El movimiento balístico se puede definir como contracciones musculares que exhiben velocidades y aceleraciones máximas durante un período de tiempo muy corto. Presentan altas velocidades de disparo, alta producción de fuerza y tiempos de contracción muy breves.
Fisiología
Contracción muscular
La contracción muscular de un movimiento de un músculo balístico puede exhibir una coactivación muscular de músculos agonistas [1] y antagonistas concurrentes o la activación muscular agonista / antagonista / agonista trifásica característica. [2] Los registros de electromiografía (EMG) que demuestran que la activación del músculo trifásico comienzan con una breve señal de activación de la unidad motora agonista con velocidades de disparo de 60 a 120 Hz que pueden durar 100 ms y se producen de 50 a 100 ms antes de que comience el movimiento. Las tasas de disparo de los movimientos balísticos son mucho más altas que las de los movimientos lentos en rampa (5-15 Hz). Por tanto, a la breve contracción del músculo agonista le sigue la activación de la unidad de músculo antagonista. El grado de activación de la unidad muscular antagonista depende de la tarea en cuestión, a diferencia de la primera activación del músculo agonista, que es independiente de los estímulos ambientales. Se cree que la función de la contracción del músculo antagonista controla la amplitud y la sincronización de los movimientos balísticos. La contracción del músculo antagonista puede servir para prevenir lesiones en las articulaciones al evitar que la extremidad se extienda demasiado y también funciona para controlar la distancia y el tiempo en que se mueve la extremidad. Los experimentos que implican un movimiento balístico de pequeñas amplitudes muestran un marcado aumento en la activación del músculo antagonista y los experimentos en los que la distancia movida no está controlada, la activación del músculo antagonista disminuyó o no existió. [3] Se sugiere que la activación del segundo músculo agonista termine la aceleración negativa de la contracción del músculo antagonista y, por lo tanto, el movimiento balístico.
Poder y Energética
Almacenamiento elástico de energía
Los movimientos balísticos a menudo se impulsan mediante el almacenamiento de energía elástica y los mecanismos de recuperación posteriores. La potencia necesaria para producir las velocidades extremadamente rápidas de los movimientos balísticos es posible gracias al trabajo muscular que se almacena en elementos elásticos (como tendones , aponeurosis o incluso músculos). El trabajo muscular se aplica a estos elementos elásticos durante un período de tiempo relativamente lento y se libera muy rápidamente. [4] Se produce una mayor potencia de salida porque la energía se libera en un período de tiempo mucho más corto del que se almacena. En este sentido, el poder de los músculos se amplifica realmente. Cuando la energía se produce por contracción muscular, se almacena en un tendón y luego se libera para aumentar la energía mecánica del cuerpo (o segmento corporal), la potencia muscular se amplifica. Sin embargo, es importante señalar que el término "amplificación" de potencia puede resultar engañoso. En los animales, los mecanismos elásticos nunca agregan energía al sistema; amplifican el poder en el sentido de que la energía se libera más rápidamente de lo que se almacena. [5]
Posibles beneficios
Los sistemas balísticos son capaces de producir potencias significativamente mayores que las de los músculos asociados con el movimiento real. Un buen ejemplo de esto es la proyección de la lengua en las salamandras . [6] Este desacoplamiento del trabajo muscular del trabajo del cuerpo / extremidades es un beneficio importante de los mecanismos elásticos de almacenamiento de energía. Otro beneficio resultante de este desacoplamiento es la menor dependencia térmica del movimiento balístico. [7] Deban y Lappin analizaron el comportamiento de captura de presas de los sapos (Bufo terrestris), que implica dos tipos de movimiento: movimiento elástico, balístico (apertura de la boca y proyección de la lengua) y movimiento impulsado por los músculos (retracción y cierre de la boca). La alimentación del sapo se observó en un rango de temperaturas (11–35 ° C) y se midieron y analizaron las variables cinemáticas, dinámicas y electromiográficas. En el rango de temperatura de 11–35 ° C, los movimientos balísticos tuvieron valores de Q 10 muy cercanos a 1 (Q 10 = 0,99–1,25), lo que significa independencia térmica y apoya la hipótesis principal. Los movimientos impulsados por los músculos tenían un coeficiente de temperatura más alto (Q 10 = 1,77-2,26), lo que significa dependencia térmica.
Otro ejemplo de movimiento balístico térmicamente independiente es la proyección de la lengua en los camaleones . [8] Se descubrió que los camaleones con velo (Chamaeleo calyptratus) eran capaces de realizar esta proyección de la lengua de alto rendimiento y capturar presas con éxito en un amplio rango de temperaturas (15 ° C-35 ° C). Anderson y Deban también encontraron un contraste entre la dependencia térmica de la proyección y la retracción de la lengua (que no tiene energía elástica). Esto apoya aún más la hipótesis de que el mecanismo de retroceso elástico es responsable de la menor dependencia térmica de la proyección balística de la lengua.
Ejemplos de
Hormigas de mandíbula trampa
En las hormigas de mandíbula trampa ( Odontomachus bauri), el movimiento balístico se puede ver en sus golpes mandibulares extremadamente rápidos. La mandíbula de las hormigas con mandíbula trampa tiene una velocidad de cierre promedio de 38,4 m / sy puede producir fuerzas que son 371-504 veces el peso de la hormiga. Las hormigas utilizan estos golpes mandibulares extremadamente poderosos de varias formas novedosas. Cuando la hormiga ataca a un animal más grande, golpeará al animal y al mismo tiempo usará la fuerza del golpe para impulsarse lejos del animal. Cuando se enfrenta a una presa de tamaño similar, como otra hormiga, el impacto en realidad hace que ambos animales sean propulsados entre sí. Cuando la hormiga está tratando de huir de un depredador, golpeará el sustrato y se impulsará verticalmente en el aire. [9]
Grillos
En los grillos ( Acheta domesticus ) los movimientos balísticos se pueden ver en la forma en que saltan. Las patadas que impulsan el grillo ocurren durante un período de sólo 2-6 ms, pero durante los 18-40 ms previos a la patada, la energía potencial requerida se acumula por la contracción del extensor antagonista y el flexor de la tibia. Los grillos también pueden utilizar estos mismos movimientos balísticos para nadar. [10]
Caracol cónico
En el caracol cónico ( Conus catus ), el movimiento balístico se puede ver en la forma en que dispara un diente radular similar a un arpón hacia su presa. Después de que la trompa del caracol cono entra en contacto con su presa, el diente es expulsado 240-295 ms más tarde. Se cree que la propulsión del diente se logra presurizando el espacio de líquido detrás del diente. [11]
Salamandras, sapos y camaleones
En las salamandras , los sapos y los camaleones, el movimiento balístico se puede ver en la proyección de su lengua, que está controlada por un mecanismo de retroceso elástico. La orientación de las fibras musculares es significativa porque es la que permite que los movimientos balísticos sean posibles. En los camaleones, se encontró que las fibras musculares utilizadas para los movimientos balísticos de la lengua tenían una orientación en espiral, con la misma cantidad de fibras orientadas en sentido horario y antihorario para evitar el movimiento de torsión de la lengua durante la proyección. Los ángulos internos de la fibra son de aproximadamente 45 grados, que es el óptimo teórico para crear una tensión igual en todos los músculos del acelerador. [12]
En salamandras del género Hydromantes , se ha cartografiado el patrón de activación muscular. Los principales músculos utilizados para los movimientos balísticos de la lengua en estas salamandras son los músculos subarcualis rectus (SAR). Estos músculos SAR se pueden dividir en anterior (SARA) y posterior (SARP). El primer músculo que se activa es el SARA, que se encuentra cerca de la parte posterior de la cabeza. El SARA permanece activo hasta que la lengua entra en contacto con la presa. A continuación, se activa el SARP posterior, ubicado más atrás en los lados medial y lateral de la salamandra. Entonces se activa el SARP medio y el SARP anterior es el último en activarse. El tiempo entre la activación se acorta y la duración de la activación aumenta al aumentar la distancia de la presa. Las lenguas balísticas han evolucionado dos veces anteriormente en los géneros Hemidactyliini y Bolitoglossini. Los mecanismos exactos de proyección de la lengua varían levemente entre los taxones, pero las proyecciones resultantes se han mantenido relativamente constantes. [13]
Las ranas no tienen una estructura muscular especializada para la proyección de la lengua. Pueden evitar este problema mediante un movimiento de la mandíbula muy rápido para proyectar la lengua hacia adelante. En todas las ranas están presentes los dos músculos mandibulares que se utilizan para controlar la mandíbula y, por tanto, la proyección de la lengua. Ellos. genioglossus se utiliza para prolongar la lengua y el m.hyoglossus es el retractor de la lengua. Ambos músculos tienen fibras orientadas longitudinalmente, lo que contrasta con las fibras orientadas en espiral del camaleón. [14]
Aplicación en humanos
En humanos, los movimientos balísticos implican la propulsión espontánea de las extremidades. [15] Esto se puede ver en las rutinas diarias, como las reacciones de alcance y golpe, que son atómicas por naturaleza. Señalar gestos y colocar un objeto son reacciones de alcance; tienen baja aceleración y desaceleración. Por otro lado, los puñetazos y los lanzamientos son reacciones de golpe; se caracterizan por una alta aceleración y desaceleración. Estos movimientos tienen ubicaciones de destino muy variables y se denominan "balísticos" en kinesiología . Durante el movimiento balístico se necesita un impulso inicial para acelerar la extremidad (mano / pie) hacia el objetivo, luego un impulso de desaceleración actúa como freno para detener el movimiento. Estos movimientos se caracterizan por un perfil de velocidad en forma de campana. El Modelo Bayesiano (ver Red Bayesiana ), que fue desarrollado para realizar reconocimiento sin seguimiento de pose, explica el movimiento balístico humano como una secuencia de movimientos entre los objetos y el entorno. Cada movimiento es independiente del precedente y el posterior, en diferentes contextos. El movimiento rápido de una sola articulación en humanos está controlado por una serie de activación de músculos agonistas, antagonistas y luego agonistas; este proceso se llama activación trifásica. Esos movimientos se ejecutan “con un patrón de ráfagas en los músculos agonistas y antagonistas de duración bastante constante pero diferente amplitud…” (Acornero et al. 1984). [16] Cualquier movimiento balístico que involucre dos articulaciones requerirá un estallido agonista y antagonista; esto puede verse como los bloques de construcción para diferentes tipos de movimientos balísticos.
Referencias
- ^ Lee, JB, Matsumoto, T., Othman, T., Yamauchi, M., Taimura, A., Kaneda, E., Ohwatari, N. y Kosaka, M. (1999) Coactivación de los músculos flexores como sinergista con los extensores durante el movimiento de extensión balística de los dedos en atletas entrenados en kendo y karate. Revista Internacional de Medicina Deportiva. 20 (1): 7-11.
- ^ Zehr, EP y Sale, DG (1994). Movimiento balístico: activación muscular y adaptación neuromuscular. Revista canadiense de fisiología aplicada. 19 (4): 363-378.
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- ^ Lappin, AK, Monroy, JA, Pilarski, JQ, Zepnewski, ED, Pierotti, DJ y Nishikawa, KC (2006). El almacenamiento y la recuperación de energía potencial elástica permite la captura de presas balísticas en los sapos. Revista de Biología Experimental. 209: 2535-2553.
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