ARCOS PLANTARES, BIPEDESTACIÓN Y MARCHAFernando Casal

Arcos plantares Los huesos, ligamentos y músculos del pie constituyen una estructura elástica que le permite al pie adaptarse a superficies desiguales, deformarse para absorber golpes o transformarse en una palanca que transmite el peso del cuerpo. La forma de la planta del pie presenta normalmente una bóveda cóncava hacia abajo, con dos arcos: longitudinal y transverso. Esta bóveda tiene tres puntos de apoyo que corresponden a la cabeza del primer metatarsiano, a la cabeza del quinto metatarsiano y a la tuberosidad del calcáneo; que junto a las partes blandas dan forma a la impresión plantar. El arco longitudinal del pie está compuesto por una porción medial y otra lateral, que actúan como una unidad con el arco transverso del pie. La porción medial del arco longitudinal es la más flexible y móvil. Tiene su punto más alto en la cabeza del astrágalo. Está formado de adelante hacia atrás, por los tres metatarsianos mediales, los tres huesos cuneiformes, el navicular, el astrágalo y el calcáneo, unidos por numerosos ligamentos que resisten fuerzas violentas pero de corta duración. Los músculos soportan fuerzas prolongadas en el tiempo. El músculo tibial posterior sostiene el arco longitudinal medial. El músculo peroneo largo aumenta la concavidad del arco, al igual que el músculo flexor largo del dedo gordo. El músculo abductor del dedo gordo, es un tensor del arco aumentando su concavidad al acercar los dos extremos del mismo. Por el contrario el músculo extensor largo del dedo gordo disminuye la concavidad y aplana el arco. La porción lateral del arco longitudinal es más aplanada, apoyándose en gran parte a través de sus partes blandas. Tiene menos flexibilidad que la porción medial, lo que permite transmitir el peso y el impulso motor del tríceps sural. Está formado por los dos metatarsianos laterales, el cuboides y el calcáneo; su punto más alto se ubica a nivel se la articulación subtalar. Su aplanamiento tensa el ligamento plantar largo y el ligamento calcaneocuboideo plantar. Los músculos peroneos largo y corto, junto con los músculos intrínsecos del quinto dedo actúan como tensores del arco. El músculo peroneo anterior y el músculo extensor de los dedos disminuyen la convexidad del arco, al igual que el tríceps sural. El arco transverso del pie va de lado a lado y posee una concavidad poco acentuada. Está formado por la cabeza de los cinco metatarsianos, los dos huesos sesamoideos que acompañan al primer metatarsiano, el cuboides y los tres huesos cuneiformes. Su curvatura se mantiene por el músculo peroneo largo y el músculo tibial posterior, también participa la cabeza transversa del músculo aductor del dedo gordo, pero con escasa potencia mientras que la tensión se mantiene por los ligamentos intermetatarsianos. Los arcos del pie se forman y se mantienen por fenómenos pasivos y activos. Entre los pasivos se destacan: la forma de los huesos, fundamentalmente en el arco transverso y el tejido fibroso, que mantiene al arco longitudinal, organizado en cuatro capas, que de superficial a profunda son: la aponeurosis plantar, el ligamento plantar largo, el ligamento calcaneocuboideo plantar y el ligamento calcaneonavicular plantar. Entre los factores dinámicos podemos mencionar: los músculos intrínsecos del pie, con acción activa sobre el arco longitudinal y los músculos extrínsecos del pie como el flexor largo del dedo gordo y el flexor largo de los dedos para el arco longitudinal. El peroneo largo y el tibial posterior para el arco transverso. La disminución de la porción medial del arco longitudinal define al pie plano. Suele aparecer frecuentemente en la gente mayor, que permanece mucho tiempo de pie o que aumenta rápidamente su peso. Se lo puede clasificar en flexible, es el que aparece al cargar peso y desaparece con la descarga, y rígido, que es el que se mantiene aún en la descarga. El calcáneo es el responsable de su formación al rotar medialmente sobre su eje longitudinal, desplazando al astrágalo hacia adelante, abajo y medial, con el consiguiente arrastre del resto de los elementos que forman el arco. También es habitual que se produzca por laxitud o degeneración de los ligamentos intrínsecos del pie, los que son incapaces de recuperar su forma original. El pie plano rígido generalmente se acompaña de deformidad ósea, clínicamente se presenta dolor en el pie y en la pierna, una marcha plantígrada y una impresión plantar ancha y plana. Su tratamiento es controvertido y va desde una conducta conservadora hasta una quirúrgica. En los menores de tres años el pie plano es normal y está provocado por el gran cuerpo adiposo en la planta del pie.

Bipedestación Los seres humanos somos bípedos. Nos paramos y caminamos con un tronco erguido y las rodillas extendidas, que están casi en línea recta. Por otra parte, somos plantígrados, es decir, que apoyamos toda la longitud del pie en el suelo, mientras que la mayoría de los medianos a grandes mamíferos son: digitígrados, es decir, que se paran y caminan en puntas de pie, o ungulados, es decir, que se paran y caminan sobre las pezuñas ubicadas en la punta de los dedos de los pies. Cuando nos encontramos inmóviles, la tierra ejerce una fuerza en los pies llamada "fuerza de reacción del suelo”, que es igual y opuesta al peso corporal. Este último actúa como "centro de gravedad”, sobre un punto que pasa un poco por encima de la articulación de la cadera y anterior a la columna vertebral. La fuerza sobre el terreno se centra verticalmente debajo de él, en el centro de presión. Cuando nos encontramos parados con comodidad, el centro de presión pasa, por lo general, a la altura de la mitad de camino entre los metatarsos de ambos pies. No permanecemos absolutamente inmóviles, pero nos balanceamos poco. A medida que envejecemos, nuestro control postural se deteriora. Éste es un factor en el desarrollo de inestabilidad y en el aumento del riesgo de caídas. Al considerar la distribución de la carga en el miembro inferior, el conocimiento de la alineación del miembro es importante. El "eje anatómico" es producido por líneas que pasan a lo largo de los ejes del fémur y de la tibia, y por lo tanto, forman un ángulo en la rodilla de 5° a 7°. El “eje mecánico” es una línea recta que une los centros de la cabeza del fémur y el tobillo. No se ha definido donde pasa exactamente la línea: por convención, se toma que pasa por el centro, pero bien podría estar más medial. En la tibia, los ejes mecánicos y anatómicos coinciden. Si bien el peso del cuerpo actúa sobre una línea vertical desde el centro de gravedad hacia el

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suelo, la línea del eje mecánico de los miembros inferiores se inclina 3° de éste, en la posición normal, con los tobillos más cerca que las caderas. En el plano sagital, el peso corporal actúa a lo largo de una línea que pasa a unos centímetros por delante de la articulación talocrural, ejerciendo una fuerza que debe ser equilibrada por los músculos flexores plantares. Algunas investigaciones electromiográficas de pie han encontrado esta actividad principalmente en el músculo sóleo, pero otros han encontrado una actividad moderada en los gastrocnemios también. En cualquier caso, parece probable que la actividad se realiza principalmente en las fibras tipo I (lenta oxidativa), ya que pueden mantener la tensión de manera más estable que las fibras rápidas. El sóleo contiene principalmente fibras tipo I, y el gastrocnemio contiene aproximadamente un 50% de las mismas. En la bipedestación normal, el peso del cuerpo actúa sobre la articulación de la rodilla en dirección ligeramente anterior a los ejes de las rodillas: ejerce una fuerza equilibrada pasivamente por la tensión en los ligamentos y la cápsula posterior previniendo la hiperextensión. Si las rodillas se mantienen rectas, hay poca o ninguna actividad eléctrica en los músculos isquiotibiales y sólo niveles moderados de actividad en el cuádriceps. En general, el peso total del tronco, los brazos y la cabeza parece actuar ligeramente detrás de la articulación de la cadera, ejerciendo una pequeña fuerza que es equilibrada en gran medida por el músculo iliopsoas. Así, una postura relajada, con el tronco erguido y las rodillas rectas, requiere muy poca actividad de los músculos del muslo. Esta poca demanda de energía permite largos periodos de pie. Cuando el ser humano debe pasar a una postura monopodálica, es decir que se para en una sola pierna, el peso de la parte superior del cuerpo ejerce una fuerza sobre la cadera de apoyo que debe ser equilibrada por los músculos abductores, especialmente el tensor de la fascia lata y los glúteos medio y menor. El daño a los glúteos o su inervación, por ejemplo, durante la cirugía de cadera, es una causa importante de una cojera. Marcha La contracción de los músculos tibial posterior, gastrocnemio y sóleo es el principal factor responsable de la propulsión al caminar, correr y saltar. La acción de propulsión de estos músculos de la pierna se ve reforzada por el arco del pie y la flexión de los dedos. Al caminar, el peso del pie se distribuye sucesivamente en la región calcánea (talón), luego en el borde lateral y finalmente en el borde medial del pie. La última parte del pie que deja la tierra es el pilar anterior del arco longitudinal medial y los tres dedos mediales. En el acto de correr, el talón no toca el suelo, pero el punto de despegue sigue siendo el pilar anterior del arco longitudinal medial. A medida que el talón se separa del suelo, los dedos se extienden poco a poco. La extensión, del dedo gordo en particular, tensa la aponeurosis plantar y por lo tanto aumenta el arco. Al mismo tiempo, los músculos flexor largo del dedo gordo y flexor largo de los dedos se elongan, lo que aumenta su contracción posterior. Los músculos flexores corto y largo de los dedos incrementan de la fuerza de despegue, al ejercer presión sobre el suelo. El músculo más importante en este sentido es flexor largo del dedo gordo, que está asociado fuertemente a la función del flexor corto de los dedos. Los lumbricales proporcionan una acción de equilibrio a los músculos flexor largo de los dedos y evitan la deformación de los dedos durante la fase de despegue de la marcha. Al caminar, cada pie está en el suelo (fase de apoyo) el 60% de la zancada, y fuera de la tierra (fase de oscilación) el 40%. Por lo tanto, fases de un solo apoyo (un pie en el suelo) se alternan con fases de doble apoyo (dos pies en el suelo). La rodilla es recta hasta que el talón contacta con el suelo y se mantiene casi recta (10° a 30°) durante la mayor parte de la fase de apoyo de esa pierna, y se flexiona un poco más sólo antes de despegue de los dedos. Durante la fase de oscilación, se flexiona la rodilla hasta un máximo de 60°. La fase de apoyo comienza con el apoyo del talón. Con el pie ubicado en frente del cuerpo, el pie apoyado en el piso se convierte en "apoyo" cuando el cuerpo pasa directamente sobre los pies plantados. A continuación, el talón se levanta a medida que el pie contralateral se pone en contacto con el suelo (fase de apoyo doble). El último evento de la postura es cuando el pie inicia la fase de oscilación. En la fase de apoyo, el pie apoyado en frente del tronco, empuja hacia abajo y adelante sobre el piso, logrando la desaceleración del cuerpo, así como el apoyo del mismo. Cuando el pie se ubica detrás del tronco, lo empuja hacia abajo y hacia atrás, para volver a acelerar cuerpo. La velocidad, y por lo tanto la energía cinética del cuerpo, pasa de un máximo en cada fase de apoyo doble hasta un mínimo en cada fase de apoyo único. La altura del centro de gravedad, y por lo tanto la energía potencial del cuerpo, también fluctúa. Esto es inevitable si la rodilla se mantiene casi recta, haciendo que la cadera se mueva en un arco circular alrededor del tobillo del pie de apoyo. El componente vertical de la fuerza total ejercida por los dos pies en el suelo en la fase de apoyo doble es mayor que el peso corporal, dando al cuerpo una aceleración hacia arriba. El componente vertical de la fuerza de la tierra durante la fase de apoyo único es menor que el peso corporal, dando al cuerpo una aceleración hacia abajo. Las fluctuaciones de la fuerza tienen que ser mayores a las velocidades más altas, para dar el mismo movimiento vertical en menos tiempo. Durante la marcha, la energía potencial del cuerpo es alta cuando su energía cinética es baja, y viceversa. Las energías, por lo tanto, se pueden intercambiar de ida y vuelta entre las dos formas, como en un péndulo oscilante. Un péndulo sin fricción seguiría oscilando siempre sin consumo de más energía. Al caminar, el intercambio de energía potencial y cinética es menos perfecto, y los músculos de las piernas tienen que hacer esfuerzo para sustituir la energía que se pierde en cada impacto de un pie con el suelo. Aun así, poco trabajo es necesario, por el principio del péndulo. Un segundo efecto del péndulo se puede ver en el movimiento hacia adelante de las piernas. Si las piernas fueran una barra rígida colgando de un pivote fijo, daría vueltas hacia delante muy despacio para poder caminar normalmente: porque es libre para doblar la rodilla, y porque la cadera de la que oscila sube y baja, balanceando la pierna hacia delante más rápido con la necesidad de muy poco trabajo muscular. Estos efectos de péndulo aseguran que sea poco trabajo lo que se necesita para conducir las fluctuaciones de energía cinética y potencial que se producen al caminar. El trabajo adicional necesario para superar la resistencia del aire y la fricción de la articulación es muy poco, porque caminamos lentamente y tenemos las articulaciones bien lubricadas. La caminata para el humano no significa una gran pérdida de energía. Las mediciones muestran que el consumo de oxígeno, en los hombres de 70 kg, es de sólo 230 Jules de energía metabólica por cada metro que caminan a la velocidad más lenta (aproximadamente 1,3 metros por segundo), que es de 140 J/m más de lo que usaría si se mantiene quieto. Para correr se usan 260 J/m más que al quedarse quietos de pie. La caminata es sólo económica, cerca de la velocidad óptima, y el costo energético de caminar rápido aumenta como si los adultos corrieran. Los niños, con las piernas más cortas, empiezan a correr a velocidades más bajas: la expectativa teórica es que la velocidad crítica debe ser proporcional a la raíz cuadrada de la longitud de las piernas. La función de brazo oscilante en la marcha no se entiende completamente, pero contribuye a la estabilidad postural.

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Desarrollo de la marcha El niño promedio se sienta a los 6 meses, camina con apoyo a los 12 meses y sin apoyo a los 18 meses. El “gateo” no es considerado un hito madurativo. La marcha tiene al principio características singulares pero se modifica rápidamente y es similar a la de los adultos a la edad de 3 años. Algunos pequeños cambios se producen hasta los 7 años, que son en gran parte un reflejo del desarrollo neurológico, pero también están relacionados con la estatura. Al principios, la marcha es desigual, inestable y de mucha base o apoyo. Los brazos se mantienen abducidos en la articulación del hombro y los codos en flexión. El contacto inicial con el suelo varía: solo talón, pies enteros o talón y dedos del pie son posibles alternativas En general, una postura en flexión plantar es adoptada y contrasta con el patrón de los adultos. En los adultos, el golpe de talón se acompaña de una rodilla extendida que luego se flexiona. Un niño apoya en el suelo con una rodilla flexionada que luego se extendió en respuesta a la carga de peso, y pasa un corto período de tiempo en la postura de una sola pierna. La maduración se asocia con disminución de la anchura de la base de sustentación y el aumento de la longitud del paso y la velocidad. Los primeros cambios son el desarrollo de la huella del talón, la flexión de la rodilla durante la posición y el balanceo recíproco del miembro superior. El período de apoyo único aumenta. Movimientos de los pies Con los pies en el suelo, el peso corporal genera una leve supinación y aplanamiento de los arcos longitudinales, alrededor de un tercio del peso está soportado por la parte delantera del pie y se distribuye hacia la cabeza del primer metatarsiano. Cuando una posición de descanso se convierte en movimiento activo, como ocurre al comenzar a caminar, el pie está en pronación por el esfuerzo muscular, y el primer metatarsiano está deprimido (el segundo menos), lo que acentúa el arco longitudinal a su altura máxima. Cambios similares pueden imponerse en el pie de soporte del peso por la rotación lateral activa del fémur, que se transmite a través de la tibia hacia el astrágalo y supone una supinación pasiva del pie. La rotación femoral medial tiene un efecto contrario. Cuando el pie se pone en contacto con el suelo y está inmóvil, los músculos que se mueven cuando es suspendido libremente pueden ejercer efectos sobre la pierna, por ejemplo, los músculos dorsiflexores puede llevar la pierna hacia adelante en la articulación del tobillo. El pie tiene dos funciones principales: apoyar el peso del cuerpo sobre pie y la progresión de la marcha y absorber el impacto al caminar, correr y saltar. Para cumplir la primera función, el pedal de la plataforma debe ser capaz de distribuir el peso del pie al apoyarse y al moverse y debe ser suficientemente flexible para caminar o para correr sobre superficies irregulares y en pendiente. Para llevar a cabo la segunda función, el pie debe ser transformable en una palanca de ajuste fuerte para resistir la inercia y para generar empuje de gran alcance: una palanca segmentada puede cumplir con tales esfuerzos de mejor manera, si es arqueada. En los lactantes y niños pequeños, la grasa y el tejido conectivo en la cara plantar del pie puede dar una apariencia plana, de hecho, los tejidos blandos modifican su apariencia en todas las edades. Sin embargo, el esqueleto del pie humano presenta normalmente forma de arco y la planta del pie suele ser visiblemente cóncava. Esta curvatura es la que habitualmente se analiza en los arcos longitudinales y transversales. Estos arcos pueden variar individualmente de altura, especialmente el longitudinal en su parte medial. Al ser estructuras dinámicas, sus alturas también difieren en las distintas fases de la marcha. El arco longitudinal medial contiene el calcáneo, el astrágalo, el navicular, el cuneiforme medial y tres huesos metatarsianos. Punto más alto, en la superficie articular superior del astrágalo, recibe las fuerzas completas de la tibia y las pasa hacia atrás sobre el calcáneo, y hacia delante, a través del navicular y de los cuneiformes, hacia los metatarsianos. Cuando el pie a toca el suelo, estas fuerzas se transmiten a través de las tres cabezas de los metatarsianos y del calcáneo (especialmente su tuberosidad). El arco medial es mayor, y más móvil y flexible que el arco lateral. Su aplanamiento progresivamente tensa el ligamento plantar calcaneonavicular y la fascia plantar. El arco lateral está adaptado para transmitir el peso y el empuje más que para absorber esas fuerzas: el músculo plantar largo y el ligamento calcaneocuboideo se tensan a medida que se aplana. El arco lateral hace contacto con el suelo más ampliamente que el arco medial. A medida que el pie se aplana, una fracción cada vez mayor de la carga atraviesa los tejidos blandos que son inferiores a todo el arco. Todo el borde lateral generalmente toca el suelo, mientras que el borde medial no. Sin embargo, el borde medial es cóncavo visiblemente, aún de pie, lo que explica el dibujo de las huellas humanas (aunque esto varía con la posición de los pies, con el desarrollo de los tejidos blandos asociados y con la naturaleza de la superficie). En cualquier actividad, tan pronto como se levanta el talón, los dedos se extienden y las estructuras musculares (incluyendo la aponeurosis plantar) se tensan en la planta del pie, lo que acentúa los arcos longitudinales. Se ha sugerido que la tensión disminuye en los ligamentos plantares profundos durante esta fase. La planta del pie es cóncava transversalmente, en su apariencia externa como en la morfología de su esqueleto, y los arcos transversales son más desarrollados hacia inferior en relación al tarso y al metatarso, adyacentes. La transmisión de fuerzas se produce hacia la cabeza de los metatarsianos, hasta cierto punto a lo largo del borde lateral del pie, donde pasa a través de los tejidos blandos subyacentes. En la posición bípeda, cuando solo se sostiene el peso del cuerpo, los músculos intrínsecos y extrínsecos del pie parecen relajarse. Si los arcos longitudinales pueden hundirse como consecuencia de la relajación muscular, los ligamentos plantares se tensan dejando a los huesos en una forma arqueada. El arco medial es más elevado cuando los pies están juntos. Este hundimiento medial puede ser contrarrestado por la contracción voluntaria de los músculos

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