Estática y dinámica del cuerpo humano: centro de gravedad

La posición vertical del cuerpo humano, su movimiento en el espacio y diversos tipos de movimientos (caminar, correr, saltar) se desarrollaron en el proceso de una larga evolución, junto con la formación del hombre como especie. En el proceso de antropogénesis, en relación con la transición de los ancestros humanos a condiciones terrestres de existencia y, posteriormente, al movimiento sobre dos extremidades (inferiores), la anatomía de todo el organismo, sus partes individuales y órganos, incluido el sistema musculoesquelético, cambió significativamente. El bipedalismo liberó a la extremidad superior de la función musculoesquelética. La extremidad superior se convirtió en un órgano de trabajo, una mano, y pudo mejorar aún más su destreza de movimientos. Estos cambios, resultado de una función cualitativamente nueva, se reflejaron en la estructura de todos los componentes de la cintura escapular y la sección libre de la extremidad superior. La cintura escapular no solo sirve como soporte para la extremidad superior libre, sino que también aumenta significativamente su movilidad. Debido a que la escápula está conectada al esqueleto del cuerpo principalmente mediante músculos, adquiere mayor libertad de movimiento. La escápula participa en todos los movimientos de la clavícula. Además, puede moverse libremente con independencia de la clavícula. En la articulación esférica multiaxial del hombro, rodeada de músculos prácticamente por todos lados, las características anatómicas de la estructura permiten movimientos a lo largo de amplios arcos en todos los planos. La especialización de funciones es especialmente notable en la estructura de la mano. Gracias al desarrollo de dedos largos y muy móviles (principalmente el pulgar), la mano se ha convertido en un órgano complejo que realiza acciones precisas y diferenciadas.

La extremidad inferior, al asumir todo el peso corporal, se adaptó exclusivamente a la función musculoesquelética. La posición vertical del cuerpo, la postura erguida, se refleja en la estructura y funciones de la pelvis y la sección libre de la extremidad inferior. La cintura pélvica, como una fuerte estructura arqueada, se adapta a la transferencia del peso del tronco, la cabeza y las extremidades superiores a las cabezas femorales. La inclinación de la pelvis de 45-65°, establecida durante la antropogénesis, contribuye a la transferencia del peso corporal a las extremidades inferiores libres en las condiciones biomecánicas más favorables para la posición vertical. El pie adquirió una estructura arqueada, lo que aumentó su capacidad para soportar el peso corporal y actuar como palanca flexible al moverlo. Los músculos de la extremidad inferior se desarrollaron con fuerza, adaptándose a la realización de cargas estáticas y dinámicas. En comparación con los músculos de la extremidad superior, los músculos de la extremidad inferior tienen mayor masa.

En la extremidad inferior, los músculos poseen amplias superficies de apoyo y capacidad de aplicación de fuerza muscular. Los músculos de la extremidad inferior son más grandes y fuertes que los de la extremidad superior. En la extremidad inferior, los extensores están más desarrollados que los flexores. Esto se debe a que los extensores desempeñan un papel fundamental en mantener el cuerpo erguido y en movimiento (caminar, correr).

En el brazo, los flexores del hombro, antebrazo y mano se concentran en la parte anterior, ya que el trabajo de las manos se realiza por delante del cuerpo. Los movimientos de agarre los realiza la mano, que se ve afectada por un mayor número de flexores que de extensores. La extremidad superior también posee más músculos de rotación (pronadores y supinadores) que la inferior. Estos músculos están mucho más desarrollados en la extremidad superior que en la inferior. La masa de los pronadores y supinadores del brazo se relaciona con la del resto de los músculos de la extremidad superior en una proporción de 1:4,8. En la extremidad inferior, la relación de la masa de los músculos de rotación con el resto es de 1:29,3.

La fascia y las aponeurosis de la extremidad inferior están mucho mejor desarrolladas que las de la extremidad superior debido a la mayor manifestación de fuerza bajo cargas estáticas y dinámicas. La extremidad inferior cuenta con mecanismos adicionales que ayudan a mantener el cuerpo en posición vertical y a asegurar su movimiento en el espacio. La cintura ilíaca de la extremidad inferior está conectada casi inmóvilmente al sacro y constituye un soporte natural para el tronco. La tendencia de la pelvis a inclinarse hacia atrás sobre las cabezas de los fémures se previene gracias al ligamento iliofemoral altamente desarrollado de la articulación de la cadera y a una musculatura fuerte. Además, la vertical de la gravedad corporal, que pasa por delante del eje transversal de la articulación de la rodilla, ayuda mecánicamente a mantener la articulación de la rodilla en posición extendida.

A nivel de la articulación del tobillo, al estar de pie, aumenta el área de contacto entre las superficies articulares de la tibia y el astrágalo. Esto se ve facilitado por el hecho de que los maléolos medial y lateral abrazan la sección anterior, más ancha, del bloque astrágalo. Además, los ejes frontales de las articulaciones del tobillo derecho e izquierdo se encuentran en un ángulo abierto hacia la espalda. La vertical de la gravedad del cuerpo se proyecta hacia adelante en relación con las articulaciones del tobillo. Esto provoca una especie de pinzamiento de la sección anterior, más ancha, del bloque astrágalo entre los maléolos medial y lateral. Las articulaciones de la extremidad superior (hombro, codo, muñeca) carecen de estos mecanismos de frenado.

Los huesos y músculos del tronco, especialmente el esqueleto axial (la columna vertebral, que sostiene la cabeza, las extremidades superiores y los órganos de las cavidades torácica y abdominal), experimentaron profundos cambios durante la antropogénesis. En relación con la postura erguida, se formaron curvas en la columna vertebral y se desarrollaron potentes músculos dorsales. Además, la columna vertebral es prácticamente inmóvil en una fuerte articulación sacroilíaca que se une a la cintura pélvica, la cual, biomecánicamente, distribuye el peso del tronco hacia las cabezas femorales (hacia las extremidades inferiores).

Junto con los factores anatómicos (las características estructurales de las extremidades inferiores y el torso, desarrolladas en el proceso de antropogénesis para mantener el cuerpo en una posición erguida, asegurando un equilibrio y una dinámica estables), se debe prestar especial atención a la posición del centro de gravedad del cuerpo.

El centro de gravedad general (CG) de una persona es el punto de aplicación de la resultante de todas las fuerzas gravitacionales de las partes de su cuerpo. Según M.F. Ivanitsky, el CG se ubica a la altura de la cuarta vértebra sacra y se proyecta sobre la superficie anterior del cuerpo, por encima de la sínfisis púbica. La posición del CG con respecto al eje longitudinal del cuerpo y la columna vertebral depende de la edad, el sexo, la estructura ósea, los músculos y los depósitos de grasa. Además, existen fluctuaciones diarias en la posición del CG debido al acortamiento o alargamiento de la columna vertebral, que se produce por la actividad física irregular durante el día y la noche. En personas mayores, la posición del CG también depende de la postura. En los hombres, el CG se ubica a la altura de la tercera vértebra lumbar a la quinta vértebra sacra; en las mujeres, 4-5 cm más abajo que en los hombres, y corresponde al nivel desde la quinta vértebra lumbar hasta la primera vértebra coccígea. Esto depende, en particular, de la mayor deposición de grasa subcutánea en la zona pélvica y de la cadera que en los hombres. En los recién nacidos, el centro de gravedad se sitúa a la altura de las vértebras torácicas V-VI, y luego, gradualmente (hasta los 16-18 años), se desplaza hacia abajo y ligeramente hacia atrás.

La posición del CG del cuerpo humano también depende del tipo de cuerpo. En personas dolicomorfas (asténicas), el CG se encuentra relativamente más abajo que en personas braquimorfas (hiperesténicas).

Como resultado de la investigación, se estableció que el centro de gravedad del cuerpo humano suele ubicarse a la altura de la segunda vértebra sacra. La plomada del centro de gravedad pasa 5 cm por detrás del eje transversal de las articulaciones de la cadera, aproximadamente 2,6 cm por detrás de la línea que conecta los trocánteres mayores y 3 cm por delante del eje transversal de las articulaciones del tobillo. El centro de gravedad de la cabeza se ubica ligeramente por delante del eje transversal de las articulaciones atlantooccipital. El centro de gravedad común de la cabeza y el cuerpo se encuentra a la altura de la mitad del borde anterior de la décima vértebra torácica.

Para mantener el equilibrio estable del cuerpo humano en un plano, es necesario que la perpendicular proyectada desde su centro de gravedad caiga sobre el área ocupada por ambos pies. Cuanto más amplia sea la superficie de apoyo y más bajo el centro de gravedad, más firme se mantiene el cuerpo. Para la posición vertical, mantener el equilibrio es fundamental. Sin embargo, ejercitando los músculos adecuados, una persona puede mantener el cuerpo en diversas posiciones (dentro de ciertos límites) incluso cuando la proyección del centro de gravedad está fuera de la superficie de apoyo (fuerte inclinación del cuerpo hacia adelante, hacia los lados, etc.). Al mismo tiempo, estar de pie y moverse no puede considerarse estable. Con piernas relativamente largas, una persona tiene una superficie de apoyo relativamente pequeña. Dado que el centro de gravedad general del cuerpo humano se encuentra relativamente alto (a la altura de la segunda vértebra sacra) y el área de apoyo (el área de las dos plantas de los pies y el espacio entre ellas) es insignificante, la estabilidad del cuerpo es muy pequeña. En equilibrio, el cuerpo se mantiene gracias a la fuerza de las contracciones musculares, lo que evita que se caiga. Las partes del cuerpo (cabeza, torso, extremidades) ocupan una posición que les corresponde. Sin embargo, si se altera la proporción de las partes del cuerpo (por ejemplo, al estirar los brazos hacia adelante, flexionar la columna al estar de pie, etc.), la posición y el equilibrio de las demás partes del cuerpo cambian en consecuencia. Los momentos estáticos y dinámicos de la acción muscular están directamente relacionados con la posición del centro de gravedad del cuerpo. Dado que el centro de gravedad de todo el cuerpo se encuentra a la altura de la segunda vértebra sacra, detrás de la línea transversal que conecta los centros de las articulaciones de la cadera, la tendencia del torso (junto con la pelvis) a inclinarse hacia atrás se ve contrarrestada por músculos y ligamentos altamente desarrollados que fortalecen las articulaciones de la cadera. Esto asegura el equilibrio de toda la parte superior del cuerpo, que se mantiene erguida sobre las piernas.

La tendencia del cuerpo a caer hacia adelante al estar de pie se debe a que la línea vertical del centro de gravedad se extiende 3-4 cm hacia adelante desde el eje transversal de las articulaciones del tobillo. La caída es resistida por la acción de los músculos de la parte posterior de la pierna. Si la línea vertical del centro de gravedad se desplaza aún más hacia adelante, hasta los dedos del pie, al contraer los músculos posteriores de la pierna, el talón se eleva, separándose del plano de apoyo. La línea vertical del centro de gravedad se desplaza hacia adelante y los dedos del pie sirven de apoyo.

Además de servir de soporte, las extremidades inferiores desempeñan una función locomotora, desplazando el cuerpo en el espacio. Por ejemplo, al caminar, el cuerpo humano se mueve hacia adelante, apoyándose alternativamente en una pierna y luego en la otra. En este caso, las piernas realizan movimientos pendulares alternados. Al caminar, una de las extremidades inferiores, en un momento dado, actúa como soporte (trasera), mientras que la otra queda libre (delantera). Con cada paso, la pierna libre se convierte en soporte, mientras que la pierna de apoyo se adelanta y queda libre.

La contracción de los músculos de las extremidades inferiores al caminar aumenta significativamente la curvatura de la planta del pie y de sus arcos transversales y longitudinales. Al mismo tiempo, el torso se inclina ligeramente hacia adelante junto con la pelvis sobre las cabezas de los fémures. Si el primer paso se inicia con el pie derecho, el talón derecho, la parte media de la planta y los dedos se elevan por encima del plano de apoyo, la pierna derecha se flexiona por las articulaciones de la cadera y la rodilla y se adelanta. Simultáneamente, la cadera de este lado y el torso avanzan tras la pierna libre. Esta pierna (derecha), con una contracción enérgica del cuádriceps, se estira por la articulación de la rodilla, toca la superficie de apoyo y se convierte en el soporte. En ese momento, la otra pierna, la izquierda (hasta ese momento la pierna trasera de apoyo), se retira del plano de apoyo y se adelanta, convirtiéndose en la pierna delantera libre. En ese momento, la pierna derecha permanece atrás como pierna de apoyo. Junto con la extremidad inferior, el cuerpo se mueve hacia adelante y ligeramente hacia arriba. Así, ambas extremidades realizan alternativamente los mismos movimientos en una secuencia estrictamente definida, apoyando el cuerpo primero en un lado, luego en el otro, y empujándolo hacia adelante. Sin embargo, al caminar, no hay un momento en que ambas piernas se separen simultáneamente del suelo (el plano de apoyo). La extremidad delantera (libre) siempre logra tocar el plano de apoyo con el talón antes de que la pierna trasera (de apoyo) se separe completamente de él. En esto se diferencia caminar de correr y saltar. Al mismo tiempo, al caminar, hay un momento en que ambas piernas tocan el suelo simultáneamente: la pierna de apoyo toca toda la planta del pie y la pierna libre toca los dedos. Cuanto más rápido se camina, más corto es el momento de contacto simultáneo de ambas piernas con el plano de apoyo.

Al rastrear los cambios en la posición del centro de gravedad al caminar, se puede observar el movimiento de todo el cuerpo hacia adelante, hacia arriba y hacia los lados en los planos horizontal, frontal y sagital. El mayor desplazamiento se produce hacia adelante en el plano horizontal. El desplazamiento hacia arriba y hacia abajo es de 3-4 cm, y hacia los lados (balanceo lateral), de 1-2 cm. La naturaleza y la magnitud de estos desplazamientos están sujetas a fluctuaciones significativas y dependen de la edad, el sexo y las características individuales. La combinación de estos factores determina la individualidad de la marcha, que puede cambiar con el entrenamiento. En promedio, la longitud de un paso tranquilo normal es de 66 cm y dura 0,6 s.

Al acelerar la marcha, el paso se transforma en carrera. Correr se diferencia de caminar en que implica alternar el apoyo y tocar la superficie de apoyo con un pie y luego con el otro.

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