Las mecánica de las cuchillas que funcionan utilizados por corredor Sur Paralímpico Africano Oscar Pistorius dependen especiales de polímero reforzadas con fibra de carbono prótesis . Pistorius tiene dos amputaciones por debajo de la rodilla y compite en eventos de atletismo tanto para personas sin discapacidades como para personas con amputaciones T44 . La elegibilidad de Pistorius para correr en eventos internacionales sin discapacidades está aprobada por la Asociación Internacional de Federaciones de Atletismo ( IAAF ).
Pistorius comenzó a correr en 2004 después de una lesión en la rodilla de rugby que lo llevó a la rehabilitación en el Centro de Alto Rendimiento de la Universidad de Pretoria [1] con el entrenador Ampie Louw. [2] Sus primeras palas de carreras fueron instaladas por el protésico sudafricano Francois Vanderwatt. Debido a que no pudo encontrar cuchillas para correr adecuadas en Pretoria , Vanderwatt ordenó que un ingeniero local en Hanger Orthopaedic Group fabricara algunas. Estos se rompieron rápidamente, y Vanderwatt remitió a Pistorius al protésico estadounidense y velocista paralímpico Brian Frasure para que la empresa islandesa Össur le ajustara las palas de fibra de carbono . [3]
La participación de Pistorius en competiciones internacionales de esprint sin discapacidades en 2007 generó dudas sobre el uso de palas para correr, y la IAAF modificó sus reglas para prohibir el uso de "cualquier dispositivo técnico que incorpore resortes, ruedas o cualquier otro elemento que proporcione al usuario un ventaja sobre otro atleta que no utilice tal dispositivo ". Después de los estudios iniciales, Pistorius fue declarado inelegible para las competiciones bajo estas reglas de la IAAF. [4] Después de que se presentaron más investigaciones, el Tribunal de Arbitraje ( TAS ) dictaminó que no se demostró que sus prótesis para correr proporcionaran una ventaja competitiva neta sobre las piernas biológicas. [5] En 2012, Pistorius se clasificó y compitió en los Juegos Olímpicos de 2012 y los Juegos Paralímpicos de 2012 usando sus palas para correr, convirtiéndose en el primer velocista amputado en correr en los Juegos Olímpicos. [6]
Prótesis de atletismo de Pistorius
Las hojas son prótesis transtibiales , lo que significa que reemplazan las piernas y los pies que se amputan por debajo de la rodilla (BK). Fueron desarrollados por el ingeniero médico Van Phillips, quien incorporó Flex-Foot, Inc., en 1984, y en 2000 vendió la empresa a Össur, que ahora (en 2012) fabrica las hojas. Están diseñados para almacenar energía cinética como un resorte, lo que permite al usuario saltar y correr de manera efectiva. [7]
La fibra de carbono es en realidad un polímero reforzado con fibra de carbono y es un material resistente y liviano que se utiliza en una serie de aplicaciones, incluidos artículos deportivos como bates de béisbol, piezas de automóviles, cascos, veleros, bicicletas y otros equipos donde la rigidez y la alta La relación fuerza-peso es importante. El polímero usado para este equipo es normalmente epoxi , pero también se usan otros polímeros, dependiendo de la aplicación, y también se pueden incluir otras fibras de refuerzo. En el proceso de fabricación de la cuchilla, las láminas de material impregnado se cortan en láminas cuadradas y se presionan en una forma para producir la forma final. Se pueden colocar en capas de 30 a 90 hojas, dependiendo del peso esperado del atleta, y luego el molde se esteriliza en autoclave para fusionar las hojas en una placa sólida. Este método reduce las burbujas de aire que pueden provocar roturas. Una vez que el resultado se enfría, se corta en forma de cuchillas. La hoja terminada está atornillada a un casquillo de fibra de carbono que se ajusta íntimamente a cada una de las patas de Pistorius. Estos se hacen a medida y constituyen la mayor parte del costo total, junto con la evaluación y el montaje de las prótesis terminadas. Cada extremidad cuesta entre $ 15 y 18 000 USD. [8]
Pistorius ha estado usando las mismas cuchillas Össur desde 2004. Nació sin peroné y con malformaciones en los pies, y le amputaron las piernas aproximadamente a la mitad entre la rodilla y el tobillo para poder usar prótesis. Lleva calcetines y almohadillas que son visibles por encima de las cavidades para reducir las rozaduras y evitar ampollas, y las cavidades tienen correas en la parte delantera que se pueden apretar para que la prótesis se ajuste mejor. [9]
Pistorius usa almohadillas de púas hechas a medida en las hojas. Antes del desarrollo de las almohadillas, sus picos se cambiaron desbastando la superficie y aplicando picos de venta libre a mano, pero los resultados con este método fueron inconsistentes. La investigación se llevó a cabo en el laboratorio de Islandia de Össur utilizando una cinta de correr sensible a la presión y una película a 500 fps para medir el golpe de la hoja, y se produjo una almohadilla de púas que incluye una entresuela de dos piezas de espuma moldeadas a máquina de diferentes densidades para amortiguar el impacto, con un placa de fibra de carbono en la parte inferior. Los desarrolladores unieron la almohadilla con cemento de contacto, que se puede quitar rápidamente con la aplicación de calor cuando es necesario cambiar la almohadilla de púas. [10]
Debido al diseño curvo, las palas tienen que ser un poco más largas de lo que serían la pierna y el pie biológicos de un corredor. Las hojas reemplazan la bisagra de un tobillo con compresión elástica que dobla y suelta la hoja con cada paso, por lo que la hoja sin comprimir deja al usuario de puntillas. Están diseñados para avanzar, por lo que no tienen soporte para el talón en la espalda. Según Josh McHugh de Wired Magazine , "Los guepardos parecen rebotar por sí mismos. Es imposible quedarse quieto sobre ellos y es difícil moverse lentamente. Una vez que se ponen en marcha, los guepardos son extremadamente difíciles de controlar". [8]
¿Cómo funcionan las cuchillas?
En 2007, Pistorius solicitó correr en competencias de pista no discapacitadas. Al principio fue aceptado, pero rápidamente surgieron dudas sobre si las cuchillas le daban una ventaja injusta. Después de que la investigación inicial mostró que las palas proporcionaban una ventaja, la Asociación Internacional de Federaciones de Atletismo (IAAF) cambió sus reglas para prohibir el uso de dispositivos técnicos que brindan una ventaja y lo declaró no elegible para competir. Pistorius impugnó el fallo con una investigación adicional y fue reinstalado por el Tribunal de Arbitraje Deportivo (CAS) en 2008, lo que significa que puede continuar corriendo en competencias sin discapacidades siempre que use el equipo que se estudió en la investigación. [11]
El desempeño de Pistorius en las primeras carreras sin discapacidades generó dudas debido a dos preocupaciones principales: su patrón de correr las carreras y sus tiempos de swing de piernas. La mayoría de los velocistas salen de los bloques con su tiempo más rápido y disminuyen la velocidad a medida que avanza la carrera, pero Pistorius corrió un "split negativo", comenzando lentamente y ganando velocidad en la última mitad de la carrera (aunque ya no usa este patrón) . Su tiempo medio también fue menor en la carrera de 400 m en comparación con otros corredores que en los 200 m. [12] La controversia sobre el uso de las cuchillas persiste, pero la investigación proporcionó información considerable sobre cómo funcionan en la aplicación, y se espera que sigan otras investigaciones. [13]
Los velocistas no discapacitados tienen pantorrillas y tobillos que retornan y amplifican la energía suministrada por sus caderas y rodillas, mientras que Pistorius compensa con trabajo adicional porque no tiene pantorrillas y tobillos con sus tendones y músculos asociados. Un análisis publicado por la revista Engineering & Technology estima que al usar las cuchillas, Pistorius debe generar el doble de potencia de sus músculos glúteos y cuádriceps que un velocista normal. [14] Otras fuentes también atribuyen a los músculos abdominales centrales y un movimiento más rápido del brazo. [15] Su entrenador estima que aproximadamente el 85% de su poder proviene de sus caderas y el resto de sus rodillas. Esto da como resultado un paso que se tambalea ligeramente, mientras Pistorius balancea la parte superior de su cuerpo para equilibrar la acción de resorte de las cuchillas. Las cuchillas se comprimen bajo su peso, luego se sueltan a medida que avanza, proporcionando empuje hacia adelante desde las puntas a medida que vuelven a su forma moldeada. Cuando saltan, los balancea ligeramente hacia un lado y los lanza hacia adelante para dar el siguiente paso. [8]
Pistorius siempre es lento al comenzar una carrera porque las palas flexibles no brindan empuje fuera de los bloques. Pistorius debe comenzar desde una posición incómoda, mover la pierna hacia afuera y saltar hacia arriba desde los bloques para comenzar a correr, cuando el método preferido es empujar con fuerza horizontal. [16] [17] Durante los primeros 30 metros de una carrera, mantiene la cabeza gacha y da pasos cortos y rápidos. A medida que establece un ritmo, puede levantar la cabeza y aumentar su velocidad. Mientras algunos corredores corren hacia arriba y hacia abajo, perdiendo energía, Pistorius dirige la energía hacia adelante, pareciendo algo así como si estuviera rodando sobre ruedas. También compensa los ajustes que hacen los tobillos en los giros, rompiendo las curvas en líneas rectas y cortas. Según su entrenador Ampie Louw, Pistorius puede usar la inclinación hacia adentro para generar fuerza y salir de una curva yendo más rápido. [8]
Investigar
Estudio Brüggemann
Para resolver dudas sobre las palas, se le pidió a Pistorius que participara en una serie de pruebas científicas en noviembre de 2007 en la Universidad Deportiva Alemana de Colonia con el profesor de Biomecánica Peter Brüggemann y el experto técnico de la IAAF Elio Locatelli. Después de dos días de pruebas, Brüggemann informó que Pistorius utilizó aproximadamente un 25% menos de gasto de energía que los atletas no discapacitados una vez que alcanzó una velocidad determinada. El estudio también encontró que mostraba grandes diferencias en la mecánica del sprint, con fuerzas máximas de retorno del suelo vertical significativamente diferentes, y que el trabajo positivo o la energía devuelta era casi tres veces mayor que la de un tobillo humano. La pérdida de energía en la hoja durante la fase de apoyo cuando el pie estaba en el suelo se midió como 9,3%, mientras que la de la articulación del tobillo normal se midió en 42,4%, mostrando una diferencia de más del 30%. El análisis de Brüggemann indicó que las palas permitían un menor consumo de energía a la misma velocidad y que la pérdida de energía en la pala es significativamente menor que en un tobillo humano a la velocidad máxima. [18] En diciembre de ese año, Brüggemann declaró al periódico Die Welt que Pistorius "tiene ventajas considerables sobre los atletas sin prótesis que fueron evaluados por nosotros. Fue más que unos pocos puntos porcentuales. No esperaba que fuera así. claro." [19] El estudio fue publicado en 2008 en Sports Technology , [20] pero investigadores posteriores afirmaron que el análisis "no tomó suficientes variables en consideración". Los comentaristas también han argumentado que el estudio de la IAAF no determinó con precisión si los guepardos confieren una ventaja neta porque no es posible medir la ventaja o desventaja neta conferida a un atleta que usa guepardos dado el conocimiento científico actual. [21] En segundo lugar, es posible que el estudio de la IAAF no haya medido el desempeño de Pistorius frente a los controles adecuados. La IAAF utilizó como controles a cinco atletas no discapacitados, que corrieron carreras de 400 metros en tiempos similares a los de Pistorius. Sin embargo, debido a que Pistorius era relativamente nuevo en el deporte de la carrera, es posible que no se haya entrenado lo suficiente para maximizar su potencial físico y alcanzar su máximo rendimiento cuando se realizó el estudio de la IAAF. En marzo de 2007, aproximadamente 9 meses antes de que se realizara el estudio de la IAAF, el entrenador de Pistorius comentó que Pistorius no se había entrenado lo suficiente para lograr una parte superior del cuerpo acorde con la parte superior del cuerpo de la mayoría de los velocistas de élite. Para obtener la comprensión más precisa de cómo las prótesis afectan el rendimiento de Pistorius, debe compararse con atletas con un potencial físico similar. En consecuencia, el estudio de la IAAF puede haber sido defectuoso porque comparó a Pistorius, que podría tener el potencial físico para correr más rápido que sus tiempos actuales, con atletas en su mejor momento. [22]
Weyand y col. estudio
En 2008, un equipo de siete investigadores realizó pruebas en la Universidad de Rice , incluidos Peter Weyand, Hugh Herr , Rodger Kram, Matthew Bundle y Alena Grabowski. El equipo recopiló datos metabólicos y mecánicos mediante calorimetría indirecta y mediciones de la fuerza de reacción del suelo sobre el rendimiento de Pistorius durante la carrera en cinta rodante a velocidad constante y descubrió que el uso de energía era un 3,8% más bajo que los valores promedio para los corredores de distancia de élite no discapacitados, 6,7% más bajo que para los corredores de distancia promedio y un 17% más bajo que para los corredores de velocidad de 400 m sin discapacidades. A velocidades de sprint de 8.0, 9.0 y 10.0 m / s, Pistorius produjo tiempos de contacto más largos entre el pie y el suelo, tiempos de balanceo de piernas más cortos y fuerzas verticales promedio más bajas que los velocistas capaces. El equipo concluyó que correr con las palas parece ser fisiológicamente similar pero mecánicamente diferente de correr con piernas biológicas. El estudio fue publicado varios meses después en el Journal of Applied Physiology . [23] [24] Kram también afirmó que la "tasa de consumo de energía de Pistorius era más baja que la de una persona promedio, pero comparable a la de otros atletas de alto calibre". [25]
La ligereza y la rigidez de la hoja en comparación con los músculos y los huesos pueden permitir que los corredores de hojas muevan las piernas más rápido que los corredores sin discapacidad. En comentarios sobre el artículo, Peter Weyand y el biomecánico Matthew Bundle señalaron que el estudio encontró que Pistorius reposicionó sus piernas un 15,7% más rápido que la mayoría de los velocistas de récord mundial, lo que permitió un aumento del 15-30% en la velocidad de sprint. [26]
Grabowski y col. estudio
En 2008, un equipo de investigación que incluía a Alena Grabowski, Rodger Kram y Hugh Herr llevó a cabo un estudio de seguimiento de amputados solteros con cuchillas móviles que se publicó en Biology Letters . El rendimiento de la pierna afectada de cada uno de los seis amputados se comparó con el de su pierna biológica. El equipo midió los tiempos de balanceo de las piernas y la fuerza aplicada a la superficie de carrera en una cinta de correr de alta velocidad en el Laboratorio de Biomecánica del Hospital de Especialidades Ortopédicas , y también estudió videos de corredores de velocidad de los Juegos Olímpicos y Paralímpicos. No encontraron diferencias en los tiempos de balanceo de piernas a diferentes velocidades y registraron tiempos de balanceo de piernas similares a los de los velocistas no discapacitados. También encontraron que las palas de carrera única reducían la producción de fuerza del pie al suelo de los corredores probados en un promedio del 9%. Debido a que la producción de fuerza generalmente se considera el factor más importante en la velocidad de carrera, los investigadores concluyeron que esta reducción en la fuerza limitaba la velocidad máxima de los velocistas. Grabowski también descubrió que los amputados generalmente aumentaban los tiempos de balanceo de las piernas para compensar la falta de fuerza. [27]
Otra discusión
Continúa la discusión sobre la ventaja o desventaja relativa de usar las cuchillas. Los investigadores y analistas también señalan que los estudios de investigación se realizan en cintas de correr fijas y niveladas, y no miden el rendimiento desde los tacos de salida o en pistas curvas reales. Tampoco tienen en cuenta las diferencias fisiológicas entre amputados y no amputados, que tienen factores como la musculatura, la altura y el peso de la hoja y las diferencias en los patrones de circulación sanguínea debido al historial de pérdida de la extremidad. [28]
Juegos Paralímpicos 2012
En los Juegos Paralímpicos de 2012 surgió una controversia sobre los efectos de correr la longitud de las palas , cuando el corredor brasileño Alan Oliveira y el corredor estadounidense Blake Leeper cambiaron a palas de carrera más largas unos meses antes de los Juegos Paralímpicos de 2012. Esto condujo a una mejora notable en sus tiempos de ejecución. Pistorius se quejó después de la carrera de 200 m de que las palas proporcionaban zancadas de carrera alargadas artificialmente, lo que sería una infracción de las reglas del IPC , independientemente de que las palas estuvieran dentro de los límites de altura permitidos para los atletas en cuestión. [29] Su queja fue apoyada por corredores de una sola pierna, incluidos Jerome Singleton y Jack Swift , quienes pidieron que las clases de doble hoja T43 y T44 de una sola hoja se separen en eventos futuros, ya que los corredores de una sola hoja no pudieron ajustar la altura de la prótesis, y siempre deben coincidir con la longitud de su pierna biológica con una cuchilla en movimiento. [ cita requerida ]
La mejora en el tiempo de ejecución y la amplia difusión de los resultados de la carrera proporcionaron una demostración pública de cómo la longitud de la hoja afecta el rendimiento. La longitud de la zancada de Pistorius fue en realidad un 9% más larga (2,2 m frente a 2,0 m), pero Oliveira dio más zancadas (99 frente a 92). La combinación de longitud de zancada y velocidad de zancada condujo a un rendimiento claramente inusual con las palas más largas. [30] La gerencia de Pistorius emitió un comunicado diciendo que Pistorius siempre mide 1,84 metros de altura, independientemente de las prótesis que use, y que la decisión de mantener esta altura para sus palas de correr fue una cuestión de justicia. [31]
Referencias
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enlaces externos
- Video del estudio de movimiento de la Universidad de Rice.
- Conferencia de Elena Grawbowski sobre mecánica de palas
- El video incluye el proceso de fabricación