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Resumen— En las distintas actividades de la vida diaria del hombre, y en múltiples gestos deportivos, se realizan alternadamente, flexiones y extensiones de cadera, rodilla y tobillo. Las sentadillas constituyen uno de los ejercicios más populares para fortalecer la musculatura del tren inferior, están dentro de los ejercicios de musculación deportiva más difundidos, y forman parte de los movimientos de competición dentro del levantamiento olímpico de pesas.

En la rehabilitación kinésica se utilizan las sentadillas para la recuperación muscular, posterior a diversas lesiones del miembro inferior, fundamentalmente de rodilla. Ante lesiones de ligamento cruzado anterior, se utilizan sobre todo las mini sentadillas, en arcos de movimiento funcionales de 0 a 50º de flexión de rodilla, debido a que en ese rango de movimiento las fuerzas de corte, de compresión tibio-femoral y patelo-femoral, disminuyen con respecto a mayores ángulos de flexión.

El objetivo de este trabajo es realizar un estudio bidimensional comparativo de las variables cinemáticas y dinámicas de la ejecución del ejercicio de sentadillas paralelas con la barra por delante y con la barra por detrás. Además, se comparan los ejercicios ejecutados solamente con la barra, o con el agregado de discos como sobrecarga. La maniobra deportiva comienza con el sujeto parado, con uno de sus pies en la plataforma de fuerza para luego realizar el gesto en dirección paralela al plano de filmación. Las variables cinemáticas registradas son los ángulos entre segmentos, posiciones y desplazamientos de los centros de gravedad, y velocidades de los segmentos anatómicos involucrados en el ejercicio. Las variables dinámicas medidas son las fuerzas ejercidas sobre una plataforma de fuerza y los momentos articulares de cada segmento. Se registran cuatro deportistas entrenados en el ejercicio de sentadillas paralelas.

Los resultados muestran mínimas diferencias en las variables asociadas a ambas variantes de este gesto. Con los resultados alcanzados hasta el momento no es posible indicar la conveniencia de alguno de ellos en la rehabilitación kinésica.

Palabras clave— ligamento cruzado anterior, momentos

musculares, sentadillas.

I. INTRODUCCIÓN Usualmente, dentro del saber popular, se piensa que las

sentadillas son solamente sinónimo de trabajo del músculo cuádriceps, pero esta es una visión sumamente acotada.

Las sentadillas se suele denominar la reina de los ejercicios de musculación [2], y como todos los ejercicios de musculación tiene defensores y detractores.

En el ámbito de la biomecánica deportiva, se clasifica a los ejercicios de la siguiente manera: de cadena cinética cerrada (CCC), en los cuales el extremo distal del segmento que se moviliza está fijo, por ejemplo las sentadillas; y de cadena cinética abierta (CCA), en los cuales el extremo

distal del segmento que se moviliza está libre, como las extensiones de rodilla en camilla [11], [13]. En las CCC además del trabajo de cuadriceps se origina un mayor reclutamiento y activación de los músculos isquiosurales, glúteos mayores y gemelos, con respecto al trabajo mayoritario del cuádriceps común en ejercicios de CCA [6].

Además de los músculos citados precedentemente, hay una activación importante de los músculos fijadores del tronco, fundamentalmente los abdominales y los paravertebrales, esta activación se hace mayor durante la ejecución de sentadillas inestables [1].

La activación de los músculos paravertebrales (erectores espinales) está acrecentada ante perturbaciones de la estabilidad en la ejecución del ejercicio [9].

En trabajos previos se encuentra que de acuerdo a la postura lumbar adoptada durante la ejecución del ejercicio, habrá variaciones en los patrones de los músculos rectos mayores del abdomen, paravertebrales y dorsales anchos [12].

Con respecto a la contribución del músculo glúteo mayor, se observa un mayor reclutamiento durante las sentadillas profundas en la fase concéntrica. No se hallan diferencias significativas entre la contribución relativa del bíceps crural y de los vastos durante esta fase [4].

En los últimos años se han desarrollado dispositivos que permiten estimar con bastante precisión la velocidad alcanzada y la potencia producida en los ejercicios de fuerza, por ejemplo las plataformas de fuerza y las alfombras de contacto [3].

Estudios realizados, demuestran que los ejercicios de CCA, como las extensiones de rodilla en camilla, generan mayor reclutamiento del recto anterior del cuádriceps, mientras que en ejercicios de CCC, como las sentadillas y ejercicios de prensa de piernas, se produce mayor activación de los vastos [6].

Con respecto a los ligamentos cruzados, el pico de tensión en el ligamento cruzado posterior (LCP), es el doble en los ejercicios en CCC, y se incrementa a medida que aumenta la flexión de la rodilla. En cambio, el pico de tensión del ligamento LCA, se produce en el ejercicio de CCA y cerca de la extensión total de la rodilla [6].

En la rehabilitación de lesiones del LCA, el uso de mini-sentadillas en ángulos de hasta 50º de flexión de la rodilla, minimizan las fuerzas de corte, y de compresión tibio-femoral y patelo-femoral, con respecto a mayores flexiones de esta articulación [7].

Russell y Phillips [10] muestran que no existen diferencias significativas en los máximos momentos extensores de la rodilla, comparando las sentadillas con la

Estudio comparativo entre el ejercicio de sentadillas con la barra frontal y por detrás

Marcos H. Brusa, Gonzalo Parera, Ariel A. A. Braidot Laboratorio de Biomecánica FI-UNER, mhb306@yahoo.com, 0343- 4975700 int. 121,

Ruta 11 Km 10 Oro Verde E.R.

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barra frontal y por detrás, hallando mínimas diferencias a favor de las sentadillas con la barra por delante.

Acerca de los máximos momentos extensores de tronco, estos son ligeramente mayores en las sentadillas con la barra por delante, comparados con el mismo ejercicio con la barra por detrás [10].

Además, con relación a las máximas fuerzas de compresión y corte normalizadas a nivel lumbar, las primeras son mayores en las sentadillas con la barra por detrás, y las segundas son ligeramente mayores en las sentadillas con la barra por delante. Las diferencias de inclinación del tronco hacia delante varían estas fuerzas, y también los riesgos de lesión a nivel de la columna lumbar [10]. No obstante, no se ha realizado una cuantificación de la potencia muscular en cada articulación durante el ejercicio. Tampoco se cuenta con una estimación de la energía generada y absorbida por los músculos en las diferentes variantes del ejercicio de sentadillas.

En el presente trabajo se evalúan sentadillas paralelas, en las cuales, partiendo desde la postura erguida, se flexionan las rodillas hasta que los muslos quedan aproximadamente paralelos al plano horizontal, sea en la variante con la barra por delante o por detrás. Posteriormente, durante la fase de ascenso, se extienden las rodillas, hasta retornar nuevamente a la posición de inicio. Se compara la cinemática, dinámica y la potencia en las diferentes articulaciones durante el ciclo completo del ejercicio. Se evalúa la cantidad de energía generada y absorbida para las diferentes variantes de sentadillas.

II. MATERIALES Y METODOS La forma correcta de realizar las sentadillas paralelas con

la barra por detrás, es con el segmento anatómico tronco lo más erguido posible, con el objetivo de minimizar las fuerzas que soporta la columna lumbar.

Debido a la falta de flexibilidad que muchos deportistas poseen a nivel de la articulación tibio-tarsiana, se utiliza muchas veces una tabla de madera, que se coloca debajo de los talones, para ayudar a mantener una postura correcta.

La apertura de los pies debe ser aquella en la que el deportista se encuentre cómodo, preferentemente con una separación similar al ancho de los hombros.

La barra debe estar firmemente colocada sobre los hombros, con el agarre cercano a los mismos para ejercer más presión sobre la barra, e impedir que la espalda se curve, generando un esfuerzo indeseado sobre la columna lumbar [2].

En las sentadillas con la barra por delante, la barra se apoya sobre las clavículas y la parte superior del pecho, con los codos más elevados hacia el frente y con el tronco más erecto, impidiendo esto último el riesgo de caída de la barra hacia delante [5].

Se evalúan 4 deportistas familiarizados con la ejecución de las 2 variantes del ejercicio, los cuales no presentan lesiones previas de rodillas o columna lumbar.

La carga a movilizar en la ejecución de los ejercicios se calcula en base al 75% de una repetición máxima (1 RM) de sentadillas con la barra por detrás [8]. Se emplea la misma carga constante para ambas variantes del ejercicio.

Se colocaron marcadores que delimitan los segmentos articulares, los cuales son semiesféricos de 10 milímetros de diámetro cubiertos por material retrorreflectivo. En la Fig. 1 se muestra la ubicación de los marcadores:

articulación metatarso-falángica del 5º dedo del pie, maleólo externo del tobillo, talón, cabeza del peroné, cóndilo externo del fémur, trocánter mayor del fémur, cresta ilíaca antero-superior y base de las costillas (HAT). Los marcadores se colocan en ambos lados del cuerpo. Otro marcador retrorreflectivo fue colocado en cada extremo de la barra.

Fig. 1: Disposición de marcadores anatómicos.

Después de la colocación de los marcadores, cada sujeto

realiza una entrada en calor, consistente en series de sentadillas con una carga del 50/60 % de 1 RM de sentadillas por detrás.

Los sujetos se filman con una videocámara a 25 cuadros por segundo (que corresponden a 50 campos de imagen por segundo) desde la vista sagital con uno de sus pies sobre la plataforma de fuerza. El ejercicio se realiza en dirección paralela al plano de filmación.

Durante cada sesión de ejercicios, el sujeto realiza 4 repeticiones consecutivas de sentadillas por delante, descansando 15 minutos antes de realizar 4 repeticiones consecutivas de sentadillas con la barra por detrás. Cada sujeto se instruye acerca de realizar los ejercicios a su velocidad normal de ejecución.

Para cada sujeto, se procesa la segunda repetición de cada ejercicio. Si durante la segunda repetición se observan excesivos movimientos de la barra en el plano frontal o transversal, se procesa la tercera repetición.

Entre las variables cinemáticas se evalúan: ángulos entre segmentos, posiciones y desplazamientos de los centros de gravedad y velocidades de los segmentos anatómicos, en cada variante del ejercicio.

Entre las variables dinámicas se evalúan: fuerzas ejercidas sobre la plataforma de fuerza y entre los segmentos, y los momentos musculares en las articulaciones. También se calculan las potencias y energías en cada articulación.

El cuerpo de cada sujeto, se modela con 5 segmentos anatómicos: tronco superior (desde el hombro hasta el nivel L3/L4 de la columna lumbar), tronco inferior (desde el

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nivel L3/L4 de la columna lumbar hasta la cadera), muslo, pierna y pie.

A fin de un primer estudio, no se analizan, momentos, potencias y energías relacionadas con el segmento tronco superior.

Los movimientos se consideran bilaterales y simétricos, y se desarrollan solamente en el plano sagital, siendo considerada fija la articulación metatarso-falángica del pie.

En el presente trabajo se extremaron los cuidados que se tienen para la correcta ejecución del ejercicio. En consecuencia no se consideran los movimientos laterales en el plano frontal o los de rotación en el plano transversal porque los rangos de movimiento son pequeños y de menor relevancia en el análisis.

Los datos recolectados por la filmación son digitalizados y filtrados usando un filtro Butterworth. Se emplea el modelo de segmentos articulados para evaluar las variables dinámicas:

xx maF =∑ (1)

yy maF =∑ (2)

α0IM =∑ (3)

Con el modelo resuelto se obtienen las potencias

musculares y la energía generada y absorbida en cada articulación. Cada una de las variables, se compara dentro de las dos variantes del ejercicio de sentadillas evaluadas.

III. RESULTADOS En la Fig. 2-4 se presentan los ángulos de cadera, rodilla

y tobillo respectivamente para uno de los atletas registrados. El eje de absisas representa el porcentaje del ciclo correspondiendo 0 % al momento en que el atleta abandona la postura erguida y el final del ciclo (100 %) corresponde al momento en que el sujeto retorna nuevamente a la posición de inicio.

Fig. 2: Ángulo de la articulación de la cadera en función del porcentaje del

ciclo de una repetición.

En todas las figuras la curva obtenida en el ejercicio de sentadilla frontal se representa en trazo azul para la pierna izquierda y en trazo negro para la pierna derecha. Para la sentadilla con la barra por detrás se representa en trazo rojo para la pierna izquierda y en trazo verde para la pierna derecha.

Fig. 3: Ángulo de la articulación de la rodilla en función del porcentaje del

ciclo de una repetición.

Fig. 4: Ángulo de la articulación del tobillo en función del porcentaje del

ciclo de una repetición.

En general en todas las articulaciones se observan rangos articulares similares para ambas variantes del ejercicio y para ambos miembros. Estos resultados son equivalentes para los demás individuos registrados.

En la Fig. 5- 7 se presentan los momentos musculares netos de cadera, rodilla y tobillo, respectivamente, para uno de los atletas registrados, normalizados con el peso del atleta más la carga empleada durante el ejercicio. En la cadera no se observa una diferencia significativa para las diferentes variantes de sentadilla.

Fig. 5: Evolución del momento normalizado en la cadera en función del

porcentaje del ciclo de una repetición.

En la articulación de la rodilla se observa una diferencia apreciable; los momentos netos en las sentadillas para la variante con la barra por delante son mayores que en la

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variante con la barra por detrás para ambas extremidades. Sin bien estos resultados no son coincidentes para todos los pacientes se observa esta tendencia.

Fig. 6: Evolución del momento normalizado en la rodilla en función del

porcentaje del ciclo de una repetición.

Fig. 7: Evolución del momento normalizado en el tobillo en función del

porcentaje del ciclo de una repetición.

En el tobillo no se observa una diferencia significativa para las diferentes variantes de sentadilla.

En la Fig. 8-10 se presentan las potencias musculares netas de cadera, rodilla y tobillo, respectivamente, para uno de los atletas registrados, normalizados con el peso del atleta más la carga empleada durante el ejercicio.

Fig. 8: Representación de la potencia en la cadera en función del

porcentaje del ciclo de una repetición.

En estas figuras no se aprecia una diferencia importante en las potencias netas articulares, no obstante se debe tener en cuenta que las gráficas están representadas en función de porcentajes del ciclo de macha. En la siguiente sección se

discute el significado de las potencias netas articulares en términos de las energías generadas y absorbidas a lo largo del ciclo completo del ejercicio comparando las diferentes variantes.

Fig. 9: Representación de la potencia en la rodilla en función del

porcentaje del ciclo de una repetición.

Fig. 10: Representación de la potencia en el tobillo en función del

porcentaje del ciclo de una repetición.

IV. DISCUSIÓN Debido a las diferencias de velocidades en la realización de los ejercicios por parte de los sujetos, y en consecuencia al mayor o menor tiempo de ejecución de las sentadillas, se realiza un estudio de las potencias netas articulares en términos energéticos. Las Tablas I-VI muestran las energías absorbidas y generadas por cada uno de los sujetos en cada variante de la sentadilla, considerando el plano sagital correspondiente. En todas las tablas: Front : con barra por delante. Post: con barra por detrás. Izq : para el miembro izquierdo. Der: para el miembro derecho. Gen : Energía generada. Abs: Energía absorbida.

TABLA I ENERGÍAS ABSORBIDAS Y GENERADAS EN LA CADERA PARA EL PLANO

SAGITAL IZQUIERDO

Sujeto Front Izq Abs

Front Izq Gen

Post Izq Abs

Post Izq Gen

1 -209,55 214,36 -203,38 194,12 2 -160,87 157,6 -195,73 188,98 3 -178,1 167,74 -158,78 150,62 4 -136,97 142,82 -206,9 202,2

Media -171,3725 170,63 -191,1975 183,98

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TABLA II ENERGÍAS ABSORBIDAS Y GENERADAS EN LA CADERA PARA EL PLANO

SAGITAL DERECHO

Sujeto Front Der

Abs Front Der Gen

Post Der Abs

Post Der Gen

1 -166,51 168,96 -237,28 246,06

2 -155,44 150,68 -178,16 167,71

3 -154,45 166,78 -161,98 160,78

4 -161,51 158,94 -110,26 104,84

Media -159,4775 161,34 -171,92 169,8475

TABLA III ENERGÍAS ABSORBIDAS Y GENERADAS EN LA RODILLA PARA EL PLANO

SAGITAL IZQUIERDO

Sujeto Front Izq Abs

Front Izq Gen

Post Izq Abs

Post Izq Gen

1 -120,24 127,34 -114,83 121,97

2 -179,36 167,84 -123,53 127,67

3 -99,938 112,12 -135,11 138,1

4 -142,94 143,96 -179,38 177,09

Media -135,6195 137,815 -138,2125 141,2075

TABLA IV ENERGÍAS ABSORBIDAS Y GENERADAS EN LA RODILLA PARA EL PLANO

SAGITAL DERECHO

Sujeto Front Der

Abs Front Der Gen

Post Der Abs

Post Der Gen

1 -108,85 109,66 -141,15 138,67

2 -150,24 145,31 -99,957 112,11

3 -189,64 202,98 -125,77 127,19

4 -183,35 190,97 -93,651 100,67

Media -158,02 162,23 -115,132 119,66

TABLA V ENERGÍAS ABSORBIDAS Y GENERADAS EN EL TOBILLO PARA EL PLANO

SAGITAL IZQUIERDO

Sujeto Front Izq Abs

Front Izq Gen

Post Izq Abs

Post Izq Gen

1 -39,03 36,317 -33,719 31,683

2 -19,523 18,755 -21,781 19,625

3 -17,169 17,041 -30,219 29,02

4 -15,786 16,223 -23,671 23,295

Media -22,877 22,084 -27,3475 25,90575

TABLA VI ENERGÍAS ABSORBIDAS Y GENERADAS EN EL TOBILLO PARA EL PLANO

SAGITAL DERECHO

Sujeto Front Der

Abs Front Der Gen

Post Der Abs

Post Der Gen

1 -8,4913 7,5546 -9,969 10,717

2 -19,663 22,708 -17,178 17,037

3 -21,129 20,61 -10,148 9,1058

4 -26,567 26,041 -18,348 18,146

Media -18,962575 19,2284 -13,91075 13,75145 La Tabla VII muestra la media de las energías absorbidas y generadas para las sentadillas por delante y por detrás sin diferenciar los distintos planos sagitales. Por último, Tabla VIII muestra la relación porcentual de energía entre la variante con la barra por delante y con la barra por detrás, tanto absorbida como generada.

TABLA VII MEDIA DE LAS ENERGIAS ABSORBIDAS Y GENERADAS EN LAS DISTINTAS

ARTICULACIONES

Frontal

Absorbida Frontal

Generada Posterior Absorbida

Posterior Generada

Cadera -165,425 165,98 -181,56 176,91

Rodilla -146,82 150,02 -126,67 130,43

Tobillo -20,92 20,66 -20,63 19,83 TABLA VIII

RELACIÓN PORCENTUAL DE ENERGIAS ENTRE LA VARIANTE CON LA BARRA POR DETRÁS Y CON LA BARRA POR DELANTE

Absorbida Generada Cadera 109,75% 106,58% Rodilla 86,28% 86,94% Tobillo 98,61% 95,99%

Se observa a nivel de la cadera, que la energía absorbida es 9.75% y la energía generada 6.58% mayores para el ejercicio con la barra por detrás respecto de la barra por delante. A nivel de la rodilla la energía absorbida es 13.72% y la energía generada 13.06% menores para el ejercicio con la barra por detrás respecto a la barra por delante. A nivel del tobillo la energía absorbida es 1.39% y la energía generada 4.01% menores para el ejercicio con la barra por detrás respecto a la barra por delante. De esta manera el análisis energético muestra mínimas diferencias entre ambas variantes del ejercicio de sentadillas.

REFERENCIAS [1] K. Anderson y D. G. Behm, “Trunk muscle activity increases with

unstable squat movements”, Canadian Journal of Applied Physiology, vol. 30(1), pp. 33-45. 2005.

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[3] C. Bosco, “Strenght assessment with the Bosco’s test”, Roma: Italian Society of Sport Science, 1999.

[4] A. Caterisano, R. F. Moss, T. K. Pellinger, K. Woodruff, V. C. Lewis, W. Booth y T. Khadra, “The effect of back squat depth on the EMG activity of 4 superficial hip and thigh muscles”, Journal of Strength and Conditioning Research, vol. 16(3), pp. 428-432, 2002.

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[6] R. F. Escamilla, G. S. Fleisig, N. Zheng, S. W. Barrentine, K. E. Wilk y J. R. Andrews, “Biomechanics of the knee during closed kinetic chain and open kinetic chain exercises”, Medicine & Science in Sports & Exercise, vol. 30, pp. 556-569, 1998.

[7] R. F. Escamilla, “Knee biomechanics of the dynamic squat exercise”, Medicine & Science in Sports & Exercise, vol. 33, pp. 127-139, 2001.

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[9] L. I. E. Oddsson, T. Persson, A. G. Cresswell y A. Thorstensson, “Interaction between voluntary and postural motor commands during perturbed lifting”, Spine, vol. 24(6), pp. 545-552, 1999.

[10] P. J. Russell y S. J. Phillips, “A preliminary comparison of front and back squat exercises”, Research Quarterly for Exercise and Sport, vol. 60(3), pp. 201-208, 1989.

[11] M. J. Stuart, D. A. Meglan, G. E. Lutz, E. S. Growney y K. N. An, “Comparison of intersegmental tibiofemoral joint forces and muscle activity during various closed kinetic chains exercises”, American Journal of Sports Medicine, vol. 24, pp. 792-799, 1996.

[12] J. P. Vakos, A. J. Nitz, A. J. Threlkeld, R. Shapiro y T. Horn,“Electromyographic activity of selected trunk and hip muscles during a squat lift. Effect of varying the lumbar posture”, Spine, vol. 19(6), pp. 687-695, 1994.

[13] H. J. Yack, C. E. Collins y T. J. Whieldon, “Comparison of closed and open kinetic chain exercise in the anterior cruciate ligament- deficient knee”, American Journal of Sports Medicine, vol. 21, pp. 49-54, 1993.