POLEAS TENDINOSAS Y ESCALADA: POLEAS Y FUERZA DE AGARRE

1-      Conceptos generales

2-      Pathomechanism

3-      Poleas y Fuerza de agarre

4-      Vendajes

¿Alguna vez os habéis planteado como los murciélagos son capaces de dormir e hibernar cabeza abajo sujetados únicamente por sus garras? Pues es una explicación muy importante y con un cierto paralelismo a como el ser humano genera la fuerza de agarre.

Los murciélagos poseen “el mecanismos de bloqueo de tendón” (TLM) bautizado así por Quinn and Baumel (1993) quienes estudiaron esta capacidad en diferentes especies de murciélago. El TLM consiste en la presencia de un parche de tubérculos en la falange proximal y la cara palmar del tendón flexor que interactúa con una serie de crestas transversales de la vaina produciendo un bloqueo cuando se presionan las dos superficies entre sí. Esto permite mantener las garras flexionadas sin apenas contracción muscular, de tal manera que son los factores pasivos a la contracción muscular los que mantienen la mayor parte de la tensión en el agarre.

Ilustración 1: Murcielagos durmiendo sujetados por sus garras sin usar contracción muscular (TLM)

En el ser humano ocurre un mecanismo bastante análogo al TLM, el “mecanismo de compresión del tendón” (TCM), este fenómeno como describíamos brevemente en el post anterior facilita el deslizamiento del tendón en sentido concéntrico mientras que aumenta el rozamiento en sentido excéntrico ayudando a generar fuerza en contracciones excéntricas e isométricas (Walbeehm & McGrouther, 1995) gracias a la disposición de las fibras que intervienen al interactuar las superficies. Siempre que la contracción sea concéntrica el rozamiento de las estructuras que puedan intervenir en el movimiento jugarán en contra de la producción de fuerza mientras que en las contracciones excéntricas e isométricas ocurrirá al contrario y el rozamiento contribuirá sinérgicamente con la fuerza. De esta manera en el caso de la flexión falángica se suma al rozamiento la interacción de las poleas con el tendón.

  

Uchiyama, Coert, Berglund, Amadio, and An (1995) desarrollaron un modelo para calcular el rozamiento entre la polea a2 y el tendón del flexor profundo y obtener un coeficiente de rozamiento (µ) gracias al cual, A Schweizer, Frank, Ochsner, and Jacob (2003) calcularon la diferencia entre la fuerza excéntrica y concéntrica durante la flexión de la articulación interfalángica (PIP) siendo un 29,9% mayor en excéntrico. Una vez vista esta diferencia fueron capaces de cuantificar como contribuía a este superávit el rozamiento del tendón con las poleas hallando una contribución del 9%. Dicho de otra manera, cuando realizamos una contracción excéntrica en la articulación interfalángica proximal (PIP) un 9% de la fuerza que somos capaces de producir es gracias al rozamiento poleas-tendón.

Ilustración 2: Representación de la Fuerza de rozamiento (Fr) generada por los tendones sobre la polea a2 (Moor, Nagy, Snedeker, & Schweizer, 2009)

El ángulo de la articulación interfalángica proximal (PIP) va a ser un factor determinante en el rozamiento poleas-tendón que se genere. En una posición de arqueo con la articulación interfalángica proximal (PIP) a 85,8º de flexión, un 8,6% de la fuerza generada corresponde al rozamiento de la polea a2 con los tendones flexores (Moor et al., 2009) concretamente en este experimento se registraron 3,77 N de fuerza de rozamiento para una fuerza de 40 N producida sobre el agarre.

La relación entre la fuerza en el agarre, el ángulo de PIP y el tipo de contracción va a determinar el coeficiente de rozamiento (µ) el cual nos convendrá que sea lo mayor posible para generar fuerza de agarre, pero también podrá aumentar el riesgo de sufrir una lesión en la polea a2 cuando sea más alto. Un mayor ángulo de flexión de PIP hasta 90º (que es donde alcanza su pico máximo de

µ) aumentara el coeficiente de rozamiento (µ). A mayor fuerza aplicada también aumentará este coeficiente; y cómo podemos ver en la gráfica de más abajo el que la contracción sea excéntrica aumenta en gran medida el rozamiento con respecto así la contracción es concéntrica.

Ilustración 3: Relación entre la fuerza, el ángulo de flexión de (PIP) y el coeficiente de rozamiento (µ) para contracciones excéntricas y concéntricas. (Dermitzakis, Morales, & Schweizer, 2013)

Durante el agarre en arqueo el borde distal de la polea a2 sufre una carga aproximadamente 3 veces mayor que la aplicada sobre el agarre (Andreas Schweizer, 2001), es decir si estamos aplicando una fuerza de 100 N con un dedo, el borde distal de la polea a2 en cuestión sufrirá una tensión de unos 300 N. En otro experimento realizado por (Schoffl, Oppelt, Jungert, Schweizer, Neuhuber, et al., 2009) observaron que cuando PIP se encuentra a un ángulo correspondiente al agarre en arqueo el primer evento que ocurre al aplicar tensiones máximas sobre los tendones es la rotura de polea a4 mientras que para ángulos mas correspondientes al agarre en extensión ocurrían otras lesiones como avulsión del tendón o fracturas óseas; sin embargo hay que tener en cuenta que durante este experimento la posición de las articulaciones era estática sin producirse ninguna fase excéntrica y por lo tanto no había ningún rozamiento dinámico, lo cual apoya la teoría de que la polea a4 es propensa a romperse en situaciones isométricas mientras que la polea a2 es propensa a romperse en el transcurso de una posición isométrica a un movimiento excéntrico como observaron Schoffl, Oppelt, Jungert, Schweizer, Bayer, et al. (2009) resaltando la importancia del TCM.

Otro hallazgo muy importante realizado en uno de los estudios antes mencionados (Andreas Schweizer, 2001) es que para conseguir que las poleas aumenten su laxitud y permitan aumentar la cuerda de arco un 30% (0,6mm) es necesario realizar al menos 100 movimientos (50 en cada mano), lo cual es un gran indicador de cómo debemos calentar para prevenir posibles lesiones.

A modo de conclusión podríamos decir que tener unas poleas sanas y que ciñan el tendón al hueso debidamente va a contribuir notablemente a la producción de la fuerza de agarre, especialmente cuando se trate de agarres con un ángulo de flexión importante en PIP como el agarre en arqueo gracias a la contribución del mecanismo de compresión del tendón (TCM).

BIBLIOGRAFÍA:                                 

Dermitzakis, K., Morales, M. R., & Schweizer, A. (2013). Modeling the frictional interaction in the tendon-pulley system of the human finger for use in robotics. Artificial life, 19(1), 149-169.

Moor, B. K., Nagy, L., Snedeker, J. G., & Schweizer, A. (2009). Friction between finger flexor tendons and the pulley system in the crimp grip position. Clinical biomechanics, 24(1), 20-25.

Quinn, T. H., & Baumel, J. J. (1993). Chiropteran tendon locking mechanism. Journal of Morphology, 216(2), 197-208.

Schoffl, I., Oppelt, K., Jungert, J., Schweizer, A., Bayer, T., Neuhuber, W., & Schoffl, V. (2009). The influence of concentric and eccentric loading on the finger pulley system. J Biomech, 42(13), 2124-2128. doi:10.1016/j.jbiomech.2009.05.033

Schoffl, I., Oppelt, K., Jungert, J., Schweizer, A., Neuhuber, W., & Schoffl, V. (2009). The influence of the crimp and slope grip position on the finger pulley system. J Biomech, 42(13), 2183-2187. doi:10.1016/j.jbiomech.2009.04.049

Schweizer, A. (2001). Biomechanical properties of the crimp grip position in rock climbers. Journal of biomechanics, 34(2), 217-223.

Schweizer, A., Frank, O., Ochsner, P., & Jacob, H. (2003). Friction between human finger flexor tendons and pulleys at high loads. Journal of biomechanics, 36(1), 63-71.

Uchiyama, S., Coert, J., Berglund, L., Amadio, P. C., & An, K. N. (1995). Method for the measurement of friction between tendon and pulley. Journal of Orthopaedic Research, 13(1), 83-89.

Walbeehm, E., & McGrouther, D. (1995). An anatomical study of the mechanical interactions of flexor digitorum superficialis and profundus and the flexor tendon sheath in zone 2. The Journal of Hand Surgery: British & European Volume, 20(3), 269-280.