Todo sobre el CDG

Todo sobre el centro de gravedad (Biomecánica)
(http://fissioterapia.blogspot.com.uy/2015/09/todo-sobre-el-centro-de-gravedad-en-el.html)
J. Antonio Rodriguez
(estudiante Fisioterapia (UAM))
11 de septiembre de 2016
Introducción
El muy nombrado Centro De Gravedad a partir de ahora (CDG) seguro lo has escuchado una
vez, ya sea en una clase de Biomecánica, Kinesiologı́a, 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 Fisioterapeuta, Kinesiólogo, Entrenador
Deportivo, y toda profesión que analiza y estudia el movimiento corporal Humano.
¿Qué es el centro de gravedad (CDG)?
Desde la fı́sica básica y para todo estudio del movimiento 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
serı́a el CDG, si una persona tiene una masa de 70 kg, los 70 kg por efecto de la aceleración de la
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 cı́rculo donde no hay
material, al igual que en un balón se encuentra justo en el centro del mismo dónde sólo hay aire
comprimido. (7)
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¿Dónde está ubicado el CDG en el cuerpo humano?
En el cuerpo humano (estático) según 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).
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 80 kg.
El Peso: Es una fuerza, es decir un vector, ya que tiene magnitud, dirección y sentido. Su
unidad es el Newton (N = kg · m/s2 ), el peso es igual a la masa por la aceleración de la
gravedad (9,8 m/s2 ). Su fórmula es P = mg. (Por otra parte el peso, según Acero (2013),
“Es la cuantificación de la fuerza de atracción gravitatoria ejercida sobre la masa el cuerpo
humano”. (9))
Entonces por ejemplo: La persona que tiene una masa de 80Kg, tiene un peso de 784 N.
Y esto se explica de la siguiente forma.
P =
m=
g=
peso (en Newtons)
masa (en kg)
aceleración de la gravedad, que en la tierra es igual a 9,8 m/s2 .
2
1 =1 kg · m/s2
Entonces se calcula el peso como:
P = mg
(P = 80kg ·9,8 m/s2 = 784 kg · m/s2 = 784 N)
Por lo tanto es erróneo decir que las personas pesan X Kilogramos porque en realidad esa es su
masa. ¡El peso es una fuerza!, y 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.
¿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 varı́a.
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 ciencias aplicadas
al deporte y actividad fı́sica 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 bı́peda 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 varı́a 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
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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 1,5 kg
(aproximadamente) adicionales y en las 40 semanas hasta de 3,4 kg a 5 kg adicionales de el bebé,
el CDG se queda mas bajo como se observa (figura 2) y la mujer hace más amplia su base de
sustentación lo que aumenta la estabilidad. (2)
La lı́nea de gravedad y la postura
La lı́nea de gravedad representa una lı́nea vertical imaginaria que atraviesa el centro de gravedad.
La lı́nea 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
sobre una base de sostén o sustentación (Kuchera 1997) (3). La Postura es el conjunto de posiciones que adoptan todas las articulaciones del cuerpo en un momento determinado (Kendall’s) (4).
En la postura bı́peda 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 estable y alineada. Ésta lı́nea de gravedad se representa por una plomada, que no es
más que una cuerda sujeta a un punto fijo (techo) y en el otro extremo un peso (F3), entonces
está lı́nea 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 especı́ficos (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.
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2 cm por delante del maléolo peroneo.
En la práctica de la evaluación clı́nica se utiliza la lı́nea plomada, aunque en la actualidad con
programas biomécanicos y planimetrı́a computarizada ya la plomada se puede considerar como
una herramienta muy básica.
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
polı́gono llamado polı́gono de sustentación. (Figura 5) y dentro de éste deberá estar la lı́nea de
gravedad para mantener la estabilidad.
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 m a
55,8 m 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
ası́ su lı́nea 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).
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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 fı́sica cuando la suma de fuerzas y momentos (de una fuerza)1 que actúan sobre un cuerpo se anulan entre sı́, o lo que es lo mismo cuando la sumatoria de fuerzas es igual a cero.
N. del E.: En Fı́sica se dice que un cuerpo se encuentra en equilibrio, si la fuerza neta y el torque neto que
actúa sobre dicho cuerpo son nulos por separado y simultáneamente, es decir, si se cumplen al mismo tiempo las
ecuaciones: F~neta = 0 y ~τneto = 0.
Debe entenderse por fuerza neta la que resulta de sumar vectorialmente todas las fuerzas que actúan sobre el
cuerpo en cuestión. Similarmente para el torque neto, es decir, el torque neto respecto a un cierto eje de
rotación, se consigue sumando vectorialmente todos los torques (realizados por la fuerzas), respecto al eje de
rotación en consideración.
Cuando se habla de movimiento corporal humano hace referencia a mantener la postura ası́ Winter
(1995) desde un punto biomecánico define equilibrio como “un término que define la dinámica de
la postura corporal para prevenir las caı́das, relacionado con las fuerzas que actúan sobre el cuerpo
y la inercia de los segmentos corporales”.
El equilibrio a su vez se subdivide en tres categorı́as:
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 rectilı́neo uniforme. la bicicleta
se mueve en lı́nea recta y velocidad constante.
1
En el presente curso de Biomecánica, al momento de una fuerza le denominamos torque.
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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 lı́mites 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 lı́nea 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 lı́nea de gravedad que cae sobre el polı́gono 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 lı́nea de gravedad sobre la base de
sustentación caiga más al centro de ésta.
Un cuerpo es más estable cuanto 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 anatomı́a, 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 5 cm y fueron descritos por
Saunders (13), e Inman y Eberhart (14).
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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.)
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.
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Mecanismo para que no se desplace 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 desplace 2,5 cm 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 perı́odo 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 dı́a 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 dı́a 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.
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Además, con su técnica, llegó a saltar 2,24 m. Consiguió el récord olı́mpico, pero no el récord mundial de aquel momento, que era de 2,28 m, aún ası́ cambió para siempre la historia del atletismo.
Actualmente el récord para hombres lo tiene el cubano Javier Sotomayor con 2,45 m, y el de mujeres la búlgara Stefka Kostadinova con 2,09 m.
Puedes mirar este video que explica el “Fosbury Flop”.
Conclusiones
El Centro de gravedad es un concepto que debe ser comprendido 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 referencias de informaciones propioceptivas en el cuerpo,
para el desarrollo del equilibrio y la coordinación, ası́ 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.
Referencias
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2.
http://www.semanaasemana.com
3.
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Paidotribo; 2007.
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Peterson Kendall, F.; Kendall E.; Geise P.; McIntyre, M.Kendall’s. Músculos. Pruebas funcionales,
postura y dolor. 5a edición. Editorial Marbán: Madrid; 2007.
10
5.
Daza Lesmes J.Evaluación clı́nica funcional del movimiento corporal Humano. Bogotá: Editorial
Panamericana;2007.
6.
http://es.wikipedia.org/wiki/Torre_de_Pisa
7.
http://asusmarcaslistosfuera.blogspot.com/2013/12/salto-alto-la-tecnica-del-fosbury-flop.
html
8.
Izquierdo M. Biomecánica y bases neuromusculares de la actividad fı́sica y el deporte. Buenos Aires;
Madrid: Médica Panamericana, 2008.
9.
Matı́as Sampietro-Equipo Physical disponible en “g-se” (28 Mayo, 2013)
10.
Acero J. (2013) Conceptualización y Ámbito de la Biomecánica. Instituto de Investigaciones y
Soluciones Biomecánicas, Cali. Colombia.
11.
Miralles R. Mirralles I. Biomecánica clı́nica de las patologı́as del aparato locomotor. Barcelona:
Masson, 2007.
12.
Ramón G. Biomecánica Deportiva y Control del Entrenamiento. Universidad de Antioquia: Funámbulo Editores; Medellı́n. 2009.
13.
Dufour M. Pillu M. Biomecánica Funcional. Parı́s: MASSON; 2006.
14.
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gait. J Bone Joint Surg 1953;35-A:543-58.
15.
Inman Vt et al. Human Walking. Baltimore: Williams & Wilkins; 1981. p. 134-62.
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