Estudio sobre

la marcha humana • • •• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 1

Carlos Arturo Bohórquez Ávilo

1NTRODUCCIÓN Lo marcho humano es uno de los acciones más complicados que efectúo el cuerpo, rozón por lo cua l es importante realizar estudios que nos ayuden a comprender mejor el mecan ismo de desplazamiento. Este conocimiento es la base del tratamiento sistemático de algunas enfermedades, así como del mane jo de lo marcho humano con patología, especialmente cuando se manejan prótesis y ortesis, en este campo puede ser muy utilizado en diversas aplicaciones en el país, debido a diversos causas como son: las enfermedades epidemiológicas, los accidentes y la violencia . En la mayoría de los casos acceder a una prótesis trae uno serie de problemas asociados. Lo forma en la que se diseñó es generalmente, por su procedencia, fabricada con relaciones antropométricas diferentes a las de la población colombiana . Es importante entonces trabajar en la investigación y desarrollo de elementos mecánicos que puedan suplir con mejor eficiencia los miembros perdidos, buscado que éstos sean fabricados en nuestro país. Esto investigación busco aportar a este conocimiento, realizando un análisis cinemático y cinético de la marcha humana normal en tres dimensiones mediante la creación de un modelo matemático que simule los movimientos corporales, empleando un equivalente mecánico conformado por eslabones y juntos cinemáticas que semejan las medidas antropométricas de las personas a los que se les aplique el modelo. Por último, el modelo se compara con el análisis de marcha humana realizado en el Instituto de Ortopedia Infantil Roosevelt, en su laboratorio de marcha, contribuyendo de esta manera al bienestar de las personas con diversas patologías.

Ingeniero Mecánico de lo Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. Magíster en Materiales Procesos de Manufaclura de la Universidad Nacional de Colombia. Magíster en Métodos Numéricos para el Diseño en Ingeniería, de la Universidad Politécnica de Cataluña. Director del Programa de Ingen iería Mecánica de la Universidad Libre.

l . Definición de marcha "La marcha humana es un proceso

por ambas piernas; cuando menos un pie está en contacto con el suelo mientras el otro se balancea hacia

de locomoción en el cual el cuerpo humano en posición erguida, se desplazo hacia delante o atrás siendo

delante como preparación al siguiente apoyo" 1; podría pensarse entonces que es un movim iento

su peso soportado alternativamente

periódico.

HUAN, Quina; YOKOI, Kazuhito. P/onning Walking Potterns for a biped Robot. Vol. 17. No. 3. Junio de 2001, págs. 280-288.

l i.t

INVESTIGACIÓN Y TECNOLOGÍA

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1 .1 Ciclo de marcha y sus fases 2

Figura 1. Ciclo de marcha, se pueden apreciar que el ciclo inicia y finaliza con el contacto del ta lón 3

Durante un ciclo de marcha completo cada pierna pasa por una fase de apoyo durante la cual el pi e se encuentra en contacto total o parcialmente con el suelo, seguido por una fase de oscilación, en la cual el pie se encuentra en el aire, al tiempo que avanza. La fase de apoyo

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

comienza cuando el talón está en contacto con el suelo y finaliza cuando los dedos pierden el contacto

¡~:----------11~¡~

con él; la fase de oscilación transcurre

Contacto del Talón

Fase de Apoyo

80%

90%

100%

~¡ Fase de Balanceo

Despegue de los dedos

Contacto del Talón

desde cuando el antepié se despega del suelo hasta cuando el pie se apoya en el talón nuevamente, como

en el cual ambas extremidades se

lo muestra la Figura 1.

encuentran apoyadas; este apoyo doble hace la diferencia entre el

El desarrollo del ciclo de marcha está

Para el estudio del cuerpo humano

correr y el andar. La fase en la que

marcado por una serie de etapas que

y con el fin de brindar una orientación

las dos extremidades están en

se pueden relacionar de la siguiente manera:

contacto con el suelo es aproximadamente de un 1 0% del

lógica y fácil de entender, éste se ha divido en tres p lanos que se consideran perpendiculares. Ést os son el sagital, el transversal y el

ciclo total de la marcha. • •

Contacto talón suelo. Apoyo completo de la planta del pie.

•

Despegue del talón.

• • •

Despegue de los dedos. Oscilación de la pierna. Contacto talón suelo.

En general la duración de las fases son tomadas por la mayoría de la literatura consultada como un porcentaje del ciclo total; para la fase de apoyo también conocida como fase ortostática 4 se tiene un valor

1 .2 Métodos del estudio de la marcha

1 .3 Pla nos de referencia

frontal. Estos planos se han definido de acuerdo a una orientació n

cardinal, siendo ortogona les y co n una intersección común en el centro

La locomoción humana ha tenido dos métodos de investigación: uno es la cinemática que describe los movimientos del cuerpo en conjunto y los movimientos relativos de las partes del cuerpo durante las diferentes fases de la marcha, y el otro es del área de la cinética que se refiere a las fuerzas que producen el movimiento . Las fuerzas de mayor

de gravedad de l cuerpo humano. El plano frontal divide el cuerpo en mitad anterior y mitad posterior, por lo tanto es el plano en que se realizan los movimientos de cara. El plano sagital divide el cuerpo en mitad derecha y mitad izquierda y es el plano en que se realizan los movimientos de perfil. El plano horizonta l o coronal, como también

estándar de 60%, y 40% restante para la fase de oscilación. La Figura 2 muestra cómo durante la marcha

cuerpo en la marcha normal, son aquellas debidas a la gravedad y la

se le conoce, divide el cuerpo en mitad superior y mitad inferior. En este p lano se realizan los movimientos

normal existe un período de tiempo

reacción con el suelo.

vistos desde arriba o desde aba jo.

influencia en los movimientos del

PRAT, Joime y SÁNCHEZ-lACUESTA, Javier. Biomecónico de lo marcha humana normal y patológica. Madrid: Ed. Instituto de Va lencia. 1999, págs. 32-50. http:/~oand.¡u;.om/llilli'S.Li.mcorn.e.rLlibraryL.or!.eska/l.l.0..:..0.2..pdf, agosto 1 de 2006.

lAUDON, Janic; BELL, Stephonia y JHONSTON, Jane. Guía de Valoración Ortopédica Clínica. Editorial Paidotribio. 2001 , pág. 222 .

2 . Análisis cinemático de la marcha humana

Figura 2 . Secuencia de las etapas de apoyo y balanceo d urante lo marcha

BALANCEO IZQUIERDO APOYO DERECHO

Un análisis de este tipo describe los movimientos del cuerpo en conjunto y los movimientos relativos de las partes

APOYO IZQUIERDO BALANCEO DERECHO

del cuerpo dura nte los d iferentes foses de lo marcho huma no independiente

Apoyo

de las fuerzas que se causan durante

Doble

A poyo Sencillo

Apoyo

Apoyo Sencillo

Doble

A p oyo Dob le

el ciclo, con este análisis es posible encont ra r lo posición, velocidad y aceleraciones de codo uno de los elementos que componen el sistema poro codo instante de tiempo. Para describir el sistema de movim iento existen dos tipos de ecuaciones: las ecuaciones de restricción que denotan la relación entre los eslabones y son representadas por (/}< (q,t); también conoc idos como restricciones de posición y que dan lo definición geométrica de los movimientos permisibles por el sistema, si las unimos con las de accionamiento tenemos un sistema de restricciones que viene dado por el vector:

(l)

({)(q,t)=[