Fuerzas internas que afectan al nadador: Una revisión sistemática

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CONTEÚDO

ARTÍCULO DE REVISIÓN

PINTO, Marcelo De Oliveira [1], CHIROLLI, Milena Julia [2], SOARES, Bruna Adamar Castelhano [3], PEREIRA, Suzana Matheus [4], ROESLER, Helio [5]

PINTO, Marcelo De Oliveira. Et al. Fuerzas internas que afectan al nadador: Una revisión sistemática. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. año 04, Ed. 11, Vol. 05, págs. 71 a 90. Noviembre de 2019. ISSN: 2448-0959, Enlace de acceso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/educacion-fisica-es/fuerzas-internas

RESUMEN

La velocidad en la natación está determinada por factores biomecánicos y bioenergéticos, y es necesario modular la cantidad de fuerza producida por el nadador. Comprender los costos mecánicos y la generación de energía en los movimientos acuáticos es de gran importancia para lograr un mejor rendimiento. Sin embargo, todavía no está bien definido qué fuerzas internas afectan al nadador durante la natación. El objetivo de esta obra es elevar, a través de una revisión sistemática de la literatura, el estado de la técnica sobre las fuerzas internas de la natación. Se analizaron estudios indexados en las siguientes bases de datos: Web of Sience, Scopus, SciELO, Medline, PubMed, Lilacs y Cochrane. La sistematización de búsqueda incluía la lectura completa de títulos, resúmenes y artículos, encontrados a través de tres bloques de descriptores que combinaban términos principales y secundarios, como se indica en el Apéndice A. Se buscaron estudios en cuatro idiomas: portugués, inglés, español y francés. Los resultados mostraron que los estudios que abordan las fuerzas internas del nadador son escasos en la literatura. Se encontraron un total de 5.841 artículos, en los que sólo 2 se refieren a esta variable en natación. Estos 2 estudios, incluidos para el análisis cualitativo, aportan en su metodología el uso de la cinemática como instrumento de evaluación y cinética como resultado, presentando las fuerzas internas del palmateio y la pierna del golpe mamario como objetos de estudio. Aunque ambos presentaron calidad en la metodología, ninguno de los estudios fue juicioso con respecto al número de muestra. Sin embargo, estas investigaciones demuestran una innovación y pueden considerarse como investigación básica. Incluso con baja resistencia a la muestra, se publicaron en una revista de alto impacto para la zona. Ambos artículos mencionan la falta de estudios sobre este tema. Esta condición se justifica por la dificultad con la que se muestra el medio acuático a los investigadores, por lo que es necesario desarrollar tecnologías que permitan medir dichas variables durante la natación, de manera que sea posible avanzar en el conocimiento sobre estos fenómenos. Entre las sugerencias que señala esta revisión sistemática, se recomienda cuantificar la fuerza real generada por el nadador durante los diferentes tipos de natación, como el desarrollo de instrumentos de medición para el medio acuático.

Palabras clave: Natación, dinámica, rendimiento. 

1. INTRODUCCIÓN

La fuerza es una condición innata de los seres humanos (SHUMWAY-COOK; WOOLACOTT, 2001) para permitir a las personas realizar tareas intrínsecas a su vida diaria. La fuerza, como variable, es una valencia difícil de definir (STONE et al., 2002), porque es complejo y su concepto implica muchas facetas. Se puede definir como la capacidad de provocar tensión en un músculo (FLECK; KRAEMER, 2017). Algunos autores (BEER et al., 2019; BEER ; JOHNSTON, MAZUREK, 2019) también lo define como la capacidad de acelerar o deformar el material. Otros consideran que la fuerza está estrechamente relacionada con las leyes de Newton aplicadas en los deportes (SAMSON et al., 2017).

En la biomecánica, los análisis cinéticos se refieren a la investigación de las fuerzas que causan el movimiento (ACKLAND; ELLIOT; BLOOMFIELD, 2011). Estos análisis pueden incluir fuerzas internas y externas. Las fuerzas internas provienen de la actividad muscular, es decir, la tensión en los ligamentos y articulaciones o de la fricción en sí en los músculos (FLECK; KRAEMER, 2017), mientras que las fuerzas externas provienen del suelo (acción y reacción) y de las cargas externas (ACKLAND; ELLIOT; BLOOMFIELD, 2011). El análisis cinético, por lo tanto, proporciona una mayor comprensión de las fuerzas que contribuyen al movimiento.

La investigación de las fuerzas impuestas al cuerpo humano, a través de distintas formas de movimiento, tiene relevancia para los profesionales e investigadores que subvencionan esta área (LOSS et al., 2002). En los deportes, esta cualidad se explora ampliamente, y en algunas modalidades, como el levantamiento olímpico y Powerlifting, el resultado final de la fuerza es el rendimiento del individuo (GARHAMMER, 1993). Aún así, en otros deportes como la lucha y el atletismo, la fuerza puede ser determinante en la búsqueda de la maestría (AMADIO; SERRÃO, 2011; MOURA, 2003). Por tanto, la fuerza máxima puede ser un factor importante que influya en el rendimiento en varios deportes. Sin embargo, entre los entrenadores e investigadores, todavía no existe un consenso sobre la cantidad de fuerza necesaria para un rendimiento óptimo en la mayoría de los deportes (STONE et al., 2002).

Si en el medio ambiente de la tierra la fuerza es difícil de medir y clasificar, en el medio acuático este fenómeno se vuelve aún más oscuro. Se sabe, entonces, que la velocidad de un nadador está determinada por factores biomecánicos y bioenergéticos (WILLEMS et al., 2014) y que la optimización de la natación es importante en el rendimiento competitivo (CONNABOY et al., 2016). Para ello, el nadador necesita modular la producción de fuerza en respuesta a los cambios en las demandas mecánicas asociadas con diferentes tareas (LAUER; ROUARD; VILAS-BOAS, 2017). Así, la evaluación de la natación es uno de los temas más complejos, extraordinarios e interesantes de la biomecánica del deporte (MARINHO et al., 2009).

Como una forma de moverse por el medio acuático, los nadadores experimentan fuerzas que no experimentan en tierra (MAGLISCHO, 2013). Por ejemplo, los nadadores de diferentes natacións realizan diferentes tareas motoras para moverse magistralmente, aplicando fuerzas en diferentes direcciones para crear impulso (GUIGNARD et al., 2015; SAMSON et al., 2017). Como resultado, hay nadadores que experimentan mayores fuerzas de resistencia hidrodinámica para moverse, lo que generalmente ocurre en los llamados “natación a base de arrastre”, que dependen de fuerzas resistivas hidrodinámicas para nadar (MAGLISCHO, 2013). Alternativamente, otros nadadores pueden adaptarse a movimientos de natación optimizados (CONNABOY et al., 2016), experimentando una mayor propulsión derivada de fuerzas de arrastre más pequeñas.

Esta apreciación resultó ser una necesidad para promover y ampliar el conocimiento sobre el fenómeno de la fuerza. Se necesita una comprensión más profunda del flujo de energía entre los segmentos del cuerpo y el medio ambiente para verificar la posible dependencia entre el trabajo interno y externo. Esto será esencial para una mejor comprensión de los determinantes de los costos mecánicos de la natación y la generación de energía en los movimientos acuáticos (LAUER et al., 2015).

Esto se eleva: ¿Qué fuerzas internas afectan al nadador durante la natación?  Al responder a esta pregunta, se deben generar subsidios a los científicos y profesionales que trabajan en esta área con el fin de prevenir lesiones, calcular cargas en la periodización o buscar condiciones óptimas para mejorar el rendimiento. Para ello, se pretende entender cómo los estudios actuales abordan este tema. Así, el objetivo de esta obra es elevar, a través de una revisión sistemática de la literatura, el “estado de la técnica” sobre las fuerzas internas que afectan al nadador durante la natación.

1.1 MATERIALES Y MÉTODOS

1.1.1 TIPO DE BÚSQUEDA

Este estudio se caracteriza por ser una revisión sistemática de la literatura. Pretende, entonces, en su enfoque, ampliar el estado de la técnica sobre el tema de las fuerzas internas que afectan al nadador durante su práctica. Para ello, el instrumento utilizado fue la revisión sistemática, ya que proporciona una síntesis rigurosa de todos los estudios relacionados con la cuestión del estudio. Su base tiene en cuenta, principalmente, los estudios experimentales y los ensayos generalmente aleatorizados (CORDEIRO et al., 2007). Además, es de naturaleza bibliográfica, ya que se basa en la elaboración de datos ya publicados, como artículos de revistas y otros materiales (GIL, 2008). Este estudio también se puede caracterizar como una investigación cualitativa (SILVA; MENEZES, 2005, p. 20), que se debe a la calificación de los estudios encontrados en las búsquedas.

1.1.2 SELECCIÓN

Para el análisis de los artículos, se recogieron estudios en las siguientes bases de datos: Web of Sience, Scopus, SciELO, Medline, PubMed, Lilacs y Cochrane. Cada base de datos se basaba en estrategias de búsqueda individuales. La configuración de descriptores y palabras clave insertadas en las plataformas consta de tres bloques de descriptores y se presenta en el Apéndice A. Para la composición de cada bloque individual, el descriptor principal y sus respectivos términos secundarios se combinaron mediante el uso de booleano “OR”, mientras que para la asociación de los bloques se utilizó el booleano “AND”.

1.1.2.1 CRITERIOS DE INCLUSIÓN

Sólo se incluyeron diarios indexados en esta búsqueda, con el fin de garantizar el criterio de calidad para la producción. Se incluyeron estudios escritos en portugués, inglés, francés y español. Los estudios seleccionados deben cumplir los siguientes criterios: (1) estar en diarios indexados; (2) contener diseño experimental con seres humanos; (3) contienen los resultados de los análisis de las fuerzas internas en la natación. Para ello, no hubo ninguna restricción con respecto a la edad o el nivel competitivo de la muestra.

1.1.2.2 CRITERIOS DE EXCLUSIÓN

Los artículos que no se ajustaban a los criterios de inclusión mencionados fueron excluidos del estudio. También se excluyeron los estudios que involucraron: (1) estudios con otros deportes acuáticos; (2) estudios de revisiones, cartas, conferencias, resúmenes, opiniones de expertos y estudios de casos; (3) estudios únicamente con modelado computacional; (4) estudios que no informaron de fuerzas internas o que no permitieron que estas fuerzas extrapolar evaluaciones.

1.1.3 PROCESO DE RECOPILACIÓN DE DATOS

El primer autor recopiló la información necesaria para la selección de los artículos. El segundo autor investigó toda la información recopilada para confirmar la exactitud. Cualquier desacuerdo en cualquier etapa se resolvió mediante la reunión y el acuerdo mutuo entre los tres revisores. Los autores cuarto y quinto participaron en la decisión final y en la preparación del manuscrito.

1.2 PROCEDIMIENTOS

Las estrategias de investigación se describirán a continuación. La recopilación de datos comenzó el 5 de agosto de 2019 y la fecha final de la encuesta fue el 30 de septiembre de 2019, y se actualizó y completó el 11 de octubre de 2019.

El sistema de búsqueda incluía una jerarquía de evaluación con la búsqueda de artículos. Todas las referencias fueron gestionadas por el software de gestión de referencias EndNote® X3. Por lo tanto, se han eliminado todos los duplicados en este programa. Los estudios se evaluaron primero leyendo los títulos, luego leyendo los resúmenes y finalmente leyendo los artículos en su totalidad, realizando la inclusión o exclusión de artículos en cada etapa. Se descartó cualquier estudio que no cumpliera con los criterios de inclusión.

Cada etapa tenía dos evaluadores que realizaban la selección a ciegas, no hubo comunicación entre los evaluadores durante el proceso de inclusión de los artículos en cada etapa. A continuación, un tercer evaluador agrupó los estudios continuando con el análisis. Los artículos que fueron replicados por los dos primeros evaluadores pasaron a la siguiente etapa de evaluación. Los artículos que no coincidían fueron sometidos a análisis por un tercer evaluador y pudieron ser discutidos por un cuarto evaluador. Para dilucidar la evaluación sigue la Figura 1.

Al final de las exclusiones, los artículos completos se dejaron para la evaluación del contenido. La lista de referencia de todos los artículos incluidos fue evaluada críticamente por un examinador.

Un quinto autor, con amplia experiencia en natación y actividades acuáticas, siguió la selección y el análisis de artículos y opinó sobre las decisiones cuando hubo controversias en una decisión final. Tanto la selección de artículos, como la lectura, correcciones y elaboración del manuscrito contaba con la participación de los cinco evaluadores/autores de la obra.

1.3 RESULTADOS

La forma de selección de los estudios se presenta en el diagrama de flujo de la Figura 1 a continuación. En esto, se describe e identifica como el proceso de inclusión y exclusión de estudios durante las fases.

Figura 1 – Diagrama de flujo de sistematización y criterios de búsqueda, adaptados de los elementos de informe preferidos para revisiones sistemáticas y metaanálisis (PRISMA).

Un total de 5.841 artículos fueron encontrados después de la eliminación de duplicados. De ellos, sólo 168 permanecieron después de leer los títulos. Después de esto, 150 estudios fueron excluidos por diferentes razones mediante la lectura de los resúmenes. Exclusivamente 18 artículos fueron seleccionados para la lectura completa. De estos dieciséis fueron excluidos por las razones explícitas de la Figura 1. Sólo 2 artículos fueron finalmente incluidos en el estudio cualitativo.

De los 2 estudios seleccionados, ambos fueron publicados en la misma revista en 2015 y 2016. Estos también tenían la misma autoría, diferenciando sólo a unos pocos coautores y sus países de origen.  En ambos estudios, fue posible observar la complejidad en los análisis y la participación de nadadores experimentados como grupo de muestra. Sin embargo, un pequeño número de muestra de 7 y 8 individuos también se observa en cada uno de los estudios.

Tabla 1 – Síntesis de los resultados de los estudios.

Aunque todos tenían calidad en la metodología, al describir las variables y explicar cómo se desarrolló el estudio, ninguno de los artículos fue juicioso con respecto al número de muestra. Sin embargo, estos estudios demuestran una innovación y pueden considerarse como investigación básica. Incluso con baja resistencia a la muestra, estos estudios fueron publicados en una revista de alto impacto para la zona, sirviendo como base para otros estudios. Ambos artículos mencionan la necesidad y la falta de desarrollo de este tema. Estos estudios también aportan en su metodología el uso de la cinemática como instrumento de análisis y cinética como resultado, presentando las fuerzas internas del palmateio y la pierna del pecho como objetos de estudio.

1.4 DISCUSIÓN

Esta revisión tenía como objetivo entender el “estado de la técnica” sobre las fuerzas internas que afectan al nadador durante la natación. Para ello, identificamos, al principio, numerosos artículos que evalúan los efectos de las diferentes fuerzas que afectan al nadador durante su práctica. En esta búsqueda, se enfrentó a un creciente avance en la ciencia para la comprensión de tales fuerzas. Sin embargo, la mayoría de los artículos (que fueron excluidos en este estudio) tenían fuerzas externas como tema (BARBOSA et al., 2018; BIXLER; PEASE; FAIRHURST, 2007; COHEN et al., 2018; KEYS; LYTTLE, 2008; POPA et al., 2014; ZAIDI et al., 2008).

Un problema fundamental en la locomoción es entender cómo la fuerza produce movimiento. Esto es aparentemente complejo, especialmente cuando se trata de los movimientos de los seres humanos en el agua (BHALLA; GRIFFITH, PATANKAR, 2013). Con esto, cada vez más autores buscan análisis diseñados para entender cómo las variables afectan a los nadadores (BARBOSA et al., 2010).

Los estudios de locomoción en natación competitiva están altamente condicionados a las características fluidas, ya que los nadadores utilizan estas propiedades para aumentarse a sí mismos (GUIGNARD et al., 2017). En este sentido, es esencial que científicos y profesionales del deporte identifiquen las interacciones que surgen entre el nadador y las propiedades de un entorno acuático, ya que la evaluación de la natación es uno de los temas más complejos, llamativos y fascinantes de la biomecánica (MARINHO et al., 2010).

Como uno de los diferentes métodos aplicados en la natación, está la dinámica de fluidos computacional (CFD) (XIE; LI; YAN, 2018). Esta técnica permite observar y comprender los movimientos del agua alrededor del cuerpo humano y su aplicación para mejorar el rendimiento de la natación. El CFD se aplica en muchos estudios (BANKS et al., 2014; BIXLER; RIEWALD, 2002; LAMAS et al., 2011; MANTHA et al., 2014; POPA et al., 2014) en un intento de comprender en profundidad la biomecánica bases de natación. Por lo tanto, esta técnica puede considerarse un nuevo enfoque relevante para evaluar las fuerzas hidrodinámicas en la natación (GUIGNARD et al., 2017).

Sin embargo, en la natación virtual suele haber una disparidad entre el nivel de detalle de la simulación del cuerpo de un nadador y el del fluido que mueve (JOHNSON; PHILIPPIDES; HUSBANDS, 2019). Por otro lado, los enfoques clásicos de la investigación biomecánica se centraron en las acciones de los nadadores, descomponiendo las características del curso para el análisis, sin explorar alteraciones en los flujos de fluidos (GUIGNARD et al., 2017).

Sin embargo, con el crecimiento tecnológico actual, es posible modelar nadadores utilizando cuerpos pseudo-blandos y fluidos a base de partículas, que tienen suficiente realismo para investigar una gama más amplia de interacciones cuerpo-medio ambiente (JOHNSON; PHILIPPIDES; HUSBANDS, 2019). Un ejemplo de esto es la evaluación de la natación en humanos que ahora se realiza utilizando la técnica CFD de partículas suavizadas. Este enfoque se ocupa de los desafíos de modelado de nadadores, lo que permite simulaciones más realistas que se obtienen de los escaneos láser de los atletas e imágenes de vídeo (COHEN; CLEARY; MASON, 2010). Toda esta tecnología abre nuevos horizontes para avanzar en la investigación que se ocupa de las fuerzas y cómo afectan al nadador, externa e internamente.

Por otro lado, es necesario tener debidamente pensado sobre algunas investigaciones en mecánica de fluidos que registra comportamientos fluidos aislados de las restricciones de los ambientes de natación competitivos (por ejemplo, análisis bidimensionales o flujos de fluidos estudiados pasivamente en maniquíes/robots) (GUIGNARD et al., 2017).

Con esto, y como se ve en esta revisión, la fuerza y sus resultados en el nadador terminan siendo descuidado. De los más de 5.000 artículos encontrados que trataban con fuerza, sólo 2 se refieren a esta variable en la natación.

En este sentido, se encontraron varios artículos relacionados con la fuerza, entre ellos vale la pena mencionar la contribución relativa de la fuerza de los brazos y las piernas en la natación atada (TOR; PEASE; BALL, 2015), así como estudios sobre las tasas de accidente cerebrovascular de la natación atada (SANTOS et al., 2016). En otro estudio, con la natación atada, el objetivo fue identificar las relaciones entre el rendimiento competitivo y las fuerzas de amarre según la distancia, en los cuatro natación, y analizar si los valores relativos de la producción de fuerza son más determinantes del rendimiento de la natación que los valores absolutos. La prueba de natación vinculada parece ser un protocolo confiable para evaluar la producción de fuerza del nadador y un estimador útil de rendimiento competitivo (MOROUCO et al., 2011). Esto puede ser indicativo de que las fuerzas internas que afectan al nadador se pueden extraer de este tipo de protocolo. Corroborando este tema, en otro estudio de Morouco et al., (2015), los resultados obtenidos indican que las variables de resistencia de las extremidades inferiores durante la onda submarina pueden desempeñar un papel importante para el nadador.

En un intento de entender las fuerzas, el desarrollo de la robótica bioinspirada condujo a la estructura evaluativa de los fluidos vinculados al desplazamiento en la natación. Sin embargo, este enfoque no es del todo satisfactorio porque la locomoción resulta de la interacción del organismo con su entorno (GROSS; ROUX; ARGENTINA, 2019). Dada la gama potencial de fuerza, es necesario entender que el cuerpo en el agua sugiere una estrategia motora general de modulación de potencia consistente en entornos físicos (LAUER; ROUARD; VILAS-BOAS, 2017).

En el modelo animal, la definición de eficiencia de propulsión muestra que las consideraciones biomecánicas son más importantes que la hidrodinámica, y que los peces probablemente ajustan sus movimientos para maximizar la relación entre la energía producida (producto de impulso y distancia) y la energía química consumida por los músculos (IOSILEVSKII, 2017).

Esta condición se justifica por la dificultad con la que el medio acuático se presenta a los investigadores. El fluido, en este caso el agua, depende de fuerzas como la flotabilidad, la densidad, la viscosidad y la tensión superficial, que, cuando se colocan en la ecuación de las fuerzas internas, causan confusión, llevando a muchos eruditos de la zona a reunirse a evaluaciones simples. También existen determinantes biofísicos relacionados con el rendimiento de la natación, que son uno de los temas más atractivos en la ciencia de la natación (MOROUÇO  et al., 2018). De hecho, la simulación matemática, a través del cálculo de la mecánica de fluidos, lleva consigo grandes cuantificaciones de variables que, hasta hace dos décadas, ni siquiera podían ser pensadas. Hoy en día con el avance de la investigación se puede empezar a entender estos fenómenos en su complejidad.

En consecuencia, los estudios proporcionan pruebas convincentes de que, en un futuro próximo, como en el presente, el CFD proporcionará nuevos argumentos para definir nuevas técnicas o equipos de natación (MARINHO et al., 2010). Determinar el impacto de los movimientos de cada nadador en el flujo de fluidos y viceversa es un desafío importante (GUIGNARD et al., 2017). Sin embargo, estos cálculos todavía carecen de validez ecológica en cuanto a su producción. Por lo tanto, es urgente realizar una comparación entre simulaciones numéricas, experimentos y teoría para observar si el efecto es significativo (VAN HOUWELINGEN et al., 2017).

Por lo tanto, es necesario utilizar tecnologías emergentes y concatenarlas con nuevas formas de evaluación. Por lo tanto, el potencial de nuevas producciones en el área de fuerzas internas, que se generan durante la natación, son una demanda actual, y esto puede ser respondido utilizando metodologías existentes.

1.5 CONSIDERACIONES FINALES

Como se presenta esta revisión, es posible observar que los estudios que abordan las fuerzas internas generadas en el nadador son escasos en la literatura. Todavía es necesario desarrollar tecnologías que permitan medir las fortalezas del nadador durante la natación, de manera que sea posible avanzar en el conocimiento sobre estos fenómenos. Como sugerencia para un nuevo trabajo sigue la idea de que es necesario cuantificar la fuerza real generada por el nadador. Y para ello, como sugerencia de patente de producto, los deportes acuáticos carecen de tecnología para esa cuantificación de la fuerza, dejando una brecha para los desarrolladores que quieren invertir en tecnologías para cuantificar la fuerza en el agua. Sin duda este producto servirá a investigadores, técnicos, profesionales en el campo y nadadores para entender esta variable que es tan importante, pero está tan subestimada.

1.6 LIMITACIONES DE ESTUDIO

Este estudio tiene limitaciones con respecto al número de idiomas que se sugirieron en la búsqueda. Y sólo los artículos en portugués, español, francés e inglés entraron para el análisis final. La base de búsqueda EMBASE también fue un limitador en la preparación de esta revisión. Esta base de datos no tiene acuerdo con las instituciones vinculadas a la investigación, imposibilitando su inclusión.

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ANEXOS Y APÉNDICES

Figura que hace referencia al Prisma en inglés.


Tabla de artículos encontrados en inglés

Apéndice 1 – Búsqueda

 Appendix 1 – Search

[1] Doctorado en Ciencias del Movimiento Humano. Máster en Ciencias del Movimiento Humano. Máster en Biología de Hongos, Algas y Plantas. Graduación en Educación Física. Graduación en Ingeniería Acuícola.

[2] Graduación en curso en Fisioterapia.

[3] Máster en Ciencias del Movimiento Humano. Graduación en Educación Física.

[4] Doctor en Ciencias del Deporte. Máster en Ciencias del Movimiento Humano.

[5] Doctor en Ingeniería Mecánica. Máster en Ingeniería Civil. Licenciado en Ingeniería Mecánica.

Enviado: Noviembre, 2019.

Aprobado: Noviembre, 2019.

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