ciencia han contribuido al desarrollo de análisis de de la marcha humana. Estos son cinemática, cinética, la electromiografía y la ingeniería matemática. Buenas reseñas de la historia temprana del análisis de la marcha humana fueron dadas por Garrison (1929), BRESLER, Frankel (1950) y Steindler.

    Los primeros estudios cinemáticos se realizaron en la década de 1870 por Marey, en París, y Muybridge, en California. Estas primeras investigaciones se realizaron utilizando todavía cámaras; considerables mejoras en la exactitud seguido del desarrollo de las rejas de fotografía, que se convirtió en el principal método para hacer la medición cinemática hasta hace relativamente poco tiempo. El primer gran estudio de la cinemática de de la marcha humanase llevó a cabo durante los años 1940 y 1950 por un grupo muy activo que trabajan en California (Inman et al., 1981). La medición de la posición de las extremidades necesarias para la digitalización hacen complicado los cálculos.

    Sin embargo a finales de 1970 y principios de 1980, el desarrollo de sistemas de medición basados en cámaras de televisión, vinculados directamente en las computadoras, hicieron todo el proceso mucho más rápido y más conveniente (Whittle, 1982). La medición de la actividad eléctrica del músculo, permitieron mejoras considerables en los procedimientos y el equipo desde entonces.

    El primer gran uso de las matemáticas para comprender la mecánica del pie ocurrió en la década de 1890 cuando un estudio detallado fue publicado en Alemania por Braune y Fischer. Este enfoque se desarrolló más ampliamente en la década de 1930 por Bernstein, que trabajan en Moscú, y por el grupo californiano en la década de 1950.

    Hoy en día, el análisis de la marcha humana implica el uso de "dinámica inversa" para calcular el conjunto de momentos y competencias, utilizando como entrada datos de la extremidad movimiento (cinemática de un sistema) y la fuerza de reacción en tierra (de una plataforma de fuerza).

Estado actual

    Tras esta pequeña revisión histórica (15), en la que hemos podido ver quiénes fueron los pioneros y predecesores en años posteriores del análisis de la marcha humana así como la evolución de los medios tecnológico empleados, podemos indicar que el instrumental más habitual en el análisis de la marcha humana hoy en día, consiste en el empleo de EMG de superficie, en la mayoría de los casos (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10), en combinación con tapiz rodante (1, 2) plataformas de presión (3) y/o plataformas de fuerzas (4, 8). Los músculos más habituales empleados en dicho análisis electromiográfico, varían de unos estudios a otros, aunque son generalmente, músculos pertenecientes al tren inferior, los más habituales son el bíceps femoral, recto anterior, tibial anterior (1, 5, 11), glúteo medio y gastronemio (4, 7, 11), sóleo, tibial posterior, aductores (11), sin embargo en ninguno de los artículos revisados hemos visto que se analizara la actividad eléctrica de los gemelos, lo cuál podría ser importante e interesante para mejorar la subida/bajada de escaleras en sujetos con problemas patológicos. A la hora de llevar a cabo el análisis electromiográfico, se seguía en todos los artículos, el protocolo habitual, en lo referente al preparado de la piel, amplificación de datos, suavizado y filtrado de los mismos, aunque la frecuencia de muestreo de los datos (Hz), varía dependiendo del procesador empleado en la investigación. En todos los informes los sujetos participantes en la investigación firmaron una hoja de consentimiento. En los diferentes estudios analizados, observamos que la muestra empleada, suele ser muy variopinta tanto en número como personas a las que va dirigida el estudio. Suelen comparar personas que no se encuentran afectadas por ninguna patología (4, 7), en ocasiones otras que sí las tienen tanto a nivel del aparato locomotor (3), como son tanto problemas en el ligamento cruzado anterior (2) como neurofisiológico, parálisis cerebral (5). En otras ocasiones comparan adultos con niños totalmente sanos. Debemos indicar que el protocolo a seguir difiere uno de los otros, en ocasiones se les pedía a los sujetos que caminaran durante un tiempo determinado (1) o realizaran un número determinado de pasos a los largo del tapiz rodante o ciclo de pasos (4, 7, 8). En ocasiones la cinta circulaba a una determinada velocidad en otras variaba y a veces el sujeto debía caminar a su máxima velocidad o determinarla él mismo (2, 3). Existe una tendencia habitual como es normal dividir el paso en diferentes fases y subfases para facilitar su análisis. En cuanto al análisis estadístico de los estudios analizados al igual que los protocolos suelen ser diferente, empleando de manera más habitual, la media normal (7), Desviación típica (SD) (7, 8), Análisis de la varianza (ANOVA) (5, 6), Pruebas “T” (2, 4, 5, 7), tanto de medidas independientes como repetidas y coeficientes de correlación (4,7). En los resultados en ocasiones las diferencias obtenidas son significativas aunque en otras no, y se analiza, niveles de coactivación de los músculos implicados, velocidades medias de desplazamiento, picos de fuerzas en las diferentes fases del desplazamiento… destinados todos ellos de manera general a la mejoras patológicas.

Bibliografía

  1. Den Otter, A.R; Geurts, A.C.H; Mulder, Th; Duysen, J. Abnormalities in the temporal patterning of lower extremity muscle activity in hemiparetic gait. Journal Gait & Posture 25 (2007) 342–352.

  2. Benoit, D.L; Lamontagne, M; Cerulli, G; Liti, A. The clinical significance of electromyography normalization techniques in subjects with anterior cruciate ligament injury during treadmill walking. Journal Gait and Posture 18 (2003) 56-63.

  3. De Stefano, A; Burridge, J.H; Yule, V.T; Allen, R. Effect of gait cycle selection on EMG analysis during walking in adults and children with gait pathology. Journal Gait and Posture 20 (2004) 92–101.

  4. Brunner, R; Romkes; J. Abnormal EMG muscle activity during gait in patients without neurological disorders. Journal Gait & Posture 27 (2008) 399–407.

  5. Romkes, J; Brunner, R. An electromyographic analysis of obligatory (hemiplegic cerebral palsy) and voluntary (normal) unilateral toe-walking. Journal Gait & Posture 26 (2007) 577–586.

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  7. Chang, W.N; Lipton, J.S; Tsirikos, A.I; Miller, F. Kinesiological surface electromyography in normal children: Range of normal activity and pattern analysis. Journal of Electromyography and Kinesiology 17 (2007) 437–445

  8. Lister, S.J; Jones, N.B; Spurgeon, S, K; Scott, J.J.A. Simulation of human gait and associated muscle activation strategies using sliding-mode control techniques. Simulation Modelling Practice and Theory 14 (2006) 586–596.

  9. DeVita, P. The selection of a standard convention for analyzing gait data based on the analysis of relevant biomechanical factors. J. Biomechanics, Vol. 27, No. 4, PP. 50-508, 1994.

  10. Sutherland, D.H. The evolution of clinical gait analysis part l: kinesiological EMG. Journal Gait and Posture 14 (2001) 61–70.

  11. Davis, R.B. Reflections on Clinical Gait Analysis. J. Electromyography. Kinesiology. Vol. 7, No. 4, pp. 251–257, 1997.

  12. Jarret, M.O. comment on “An automated motion measurement system for clinical gait analysis”. Journal Biomechanics Vol. 16. No. 4. pp. 301-302, 1983.

  13. Lister, S, J; Jones, N.B; Spurgeon, S.K; Scott, J.J.A. Simulation of human gait and associated muscle activation strategies using sliding-mode control techniques. Simulation Modelling Practice and Theory 14 (2006) 586- 596.

  14. Whittle M.W. Clinical gait analysis: A review. Human Movement Science 15 (1996) 369-387.

  15. Baker, R. The History of gait analysis before the advent of modern computers. Journal Gait and Posture 26 (2007) 331-342.

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