VALORACION CINEMATICA (2D) - Acero J., Palomino A., Ibargùen M. H., y Carmona C.- 2003

VALORACION CINEMATICA (2D) SAGITAL DE LA SALIDA FRONTAL DE UN PATINADOR DE CARRERAS: UN ESTUDIO PILOTO © José Acero¹, Andrés F. Palomino², Henry Ibargüen Murillo³, Carolina 4 Carmona Rada. ¹ Ms. Sc. & Sci. Director Científico Instituto de Investigaciones & Soluciones Biomecánicas (II&SB) [email protected] ² PDAF- Investigador II&SB [email protected] ³ PDAF- Investigador II&SB 4 FT- Investigadora II&SB

RESUMEN Esta investigación se realizo en el área de la biomecánica deportiva estudiando el movimiento de la salida frontal de patinaje de carreras empleadas en las competencias de 200 y 300 metros contra reloj individual. Los métodos desarrollados en esta investigación fueron basados en videografía biomecánica aplicando el sistema de marcas referenciales (SC – 14), sistemas de coordenadas globales 2D, escala de medición, planos de filmación, elaboración de Cinegramas y ciclogramas para el análisis temporal total y por fases de un patinador. Se obtuvo más objetivamente la caracterización técnica de 7 fases encontradas denominadas; Preparación o posición inicial, desplazamiento posterior del patín atrasado, retroceso o contramovimiento, impulsión, despegue del patín atrasado, vuelo y aterrizaje con despegue del miembro inferior contra lateral. PALABRAS CLAVES: Patinaje de carreras, Kinegramas, Ciclogramas, Velocidad Lineal, Desplazamiento, Contra-movimiento

ABSTRACT This investigation was done in the area of sports biomechanics studying the movements involved in the front start used in 200m and 300m velocity trials in in-line roller skating. The methods developed within this research were based on biomechanical videography applying anatomical reference points (SC-14), 2D global coordinates system, measurement scales, planes of motion, kinegrams, cyclegrams in order to obtain temporal parameters and the phases of movement. (7) Seven phases were determined as follows: Preparation or initial position, posterior movement of the back skate , countermovement, impulsion, back skate release, flight and landing with the contra lateral inferior extremity release KEYWORDS: Inline countermovement

Roller

Skating,

Kinegrams,

Linear

velocity,

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Displacement,

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1. INTRODUCCIÒN Dentro de la revisión bibliográfica hecha por el profesor Acero Ms. Sc.& Sci. (2003) Publicada en el primer congreso panamericano de patinaje (Bogotá, Colombia) en términos de la biomecánica se reportaron los siguientes artículos relacionados: tipos de pie, Scarlet, (1.999), Acumulación de la velocidad, Ryan (1.999), Que tan bajo puede ir usted?, Ryan (2.000), El doble empuje, Publow (1.997) y Matzger y Burger, el modelo del empuje no linear Baum (1.999) y el patinaje de la curva Ryan, (2.000). Sin embargo, no se han reportado lineamientos biomecánicos con respecto a la cinemática de la salida frontal. Publow (1997) enuncia un cuasi-análisis cualitativo de los aspectos más importantes de la salida en patinaje de carreras, pero hasta la fecha no se ha determinado las fases ni los elementos temporo-espaciales de este movimiento

2.

FORMULACION DEL PROBLEMA

¿Cuales son las fases y algunos factores cinemáticos fundamentales en la técnica de la salida frontal contra reloj individual de patinaje de carreras?

3. JUSTIFICACIÓN El estudio se argumentó por las siguientes razones: (a) La falta dentro de la literatura de un conocimiento objetivo sobre las fases secuénciales de este movimiento (b): La salida en esta modalidad permite al patinador adquirir la velocidad y por ende la aceleración necesaria que según la técnica que se utiliza puede retardarse o acelerarse y así perder o ganar un tiempo valioso para el total de la prueba. (c): El conocimiento cuantitativo de algunos factores cinemáticos del movimiento del patinador, son vitales para obtener el patrón objetivo del movimiento. (d): Una combinación de valoración cuantitativa y cualitativa hace posible analizar con profundidad este movimiento completo. 4. OBJETIVOS 4.1 General

Caracterizar las fases de movimiento y algunos factores cinemáticos de la salida frontal de un patinador de carreras. 4.2 Específicos

-

Determinar una metodología biomecánica que permita el estudio cuantitativo y cualitativo del movimiento en mención. Realizar un estudio videográfico cuadro a cuadro para determinar cualitativamente las fases de movimiento. Analizar temporalmente cada una de las fases. Determinar las distancias y velocidades lineales de la cadera, rodilla y tobillo en cada una de las fases. Determinar los ángulos relativos a la horizontal y sus respectivas velocidades angulares promedios, localizadas en el muslo, pierna y pie Instituto de Investigaciones & Soluciones Biomecànicas Cali- COLOMBIA Ph: 57+2+3703414 Mobile: 57+3104645367

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5. METODOLOGÌA 5.1 Instrumentación Se utilizo una cámara M – 9.000 Panasonic F/s 2/4, disparador a 1/180 con una frecuencia de 30 CV/s (Hz), lente plano de 50 Mm., ubicada a una altura de 102 cm. y con una distancia cámara - patinador de 10.24 metros, utilizada para filmar el movimiento objeto de estudio en condiciones de luz natural y con un fondo fílmico gris. Se ubicaron coordenadas globales X = 6 metros, Y = 2.50 metros, utilizadas para determinar la distancia recorrida por el atleta en el tiempo y el espacio. (ver foto1)

Y

X

Foto 1. Coordenadas Globales x y

Se localizaron 24 Marcas referenciales así: 1 vèrtex, 2 acromiales (AC), 2 radiales (R), 2 estiliones (E), 2 dactiliones (D), 2 trocanteriònes (T), 2 ilioespinales (IE), 2 tibiales mediales (TM) , 2 tibiales laterales (TL), 2 acropodiònes (A), 2 esfiriones fibulares (EF) y 3 puntos en cada chasis (CH), (2 en los extremos y 1 en el centro), estas fueron utilizadas para realizar el seguimiento a cada punto, bajo la técnica del Kinegrama.(ver foto 2 Foto 2. Ejemplo de Algunas de las Marcas Referenciales estudiadas

AC2 AC1

E

R T TL EF CH Instituto de Investigaciones & Soluciones Biomecànicas Cali- COLOMBIA Ph: 57+2+3703414 Mobile: 57+3104645367

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Se ubicó una escala con longitud de 1.40 metros, con 3 tomas videográficas, espaciadas a 2 metros entre cada una para pasar de medida fílmica a medida real las distancias recorridas por cadera, rodilla, tobillo y consecuentemente para hallar las velocidades lineales y estudiar el desplazamiento. Un televisor Sony un V.H.S y un control remoto con posibilidades de cuadro a cuadro permitieron bajo el sistema de elaboración kinegramàtica a escala, determinar las fases de movimiento y las variables cinemáticas. (ver foto 3)

Foto 3. Instrumentación para medición y análisis de datos (Acero, 2001)

Acetatos para la elaboración de los kinegramas sobreponiéndolos en el televisor, marcadores de punta fina permitieron delinear en el acetato los diferentes puntos del sistema SC- 14, un pie de rey (15mm) fue utilizado para medir las distancias fílmicas tanto en el eje X como en el eje Y. Una cinta especial para pegar los acetatos a la pantalla del televisor. (ver foto 3) Papel milimetrado para el traspaso de los kinegramas del acetato con el objetivo de medir, las distancias fílmicas de cada punto anatómico a estudiar. Se empleó una escuadra para realizar los kinegramas en el papel milimetrado, un goniómetro para la medida de ángulos ínter segméntales y relativos de la cadera, rodilla y tobillo una calculadora para operaciones matemáticas necesarias en el estudio. (ver foto 3) 5.2 Procesamiento de los datos

Después de observar cuidadosamente el video, se escogió el mejor intento de los 5 realizados por el patinador para el estudio, posteriormente se obtuvo la secuencia kinegramàtica de la siguiente manera; Ubicamos el acetato sobre la pantalla del televisor de tal forma que cubra todo el movimiento ubicado en las coordenadas espaciales, dibujamos los kinegramas uniendo las marcas referenciales teniendo en cuenta el modelo de los 14 segmentos, las fases de movimiento y los momentos críticos. Después se hallaron las distancias, velocidades lineales y angulares realizando la descripción cinemática de cada una de las fases del movimiento estudiado.

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5.3 Sujeto Experimental Para esta investigación preliminar se utilizo a un patinador de la liga del valle del Cauca, Cali, Colombia con una Talla de 1.72 cm. Masa: 68 Kg., Edad deportiva: 10 años, en optimas condiciones de salud. 5.4 Variables Cuantitativas: Se hallaron las distancias y velocidades lineales de la cadera, rodilla y tobillo, ángulos relativos, velocidades angulares, localizadas en el muslo, pierna y pie. 5.5 Variables cualitativas Se realizó una descripción cinemática del gesto técnico basadas en las técnicas de fases del movimiento deportivo, Análisis temporal de cada una de las fases.

6. ANALISIS Y DISCUSION DE LOS RESULTADOS Las siguientes fases fueron encontradas de acuerdo al estudio cuadro a cuadro realizado en forma cualitativa según el método propuesto por el Profesor Acero (2001). Fase 1. Preparación o posición inicial: Es la ubicación inicial de los patines detrás de la línea de salida con aproximación del centro de gravedad a los apoyos donde se observa la posición y postura funcional inicial del cuerpo con respecto a la técnica de salida frontal. (Ver fotos 4 y 5), la duración de esta fase fue de 0.891 s y una velocidad linear resultante de la cadera 0.00552 m/s (derecha), rodilla derecha 0.00126 m/s., rodilla izquierda 0.00494 m/s, tobillo 0.00014 m/s. (Derecho).

Foto 4. Posición inicial de la fase 1

Foto 5. Posición final de la fase 1

Fase 2 Desplazamiento posterior del patín atrasado: Es cuando el patinador aleja el miembro inferior al plano posterior, que se encuentra atrasado con respecto a la ubicación de los patines, caracterizándose por adoptar una postura funcional con los miembros inferiores; ya que estos van a definir cual va hacer el desplazamiento del tronco y del centro de Instituto de Investigaciones & Soluciones Biomecànicas Cali- COLOMBIA Ph: 57+2+3703414 Mobile: 57+3104645367

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gravedad hacia el plano posterior en la siguiente fase (Ver fotos 3 Y 4), la duración temporal de la fase 2 fue de 3.762 s. Con una velocidad linear resultante de cadera 0.00008 m/s (Derecha), Rodilla derecha 0.00005 m/s, rodilla izquierda 0.00070 m/s, tobillo derecho 0.00003 m/s, tobillo izquierdo 0.00095 m/s.

Foto 6. Posición inicial de la fase 2

Foto 7. Posición final de la fase 2

Fase 3 Retroceso o Contramovimiento: Se caracteriza porque el patinador realiza un desplazamiento del centro de gravedad hacia atrás, buscando trasmitir mediante el contra-movimiento, velocidad y fuerza en el sentido del movimiento (ver foto 8), la duración temporal de esta fase fue 3.036 s. Con una velocidad linear resultante de la cadera derecha 0.00001 m/s y cadera izquierda 0.02397 m/s, rodilla 0.00006 m/s (derecha e izquierda), tobillo derecho 0.00001 m/s, tobillo izquierdo 0.00006 m/s.

Foto 8. Posición final de la fase 3.

Fase 4 Impulsión: Se inicia cuando el peso del cuerpo se encuentra soportado sobre el miembro inferior atrasado y en la máxima extensión funcional entre muslo – pierna del miembro inferior contra lateral, iniciando un descenso del tronco hasta llevar la masa del cuerpo hacia el miembro inferior adelantado, con este movimiento el patinador busca dar la mayor potencia que permita el despegue óptimo del patín atrasado. (ver fotos 8 y 9). La duración de esta fase fue 1.32 s. Con una velocidad linear resultante de la cadera derecha Instituto de Investigaciones & Soluciones Biomecànicas Cali- COLOMBIA Ph: 57+2+3703414 Mobile: 57+3104645367

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de 0.00554 m/s, rodilla derecha de 0.00572 m/s, rodilla izquierda de 0.00408 m/s, tobillo derecho 0.00080 m/s, tobillo izquierdo 0.00033 m/s.

Foto 9. Posición final de la Fase 4.

Fase 5 Despegue del Patín Atrasado: Es el momento donde el patín atrasado se desplaza hacia el plano anterior, y finaliza esta fase cuando el patín opuesto queda con una sola rueda en contacto con el suelo y el patinador busca la velocidad y fuerza necesaria para que el ángulo Intersegmental de la cadera y la rodilla en el momento final del despegue sea óptimo (Ver foto 10). La duración temporal de esta fase fue 0.627s. Con una velocidad linear resultante de la cadera derecha de 0.09237 m/s y cadera izquierda de 0.18215 m/s, rodilla derecha de 0.01279 m/s, rodilla izquierda de 0.307355 m/s, tobillo derecho 0.00381 m/s, tobillo izquierdo 0.37473 m/s.

Foto10. Posición final de la Fase 5.

Fase 6 Vuelo: Esta fase se caracteriza cuando el patinador se encuentra con los dos patines en el aire y estos a su vez siguen realizando movimientos consecutivos que hacen parte del gesto deportivo. (Ver foto 11). La duración de esta fase fue 0.363 s. Con una velocidad Instituto de Investigaciones & Soluciones Biomecànicas Cali- COLOMBIA Ph: 57+2+3703414 Mobile: 57+3104645367

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linear resultante de la cadera derecha de 0.10679 m/s y cadera izquierda de 0.03407 m/s, rodilla derecha de 0.71314 m/s, rodilla izquierda de 0.02148 m/s, tobillo derecho 0.27955 m/s, tobillo izquierdo 0.04084 m/s.

Foto 11. Posición Final de la Fase 6

Fase 7 Aterrizaje con Despegue del Miembro Inferior Contra Lateral: Esta fase tiene dos momentos claves en la ejecución técnica, 1. Cuando el miembro inferior (derecho o izquierdo) aterriza y 2. El miembro inferior contrario (derecho o izquierdo) inicia el despegue dándole continuidad al ciclo del movimiento de los pasos (ver foto 12). La duración de esta fase fue 0.264s. Con una velocidad linear resultante de la cadera derecha de 0.80532 m/s, rodilla derecha de 1.10315 m/s, rodilla izquierda de 0.20326 m/s, tobillo derecho 3.03934 m/s, tobillo izquierdo 0.03850 m/s.

Foto 12. Posición Final de la Fase 7 Importancia de la salida: Desde la partida el patinador velocista debe buscar la mayor aceleración lo antes posible para que el desempeño de la prueba sea óptimo, por lo tanto la importancia de los pasos y la buena ejecución radica en gran porcentaje en la adquisición temprana o tardía de la velocidad y por ende de la aceleración inicial de la Instituto de Investigaciones & Soluciones Biomecànicas Cali- COLOMBIA Ph: 57+2+3703414 Mobile: 57+3104645367

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prueba, algunos patinadores realizan entre 5 y 8 pasos antes de empezar la técnica de recta o curva según el caso. Según la grafica 1 y foto 13, este patinador va incrementando el tiempo empleado desde la primera fase hasta la 4 y esto es considerado muy natural dado que en estas fases el cuerpo de patinador se esta acomodando para empezar a obtener una aceleración que le permita despegar mas rápidamente. En las fases 5, 6 y 7 el tiempo empleado va disminuyendo considerablemente hasta la última fase que la ejecuta muy rápido dado el factor de que el cuerpo ya adquirió una velocidad y aceleración base para los movimientos posteriores

En el grafico 2, se establece la trayectoria da la cadera, rodilla y tobillo del hemisferio derecho en términos de velocidad lineal del punto Instituto de Investigaciones & Soluciones Biomecànicas Cali- COLOMBIA Ph: 57+2+3703414 Mobile: 57+3104645367

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articular que representa cada área corporal mencionada. Hasta la fase 5 no existe mucha diferencia en las magnitudes medidas. En la fase 6 y 7 el tobillo (3.0 m/s) se diferencia porque de los tres factores cinemáticos es el que tiene mayor índice de velocidad lineal (m/s). Esto puede ser explicado porque es el segmento que esta mas cerca del patín y el movimiento requiere mover este a la mayor velocidad para empezar ha adquirir la aceleración necesaria para adquirir finalmente el patrón de patinaje en curva o en recta según sea el caso

Foto 13. Ciclograma Total de Movimiento durante las 7 fases encontradas En el siguiente Ciclograma (Foto 14) se ilustra el desplazamiento resultante que recorrió linealmente la cadera, la rodilla y el tobillo derecho

Foto 14. Ejemplo de Trayectoria de la Cadera, Rodilla y tobillo Derecho

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En las siguientes fotografías 15 y 16 se ilustra el desplazamiento angular del muslo – izquierdo relativo a la horizontal durante la fases 4 y 5

α

α

Foto 15 y 16. Modelo del ángulo relativo a la horizontal del muslo izquierdo

Tabla 1. Tiempo y velocidad angular Promedio de tres segmentos Segmentos-Kinegramas Muslo Pierna Pie

Tiempo P.

Velocidad angular P. (º)/seg.)

(Seg.)

derecha

Izquierda

1,47 1,47 1,47

49,3 59,0 16,5

61,0 34,9 6,0

De acuerdo a la Tabla 1, La velocidad angular del muslo izquierdo es mayor significativamente que el derecho ya que en la fase 5 denominada despegue observamos que la velocidad del muslo es relativamente alta y esto hace que la velocidad angular en el muslo izquierdo en todo el movimiento sea mayor. La pierna y el pie derecho obtienen una alta velocidad en la fase 6 y 7 (vuelo y aterrizaje) ocasionando estos movimientos mayor velocidad angular en toda el movimiento, que la pierna y pie izquierdo. El promedio de distancias total en el movimiento estudiado en el eje X fueron las siguientes: cadera (0.52m derecha, 0.57m izquierda), rodilla (0.61m derecha, 0.60m izquierda) y tobillo (5.54m derecho y 0.52m izquierdo). El promedio de distancias total en el movimiento estudiado en el eje Y fueron las siguientes: cadera (0.38m derecha, 0.38m izquierda), rodilla (0.26m derecha, 0.26m izquierda) y tobillo (0.15m derecho y 0.15m izquierdo). Los datos encontrados en la cadera, rodilla y tobillo en el eje X fueron similares ya que el recorrido realizado fue igual en los dos miembros inferiores. En cuanto al eje Y se presento un evento similar con respecto al eje X donde las distancias fueron similares por causa de las circunstancias anteriormente descritas. Instituto de Investigaciones & Soluciones Biomecànicas Cali- COLOMBIA Ph: 57+2+3703414 Mobile: 57+3104645367

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Los ángulos promedios relativos a la horizontal en el movimiento de los segmentos de: pie 48.7º (derecho), 43.13º (izquierdo), pierna 113.13º (derecho) 114.50º (izquierdo), muslo 127.13º (derecho) 7.57º (izquierdo).

6. CONCLUSIONES 6.1 En el presente estudio se encontraron 7 fases de movimiento dentro de la salida denominadas: Preparación o posición inicial, desplazamiento posterior del patín atrasado, retroceso o contra-movimiento, impulsión, despegue del patín atrasado, vuelo y aterrizaje con despegue del miembro inferior contra lateral, presentando cada una de ellas ciertas características cinemáticas especificas tales como, tiempo por fases, distancias totales en el eje X y eje Y, velocidades lineares resultantes de la cadera, rodilla y tobillo, velocidad angular promedio del muslo, pierna y pie 6.2 La metodología biomecánica empleada en esta investigación preliminar es sencilla y manual al alcance de cualquier persona entrenada pero con el rigor científico propios de los estudios biomecánicos. El tiempo fue medido con una precisión de ± 0.001 s. Las distancias obtenidas fueron precisas al ±0.01cm y los ángulos ± 1º 6.3 El método Videográfico Manual (MVM) (Acero,2003) ofrece posibilidades reales de analizar el movimiento de la salida pues ofrece en un segundo 30 campos visuales para su medición e interpretación 6.4 El tiempo total empleado en este movimiento fue de 10.263 s siendo la fase 7 en la que empleó menos tiempo (0.264s) y la de mayor durabilidad la fase 2 (3.762s). Este tiempo esta de acuerdo a la curva normal en la adquisición de la velocidad 6.5 En materia de velocidad lineal (m/s) de la cadera, rodilla y tobillo derecho se establece que el tobillo en su fase 6 y 7 tiene una mayor contribución en la adquisición de la velocidad lineal. 6.6 El comportamiento de la velocidad angular promedio (º/s) y relativa a la horizontal es mayor en este caso en el muslo Izquierdo dado que este es el hemisferio que da el primer paso y responsable inicial de la consecución de la aceleración corporal

7. RECOMENDACIONES Dadas las características de este estudio piloto tomado como una exploración inicial para comprender y medir cinemáticamente los movimientos de la salida frontal, se hace necesario hacia el futuro inmediato medir y analizar este tipo de salidas con una muestra mayor (15-25 patinadores ) y significativa (Verdaderos especialistas de esta modalidad de velocidad en el patinaje)

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Este estudio implica una profundización hacia el futuro inmediato de análisis 2D en el plano frontal y transversal con un mayor número de patinadores. Un análisis 3D sería óptimo en el conocimiento biomecánico de esta técnica deportiva.

8. BIBLIOGRAFIA Acero, J. (2.002) Memorias del Seminario-taller de Análisis Biomecánicos Bidimensionales de Movimientos Humanos, Universidad del Valle Acero J. ( 2002) Bases Biomecánicas para la actividad física y deportiva, Escuela Nacional del Deporte, Ed. Faid. Cali. Colombia Acero J. (2003) Aplicaciones Biomecánicas en el Patinaje de Carreras. Memorias Primer Congreso Panamericano de Patinaje. Panamerican confederation rollers sports.y Federacion Colombiana de patinaje. Bogotá. Colombia Baum J. (1999) The non linear stroke model. http://home1.gte.net/pjbemail/NonlinearStroke.html Matzger (1999) The double Push. Fitness and Speed Skating Times Magazine (FaSSKT) Early Summer '99, p. 10. Publow, B. (1.997) The double Push. Speed on Skates Ed. Human kinetics, 107 – 112 P. Pagina Web de la federación Colombiana de patinaje www.fedepatin.org.co Ryan (1999) Velocity accumulated . Fitness and Speed Skating Times Magazine (FaSSKT) Ryan (1999) ¿How low can you go?. Fitness and Speed Skating Times Magazine (FaSSKT Scarlet (1999) Foot types. Fitness and Speed Skating Times Magazine (FaSSKT)

RECONOCIMIENTOS A: El Semillero Grupos de Estudios Biomecánicos (GBE) de la Universidad del Valle 2003 por aportar parte de la logística tecnológica utilizada. A Laura Ospina y Carolina Sánchez, estudiantes FT (END) investigadoras por su colaboración inicial con este proyecto.

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