Análisis de Movimiento Humano: De la fascinación al estudio del Control Motor Equipo de Análisis del Movimiento Humano UDLA Klgo. Leonidas Arias P., Klga. Andrea Lira B., Klgo. Eduardo Vega G. 2012. Objetivos •
Definir Análisis de Movimiento
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Comprender los límites y diferencias de cada nivel de evaluación.
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Definir el concepto de Control Motor
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Establecer las diferentes teorías del Control Motor
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Recordar conceptos de fisiología muscular
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Analizar participación de las Unidades Motoras durante la contracción muscular
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Diferenciar el concepto de movimiento versus contracción muscular
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Conocer el aporte de distintos pensadores a la evolución del control motor.
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Definir el concepto de grados de libertad
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Determinar la implicancia del concepto de Redundancia motora y
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Variabilidad motora
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Establecer las soluciones propuestas ante el Problema de Bernstein
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Definir el concepto de Coordinación
“El Sistema Nervioso Central, nada sabe de músculos, sólo sabe de movimientos” J. Hughlinngs Jackson, 1889. __________________________________________________________________
A lo largo del tiempo el hombre ha manifestado su fascinación por el movimiento y su interés por comprender los sistemas y procesos que posibilitan la amplia capacidad de movimiento de su cuerpo. En la búsqueda de información al respecto, surge el análisis de movimiento como un procedimiento que pretende separar las partes de éste, para conocer los principios y elementos que posibilitan los diferentes cambios de posición del cuerpo humano. El análisis de movimiento no es un tema actual, ya en la Antigua Grecia, Aristóteles (348-322 AC) estudiaba el cuerpo de los animales como sistemas mecánicos. Leonardo Da Vinci (1452-1519), en sus dibujos anatómicos describió la mecánica de la bipedestación, marcha en descenso y ascenso, levantamiento desde sentado y salto. Galileo Galilei (1564-1643) hizo los primeros intentos por analizar matemáticamente la función fisiológica, y Borelli (1608-1679) apoyado en dicho trabajo dibujó fuera de las articulaciones las fuerzas requeridas para el equilibrio del cuerpo.
Algo más tarde Newton publicó las Leyes del Movimiento y con esto se determinó la posición del centro de gravedad humano. Muybridge (1830-1904) es el primero que logra disecar el movimiento humano y animal a través de una secuencia fotográfica.
Luego Marey (1830-1904) utilizó científicamente ésta técnica para correlacionarla con la fuerza de reacción del suelo, hito que marca el inicio del análisis de movimiento Moderno. Durante el siglo XX hubo grandes avances tecnológicos, lo que permitió que el acervo de conocimiento aumentara considerablemente. Un ejemplo de ello es Mary Patricia Murray (1925-1984) quién adaptó una técnica de fotografía en ambientes sin luz y desarrolló un método de medición de patrones de movimientos durante marcha humana aplicable desde niños hasta adultos mayores, el cual posibilitó la medición de patrones de marcha normal y anormal. Por otra parte, entre 1970 y 1981 se realizaron estudios acerca del vector de fuerza de reacción del suelo, como los desarrollados por Antonio Pedotti; además los estudios de electromiografía (EMG) de Carlo De Luca han entregado datos fundamentales para entender el vínculo entre fisiología muscular, fuerza y movimiento.
D. A. Winter plantea que una evaluación tiene el propósito de conducir a una decisión respecto al movimiento humano, y que toda evaluación debe ser precedida por una fase de descripción y una de medición.
Así, Winter propone tres niveles de evaluación. Un primer nivel es la observación directa, la cual implica medidas subjetivas y generalmente muy difíciles o imposibles de comparar con otras obtenidas previamente. El observador cumple la tarea de observar, describir en un documento lo que ha visto, monitorear los cambios y analizar la información para diagnosticar las causas. El segundo nivel de evaluación involucra la realización de mediciones durante el movimiento del paciente, lo cual permite una presentación conveniente de los datos, posibilitando de paso cuantificar los cambios, realizar análisis simples que conduzcan a un diagnóstico más objetivo. En el tercer y más alto nivel se encuentra en “Análisis” en términos de la Biomecánica, el cual es extremadamente poderoso en diagnosticar la causa exacta del problema, comparar con datos de población normal y monitorear detalladamente los cambios en el tiempo (disección del movimiento).
El análisis de movimiento persigue entender las causas y elementos que posibilitan y condicionan el movimiento humano, y el área del conocimiento que aborda es la denominada “Control Motor”. En la actualidad el concepto de Control Motor ha aparecido reiteradamente en diversas revistas, libros, conferencias, etc. Denotándonos la importante participación que posee éste en nuestro quehacer clínico o tal vez demostrándonos la precaria y confusa información que se posee al respecto, en cuanto a su definición y conceptos asociados. Cuando hablamos de Control Motor, hacemos referencia al estudio de la causa y naturaleza del movimiento (A. Shumway-Cook/ M. Woollacot) Área de mucho interés en la neurociencia, razón por la cual el control motor parce estar relacionado únicamente con ésta. Es por eso que erróneamente la mayoría de los estudiantes y profesionales cree que control motor es sinónimo de neurología, excluyendo otras áreas que también le conforman. Según Mark Latash, en el articulo de Motor Control: The Heart of Kinesiology, podemos observar que el termino control motor posee como su nombre lo dice, dos componentes, Control y Motor. La parte motora se basa en la anatomía, fisiología muscular, y física (particularmente con la mecánica) mientras que la parte de control se basa en la neurofisiología, psicología y matemáticas (en particular con la teoría de control). Concluye finalmente que el control motor es el corazón de nuestras competencias profesionales, definición que por mi parte me parece bastante interesante y digna de análisis. Durante siglos, el movimiento voluntario se ha dicho que era impulsado por el alma, afirmación no muy atractiva para los científicos del siglo XIX. Debido a esto, comenzaron a establecer diversas teorías con respecto al control motor, estableciéndose en una primera instancia que el movimiento es consecuencia de circuitos reflejos (Sherrington y Pavlov), teoría que dominó el pensamiento neurofisiológico por más de medio siglo.
No conformes con la teoría, Graham Brown y Nicolai Bernstein observan que en animales a los que se les seccionaban las narices nerviosas eran capaces de realizar movimiento; análisis experimental que los llevó a reemplazar esta primera teoría.
Ambos científicos, insistían que los movimientos voluntarios naturales se producían en el Sistema Nervioso Central, específicamente Brown postulaba la presencia de los denominados Patrones Generadores de Movimientos, mientras que Bernstein por su parte postulaba a la presencia de Engramas Motores, es decir, precursores de movimiento almacenados en la memoria y expresadas en variables no definidas codificadas topográficamente. Posteriormente Richard Schmidt argumentando la idea de Bernstein, da origen a la teoría de Programas Motores, centrándose principalmente en patrones de fuerza periféricos y no únicamente a patrones centrales. Mas de cien años han pasado desde que Sherrington, Pavlov, Bernstein, Brown presentaron sus obras sobre las teorías del control motor. Aun así el papel activo, versus el reactivo con respecto al movimiento voluntario aun sigue en tela de juicio, ya sea por desconocimiento o por falta de consenso con respecto a los postulados. Una alternativa actual con respecto al acoplamiento con el medio, es la teoría de la hipótesis del punto de equilibrio propuesta por Anatol Feldman (1986) postulando cómo el cuerpo, junto a las variables ambientales definen su estado de equilibrio. Aun que se han postulado mas de diez teorías del control motor, las anteriormente descritas han sido las mas significativas durante la historia. Es por eso que es necesario describir más extensamente la destacada Teoría de Sistemas, propuesta por Bernstein.
Como se ha mencionado anteriormente, las teorías apuntaban tanto a reflejos, patrones generadores de movimiento, engramas, etc haciendo referencia a conceptos netamente neurofisiológicos y es por eso la asociación del concepto de control motor con la neurología. Bernstein por su parte aun que le daba validez al razonamiento, determinó que era imposible no incluir características propias del sistema operativo, tal como las fuerzas externas e internas que actúan en el cuerpo. Al describir las características del sistema activado, consideró todo el cuerpo como un sistema mecánico, con masa y sujeto a fuerzas externas, como la gravedad, y a fuerzas internas, que incluyen fuerzas de inercia y aquéllas que dependen del movimiento. Durante el transcurso de cualquier acción, las cantidades de fuerza que actúan en el cuerpo cambiarán a medida que varíe la energía potencial y cinética. De esa forma demostró que el mismo comando central podía ocasionar movimientos muy distintos debido a la interacción entre las fuerzas externas y las variaciones de las condiciones iniciales. Por las mismas razones, comandos distintos podrían originar el mismo movimiento. A partir de estos nuevos postulados, será necesario responder algunos cuestionamientos, ¿Cómo el cuerpo, siendo un organismo mecánico, influye en el proceso de control? ¿Cómo afectan las condiciones iniciales las características del movimiento?, etc. Una vez que el cuerpo humano fue descrito como un sistema mecánico (aun que este concepto se viene observando desde la antigüedad), Bernstein describió lo que se conoce como Grados de Libertad (Degrees of Freedom, Dof), refiriéndose a el mínimo numero de coordenadas independientes necesarias para definir la posición de un sistema (considerando además que el movimiento humano es multiarticular y que no nos comportamos como barras rígidas en el plano; complicamos aun más el control del movimiento). A partir de eso será necesario idear alguna forma de controlar este exceso de grados de libertad (Concepto de Variabilidad motora), pues el sistema nos ofrece un infinito número de posibilidades para el cumplimiento de una meta u objetivo.
¿Cómo entonces el SNC seleccionará una dentro de estas infinitas posibilidades?, a partir de: elección del rango de movimiento, control de la fuerza, control sobre las rotaciones, elección de los patrones de descarga de las unidades motoras, entre otras, produciéndose un gran problema, denominado Problema de Bernstein (Redundancia Motora), para lo cual es necesario buscar una solución al problema de la redundancia cinemática.
De esta forma, Bernstein creía que las sinergias tenían un papel importante en la solución del problema de los grados de libertad. Entendemos como sinergias a la “combinación en el control de señales a un numero de músculos cuyo objetivo es asegurar la estabilidad de un miembro o del cuerpo entero, en previsión de una posible perturbación postural o en respuesta a una perturbación real” (N. Bernstein). Otra solución propuesta al Problema de la redundancia motora fue el aprendizaje motor mediante la práctica o repetición de un gesto motriz, a lo que se le asoció que los grados de libertad no utilizados no se eliminaban, sino que mas bien se congelan (“Freezing”). Una vez que estableció una solución a la redundancia cinemática mediante el exceso de Dof, concluyó finalmente que la capacidad de reproducir movimientos corporales armónicos y ordenados se debía gracias a la coordinación, señalando “La coordinación del movimiento es el proceso de dominar los grados de libertad redundantes del organismo en movimiento”.
Recuento de Fisiología Muscular Me parece atingente incluir en este apunte un recuento de fisiología muscular, pues en vista y considerando que el sistema músculo esquelético será el gran protagonista del movimiento, es necesario recordar hitos, algunos conceptos y procesos, con el fin de facilitar la comprensión. Los músculos esqueléticos denominados voluntarios unen y mueven el esqueleto. Podemos ver en el cuerpo humano mas de 215 parejas de estos músculos (Wilmore y Costil, 2001). Conformados en su estructura desde lo mas macro a lo mas micro, nos podemos encontrar que el músculo y su epimisio, cualquiera sea, esta formado por paquetes de Fascículos, los que corresponden a agrupaciones de fibras musculares empaquetadas por tejido fascial denominado perimisio. Cada fibra muscular es un cilindro individual revestido por endomisio. Conformado por muchas miofibrillas, las que a su vez son poseedoras de las sarcomeras, las que son reconocidas como la unidad funcional básica del sistema muscular.
Desde el punto de vista funcionar es necesario incluir a este sistema muscular los receptores sensoriales, específicamente, el órgano tendinoso de Golgi y el huso muscular. Huso Muscular: receptor ubicado en las fibras intrafusales, es decir, al nivel del vientre muscular. Cumple la función de regular la longitud del músculo, protegiendo que se lesionen sus fibras, reflejo que se le denomina miotático o reflejo de estiramiento, que es activado una vez que el músculo es elongado de manera excesiva. Órgano tendinoso de Golgi (OTG). Receptor ubicado en la zona de transición entre el músculo y el tendón (Unión miotendinea). Cumple la función de censar la tensión del músculo, y eventualmente relajara al músculo posterior a una contracción potente. Ambos participan constantemente, y la prevalencia de uno sobre el otro generara el estado de tensión y longitud muscular, manteniendo el tono y también la activación durante situaciones dinámicas.
Unidades Motoras Cuando hablamos de unidades motoras nos referimos a un único axon que inerva un grupo de fibras musculares. Mientras que el concepto de placa motora hace referencia a la zona de unión entre el nervio y una única fibra, también denominado unión neuromuscular. Es importante aclarar ambos conceptos pues suele haber confusión con respecto a ello. Más información sobre unidades motoras se analizará en clases posteriores.
Movimiento versus Contracción Automáticamente se nos viene a la mente la biomecánica, y a su vez el comportamiento muscular de cada músculo cuando nos vemos enfrentados a un gesto motor, cualquiera sea. ¿Cuántas veces hemos escuchado hablar de contracciones isotónicas e isométricas?, es más, en algunas ocasiones también se nos ha incluido el concepto de contracciones isocinéticas, reiterándonos que no son funcionales en las actividades de vida diaria, sino que además, solo son reproducibles en una maquina isocinética, donde podemos manipular la variable de velocidad. A partir de esto, me parece muy interesante la propuesta de Latash con respecto a los tipos de contracciones musculares y me tomo la libre retribución de escribir textual su postulado (Neurophysiological basis of movement), considerando que la traducción de un idioma puede alterar de manera importante la idea. Régimen externo de la contracción muscular (Mark Latash) “Nosotros hemos utilizado la expresión “condición isométrica”. Déjenme introducirles en esto y en un par de otros términos, formalmente. Las contracciones musculares en condiciones de prevenir cambios en su longitud, se conocen como isométricas y con una carga que conduce a tal condición, es denominada carga isométrica. El problema con estos términos es que son engañosos. Considerando, por ejemplo, ¿Qué pasara si el movimiento en una articulación esta restringido (condición isométrica)?. Si un músculo que actúa en esa articulación se encuentra activado, se desarrollará una fuerza de contracción que actuará en todos los elementos, incluyendo los elementos elásticos, en paralelo y en serie.
Dependiendo de la tensión relativa de estos elementos, la fuerza contráctil induce un cambio en la longitud relativa, incluso si la longitud de todo el complejo musculotendinoso se mantiene constante. Es por eso que si desglosamos el origen de la palabra Isométrico, nos encontraremos con concepto no reproducible en los organismos vivos, pues el antefijo iso hace referencia a algo que es igual (que no varia); mientras que métrico refiere a la longitud (metría). ¿Será posible observar algún movimiento en el que las sarcomeras se mantengan estáticas y homogéneas durante la contracción?. De la misma forma sucede con la palabra Isotonía. Nuevamente el cuestionamiento, ¿Es posible observar contracciones en las que el músculo mantenga constante su tono muscular?. Destacamos que el nombre no guarda relación con lo observable en los organismos vivos y es por eso su error de concepto, por lo tanto cuando nos referimos a ellas, pudiese ser que sea menos engorroso, el concepto de movimiento y no de contracción como se ha utilizado por años.
Referencia 1.- David A. Winter. Biomechanics & Motor Control of Human Movement. Capítulo 1. 2.- Mark Latash. Neurophysiological Basis of Movement. Capitulo 4. 3.- M. Latash. Motor Control: The Heart of Kinesiology. American Academy of Kinesiology and Physical Education, 2008 4.- Anne Shumway-Cook. Motor Control. Translating research into Clinical Practice. Capitulo 1. 5.- Jack H.Willmore. Fisiología del Esfuerzo y del Deporte. Capitulo 1