Todo sobre el Centro de Gravedad en el Cuerpo Humano #Biomecánica

El muy nombrado Centro De Gravedad a partir de ahora (CDG) seguro lo has escuchado una vez, ya sea en una clase de Biomecánica, Kinesiología, Ciencias del Deporte, e inclusive sobre la postura. Este concepto aunque suene básico, quizá aún sea algo complejo comprender, y es bastante sencillo de saber ¿qué es?, ¿dónde está ubicado?, ¿como se comporta?, ¿a dónde se mueve?, la realidad es que el entendimiento de el mismo es Fundamental para el Fisoterapeuta, Kinesiólogo, Entrenador Deportivo, y toda profesión que analiza y estudia el movimiento corporal Humano.

¿Qué es el Centro de Gravedad (CDG)?

Desde la física básica y para todo estudio del movmiento en el cuerpo humano bien sea estática o dinámica y de ésta última la cinética y cinemática.

Puede definirse como un punto donde se resume todo el peso de un cuerpo (cualquier objeto). Si pudiéramos comprimir el cuerpo humano desde todas direcciones y reducirlo solo a un punto, este sería el CDG, si una persona tiene una masa de 70kg los 70kg por efecto de la aceleración gravedad produce una fuerza (peso) concentrada en ese punto.

Ubicación del CDG

No siempre se ubica en la materia de un objeto o cuerpo, esto quiere decir que por ejemplo en una rosquilla, un Cd, o un objeto con forma de aro el CDG se encuentra en el círculo donde no hay material, al igúal que en un balón se encuentra justo en el centro del mismo donde sólo hay aire comprimido. (7)

¿Dónde está Ubicado el CDG en el Cuerpo Humano? 

En el cuerpo humano (estático) segun Miralles (2007)  se encuentra por delante de la vértebra lumbar L5. (10) , Pero Según otros autores  se encuentra anterior a la Vértebra Sacra S2 (F1), y cada segmento corporal tiene su centro de Gravedad (Dempster 1955)(12).

 

F1

¿Diferencias entre peso y masa? 

Esto siempre ha sido motivo de confusión ya que se tienden a confundir o a dar el mismo concepto para ambos, y no lo son.

-La Masa: Es la cantidad de materia que posee un cuerpo, es una magnitud. Y por lo tanto es una unidad escalar: Toneladas (Tn) ,Kilogramos (Kg), miligramos (mg).

Ejemplo: Una persona con una masa de 80Kg.

Por otra parte el peso según Acero (2013) "Es la cuantificación de la fuerza de atracción gravitacional ejercida sobre la masa el cuerpo humano" (9)

-El Peso: Es una fuerza, es decir un vector, ya que tiene magnitud, dirección y sentido, Su unidad es en Newton (N = Kg.m/s²), el peso es igual a la masa por la gravedad (9,8m/s²) su fórmula es P= m.g.

Entonces por ejemplo: La persona que tiene una masa de 80Kg, tiene un peso de 784Newtons.

Y esto se explica de la siguiente forma.

P= Peso en Newtons
m= masa en kg
g = aceleración de la gravedad que en la tierra es = 9.8m/s²

1 Newton = 1Kg.m/s²
 
 Entonces se calcula el peso como P= m.g

 (P= 80Kg.9,8m/s² = 784 Kg.m/s²) P = 784N 

 [Figura 2]

Por lo tanto es erróneo decir que las personas pesan X Kilogramos porque en realidad esa es su masa. El peso es una fuerza! por lo tanto cuando se toma la medida en una balanza estamos midiendo la cantidad de materia (kg) es decir la masa corporal y no el peso corporal.

Figura 2

¿Centro de Gravedad o Centro de Masas?

Muchas veces se habla de ambos sin distinción y a pesar de que ambos términos tienen correlación no son lo mismo, y esto es porque que el centro de gravedad (CDG) se relaciona con el peso que es una fuerza vectorial, mientras que el centro de masas (CM)  con la masa que es una magnitud que no varía.

Por lo tanto una persona en la tierra, en la luna o el espacio tendrá la misma masa corporal y CM mientras que el CDG que depende de la aceleración gravedad no será el mismo en la tierra que en la luna.

Aunque la confusión en realidad proviene de que en la superficie terrestre y en las ciencas aplicadas al deporte y actividad física ambos se encuentran en el mismo punto. (8)

¿Es estático? o ¿Puede Moverse? 

Se considera que la postura humana es estática y no dinámica (Day y Steiger 1993) (1) El CDG al estar en una posición bípeda permanece estático en su lugar "relativamente" y esto gracias al tono muscular óptimo (Tono postural), la musculatura tónica se contrae y se relaja constantemente aunque se esté sin movimiento.

El Centro de gravedad  varia su posición estática de una persona a otra dependiendo de la constitución, la edad y el sexo, también cambia de forma dinámica en una persona dada cuando la disposición de los segmentos corporales cambia, el cuerpo humano posee mecanismos para que el CDG no se desplace demasiado y el cuerpo pueda continuar el movimiento como durante la marcha (que se explicará luego), al correr o sentarse. 


Además el CDG también cambiará de posición cuando se sustrae o agrega un peso al cuerpo. Por ejemplo un yeso en una extremidad o una amputación como también en una mujer embarazada la cual por el peso adicional del embarazo, Principalmente a partir de las 30 semanas 1,5Kg aprox. adicionales y en las 40 semanas hasta de 3,4-5. Kg adicionales de el bebé  el centro se hace mas bajo como se observa (figura 2) y la mujer hace más amplia su base de sustentación lo que aumenta la estabilidad.  (2)

(Figura 2)

La Línea de Gravedad y la Postura

La línea de gravedad representa una línea vertical imaginaria que atraviesa el centro de gravedad. La línea de gravedad es la proyección del CDG y depende de la posición del mismo, está se utiliza generalmente en la evaluación de la postura, ya que por el recorrido de la misma se encuentran distintos puntos anatómicos de referencia.


Por otro lado, La postura consiste en la distribución de la masa corporal en relación con la gravedad sobreuna base de sostén o sustentación (Kuchera 1997) (3)., La Postura es el conjunto de posiciones que adoptan todaslas articulaciones del cuerpo en un momento determinado (Kendall's) (4).



 En la postura  bípeda ideal  el resultado de la interacción de muchas fuerzas externas (gravedad, reacción del piso, inercia) e internas como la actividad muscular, tensiones capsulares, articulares, de ligamentos fascias, tendones, etc.)  que inciden y se generan en el cuerpo humano para mantener la postura stable y alineada. Ésta línea de gravedad se representa por una plomada, que no esmás que una cuerda sujeta a un punto fijo (techo) y en el otro extremo un peso (F3), entronces está línea queda marcada por acción de la gravedad  en una vista lateral y sobre el plano sagital e la postura ideal pasa o concuerda por estos puntos anatómicos específicos (Figura 4) (5):

• Conducto auditivo externo
• Acromión
• Parte cetral de la caja torácica.
• Cuerpos vertebrales Lumbares.
• Trocánter mayor.
• Ligeramente delante de eje de la rodilla.
• 2cm por delante del maléolo peroneo.

  En la práctica de la evaluación clínica se utiliza la línea plomada, aunque en la actualidad con programas biomécanicos y planimetría computarizada ya la plomada se puede considerar como una herramienta muy básica.

(Figura 4)

Plomada (Figura 3)

 Base de Sustentación: Se define cómo el área de superficie delimitada por los extremos de los segmentos apoyados en el piso o la superficie de soporte, en el cuerpo humano los pies forman un polígono llamado polígono de sustentación. (Figura 5) y dentro de éste deberá estar la línea de gravedad para mantener la estabilidad.

Fig. 5 - La estrella representa el punto donde cae la línea de gravedad.

Uno de los ejemplos prácticos más comunes es de la torre de Pisa en Italia La torre comenzó a inclinarse tan pronto como se inició su construcción  en agosto de 1173. Su altura es de 55,7 a 55,8 metros desde la base, su peso se estima en 14.700 toneladas y la inclinación de unos 4°, extendiéndose 3,9 m de la vertical.

La torre fue estabilizada y reforzada en 1990 para evitar que continuará su inclinación y entonces así su línea de gravedad (azul) que es la proyección de su centro de gravedad (rojo) permanece dentro de su base de sustentación y por esto se mantiene estable (Fig 6.) (6).

FIG 6-Línea de Gravedad (Azul) Permanece dentro de la base de la Torre.

Diferencias entre Equilibrio ("balance") Y

Estabilidad ("stability") 

Los términos de equilibrio y estabilidad suelen usarse como sinónimos indiferentemente y aunque guardan una estrecha relación no significan lo mismo.

El "Equilibrio" en física cuando la suma de fuerzas y momentos que actúan sobre un cuerpo se anulan entre sí, o lo que es lo mismo cuando la sumatoria de fuerzas es igual a cero.

Cuando se habla de movimiento corporal humano hace referencia a mantener la postura así Winter (1995) desde un punto biomecánico define equilibrio como "un término que define la dinámica de la postura corporal para prevenir las caídas, relacionado con las fuerzas que actúan sobre el cuerpo y la inercia de los segmentos corporales".

El equilibrio a su vez se subdivide en 3:

1. Equilibrio estático: Cuando un cuerpo está en reposo y no se desplaza. ejemplo una bicicleta tumbada en el suelo.

 2. Equilibrio Cinético: Cuando el cuerpo está en movimiento rectilíneo uniforme. la bicicleta se mueve en línea recta y velocidad constante.

3. Equilibrio Dinámico: Cuando intervienen fuerzas inerciales. la bicicleta está inclinada y dando una curva, parece estar en desequilibrio y sin embargo no se cae. (7)

La estabilidad se puede definir como la capacidad de un cuerpo de mantener el equilibrio, es decir de evitar ser desequilibrado. También se ha descripto a la estabilidad como la propiedad de volver a un estado inicial luego de una perturbación. (Johansson et al 1991) (Riemann and Lephart,2002).

En este sentido la estabilidad postural se define como la habilidad de mantener el cuerpo en equilibrio, manteniendo la proyección del centro de masas dentro de los límites de la base de sustentación. (Shumway-Cook; Woollacott, 2001) (7)

Entonces la estabilidad es ese estado o capacidad del cuerpo para mantener un equilibrio, mantener la proyección de la línea de gravedad dentro de la base de sustentación, por supuesto gracias a la integración del sistema vestibular, visual y propioceptivo, como el ejemplo de la torre de pisa y en el cuerpo humano la línea de gravedad que cae sobre el polígono de sustentación.

 FACTORES DE ESTABILIDAD 

•  Un cuerpo es más estable cuanto mayor área de estabilidad posea.
• Un cuerpo es más estable en cuanto mayor peso posea.
• Un cuerpo es más estable en cuanto mayor sea la altura del CDG a la base de sustentación.
• Un cuerpo es más estable en cuanto a la proyección de la línea de gravedad sobre la base de sustentación caiga más al centro de ésta.
• Un cuerpo es más estable cuant mayor sea el ángulo de estabilidad el cual se forma entre el CDG y los bordes de la base de sustentación en relación a la perpendicular del piso. (11)
  

 Movimientos del Centro de Gravedad Durante la Marcha

El CDG puede variar en la ubicación de diferentes individuos ya que depende de la estructura de cada persona, su anatomía, durante las fases de la marcha humana el CDG sufre desplazamientos hacia arriba y abajo, hacia anterior y posterior y lateralmente es decir en todos los planos lo que va a garantizar que la proyección vertical del mismo caiga siempre sobre la base, estos movimientos influyen directamente en el consumo energético de una persona y de ser alterados afectan a la eficiencia de la marcha (Fig 7).

Existen diversos mecanismos de control de los desplazamientos CDG en el cuerpo Humano al marchar, los cuales aseguran que dicho desplazamiento no sea mayor a 5cm  y fueron descritos por Saunders (13) , Inman y Eberhart (14).

Fig-7

• Mecanismo para que no se Deprima: En la marcha humana en el plano sagital el CDG describe una curva sinusoidal leve, tanto en el plano sagital como horizontal, para que no se deprima demasiado durante el doble soporte de la marcha la pelvis rota un total de 8º, 4º hacia adelante y 4º hacia atrás lo que permite un alargamiento relativo de las extremidades inferiores, en la pierna que avanza y la que está retrasada. (Fig 8.)

FIG-8

• Mecanismo para que no se Eleve: El CDG alcanza el punto más alto durante el apoyo simple y para que no ascienda demasiado dos mecanismos resultan relevantes: 1) El descenso pélvico de 5º de la pierna sin apoyo conocido como el "trendelenburg" positivo fisiológico (Fig 9). y 2) una flexión de rodilla de 5º en el periodo de soporte que además tiene un efecto sobre la amortiguación y soporte de cargas.

FIG-9

• Mecanismo para que no se desplaze lateralmente: Gracias al "genu valgo fisiológico" el CDG se ubica sobre la base del pie en apoyo mientras se transfiere el peso de una pierna a la otra lo que hace que el CDG sólo se desplaze 2,5cm a cada lado, una amplia base de sustentación al marchar genera un desplazamiento brusco del centro de gravedad (cómo en los niños a los 12-24 meses).

• Mecanismo para hacer más Horizontal la Trayectoria: Los Movimientos coordinados de los núcleos articulares de la rodilla, el tobillo y el pie que ocurren en una secuencia durante la fase de apoyo o período de soporte de la marcha, hacen que la trayectoria del CDG sea más horizontal, debido a que acortan "relativamente" la extremidad.

EL CDG Durante el levantamiento de Cargas

  Al levantar una carga resulta fundamental la ubicación del CDG del Objeto que estamos cargando respecto al Centro de Movimiento de del raquis ya que se van a generar momentos de fuerza que pueden o no ocasionar una lesión.

Varios factores van a determinar las cargas sobre el raquis durante estas actividades entre ellos:

1) La posición del Objeto en relación al centro de movimiento de la columna vertebral.

2) El tamaño, forma, peso y densidad del objeto.

3) Grado de flexión o rotación de la columna vertebral.

4) El tipo de Carga.

Mantener un objeto cerca del cuerpo reduce el momento de inclinación sobre el raquis, porque la distancia desde el CDG del objeto hasta la del CDM de la columna vertebral que es en realidad el brazo de palanca se reduce, mientras más corto sea este brazo de palanca, menor será la magnitud del momento generado y por lo tanto menor será la carga recibida por la columna lumbar, por lo tanto mientas más cerca del cuerpo esté el CDG de un objeto, menos será la carga que recae sobre el raquis lumbar (Fig. 10)                          

El Día que un Hombre Saltó Diferente el "Fosbury Flop"

 

Dick Fosbury modificó y fue innovador en la técnica este salto en los JJ.OO de México 68 que hoy en día lleva su apellido, y se debe a que su centro de gravedad queda fuera del cuerpo (Vértebra S2) en el preciso momento que esta pasando por encima de la barra (fase de vuelo) lo que supone una ventaja con respecto a las otras técnicas.

Además, con su técnica, llegó a saltar 2,24 metros. Consiguió el récord olímpico, pero no el récord mundial de aquel momento, que era de 2,28 metros, aún así cambió para siempre la historia del atletismo. Actualmente el récord para hombres lo tiene el cubano Javier Sotomayor con 2,45 metros, y el de mujeres la búlgara Stefka Kostadinova con 2,09 metros.

Puedes mirar este vide que explica el "Fosbury Flop" :

Conclusiones

•  El Centro de gravedad es un concepto que debe ser comprendeido en toda profesión que involucre el estudio del movimiento humano, porque tanto en disfunciones musculoesqueléticos como en la ejecución correcta de ejercicios la variación del CDG resulta en un aumento del gasto energético, aumento de la compresión sobre el raquis que deben ser corregidos.
   

•  Ningún gesto deportivo tanto en carreras, saltos, lanzamientos, pases y otros. está estereotipado, gran variedad de atletas modifican el gesto técnico y este debe ser estudiado a profundidad. El análisis biomecánico de un deportista con un gesto que rompe paradigmas debe ser visto como algo innovador, potenciarlo (si es efectivo), optimizarlo (si se puede hacer mejor) y aprender de ése movimiento en lugar de ser rechazado o pretender modificarlo. 

•  Algo muy común es utilizar las perturbaciones del centro de gravedad en lo que respecta al entrenamiento "Inestable" que aumenta las eferencias de informaciones propioceptivas en el cuerpo, para el desarrollo del equilibrio y la coordinación, así como en el entrenamiento de la estabilidad central del raquis o "Core Stability".

• Los profesionales en áreas de FISIOTERAPIA, REHABILITACIÓN, KINESIOLOGÍA y afines, deben tener bien claro este concepto aunque resulte algo básico, conocerlo a profundidad ya que es determinante en múltiples situaciones.

AUTOR: J. ANTONIO RODRIGUEZ Estudiante Fisioterapia (UAM).

REFERENCIAS.

1) Pilat A. Terapias Miofasciales: inducción miofascial. Madrid: McGraw-Hill; 2003.

2) http://www.semanaasemana.com

 3) Chaitow L. DeLany J. Aplicación Clínica de las técnicas Neuromusculares. Barcelona: Editorial Paidotribo; 2007.

4) Peterson Kendall, F.; Kendall E.; Geise P.; McIntyre, M.Kendall's. Músculos. Pruebas funcionales, postura y dolor. 5ª edición. Editorial Marbán: Madrid; 2007.

5) Daza Lesmes J.Evaluación clínica funcional del movimiento corporal Humano. Bogotá: Editorial Panamericana;2007.


6) http://es.wikipedia.org/wiki/Torre_de_Pisa


4) http://asusmarcaslistosfuera.blogspot.com/2013/12/salto-alto-la-tecnica-del-fosbury-flop.html

7) Izquierdo M. Biomecánica y bases neuromusculares de la actividad física y el deporte. Buenos Aires; Madrid: Médica Panamericana, 2008.


8) Matías Sampietro-Equipo Physical disponible en "g-se" (28 Mayo, 2013)

9) Acero J. (2013) Conceptualización y Ámbito de la Biomecánica. Instituto de Investigaciones y Soluciones Biomecánicas, Cali. Colombia.

10) Miralles R. Mirralles I. Biomecánica clínica de las patologías del aparato locomotor. Barcelona: Masson, 2007.

11) Ramón G. Biomecánica Deportiva y Control del Entrenamiento. Universidad de Antioquia: Funámbulo Editores; Medellín. 2009.

12) Dufour M. Pillu M. Biomecánica Funcional. París: MASSON; 2006.

13) Saunders JB. Inman VT. Eberhart HD. The major determinants in normal and pathological human gait. J Bone Joint Surg 1953;35-A:543-58.

14) Inman Vt et al. Human Walking. Baltimore: Williams & Wilkins; 1981. p. 134-62.