MOVIMIENTO
DEL BRAZO HUMANO: DE LOS TRES PLANOS A LAS TRES DIMENSIONES
R E S U M E N
La representación clásica de
movimiento de la extremidad superior es muy adecuada para describir movimientos
individuales que se realizan en planos, pero presenta algunas incoherencias
cuando se intentan describir movimientos tridimensionales relativamente
complejos. En este trabajo se propone una modificación de la representación de
movimientos del brazo humano, especialmente útil para el reporte de resultados
de laboratorios de análisis computarizado de movimiento. La representación
propuesta tiene dos ventajas: es robusta en el sentido de unicidad y permite
describir movimientos tridimensionales a través de gráficas de uso común para
los profesionales de la salud.
A B S T R A C T
The classic upper limb motion representation is
appropriate for describe individual motions performed in planes, but it has
incoherencies when it’s used for description of three-dimensional complex
movements. In this work a modification for the motion representation of the
upper limb is presented. This representation is especially useful for the
report of results in computerized motion analysis laboratories. The proposed
representation has two advantages: it is robust in the sense of unicity and it
allows description of three-dimensional motion graphically in a familiar way
for health professionals.
PALABRAS CLAVE:
Movimiento del brazo,
medición de movimiento humano cinemática tridimensional.
KEYWORDS:
Arm motion, human arm motion measurement,
three-dimensional, kinematics.
rígidos. Sobre este modelo,
se exponen los inconve-
I N T R O D U C C I Ó N
El movimiento del cuerpo
humano, evidentemente, se realiza en tres dimensiones: cada segmento del cuerpo
va asumiendo posiciones y orientaciones en el espacio a medida que se realiza
el movimiento. Sin embargo, la comprensión del movimiento es más simple si se
realiza en dos dimensiones, proyectando el movimiento en un plano adecuado. Para
poder describir la posición espacial de los segmentos del cuerpo humano se ha
utilizado tradicionalmente un sistema de coordenadas cartesiano con origen en
el centro de gravedad del cuerpo. Con frecuencia, los movimientos se nombran
con respecto a los planos frontal, sagital y coronal.
Esta representación es muy
adecuada para describir movimientos, como el de la marcha humana, que están
prácticamente confinados a un plano. Sin embargo, no es suficiente y presenta
inconsistencias cuando se intentan describir movimientos tridimensionales relativamente
complejos. En el caso particular de las extremidades superiores, la referencia
de movimientos se define con respecto a una posición arbitraria, denominada
posición anatómica, que corresponde a tener el brazo al costado del tórax con
la palma de la mano hacia el frente. A partir de esta posición se identifican
los movimientos de la cadena formada por los segmentos de la extremidad
superior.
En este trabajo se identifican
algunos inconvenientes de esta representación de movimientos de la extremidad
superior y se propone una modificación tanto en la posición de referencia
(posición cero), como en la convención del movimiento. La descripción propuesta
permite representar los movimientos tridimensionales de la extremidad superior
de forma unívoca y sencilla. Inicialmente se plantea un modelo biomecánico de la
extremidad superior como una cadena de cuerpos rígidos. Sobre este modelo, se
exponen los inconvenientes de la representación convencional y se propone la
nueva representación. Finalmente, se ilustran algunos ejemplos de reportes
gráficos de experimentos, que explican unívocamente el movimiento de la extremidad
superior.
DESARROLLO
M O D E L O D E L B R A Z O
H U M A N O
El modelo biomecánico de la
extremidad superior (Fig. 1) se define como una cadena abierta de 5 segmentos
rígidos, conectados entre sí por 4 uniones articulares simples.
Los segmentos que componen
el modelo serán tratados como cuerpos rígidos y se definen en la Tabla 1.
Estos segmentos se unen por
medio de cuatro articulaciones que proveen un total de nueve grados de libertad.
Las articulaciones que se han incluido en el modelo son: la articulación esterno-clavicular
(Fig. 2a) que permite 2 grados de libertad; el hombro (Fig. 2b) que permite 3
grados de libertad y funcionalmente es la unión de las articulaciones
acromio-clavicular y gleno-humeral; el codo (Fig. 2c); y la muñeca (Fig. 2d)
que permiten cada una 2 grados de libertad.
El modelo propuesto tiene
algunas simplificaciones importantes con respecto a la fisiología de la extremidad
superior. Las tres principales son las siguientes:
• Cada articulación se
define a través de un centro articular, que es un punto que se considera fijo a
los dos cuerpos adyacentes. La articulación del hombro, especialmente, se
considera como una unión esférica simple, que mantiene la funcionalidad de los
movimientos del hombro pero no su configuración real.
• El antebrazo se considera
como un cuerpo rígido, lo cual hace que los movimientos de pronación y supinación
se deban considerar alrededor del codo.
• La mano se modela como un
cuerpo rígido.
Por otra parte, una novedad
de este modelo respecto a otros propuestos en la literatura es la inclusión del
movimiento de la clavícula como parte de la extremidad superior; lo cual
enriquece la representación de movimientos, como se muestra posteriormente.
D E F I N I C I Ó N T R A D
I C I O N A L D E L O S M O V I M I E N T O S D E L H O M B R O
En la figura 3 se muestran
los ejes principales que se definen para describir el movimiento del hombro: un
eje transverso (T) que va desde un hombro hasta el otro; un eje
antero-posterior (A) que va de atrás hacia delante a través del hombro; y un
eje longitudinal (L) que atraviesa el hombro verticalmente y es perpendicular a
los dos anteriores. Adicionalmente, se define un eje longitudinal del miembro
(H) fijo al húmero.
Con base en estos ejes se
definen los siguientes planos de referencia:
• El plano de flexión -
extensión, el cual contiene el eje antero-posterior y el eje longitudinal, y es
normal al eje transverso.
• El plano de abducción -
aducción, el cual contiene los ejes transverso y longitudinal, y es normal al
eje antero-posterior.
• El plano neutro, el cual
contiene los ejes transverso y antero-posterior, y es normal al eje
longitudinal. Teniendo estas definiciones de ejes y planos, los movimientos del
hombro se definen como:
Flexión: Este movimiento
tiene lugar alrededor del eje transverso y es una descripción del movimiento que
ocurre cuando se eleva el brazo hacia adelante. En el caso del hombro, se
cuantifica mediante el valor del ángulo que se crea entre el brazo y el eje longitudinal
en el plano de Flexión – Extensión. En la posición anatómica la flexión del
hombro es nula.
Extensión: Movimiento
opuesto a la flexión, también tiene lugar alrededor del eje transverso. Se
describe como el movimiento que acerca el brazo hacia el cuerpo si el brazo
está en flexión.
Abducción y Aducción: Estos
movimientos tienen lugar alrededor del eje antero-posterior y ocurren cuando el
brazo se aleja del cuerpo (abducción) y cuando se acerca nuevamente (aducción).
Para el hombro, estos movimientos se cuantifican mediante el valor del ángulo
creado entre el brazo y el eje longitudinal en el plano de Abducción –
Aducción.
Rotación de Hombro: Este
movimiento tiene lugar alrededor del eje longitudinal del miembro. Se define como
la rotación del miembro sobre su propio eje. Esta descripción de los
movimientos del brazo es ampliamente utilizada por fisioterapeutas y médicos, y
resulta especialmente útil para describir movimientos sencillos del tipo arcos
de movimiento del brazo. Sin embargo, estas definiciones no son lo
suficientemente claras y precisas para definir movimientos complejos,
entendidos como movimientos compuestos que ocurren en el espacio
tridimensional. Para ilustrar este punto en la figura 4 se muestra una
secuencia correspondiente a tres movimientos simples ejecutados sucesivamente:
un giro de 90º respecto al eje trasverso, un giro de -90º respecto al eje
longitudinal y un giro de 90º respecto al eje antero-posterior.
Observando la secuencia, en
ningún momento se hace una rotación de hombro; sin embargo, cuando el brazo regresa
a la posición inicial se vuelve con el hombro rotado -90º. Esto se debe a que
durante la segunda parte del movimiento (abducción) el hombro rota para poder
mantener la posición vertical del antebrazo. Esta rotación no es percibida
mediante la aplicación de la definición de movimientos tradicional. Por otra
parte, si en la secuencia de la figura 4 se considera la imagen marcada, el
movimiento en las dos imágenes posteriores es una aducción de 90º del hombro de
acuerdo con la representación tradicional. Sin embargo, el movimiento partiendo
de la misma marca, dos imágenes atrás, a pesar ser una rotación simple, genera
ambigüedad en la representación tradicional. De hecho podría sumirse también
como una aducción de 90º. Este ejemplo evidencia la necesidad de una nueva definición
que sea precisa y robusta desde el punto de vista de la unicidad, para la
descripción de movimientos del brazo en el espacio.
P R O P U E S TA D E D E F I
N I C I Ó N D E L O S M O V I M I E N T O S D E L A E X T R E M I D A D S U P E
R I O R
Tradicionalmente, se
consideran cinco movimientos necesarios para describir el movimiento de las
extremidades superiores: las tres rotaciones del hombro, la flexión-extensión
del codo y la prono-supinación del antebrazo. Adicionalmente, se consideran dos
rotaciones de la muñeca con respecto al antebrazo (flexión-extensión y
desviación radio-cubital). Los movimientos se definen de forma independiente utilizando
planos y ejes de referencia del cuerpo. En esta definición usualmente no se
incluyen los movimientos de la clavícula.
A continuación se presenta
una nueva propuesta de definición de los movimientos de la extremidad superior.
Para medir los movimientos de un segmento respecto al anterior, se define un
sistema de coordenadas local sobre cada segmento compuesto por tres vectores
unitarios mutuamente perpendiculares.
Como referencia global, se
define un sistema de coordenadas fijo en el tórax (t1, t2, t3) tal como se
ilustra en la Figura 5. El vector t2 indica la dirección antero-posterior al
tórax, el vector t3 indica la dirección longitudinal y el vector t1 completa el
sistema de tal forma que el sistema sea dextrógiro (t1= t2 × t3). Fig. 5.
Sistema de coordenadas global.
C O N C L U S I O N E S
En este trabajo se ha
presentado una propuesta de representación de movimiento de la extremidad
superior. La representación propuesta facilita especialmente la interpretación
gráfica de los movimientos tridimensionales de la extremidad superior.
Utilizando un modelo
biomecánico sencillo se han ilustrado las deficiencias que tiene la representación
tradicional de movimiento de la extremidad superior. Se ha mostrado la bondad
de la representación propuesta para el análisis de movimiento de extremidades superiores,
pues permite describir de forma robusta y unívoca el movimiento realizado por el
sujeto.
La representación se ha
incluido dentro de una herramienta para análisis cuantitativo de movimiento de
extremidades superiores (Schmidt, Disselhorst, Sinly y Rau, 2003), que se ha
implantado como método diagnóstico en el Laboratorio de Análisis de Movimiento
del Instituto de Ortopedia Infantil Roosevelt.
B I B L I O G R A F Í A
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Baruh
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https://mail-attachment.googleusercontent.com/attachment/u/0/?ui=2&ik=aa923e1c2
