Resumen
Comprender la contribución relativa y absoluta que cada músculo puede hacer al par de flexión plantar (PFT) en función de los ángulos articulares es fundamental para comprender el papel que desempeñan estos músculos en diversas tareas, para caracterizar la tensión inducida en el tendón de Aquiles bajo diferentes configuraciones articulares y niveles de activación muscular, y para crear modelos musculoesqueléticos precisos y simulaciones de movimiento. El propósito de este estudio fue cuantificar las contribuciones absolutas y relativas que los músculos gastrocnemio y sóleo hacen a la PFT en función de los ángulos del tobillo y la rodilla en atletas de nivel de resistencia. En comparación con estudios previos, se consideró un ángulo de flexión de la rodilla más pronunciado para garantizar una configuración articular con una contribución mínima de PFT del gastrocnemio. Se probaron una variedad de combinaciones de tobillo y rodilla para estimar las contribuciones del gastrocnemio y el sóleo para un rango completo de movimiento de la articulación del tobillo y la rodilla. La PFT total media máxima para varias combinaciones de rodilla y tobillo fue de 105,6 + 25,9 Nm y se produjo para ángulos de tobillo y rodilla de 75˚ y 90˚ respectivamente. El gastrocnemio contribuyó a la PFT del tobillo para todas las combinaciones de ángulos articulares, excepto el tobillo más flexionado plantar y la rodilla flexionada. Las contribuciones de la PFT del gastrocnemio fueron del 40% o más en una posición de rodilla completamente extendida en comparación con una posición de rodilla flexionada, para todas las combinaciones de tobillo.
Palabras clave
Mecánica; Paso
Introducción
Los músculos gastrocnemio y sóleo actúan de manera sinérgica para producir el par de flexión plantar del tobillo, desempeñan un papel importante en muchas formas de locomoción y son fundamentales para varias afecciones clínicamente relevantes. Comprender la contribución relativa y absoluta que cada músculo puede hacer al par de flexión plantar (PFT) en función de los ángulos articulares es fundamental para comprender el papel que desempeñan estos músculos en diversas tareas, para caracterizar la tensión inducida en el tendón de Aquiles bajo diferentes configuraciones articulares y niveles de activación muscular, y para crear modelos musculoesqueléticos precisos y simulaciones de movimiento.
La naturaleza biarticular y uniarticular del gastrocnemio y el sóleo, respectivamente, brindan la oportunidad de caracterizar las contribuciones de los músculos individuales a la PFT del tobillo al evaluar a los individuos, ya que producen sistemáticamente esfuerzos máximos de flexión plantar del tobillo para varias combinaciones de ángulos de la articulación del tobillo y la rodilla. La longitud del músculo gastrocnemio y la capacidad de producir fuerza se ven afectadas por los cambios en el ángulo de la rodilla, mientras que la longitud del sóleo y la capacidad de fuerza no lo son. Por lo tanto, es posible cuantificar las contribuciones de la PFT del gastrocnemio y el sóleo probando la PFT máxima para combinaciones específicas de ángulos de tobillo y rodilla. En general, se acepta que hay poca PFT de tobillo generada por el gastrocnemio en ángulos de flexión de rodilla pronunciados debido a la disminución de la longitud del gastrocnemio y la insuficiencia activa. [1-4], pero no está claro el ángulo exacto de flexión de la rodilla más allá del cual el gastrocnemio contribuye poco a la PFT. Algunos investigadores han asumido que la contribución del PFT del gastrocnemio es insignificante para ángulos de flexión de rodilla superiores a 90º (ángulo incluido)[5,6] mientras que otros investigadores han demostrado que el músculo gastrocnemio contribuye al PFT hasta 60º de flexión de la rodilla [2].
Se han realizado pocos estudios en humanos para estimar las contribuciones del gastrocnemio y el sóleo a la PFT. Creswell, et al. (1995) informaron que la contribución del gastrocnemio a la PFT es de al menos el 40% del torque total en una posición de rodilla completamente extendida.
[2]. Maganaris (2003) informó que para una rodilla completamente extendida, la contribución del gastrocnemio a la PFT aumenta con la dorsiflexión del tobillo desde aproximadamente 34 Nm a 120º incluido el ángulo del tobillo hasta 77 Nm a un ángulo de 70º. [5]. Ardnt, et al. (1998) concluyeron que el sóleo aportó 60,3 Nm a la PFT en una combinación tobillo-rodilla de 90º/90º, mientras que el gastrocnemio no aportó nada. [7]. Al aumentar el ángulo de la rodilla a 170º, la contribución del PFT del gastrocnemio aumentó a 53,4 Nm. Hay información claramente limitada con respecto a las contribuciones absolutas y relativas del gastrocnemio y el sóleo a la PFT en función de las combinaciones de ángulos de tobillo y rodilla.
Los objetivos del presente estudio fueron cuantificar las contribuciones absolutas y relativas que los músculos gastrocnemio y sóleo hacen a la PFT en función de los ángulos del tobillo y la rodilla en atletas de resistencia de nivel universitario. En comparación con estudios previos, se consideró un ángulo de flexión de la rodilla más pronunciado para garantizar una configuración articular con una contribución mínima de PFT del gastrocnemio. Se probó una variedad de combinaciones de ángulos de tobillo y rodilla para estimar las contribuciones del gastrocnemio y el sóleo para un rango completo de movimiento de la articulación del tobillo y la rodilla.
Métodos
Asignaturas
Diez atletas de resistencia de nivel universitario (5 hombres y 5 mujeres) participaron en este estudio (edad, altura y masa promedio ± una desviación estándar fueron 20 ± 1 años, 172 ± 7 cm y 62 ± 6 kg, respectivamente). Todos los sujetos estaban sanos, sin trastornos neuromusculares conocidos ni lesiones actuales en las extremidades inferiores. Los sujetos se ofrecieron como voluntarios y dieron su consentimiento informado antes de la prueba. El estudio fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional de Davis de la Universidad de California.
Protocolo Experimental y Mediciones de Torque
Los sujetos realizaron esfuerzos isométricos máximos de flexión plantar del tobillo (IMAPFES) mientras estaban colocados en un banco inclinado modificado (Figura 1). El banco estaba equipado con un sistema de transducción de torque en el tobillo que permitía probar varias combinaciones de ángulos de tobillo y rodilla. El ángulo del tobillo se definió como el ángulo incluido entre la pierna y la planta del pie, mientras que el ángulo de la rodilla se definió como el ángulo incluido entre la pierna y el muslo (180º se refiere a la extensión completa). El maléolo lateral se alineó con el eje de rotación del sistema de transducción de torque del tobillo. La bola del pie se aseguró al reposapiés con correas de velcro. Se utilizaron restricciones en las rodillas y/o los hombros para evitar el desplazamiento anterior del cuerpo durante las IMAPFEs.
Los sujetos asistieron a dos sesiones de prueba con al menos un día de descanso entre sesiones para reducir la posibilidad de fatiga. Los sujetos comenzaron cada sesión de evaluación con una caminata de calentamiento de seis minutos a paso ligero. Los sujetos se familiarizaron con cada posición del ángulo tobillo-rodilla realizando esfuerzos submáximos de flexión plantar antes de realizar tres IMAPFEs de 5 segundos en rampa. Se probaron un total de 12 combinaciones de ángulos de tobillo y rodilla (Tabla 1) en un orden aleatorio (la mitad en cada día de prueba). A los sujetos se les dio 1-2 minutos de descanso entre esfuerzos para una determinada configuración de tobillo-rodilla y un mínimo de 4 minutos para descansar antes de realizar la prueba en una configuración diferente de tobillo-rodilla.
Se midieron las fuerzas pasivas y máximas totales aplicadas al reposapiés para cada combinación de ángulo de tobillo-rodilla y se usaron para estimar la PFT pasiva, máxima total y máxima activa. La distancia perpendicular entre el eje de rotación del sistema de transducción de torque del tobillo y donde el pie hizo contacto con la plataforma se multiplicó por la fuerza de la plataforma para calcular la PFT máxima pasiva y total del tobillo. La PFT pasiva se estimó a partir de la fuerza registrada antes del inicio de un IMAPFE (es decir, con el pie apoyado en la plataforma). La PFT total máxima se estimó a partir de la fuerza máxima medida durante un IMAPFE. La PFT activa se calculó como la PFT total máxima menos la PTF pasiva para cada prueba. La PFT media pasiva, máxima total y máxima activa se determinó a partir de tres repeticiones.
Determinación de los Aportes de Gastrocnemio y Sóleo
Se cuantificaron las contribuciones de la PFT pasiva, total y activa del gastrocnemio y el sóleo para las combinaciones de ángulos de tobillo y rodilla probadas (Tabla 1), así como para ángulos fijos de tobillo de 105º y 90º combinados con ángulos de rodilla de 60º, 90º, 120º, 150º y 180º , que no fueron probados. Se hicieron dos suposiciones para calcular las contribuciones de gastrocnemio y sóleo para…
