Trabajo muscular y fuerza

La principal propiedad del tejido muscular que forma los músculos esqueléticos es la contractilidad, que provoca cambios en la longitud muscular bajo la influencia de los impulsos nerviosos. Los músculos actúan sobre los huesos de las palancas, conectados por articulaciones. En este caso, cada músculo actúa sobre la articulación en una sola dirección. En una articulación uniaxial (cilíndrica, en forma de bloque), el movimiento de las palancas óseas se produce solo alrededor de un eje, por lo que los músculos se ubican en relación con dicha articulación a ambos lados y actúan sobre ella en dos direcciones (flexión-extensión; aducción-abducción, rotación). Por ejemplo, en la articulación del codo, algunos músculos son flexores, otros extensores. Estos músculos, que actúan sobre la articulación en direcciones opuestas, son antagonistas entre sí. Por regla general, dos o más músculos actúan sobre cada articulación en una sola dirección. Estos músculos, con una dirección de acción similar, se denominan sinergistas. En una articulación biaxial (elipsoide, condílea, en silla de montar), los músculos se agrupan según sus dos ejes, alrededor de los cuales se realizan los movimientos. En una articulación esférica, con tres ejes de movimiento (articulación multiaxial), los músculos son adyacentes desde varios lados y actúan sobre ella en diferentes direcciones. Por ejemplo, la articulación del hombro tiene músculos: flexores y extensores, que realizan movimientos alrededor del eje frontal; abductores y aductores, alrededor del eje sagital; y rotadores, alrededor del eje longitudinal (pronadores hacia adentro y supinadores hacia afuera).

En un grupo de músculos que realizan un movimiento específico, podemos distinguir los músculos principales, que proporcionan dicho movimiento, y los músculos auxiliares, cuya función auxiliar ya se indica en su nombre. Los músculos auxiliares modelan el movimiento, otorgándole características individuales.

Para las características funcionales de los músculos, se utilizan indicadores como su sección transversal anatómica y fisiológica. La sección transversal anatómica es el tamaño (área) de la sección transversal perpendicular al eje largo del músculo y que pasa por el vientre en su parte más ancha. Este indicador caracteriza el tamaño del músculo, su grosor. La sección transversal fisiológica del músculo es el área transversal total de todas las fibras musculares que componen el músculo en estudio. Dado que la fuerza de un músculo en contracción depende del número de fibras musculares y del tamaño de la sección transversal, la sección transversal fisiológica del músculo caracteriza su fuerza. En los músculos fusiformes, en forma de cinta con disposición de fibras paralelas, las secciones transversales anatómica y fisiológica coinciden. Una imagen diferente se da en los músculos peniformes, que tienen un gran número de haces musculares cortos. De dos músculos iguales con la misma sección transversal anatómica, el músculo peniforme tiene una sección transversal fisiológica mayor que el músculo fusiforme. La sección transversal total de las fibras musculares en un músculo peniforme es mayor, y las fibras son más cortas que en un músculo fusiforme. En este sentido, un músculo peniforme posee mayor fuerza que este último, pero el rango de contracción de sus fibras musculares cortas es menor. Los músculos peniformes se encuentran donde se requiere una fuerza de contracción muscular significativa con un rango de movimiento relativamente pequeño (músculos de la parte inferior de la pierna, el pie y algunos músculos del antebrazo). Los músculos fusiformes, con forma de cinta y formados a partir de fibras musculares largas, se acortan más durante la contracción. Al mismo tiempo, desarrollan menos fuerza que los músculos peniformes, que tienen la misma sección transversal anatómica.

Trabajo muscular. Dado que los extremos del músculo están unidos a los huesos, sus puntos de origen e inserción se acercan durante la contracción, y los músculos realizan una cierta cantidad de trabajo. Así, el cuerpo humano o sus partes cambian de posición cuando los músculos correspondientes se contraen, se mueven, vencen la resistencia de la gravedad o, por el contrario, ceden a esta fuerza. En otros casos, cuando los músculos se contraen, el cuerpo se mantiene en una posición determinada sin realizar ningún movimiento. En función de esto, se distingue entre superar, ceder y mantener el trabajo muscular.

El trabajo muscular de superación se realiza cuando la fuerza de contracción muscular cambia la posición de una parte del cuerpo, extremidad o su enlace, con o sin carga, venciendo la fuerza de resistencia.

El trabajo inferior es aquel en el que la fuerza muscular cede ante la fuerza de la gravedad de la parte del cuerpo (extremidad) y la carga que soporta. El músculo trabaja, pero no se acorta, sino que se alarga; por ejemplo, cuando es imposible levantar o sostener un objeto pesado. Con un gran esfuerzo muscular, el cuerpo debe descender hasta el suelo u otra superficie.

El trabajo de retención se realiza cuando la fuerza de las contracciones musculares mantiene un cuerpo o una carga en una posición determinada sin moverse en el espacio. Por ejemplo, una persona permanece de pie o sentada sin moverse, o sostiene una carga en la misma posición. La fuerza de las contracciones musculares equilibra la masa del cuerpo o la carga. En este caso, los músculos se contraen sin modificar su longitud (contracción isométrica).

El trabajo de superación y de concesión, cuando la fuerza de las contracciones musculares mueve el cuerpo o sus partes en el espacio, puede considerarse trabajo dinámico. El trabajo de mantenimiento, en el que no se produce el movimiento de todo el cuerpo o de una parte del mismo, es trabajo estático.

Los huesos conectados por articulaciones actúan como palancas cuando los músculos se contraen. En biomecánica, se distingue una palanca de primer tipo, cuando los puntos de resistencia y aplicación de la fuerza muscular se encuentran a diferentes lados del fulcro, y una palanca de segundo tipo, en la que ambas fuerzas se aplican en un lado del fulcro, a diferentes distancias de este.

El primer tipo de palanca de dos brazos se denomina "palanca de equilibrio". El punto de apoyo se sitúa entre el punto de aplicación de la fuerza (la fuerza de la contracción muscular) y el punto de resistencia (la gravedad, la masa orgánica). Un ejemplo de este tipo de palanca es la conexión de la columna vertebral con el cráneo. El equilibrio se alcanza cuando el torque de la fuerza aplicada (el producto de la fuerza que actúa sobre el hueso occipital por la longitud del brazo, que es igual a la distancia desde el punto de apoyo hasta el punto de aplicación de la fuerza) es igual al torque de la gravedad (el producto de la gravedad por la longitud del brazo, igual a la distancia desde el punto de apoyo hasta el punto de aplicación de la gravedad).

El segundo tipo de palanca es de un solo brazo. En biomecánica (a diferencia de la mecánica), se presenta en dos tipos. El tipo de palanca depende de la ubicación del punto de aplicación de la fuerza y el punto de acción de la gravedad, que en ambos casos están en el mismo lado del fulcro. El primer tipo de palanca de segundo tipo (palanca de fuerza) ocurre cuando el brazo de aplicación de la fuerza muscular es más largo que el brazo de resistencia (gravedad). Considerando el pie como ejemplo, podemos ver que el fulcro (eje de rotación) es la cabeza de los huesos metatarsianos, y el punto de aplicación de la fuerza muscular (el músculo tríceps sural) es el calcáneo. El punto de resistencia (gravedad corporal) está en la unión de las espinillas con el pie (articulación del tobillo). En esta palanca, hay una ganancia en fuerza (el brazo de aplicación de la fuerza es más largo) y una pérdida en la velocidad de movimiento del punto de resistencia (su brazo es más corto). En el segundo tipo de palanca de un solo brazo (palanca de velocidad), el brazo de aplicación de la fuerza muscular es más corto que el brazo de resistencia, donde se aplica la fuerza opuesta, la gravedad. Para vencer la gravedad, cuyo punto de aplicación se encuentra a una distancia considerable del punto de rotación en la articulación del codo (el fulcro), se requiere una fuerza significativamente mayor de los músculos flexores insertados cerca de la articulación del codo (en el punto de aplicación de la fuerza). En este caso, se aumenta la velocidad y el rango de movimiento de la palanca más larga (el punto de resistencia) y se reduce la fuerza que actúa en el punto de aplicación de esta fuerza.