Tecnologías y aplicaciones en la evaluación de la

Departamento de Formación
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DOCUMENTACIÓN
200609301
ENCUENTRO SOBRE ALTO RENDIMIENTO
DEPORTIVO
Tecnologías y aplicaciones en la evaluación de la
fuerza
***
MIKEL IZQUIERDO REDÍN
Doctor en Educación Física
Profesor Titular de la Universidad de León
JUAN JOSÉ GONZÁLEZ BADILLO
Doctor en Educación Física
Profesor Contratado de la Universidad Pablo de Olavide de Sevilla
Málaga
12 de mayo de 2006
Departamento de Formación
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Encuentro sobre Alto Rendimiento Deportivo
NUEVAS TECNOLOGÍAS APLICADAS AL ENTRENAMIENTO Y LA
COMPETICIÓN: ANÁLISIS CINEMÁTICO
En la actualidad, el papel que juegan las nuevas tecnologías para el registro,
procesamiento y análisis de datos cada vez es más importante en la optimización del
proceso de entrenamiento y competición. El movimiento deportivo puede ser analizado
con una gran variedad de nuevas tecnologías, que permiten la definición cada vez más
exacta del modelo técnico/mecánico (p.ej. velocidades, ángulos fuerzas) o de la
respuesta fisiológica y disponer de unos medios más objetivos para comparar la
ejecución con el patrón ideal o con el modelo del campeón. Las nuevas tecnologías que
hoy en día se pueden utilizar permiten llegar más allá de lo que hasta ahora nos permitía
observar el ojo humano. Esto no quiere decir que se tenga que infravalorar al papel que
juega el entrenador en resolver las preguntas sobre el movimiento humano, sino que el
trabajo en equipo de investigadores de diferentes áreas –como por ejemplo las
relacionadas con el aprendizaje motor, neurofisiología, ingeniería, física, fisiología del
ejercicio–, junto con los especialistas en entrenamiento deportivo, podrán mejorar la
calidad de la observación y el conocimiento del movimiento y el rendimiento humanos.
Entres estas técnicas se incluyen los sistemas de medición tiempo y desplazamiento
(p.ej. sistemas de análisis de imagen), de aceleración, fuerzas, presiones o los sistemas
de valoración de la actividad eléctrica de los músculos. Asimismo, también se pueden
encuadrar bajo el concepto de nuevas tecnologías todos aquellos sistemas de análisis de
parámetros fisiológicos/bioquímicos y los últimos avances en el tratamiento y
organización de la señal y la información. Los grandes avances que se han observado
durante los últimos años en el análisis del movimiento humano se deben en parte al
desarrollo que se ha experimentado en los sistemas de instrumentación. El desarrollo de
los ordenadores también ha facilitado el desarrollo de la investigación en biomecánica y
fisiología. Esto ha permitido, por ejemplo, que se puedan conectar varios instrumentos
de medición al ordenador con un programa apropiado, y se pueden obtener registros,
interpretarlos e imprimirlos casi de manera inmediata. A continuación se prestará una
especial atención a los relacionados con la medición del tiempo y el desplazamiento
(Lees A 2002, Lieberman y cols. 2002, Hughes y Bartlett 2002, Yeadon 1994).
TECNOLOGÍA Y DEPORTE
El entrenamiento deportivo es un proceso que persigue la producción de cambios
en un sistema: el cuerpo humano. El sistema o conjunto de elementos que conforman un
todo único puede referirse al deportista en su conjunto o a alguna de sus partes (p.ej.
sistema cardiorrespiratorio, endocrino) o bien a las relaciones del deportista con el
entorno, entrenador o médico (Lieberman y cols. 2002, Hughes y Bartlett 2002, Yeadon
1994)). La magnitud que caracteriza las propiedades del sistema se llama variable,
teniendo cada sistema multitud de variables que permiten la definición de su estado. La
variación del estado del sistema se produce a lo largo de un periodo de tiempo. Por medio
del entrenamiento se trata de dirigir las modificaciones del sistema en una dirección,
debiendo realizarse diversos análisis de la situación del sistema con el fin de comparar la
realidad con el estado del sistema programado. La recopilación de la información sobre el
estado del sistema y la comparación de su valor real con el planificado se denomina
control del entrenamiento (Lees A 2002, Lieberman y cols. 2002, Hughes y Bartlett
2002). El problema radica en que no siempre las modificaciones del sistema producen una
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modificación positiva en los resultados del deportista, o bien, la suma de los efectos
inmediatos de las cargas del entrenamiento sobre el deportista (que suelen producir una
disminución de su capacidad de trabajo y de sus resultados deportivos) no producen un
efecto acumulado satisfactorio (incremento de la capacidad de trabajo y de los resultados
deportivos).
La toma de decisiones por parte del entrenador durante el proceso descrito en el
párrafo anterior tiene que basarse en mediciones objetivas que, junto con la utilización
adecuada de indicadores subjetivos (p.ej. estado general del deportista, intuición del
entrenador) pueden garantizar el éxito deportivo. El problema radica en la selección de los
indicadores que caracterizan al sistema y pueden ayudarnos a controlar el proceso. En este
momento es donde la tecnología puede ayudarnos a conseguir seleccionar los indicadores,
entre otras razones por que nos puede facilitar su registro, procesamiento y análisis.
Un ejemplo en el que podemos verificar cómo la tecnología ha permitido obtener
medidas más objetivas de las cargas ha sido en el entrenamiento de la fuerza, en el que la
intensidad de las cargas ha pasado, de medirse a través del peso o carga, a medirse con
medidores lineales de desplazamiento o galgas de fuerza que miden la velocidad de
ejecución, la fuerza, la potencia que se aplica o la aceleración. Esta tecnología permite
objetivar la progresión del entrenamiento, requisito imprescindible para utilizar los
procedimientos del control del entrenamiento como un medio para poder predecir las
probabilidades que tiene el deportista de mejorar el ciclo de entrenamiento.
CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA EN LA COMPETICIÓN Y
EL ENTRENAMIENTO
La tecnología aplicada a la competición se puede clasificar de la siguiente
manera (Hughes y Bartlett 2002, Yeadon 1994):
•
•
•
•
Medios para la retransmisión de imágenes del deportista. Las imágenes que
hoy en día nos enseñan los realizadores de televisión nos permiten observar el
comportamiento del deportista con una calidad y detalle en algunos casos más
que suficiente para la realización de análisis técnicos y tácticos. Entre los
sistemas que se utilizan se puede mencionar las cámaras en miniatura, las
cámaras subacuáticas, las cámaras con sistemas anti-vibración.
Medios para la realización de cronometraje y las mediciones de velocidad,
altura, longitud. Sistemas automáticos de medición con una precisión de
milésimas de segundo. Estos sistemas nos permiten ver los resultados en los
paneles informativos de las competiciones instantes después de la finalización
de la prueba. Entre estos sistemas cabe mencionar el dispositivo de fotofinish, la incorporación del vídeo digital, el radar o los sistemas topográficos
adaptados a las mediciones de los lanzamientos y saltos.
Medios para el almacenamiento de datos de los deportistas. Los datos de los
deportistas son almacenados en bancos de datos informáticos, normalmente
para el uso de los periodistas; en ellos se reflejan sus datos personales, la
progresión de marcas o las declaraciones más destacadas.
Medios para la cuantificación de acciones técnico/tácticas en deportes de
equipo. Por ejemplo, estos sistemas se encargan de cuantificar el % de
posesión del balón, los metros recorridos por un delantero, el número de
faltas.
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Podríamos clasificar la tecnología aplicable por el entrenador o investigador en la
competición y el entrenamiento:
Competición:
• Registro de la actividad competitiva en deportes de resistencia cíclicos
• Registro de la actividad competitiva en deportes de velocidad
• Registro de la actividad competitiva en juegos deportivos
• Registro de la actividad competitiva en deportes de combate
• Registro de la actividad competitiva en deportes técnico-compositivos
Entrenamiento:
• Medios para el análisis del movimiento
• Medios para el análisis bioquímico
• Medios para la medición temporal de la ejecución
• Medios para la ayuda a la planificación y control del entrenamiento
• Medios para la medición de la fuerza y la potencia
• Medios para la medición de la flexibilidad
SISTEMAS DE MEDICIÓN, INSTRUMENTACIÓN Y NUEVAS TECNOLOGÍAS
Los grandes avances que se han observado durante los últimos años en el
análisis del movimiento humano se deben en parte al desarrollo que se ha
experimentado en los sistemas de instrumentación. El desarrollo de los ordenadores
también ha facilitado el desarrollo de la investigación en biomecánica. Esto ha
permitido, por ejemplo, que se puedan conectar varios instrumentos de medición al
ordenador con un programa apropiado, y que se puedan obtener registros, interpretarlos
imprimirlos casi de manera inmediata.
En la figura 1 pueden verse algunos de los instrumentos y métodos sencillos más
comúnmente usados en situaciones físico-deportivas. En los siguientes apartados se
tratarán con detenimiento los más utilizados en el análisis del movimiento humano
(Aguado, Izquierdo 1997).
DIRECTOS
Electrogoniómetro
Acelerómetro
Células fotoeléctricas
INDIRECTOS
Cinematografía y vídeo de alta
velocidad
Radiología y Radioscopia
Fotografía huella luminosa
Fotografía cronocíclica
CINEMÁTICOS
DINÁMICOS
OTROS
Plataforma de fuerzas
Plataformas de presiones
Calibrador de sujección
Dinamómetro
EMG
Ergometría
Antropometría (ecografía, balanza,
paquímetro...)
Figura 1. Instrumentación y metodología utilizada en el análisis biomecánico (a
partir de Aguado e Izquierdo, 1997)
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Asimismo, no sólo se han desarrollado los sistemas de instrumentación y registro de
diferentes señales (p.ej. plataformas de fuerza, plantillas de presiones, acelerómetros,
electromiografía, análisis cinemáticos 2D y 3D), sino que las nuevas tecnologías
también permiten integrar todas estas señales analógicas en sistemas digitales. Las
ventajas de esta posibilidad han permitido que:
1. Los valores de la señal continua, expresados en un rango de señal de voltaje (p.ej. 510 milivoltios) se puedan transformar en valores digitales o variables discretas, de
manera que a un valor de voltaje en un instante determinado le corresponde un valor
digital que se puede almacenar en la memoria del ordenador.
2. Se pueden registrar al mismo tiempo de manera sincronizada en tiempo real una
gran variedad de señales, por ejemplo de fuerza, electromigrafía, goniometría y una
señal analógica de vídeo en un golpeo de tenis o en un lanzamiento de disco. Esto
permite observar con gran facilidad la variación de una variable medida en la
propia ejecución y su relación con la misma.
3. Los datos obtenidos permiten cuantificar con precisión la evolución temporal de una
variable, pudiendo realizarse representaciones gráficas con facilidad.
4. Los datos pueden ser analizados por programas que permiten realizar una valoración
más objetiva.
5. Los datos son almacenados y pueden ser comparados con los nuevos registros.
En los siguientes apartados se tratarán con detenimiento los sistemas más
frecuentemente utilizados en el análisis del movimiento humano, con especial atención
sobre aquellos relacionados con la medida del tiempo y la posición (sistemas
cinemáticos).
ADQUISICIÓN DE DATOS CINEMÁTICOS
El estudio cinemático del movimiento se basa en el registro de desplazamientos
lineales y angulares, velocidad y aceleración. Existe una gran variedad de instrumentos
que permiten registrar estas variables, desde el más sencillo hasta el más complicado.
La mayoría de estos sistemas se basan en el cálculo del desplazamiento y el tiempo,
para posteriormente realizar los cálculos de la velocidad y aceleraciones.
1. Relojes y contadores de tiempo
En caso de que se necesite conocer el tiempo que tarda un cuerpo o un objeto en
moverse de un lado, se pueden utilizar diferentes tipos de relojes o contadores de
tiempo. Estos sistemas pueden iniciarse por el investigador o persona que realice el
análisis o automáticamente por el propio deportista en el momento que empieza el
movimiento. En la figura 2 se muestran dos tipos de instrumentos frecuentemente
utilizados para medir tiempos del desplazamiento de todo el cuerpo o de movimientos
de segmentos aislados. En la figura 2A se presenta una plataforma de contacto para
medir el tiempo de vuelo durante un salto con contramovimiento. Estos sistemas pueden
medir el tiempo de contacto en el suelo, el tiempo de vuelo durante acciones de salto o
incluso el tiempo de reacción ante una señal auditiva o sonora externa En la figura 2B
se presenta un sistema de medición de células fotoeléctricas. Cuando se corta la primera
barrera de células, al pasar el cuerpo entero, algún segmento o algún objeto que se lance
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o golpee el cronómetro empieza a funcionar. En el momento en que el cuerpo o los
objetos cortan las subsecuentes barreras, se registrarán los tiempos intermedios o finales
invertidos en recorrer la distancia entre las diferentes fotocélulas. En la Figura 2C se
presenta un sistema que combina la plataforma de contacto y las células fotoeléctricas
para medir tiempo de reacción ante un estímulo visual.
B)
A)
Figura 2. Sistema NEWTEST de
medición de tiempos de contacto y de
vuelo durante un salto vertical (A);
células fotoeléctricas para medir
velocidad de desplazamiento (B) y
sistema para medir el tiempo (C).
(www.newtest.com)
C)
2. Sistemas de cine, vídeo y análisis asistido por ordenador
En cuanto a la cinemática y la utilización de cámaras de vídeo o cine se puede,
por ejemplo, cuantificar el volumen, intensidad y ritmo de los desplazamientos de un
jugador de baloncesto, waterpolo, voleibol, tenis o balonmano (Lees A 2002, Lieberman
y cols. 2002, Hughes y Bartlett 2002, Yeadon 1994). Esto puede ser útil a la hora de
planificar los entrenamientos y saber si diferentes posiciones de juego de un mismo
deporte requieren un entrenamiento similar en cuanto a los desplazamientos. Mediante
cámaras de vídeo o cine también es posible estudiar la técnica deportiva con el fin de
buscar una técnica óptima, corregir pequeños defectos, buscar una mayor eficacia y
evitar lesiones.
Para ello, con una velocidad de filmación entre 100 y 150 fotogramas/segundo
es posible estudiar la mayoría de gestos deportivos. No obstante, estas velocidades de
filmación no las dan las cámaras de vídeo convencionales. El vídeo, que por un lado
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tiene innumerables ventajas, como la posibilidad de visionar inmediatamente la
película, el reducido espacio para el almacenamiento del material filmado o el bajo
precio de las cintas, tiene por otro lado las desventajas de su peor resolución espacial y
su alto coste (en caso de optar por cámaras especiales de alta velocidad).
La resolución temporal de las videocámaras de S-VHS ya nos da una resolución
temporal que en el sistema PAL es de 25 imágenes/segundo (50 campos/
frames/segundo), mientras que en el sistema americano NTSC se obtienen 30 imágenes
/segundo (60 campos/segundo), una resolución de 400 líneas frente a las 275 del VHS,
la posibilidad de filmar hasta a 1/10000 de velocidad de obturación y con un límite
inferior de 2 lux. Es una garantía para poder describir imágenes a cámara lenta o de
parada completa de una buena calidad, y por lo tanto presenta unas buenas posibilidades
para la observación. Sin embargo, estas resoluciones son correctas para el estudio de
gestos lentos, como la marcha humana o posturas, pero resultan limitadas para estudiar
de forma rigurosa gestos más rápidos como un golpeo de golf o una batida en el salto de
longitud.
En cuanto a la resolución espacial, el cine ofrece mejores resultados que el vídeo
al poder lograrse con el primero resoluciones de hasta 1/100 milímetros. La imagen
granulosa que se obtiene en una película de vídeo contrasta con la suavidad con que el
cine reproduce las formas y colores. De las 625 líneas en la reproducción que posibilita
un televisor convencional, el sistema de vídeo más frecuente en nuestro país –el VHS–
sólo aprovecha 275 líneas. En este sentido, si la resolución espacial fuera un elemento
crítico, convendría optar por el sistema S-VHS, que da una resolución de 400 líneas x
300 columnas. En la actualidad, la aparición del video digital podría resolver algunos de
los problemas de resolución y de velocidad de captura que tiene el sistema de vídeo
actual, pudiendo sustituir completamente a los medios cinematográficos.
Uno de los problemas de la filmación es la calidad de la imagen, ya que con ella
se realizarán paradas y manejos a bajas velocidades, lo que requiere una filmación a alta
velocidad de obturación.
En el momento de la filmación debe tenerse en cuenta:
1) Que cuando se quiera realizar un único estudio la filmación no presenta tantos
inconvenientes como cuando se quieren hacer comparaciones entre dos o más.
En el primer caso, un protocolo como el que se describe posteriormente puede
ser suficiente.
2) La toma global debe intentar la máxima información posible. Como norma
general y si se dispone de una sola cámara, ésta debe situarse de forma
perpendicular al movimiento a analizar. Se aconseja utilizar un trípode o soporte
con el objeto de que el movimiento de la cámara sea mínimo y se programe la
misma con anterioridad (enfoque, balance de blancos, velocidad de obturación,
día, hora...).
3) Las cámaras domésticas presentan ya opciones automáticas que facilitan
enormemente todo este proceso.
4) En el caso de querer hacer comparaciones entre dos filmaciones, se debe intentar
que los protocolos de las mismas sean lo más semejantes posible, atendiendo
principalmente a la posición de la cámara, la distancia de la misma al objeto de
filmación, el campo de enfoque y la posición del zoom.
5) De esta forma las filmaciones serán semejantes y los errores de observación
serán los que ofrezca el protocolo o los "errores sistemáticos" provocados por el
instrumento de medición, y no la interpretación del mismo.
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6) La filmación también puede cumplir otro tipo de objetivos, como puede ser el de
observación de una visión diferente de la acción a la que habitualmente suele
tener el entrenador, y que puede dar información complementaria importante de
cara a la corrección de errores.
7) Este tipo de filmaciones sirve como complemento, y en pocas ocasiones como
marcos de referencia global.
8) La tecnología nos ofrece la posibilidad de poder plasmar estas filmaciones en
papel, para lo cual se dispone de videoprocesadores o de las impresoras-vídeo.
Estos aparatos pueden realizar funciones de impresión múltiple donde en la
misma lámina aparecen varias imágenes diferentes y/o secuenciales.
9) Las imágenes secuenciales pueden ser programadas en un intervalo de tiempo o
imagen a imagen. También presentan la posibilidad de ampliar o de agregar
imágenes a diferente tamaño. Los costes de estas reproducciones se van
abaratando día a día, siendo en la actualidad inferiores al de una fotografía
normal (Aguado e Izquierdo 1997).
3. Análisis asistido por ordenador
En la actualidad, la síntesis entre el vídeo y el ordenador es cada vez mayor.
Existen programas donde de forma directa puede ser manipulada la imagen del vídeo en
el ordenador a través de las correspondientes tarjetas gráficas y el software adecuado.
En la actualidad ya hay programas informáticos a bajo coste que permiten
realizar estos análisis biomecánicos con diferentes funciones. En estos casos sólo se
necesita:
• Una cámara de vídeo (dos sí se quiere hacer el estudio tridimensional, y si es
posible, de alta resolución)
• Un magnetoscopio
• Una tarjeta de captura de vídeo
• Un ordenador
• Una importante disponibilidad de tiempo
Las posibilidades que presentan estos programa son las siguientes:
a) De cálculo cinemático:
Cinemática lineal:
Desplazamiento
Velocidad
Aceleración
V. componente vertical
V. componente horizontal
V. componente transversal
Cinemática angular:
Goniometría
Desplazamiento
Velocidad
Desplazamiento segmentario
Velocidad angular segmentaria
Estática: Centro de gravedad
Cinética: Momento angular
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b) Visión Gráfica
En la cual se puede programar la perspectiva que se quiera observar, pero
siempre con una representación alámbrica del deportista. A su vez, permite observar
cuantas veces se quiera a diferentes velocidades, con acciones hacia adelante, atrás y
paradas de imagen.
En el gráfico se puede observar una visión lateral de un estudio tridimensional
de un movimiento de golpeo del saque en paleta de cuero. Este es un extracto de 10
imágenes de un total de 188 (figura 3).
Figura 3. Representación, mediante monos alámbricos, del gesto técnico utilizado
durante un saque en la modalidad de paleta de cuero en el deporte de la pelota vasca
El problema esencial de este tipo de análisis y otros similares es, por un lado, el
coste relativamente elevado del material a utilizar, aunque se van disminuyendo. Por
otro, el tiempo total necesario desde la filmación hasta la presentación de los datos se
hace largo, y si la introducción de los datos es manual todavía es mayor, con gran
número de errores, lo que, si bien tiene posibilidades de corrección, hace que el tiempo
a utilizar sea elevado convirtiéndose en una labor ardua de realizar y de valor discutible
para una observación informativa.
El problema de la digitalización se va resolviendo, bien de forma manual
(digitalizando 21 puntos articulares por imagen), bien de forma automática, donde,
partiendo de la colocación de puntos reflectantes, el ordenador puede seguir de forma
automática y registrar los datos adelantando de forma espectacular la toma de los
mismos.
Estas técnicas son desarrolladas por los laboratorios de biomecánica de los
diferentes INEF en función de sus posibilidades, y en particular por el Instituto de
Biomecánica de Valencia. En la figura se muestra un ejemplo del programa de análisis
KINESCAN desarrollado por el Instituto de Biomecánica de Valencia para el análisis
cinemático (Figura 4).
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Figura 4. Programa Kinescan para el análisis de la imagen (versión demostración
gratuita en http://www.ibv.org).
Una aplicación de este tipo de análisis se puede observar en el estudio realizado
por Ferro y col. (2000), donde analizaron los lanzamientos de los mejores lanzadores de
disco españoles, filmando el movimiento en dos planos con cámaras de alta velocidad, a
una frecuencia de 100 fotogramas por segundo. En la figura 5 se presenta un ejemplo de
la seriación del lanzamiento de disco. En la figura 6 se presenta la gráfica de las
velocidades de disco, hombro y cadera en las tres últimas fases del lanzamiento de
disco, y en la figura 7, la gráfica de la trayectoria del disco en el plano horizontal y la
situación de los pies en el lanzamiento del disco.
Figura 5. Seriación del modelo (a partir de Ferro y col., 2001)
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DPI
APD
API
DD
Velocidad m/sg
20
15
10
5
0
1.05
1.10
1.15
1.20
1.25
1.30
1.35
1.40
1.45
1.50
1.55
1.60
Tiempo sg
DISCO
HOMBRO
CADERA
Figura 6. Gráfica de las velocidades de disco, hombro y cadera en las tres últimas fases
del lanzamiento de disco (Ferro y col. 2000).
D IS C O (A P I)
D IS C O (D D )
P IE D E R E C H O :
P IE IZ Q U IE R D O :
x (In ic io )
x (I n ic io )
(A P I)
(A P I)
Eje Frontal-Horizontal (Lateral) X m
0 .0 0
0 .5 0
1 .0 0
1 .5 0
2 .0 0
2 .5 0
0 .0 0
0 .5 0
1 .0 0
1 .5 0
2 .0 0
2 .5 0
3 .0 0
3 .5 0
4 .0 0
4 .5 0
5 .0 0
E je S a g ita l-H o r iz o n ta l (A n te r o p o s te r io r ) Y m
Figura 7. Gráfica de la trayectoria del disco en el plano horizontal y situación de los pies
en el lanzamiento del disco (Ferro y col. 2000).
4. Programa de análisis ATD
Dentro de los programas más sencillos de operar en dos dimensiones se
encuentra el programa de análisis cinemático ATD, desarrollado por Francisco García y
Raúl Arellano a iniciativa del COE. Esta aplicación informática, junto con una tarjeta
de captura de vídeo y un magnetoscopio, puede ser de gran utilidad para que los
entrenadores realicen rápidos y sencillos análisis técnicos de sus deportistas. Con esta
aplicación una vez capturados los fotogramas que se desee analizar se podrá 1) medir
distancias, 2) ángulos a partir de dos puntos y una referencia, o a partir de tres puntos,
3) realizar dititizaciones con modelos de 13 ó 21 puntos, 4) dititizaciones de trayectorias
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de puntos articulares aislados, o 5) realizar cálculos de trayectorias del centro de
gravedad (Figura 8).
Figura 8. Programas de análisis cinemático ATD (a partir de Arellano y García)
Todo estudio cinemático de una técnica deportiva va asociado al empleo de un
modelo de ser humano, compuesto por un determinado número de articulaciones y
segmentos. Cuando no son necesarias más que dos dimensiones, basta con utilizar una
cámara en el estudio, mientras que cuando se necesita representar el gesto en las tres
dimensiones espaciales, se hace imprescindible el uso de un mínimo de dos cámaras. En
este último caso, una vez realizado el proceso de entrada y computación de datos, es
posible ver la evolución del gesto desde cualquier lugar del espacio, en el monitor del
ordenador. En algunos equipos incluso se puede dar volumen y textura al modelo
utilizado, ambientándolo también en un determinado escenario, verlo evolucionar en
tiempo real, comparar varias ejecuciones a la vez y realizar simulaciones (Figura 9).
Figura 9. Representación 3D, análisis biomecánico de lanzamiento de peso
(realizado por I. Tome, 1998, Unidad de Imagen de la Universidad de León)
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Otra de las aplicaciones del análisis cinemático a la competición se muestra en el
estudio realizado por la Unidad de Biomecánica del Centro de Alto Rendimiento y de
Investigación en Ciencias del Deporte (CARICDD): se analizaron en el Campeonato del
Mundo de Atletismo Sevilla’99 las pruebas finales de 100, 200 y 400m lisos femeninos
y masculinos, utilizando técnicas de fotogrametría 2D, filmando con cámaras analógicas
de 50Hz y cámaras digitales de alta velocidad (Ferro y col., 2001). En la figura 10 se
presenta el esquema de colocación de las cámaras para la filmación de los 100 y los 400
metros lisos.
S A L ID A
10m .
20m .
30m .
40m .
50m .
60m .
70m .
80m .
90m .
100m .
10 0 m .
( 1 0 m .)
C á m ara s
d ig i ta le s
C á m a ra s
d i g it a le s
C á m a ra 1
C á m ara 2
C á m a ra 3
200m.
C á m a ra 4
C á m a ra 5
C á m ara 6
300m.
250 m.
400 m.
(50 m.)
Cámara 1
150 m.
350 m.
Cámara 5
100m.
Cámara 4
CámarasCámara 7
digitales
Cámara 6
400 m.
Y
llegada
50 m.
Cámaras
digitales
Cámara 3
Cámara 2
Cámara 8
Figura 10. Esquema de colocación de las cámaras para la filmación de los 100, 200 y
400. Unidad de Biomecánica Deportiva (CARICD-CSD) (a partir de Ferro y col., 2001)
Los informes contenían, entre otros, los tiempos parciales de cada corredor en
tramos de 10 (para carreras de 100m) y 50m (para carreras de 200 y 400m); tiempos
acumulados en cada tramo; tiempos parciales en porcentajes de cada tramo parcial;
velocidades medias de cada tramo parcial y de la carrera completa. En la figura 11 se
presentan los datos individuales de los tiempos de paso cada 10 metros en la final
masculina de 100m lisos. El tiempo oficial mínimo lo obtuvo Maurice Greene (USA),
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con 9,80s. El segundo clasificado, Surin, posee unos parciales menores que Green hasta
los 50 metros, en que éste obtiene una diferencia de 4 centésimas (Figura 11).
TIME INTERVALS
The values for interval 0-10m don't include the official reaction time.
100m. FINAL MEN
1020m.
2030m.
3040m.
4050m. 50-60m. 60-70m. 70-80m. 80-90m.
90100m.
OFFICIAL
TIME
0.85
0.86
9.80
0.86
0.86
0.88
9.84
0.87
0.89
0.89
0.90
9.97
0.86
0.86
0.88
0.88
0.88
10.00
NAME
0-10m.
GREENE, Maurice
(USA)
1.73
1.03 0.92 0.88 0.86
0.84
0.85
0.85
SURIN, Bruny (CAN)
1.75
1.00 0.91 0.89 0.85
0.85
0.86
CHAMBERS, Dwain
(USA)
1.73
1.02 0.92 0.90 0.86
0.85
THOMPSON, Obadele
(BAR)
1.77
1.02 0.92 0.91 0.88
HARDEN, Tim (USA)
1.73
1.02 0.92 0.90 0.89
0.86
0.87
0.89
0.89
0.91
10.02
MONTGOMERY, Tim
(USA)
1.76
1.04 0.93 0.89 0.89
0.86
0.87
0.88
0.89
0.89
10.04
GARDENER, Jason
(GBR)
1.77
1.02 0.92 0.90 0.89
0.87
0.88
0.89
0.89
0.90
10.07
STREETE-THOMPSON,
Kareem (CAY)
1.80
1.02 0.94 0.90 0.90
0.88
0.88
0.89
0.93
0.93
10.24
Figura 11. Tabla de intervalos de tiempo en tramos de 10m (100m masculinos). Unidad
de Biomecánica Deportiva (a partir de Ferro y col., 2001)
En la figura 12 se presentan las velocidades medias en intervalos de 10 m. La
velocidad media más alta registrada fue la conseguida por Greene, 11,90 m/s, que la
logra en el tramo entre 50 y 60 m. Ningún atleta baja de 11,36 m/s en sus mejores
tramos, y se alcanzaron velocidades medias de carrera de entre 9,77 y 10,20 m/s.
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Figura 12 Gráficas de velocidad en intervalos de 10m (100m masculino) (a partir de
Ferro y col, 2001)
APLICACIONES DE LA EVALUACIÓN AL ENTRENAMIENTO DEPORTIVO
La fuerza en el deporte: fuerza aplicada
La fuerza que medimos en el deporte es el resultado de la interacción de dos
fuentes de fuerza: las fuerzas internas, generadas por la musculatura, y las fuerzas
externas, generadas por el peso a vencer, la resistencia al desplazamiento y el
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movimiento de los cuerpos. De la interacción entre ambas fuerzas surge la fuerza
aplicada, que es lo que nos interesa controlar. La fuerza aplicada, por tanto, es la
manifestación externa de la tensión interna generada en el músculo (González-Badillo,
2000, González-Badillo y Serna, 2002).
En un mismo sujeto, la fuerza aplicada depende del tiempo disponible para
aplicar fuerza o de la velocidad a la que se desplaza la resistencia. El tiempo disponible
para aplicar fuerza se reduce a medida que se mejora el rendimiento (mayor nivel
deportivo). Esto significa que la velocidad a la que hay que aplicar fuerza aumenta a
medida que se mejora el rendimiento. Por tanto, la clave de la mejora del rendimiento
en una gran mayoría de las acciones deportivas no está en la mayor capacidad de aplicar
fuerza ante una carga máxima –aunque esto pueda ser positivo y necesario en la
mayoría de los casos–, sino en la mejora de la capacidad de producción de fuerza en la
unidad de tiempo (lo que debe entenderse en el argot deportivo como mejora de la
fuerza explosiva, que, además, en este caso, sería ante la carga específica de
competición). Teniendo en cuenta, por otra parte, que los tiempos disponibles para
aplicar fuerza han de ser necesariamente cada vez más pequeños. Esta fuerza aplicada
en las condiciones específicas de tiempo y velocidad será la fuerza útil del sujeto,
entendida como la fuerza que aplica el sujeto en el gesto específico de competición, y
sería la expresión de la fuerza explosiva específica. El criterio de referencia para
controlar el efecto del entrenamiento será precisamente la evaluación de la fuerza útil o
fuerza explosiva específica, por eso es tan importante poder medirla.
Para alcanzar la máxima producción de fuerza en la unidad de tiempo (fuerza
explosiva máxima en el argot deportivo) es necesario llegar a aplicar aproximadamente
al menos el 30% de la fuerza isométrica máxima (FIM) que se alcanzaría en el propio
gesto con el que se mide la fuerza. Una vez alcanzado este valor de fuerza, la
producción de fuerza en la unidad de tiempo decrece de manera continua. Esta acción
no necesariamente ha de ser dinámica, sino que puede ser estática (isométrica). Por
tanto, no se debe identificar fuerza explosiva con velocidad de movimiento, aunque
exista relación entre ambas: si la velocidad es muy elevada (resistencias <25-30% de la
FIM), la fuerza explosiva máxima no se puede alcanzar; sin embargo, si la resistencia es
>30% de la FIM (velocidad progresivamente decreciente), la fuerza explosiva máxima
permanece teóricamente estable, porque en todos los casos se ha alcanzado ya el 30%
de la FIM. Si la acción es dinámica y la fuerza mínima aplicada para alcanzar la fuerza
explosiva máxima ha de ser ≥30% de la FIM, la fuerza explosiva máxima se producirá
siempre en la fase estática o isométrica del movimiento, es decir, antes de que se inicie
el desplazamiento de la carga. Por tanto, aunque la velocidad sea cero (resistencia
insuperable), la fuerza explosiva puede ser la máxima.
La fuerza acelerativa
La fuerza aplicada determina la velocidad que se alcanza en un movimiento, ya
que la velocidad del movimiento está en relación directa con el porcentaje en que la
fuerza aplicada supera a la fuerza que representa la propia resistencia a vencer. Pero
hemos de tener en cuenta que cuando las cargas no son máximas o próximas a las
máximas, existe un porcentaje del espacio recorrido en el desplazamiento en el que en
lugar de acelerar o “empujar” la carga, la “frenamos” de manera involuntaria e
inevitable, produciéndose una fase desacelerativa. La magnitud de la fase desacelerativa
está en relación directa con la velocidad del movimiento y en relación inversa con la
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magnitud relativa de la carga. Por tanto, cuanto más fuerte y potente sea el sujeto ante
una misma carga, mayor será (se produce durante más tiempo y espacio) la fase
desacelerativa, con lo que los valores de fuerza, velocidad y potencia media alcanzados
en el total del movimiento no representarán fielmente la capacidad actual del sujeto, ya
que se verán mermados por el efecto de una fase desacelerativa muy amplia. Esto
significa que para una mejor evaluación lo más adecuado es considerar sólo los valores
correspondientes a la fase acelerativa.
La carga con la que se alcanza la máxima potencia
Es generalmente aceptado que la máxima potencia se alcanza cuando se desplaza
una carga equivalente al 30% de la fuerza isométrica máxima, pero si se toma como
referencia el valor de 1RM, no está tan claro cuál es esta carga. Últimamente se han
dado valores muy dispares, que oscilan entre el 10 y el 80% de 1RM, pero en ningún
caso se han considerado dos indicadores determinantes en relación con los valores de
máxima potencia, como son la velocidad con la que se alcanza la máxima potencia y la
velocidad con la que se alcanza la RM en el ejercicio objeto de estudio.
Después de medir la potencia en distintos grupos de deportistas en algunos de
los ejercicios de uso más habitual y que constituyen la base de la mayoría de los
entrenamientos de fuerza, hemos encontrado que la máxima potencia se produce con
porcentajes muy distintos de 1RM. Los datos aparecen en la siguiente tabla.
Ejercicios
Velocidad media
(m/s)
% de 1RM
Velocidad (m·s-1)
con 1RM
Arrancada (n = 26)
Cargada de fuerza
(n = 25)
Sentadilla (n = 36)
1,15 (± 0,12)
91 (± 5,6)
1,04 (± 0,09)
1,09 (± 0,1)
87 (± 6,7)
0,9 (± 0,08)
0,76 (± 0,09)
65 (± 7,6)
0,31 (± 0,07)
Press banca (n = 32)
1,15 (± 0,1)
40 (± 5,5)
0,2 (± 0,05)
Tabla I. Valores medios de velocidad media y % de 1RM con los que se alcanza la
máxima potencia en distintos ejercicios. También se incluye la velocidad con la que se
alcanza la RM en cada ejercicio (González-Badillo, JJ., 2000).
La primera observación interesante que se deriva de estos datos es que el
porcentaje con el que se alcanza la máxima potencia oscila entre el 40 y el 91% según
los ejercicios, con sus correspondientes oscilaciones (variabilidad), que vienen
expresadas por las desviaciones típicas. Por tanto, no tiene sentido decir que para
alcanzar –y entrenar– la máxima potencia en cualquiera de estos ejercicios ha de
utilizarse el 30% de 1RM.
En segundo lugar podemos observar que, a pesar de que los porcentajes con los
que se alcanza la máxima potencia son muy dispares, la velocidad media es muy
semejante para todos. Es sorprendente que dos ejercicios tan distintos como la arrancada
y el press de banca, que alcanzan su máxima potencia al 91 y al 40% respectivamente,
lo hagan a la misma velocidad (1,15 m·s-1) y con una variabilidad también muy
semejante. Como se ve, lo que tienen en común estos ejercicios –y por tanto, lo que se
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debe tomar como referencia para entrenar y medir la máxima potencia–, no es tanto el
porcentaje como la velocidad, que, como se puede observar, debe ser muy próxima a 1
m·s-1.
Por último, debemos llamar la atención sobre la velocidad con la que se alcanza
la RM y su relación con el porcentaje con el que se alcanza la máxima potencia. Cuanto
mayor sea la velocidad a la que se alcanza la RM, mayor es el porcentaje de 1RM con el
que se alcanza la máxima potencia. Existe una altísima correlación entre estas dos
variables (r = 0,94), aunque no sea estadísticamente significativa (p = 0,06), debido al
reducido número de casos (4).
Estas observaciones, además de informarnos sobre las características de la
producción de la máxima potencia, también indican que –según el ejercicio con el que
se entrene–, un mismo porcentaje significa una magnitud y un tipo de carga muy
diferentes, y que para obtener el mismo efecto hay que emplear porcentajes distintos.
Se ha especulado con la posibilidad de que el porcentaje de 1RM con el que se
alcanza la máxima potencia tenga relación con el nivel deportivo o con el valor de la
RM, así como con el tipo de entrenamiento realizado y la forma física del sujeto en el
momento de hacer la medición, que se manifiesta a través del déficit de fuerza.
Nosotros hemos encontrado (González-Badillo, datos no publicados) una
relación negativa significativa en cuatro grupos de deportistas de distinta capacidad de
salto entre el valor del CMJ y el porcentaje de la velocidad máxima de despegue con el
que se alcanza la máxima potencia (r = -0,094; p < 0,05) y entre el CMJ y el porcentaje
del CMJ sin carga con el que se alcanza la máxima potencia (-0,92; p < 0,05).
Se ha observado que la velocidad a la que se alcanza la máxima potencia está
entre el 30 y el 40% de la velocidad absoluta (velocidad sin carga) medida en fibra
aislada. En ciertas acciones deportivas o ejercicios de entrenamiento y de evaluación,
como el press de banca, hemos podido comprobar que esta relación se cumple. La
potencia media se ha alcanzado con el 36,3% de la máxima velocidad media (velocidad
sin carga), y la potencia máxima con el 32,8% de la velocidad máxima (velocidad sin
carga).
Velocidad con cada tanto por ciento de 1RM
Generalmente se utilizan los porcentajes de 1RM para dosificar y expresar el
entrenamiento, pero este valor de referencia es poco preciso y supone un alto riesgo de
llegar a realizar entrenamientos con cargas muy distintas a las que se programan, dado
que el valor real de 1RM puede oscilar notablemente en los distintos días de
entrenamiento. Sin embargo, la velocidad con la que se alcanza cada porcentaje de 1RM
es muy estable. Por tanto, si se puede medir la velocidad, ésta sería la mejor referencia
para dosificar las cargas de entrenamiento y para controlar la evolución de la condición
física sin necesidad de realizar un test de 1RM En las siguientes tablas se indican los
valores de velocidad y los correspondientes valores de 1RM en dos ejercicios
(González-Badillo, datos no publicados)
Velocidad (m/s)
Porcentaje de 1RM
Velocidad (m/s)
Porcentaje de 1RM
1.35 1.3 1.25 1.2 1.15 1.1 1.05
1 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75
29.9 32.8 35.7 38.6 41.6 44.5 47.4 50.3 53.3 56.2 59.1 62.1
65
0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.16
68 70.9 73.9 76.8 79.8 82.8 85.8 88.7 91.7 94.7 97.7 100
Tabla II. Porcentajes de 1RM correspondientes a cada valor de velocidad en el ejercicio
de press de banca
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Velocidad media (m/s)
Porcentaje de 1RM
0.3 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.36 0.37 0.38 0.39 0.4 0.41
99.2 98.9 98.5 98.1 97.7 97.3 96.9 96.5 96.1 95.6 95.2 94.8
Velocidad media (m/s)
Porcentaje de 1RM
0.42 0.43 0.44 0.45 0.46 0.47 0.48 0.49 0.5 0.51 0.52 0.53
94.3 93.9 93.4 92.9 92.5 92 91.5 91 90.5 90 89.5 89
Velocidad media (m/s)
Porcentaje de 1RM
0.54 0.55 0.56 0.57 0.58 0.59 0.6 0.61 0.62 0.63 0.64 0.65
88.4 87.9 87.3 86.8 86.2 85.7 85.1 84.5 83.9 83.3 82.7 82.1
Velocidad media (m/s)
Porcentaje de 1RM
0.66 0.67 0.68 0.69
81.5 80.9 80.3 79.6
Velocidad media (m/s)
Porcentaje de 1RM
0.78 0.79 0.8 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89
73.6 72.9 72.2 71.4 70.7 70 69.2 68.5 67.7 67 66.2 65.4
Velocidad media (m/s)
Porcentaje de 1RM
0.9 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99
1
64.6 63.9 63.1 62.2 61.4 60.6 59.8 59 58.1 57.3 56.4
0.7 0.71 0.72 0.73 0.74 0.75 0.76 0.77
79 78.3 77.7 77 76.3 75.7 75 74.3
Tabla III. Porcentajes de 1RM correspondientes a cada valor de velocidad en el ejercicio
de sentadillas
La potencia en sentadilla y la velocidad en 20-50 metros
En nuestras observaciones hemos encontrado que la potencia media acelerativa
en sentadillas explica entre el 50 y el 70% de la varianza de la velocidad desde 20 a 50
metros.
La potencia media acelerativa que alcanza el sujeto cuando levanta un peso
equivalente a su propio peso corporal explica entre el 35 y el 48% de la varianza de la
velocidad desde 20 a 50 metros.
A continuación presentamos los resultados obtenidos con corredores
especialistas en velocidad (González Badillo y Requena, datos no publicados).
Relación entre potencia media acelerativa en sentadilla y velocidad
(n = 16-18;
**: p<0,001)
Sin carga
20m = 0,7**; 30m = 0,79**; 40m = 0,81**; 50m = 0,84**
Con trineo (9kg)
20m = 0,78**; 30m = 0,82**; 40m = 0,83**; 50m = 0,84**
Con trineo más 5kg
20m = 0,82**; 30m = 0,83**; 40m = 0,86**; 50m = 0,85**
Con trineo más 10kg
20m = 0,86**; 30m = 0,86**; 40m = 0,88**
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Relación entre potencia media acelerativa en sentadilla
con
la carga equivalente al peso corporal y
velocidad
(n = 16-18;
*: p<0,05; **: p<0,001)
Sin carga
20m = 0,59*; 30m = 0,63**; 40m = 0,64**; 50m = 0,69**
REFERENCIAS
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