Biomecánica del Sprint Curvilíneo: reveladoras investigaciones

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El sprint curvilíneo es un atributo fundamental de muchas disciplinas deportivas, y además, es una gran herramienta de entrenamiento. 

En esta nota vamos a introducirnos en el mundo de la biomecánica de los sprints en curva, y te vamos a mostrar exhaustivas investigaciones que se han hecho sobre el tema. Estos estudios nos permitirán comprender mejor la particular habilidad de este tipo de sprint.  

El sprint curvilíneo no es solo para sprinters; es una cualidad crucial de muchos deportes, y por eso, es hora de reconsiderar el entrenamiento de la velocidad como lineal o con COD (cambio de dirección). 

Sorprendentemente, no existe mucha información o discusión sobre el valor del sprint curvilíneo. Sin embargo, en los últimos años ha empezado a tomar importancia en el ámbito académico.

Empecemos por el principio:

En la naturaleza, las maniobras evasivas asociadas con la persecución de depredadores/presas a alta velocidad, son a menudo una prioridad en el rendimiento locomotor
Por ejemplo, los depredadores con velocidades más rápidas en línea recta, no pueden atrapar a sus presas si no pueden mantener una fracción suficiente de su velocidad a lo largo de una trayectoria curva durante una persecución. Si la presa más lenta espera hasta el último instante posible, antes de realizar una maniobra de giro, puede evitar ser atrapada.

La velocidad máxima de carrera en humanos a lo largo de una trayectoria curva, es significativamente más lenta, en relación con una trayectoria recta. Los registros de las competencias de pista y campo han mostrado que los velocistas de 200 m son hasta 0,4 s más lentos en pistas curvas que en pistas rectas. 

Esta disminución en la velocidad máxima está relacionada con la curvatura del carril de la pista y, potencialmente, puede resultar en que un velocista obtenga una ventaja de hasta 0.12 s sobre un competidor en un carril interior adyacente (3–5). 

La atenuación de la velocidad de carrera es más pronunciada a medida que se reduce el radio de curvatura (3). Sin embargo, el mecanismo para esta reducción de velocidad no está firmemente establecido.

Figura 1: Diseño de investigación del trabajo de Churchill analizando la influencia del carril y el radio de giro en la pérdida de rendimiento de sprint.

Biomecánica

En los análisis de trayectorias de los corredores de 200mts, parecería existir una reducción del 2% de la velocidad, cuando se va del carril 8 al 5, mientras que la caída es de aproximadamente del 1%, cuando se pasa del carril 5 al 2. Esta caída se explica principalmente por una disminución en la frecuencia de paso

Sin embargo, se encontró una mayor variabilidad en el rendimiento entre los participantes, a medida que disminuye el radio de curvatura, lo que podría ser indicativo de que ciertos atletas poseen diferentes habilidades para hacer frente a las demandas de los carriles interiores.

Estas demandas podrían tener implicaciones para el entrenamiento, la selección de eventos o el enfoque de la competencia, incluso mostrando que la habilidad de sprintar en curvas, podría estar desacoplada de la habilidad para correr en línea recta.

Biomecánica, sprints curvilíneos y algunas investigaciones

Varios estudios han intentado explicar esta disminución de la velocidad, modelando al velocista como una masa puntual, y utilizando principios de la física clásica, para objetos que se mueven en una trayectoria circular.

A lo largo de una trayectoria curva, el velocista debe generar fuerzas centrípetas aplicando fuerza lateral en el suelo con cada paso. Esta fuerza centrípeta es necesaria para cambiar la dirección del vector de impulso del velocista. 

Sin embargo, pocos estudios han intentado combinar la física con las limitaciones biomecánicas del cuerpo, para explicar el mecanismo de atenuación de la velocidad del sprint durante el sprint en curva

Carreras de velocidad en curva: Un estudio innovador

Un modelo innovador para el rendimiento en carreras de velocidad en curva fue propuesto por Greene (año 1985), basado en el supuesto de un límite fisiológico para la producción de fuerza máxima de extensión de miembro inferior. 

Según Greene, un límite teórico de la fuerza resultante máxima ejercida sobre el suelo debe resultar en una disminución vectorial en el componente máximo vertical, debido al aumento concomitante del componente lateral

Un pico de fuerza vertical más pequeño requeriría un aumento en el tiempo de contacto con el suelo para generar suficiente impulso vertical para soportar el peso corporal durante toda la zancada. 

La velocidad de carrera se puede calcular como la distancia recorrida durante el contacto del pie (LC), dividida por el tiempo de contacto del pie (TC). Dado que LC no cambia sustancialmente con la velocidad, un aumento en TC reduciría la velocidad de carrera.

Con estos supuestos básicos, Greene derivó una relación entre la velocidad del sprint y el radio de curvatura para radios pequeños y grandes.

Figura 2: Fuerzas de reacción del suelo (GRF) en el plano frontal de un velocista a lo largo de una trayectoria recta (A) y en una trayectoria curva (B). A lo largo de una trayectoria recta, las fuerzas laterales (F lateral) son despreciables y el componente vertical de GRF (F vertical) es igual al GRF resultante (F resultant). Cuando se ejecuta a lo largo de una trayectoria curva, F lateral comprende una parte significativa de la fuerza resultante total. Si el límite superior de F resultant se alcanza en la curva como sugirió la teoría de Greene, entonces para el mismo F resultant, F vertical en la curva debe ser menor en relación con el generado en una trayectoria recta.

No obstante, los datos de Greene se recopilaron en pistas de radios relativamente grandes (11 m y 19 m). Aunque estas son dimensiones reales para los eventos de track & field, no lo son  tanto para contextos de depredadores/presas, como sucede en los deportes de conjunto, donde los giros mucho más cerrados son más comunes.

Sprint en trayectoria recta vs sprint en curva: Un ensayo y algunos hallazgos

Siguiendo con la investigación sobre los Sprints, en un estudio del año 2007, Chang & Kram ampliaron los conocimientos biomecánicos disponibles, en un trabajo con un diseño muy interesante, donde compararon una trayectoria recta de 30 metros con carreras en círculos con radios de 1, 2, 3, 4 y 6 metros (9,4; 12,6 y 18,9 metros de media circunferencia, respectivamente). 

Entre los hallazgos más importantes, reportaron que la velocidad máxima de sprint curvo fue significativamente más lenta en todos los radios, en comparación con la recta 9. Esto era algo bastante esperado, ya que a medida que el radio crece, la velocidad aumenta. 
En comparación con la trayectoria recta, las GRF (fuerzas de reacción contra el suelo) verticales máximas fueron menores en los radios más pequeños. La pierna interior produjo constantemente GRF máximas verticales más pequeñas que la pierna exterior en cada radio durante el sprint curvo.

Figura 3: Diseño de Chang & Kram, comparando una trayectoria recta de 30 metros con carreras en círculos con radios de 1, 2, 3, 4 y 6 metros (9,4; 12,6 y 18,9 metros de media circunferencia, respectivamente).

Las fuerzas máximas de reacción de propulsión del suelo, disminuyeron en radios más pequeños, durante todas las condiciones de velocidad en curvas, en comparación con la trayectoria recta. En el sprint en curva, las piernas externas generaron constantemente mayores fuerzas de propulsión que las piernas internas. (Fig 4) 

Las magnitudes absolutas para las fuerzas de frenado máximas para el sprint curvo, también disminuyeron en radios más pequeños, y las piernas externas generaron mayores fuerzas de frenado que las piernas internas en cada radio.

Figura 4: Velocidad máxima de sprint en función del radio para carrera curva (círculos abiertos). La velocidad disminuye al disminuir el radio.

Las GRF máximas laterales fueron significativamente mayores para el sprint curvo, en comparación con el sprint de trayectoria recta, pero para todas las condiciones de curva, los valores no cambiaron sustancialmente con el radio. La pierna exterior siempre generó GRF máximas laterales mayores en cada radio, en comparación con la pierna interior.

Figura 5: Componentes representativos de la fuerza de reacción del suelo (GRF) de pruebas típicas para un sujeto que corre normalmente en cada radio de curvatura. El sprint de trayectoria recta se muestra a modo de comparación (líneas grises gruesas, la simetría asumida para la trayectoria recta) y los radios correspondientemente más pequeños se indican mediante líneas negras progresivamente más delgadas (6, 4, 3, 2, 1 m). La pierna interior (izquierda) y la pierna exterior (derecha) están indicadas para cada componente GRF.
i=componente vertical de la fuerza.
ii= fuerzas de frenado (negativas) seguidas de fuerzas de propulsión positivas. 
Iii= fuerzas laterales.

El hallazgo principal de este trabajo muestra que, durante el sprint curvo, las GRF resultantes generadas durante el sprint en trayectoria recta de esfuerzo máximo, nunca se alcanzaron para la pierna interior en los radios más pequeños evaluados. 

La GRF resultante disminuyó más al disminuir el radio en la pierna interior, en comparación con la pierna exterior. Al correr en el radio de curva más pequeño (radio de 1 m), las GRF resultantes disminuyeron al 69% (pierna interior) y al 83% (pierna exterior) de las generadas en el sprint recto. 

Esto muestra que las fuerzas máximas de reacción del suelo resultantes generadas durante la carrera de velocidad en línea recta, no se generan en curvas planas, dando como resultado ajustes en la frecuencia de paso, tiempo de contacto y la longitud de la zancada, para tratar de compensar.
En cuanto a la actividad EMG muscular, la data parecería indicar que la pierna externa presenta una mayor actividad en los músculos rotadores externos de la cadera, mientras que la pierna interna presenta una mayor actividad en la musculatura encargada de la rotación interna de la cadera 10.

Figura 6: Comparación de la actividad EMG de la pierna interna y la externa para la musculatura de la cadera.

Un test revelador

Por último, en un trabajo de validación de un test curvilíneo en fútbol, propuesto por Filter y el equipo de Loturco y Nakamura, los autores reportaron que 27 de los 40 jugadores evaluados registraron mayores velocidades en sprints curvos que en la carrera lineal. Dando muestra de que correr en curvas es una habilidad biomotora en sí misma separada de la carrera lineal, y debería entrenarse de manera independiente

Tras este sustancioso análisis, que nos llevó desde la naturaleza y la persecución animal, hasta la comprensión y el estudio del sprint curvilíneo desde la Biomecánica del sprint, podemos tener una idea más clara, para poder utilizar adecuadamente esta herramienta esencial para el deporte.

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