Usuario:
Modelo Conceptual
Descripción
Modelo D2 - Análisis Dinámico de Fuerzas
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:3349
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Medición multiaxial de reacción del suelo
¿Cómo se miden las cargas externas que el suelo transmite al cuerpo?
Grupo 2: Grupo 2: Dinámica inversa segmentaria
¿Cómo se infieren fuerzas y momentos articulares a partir de cargas externas y cinemática?
Grupo 3: Grupo 3: Potencia articular y función mecánica
¿Cómo se convierte el momento articular en entrega o absorción de energía mecánica?
Grupo 4: Grupo 4: Distribución plantar y centro de presión
¿Cómo se localiza espacialmente la aplicación efectiva de la carga bajo el pie?
Grupo 5: Grupo 5: Utilización de fricción y margen de deslizamiento
¿Qué fracción del límite de fricción disponible exige el movimiento?
Grupo 6: Grupo 6: Carga dinámica normal y régimen de locomoción
¿Cómo cambian los picos de carga vertical entre caminar y correr?
Grupo 7: Grupo 7: Asimetría y redistribución patológica de cargas
¿Cómo se identifican patrones patológicos de gestión mecánica de las cargas?
ID:1141
Grupo 1: Grupo 1: Medición multiaxial de reacción del suelo
Descripción
¿Cómo se miden las cargas externas que el suelo transmite al cuerpo?
Pregunta clave: ¿Cómo se miden las cargas externas que el suelo transmite al cuerpo?
La herramienta central de este análisis es la plataforma de fuerza multiaxial, un instrumento que mide, mediante sensores piezoeléctricos o de deformación, los tres componentes de la fuerza de reacción del suelo que el cuerpo recibe al apoyarse, junto con los tres momentos de fuerza asociados a esa fuerza de reacción. A partir de la fuerza de reacción del suelo medida por la plataforma y de la cinemática del movimiento, se aplica la dinámica inversa: tratando cada segmento corporal como un cuerpo rígido, las ecuaciones de movimiento de ese cuerpo permiten calcular el momento neto que debió actuar en cada articulación para producir el movimiento observado. El comportamiento esperado en una marcha sana, medido con este análisis dinámico de fuerzas, muestra picos de fuerza de reacción del suelo vertical de aproximadamente el peso corporal del animal, hasta un veinte por ciento por encima de él, al caminar, y de entre dos veces y media y tres veces el peso corporal al correr. Este cálculo se ejecuta en cadena, comenzando en el extremo distal —el pie, donde se aplica la fuerza de reacción del suelo— y avanzando segmento a segmento hacia el extremo proximal —la cadera—, de modo que las fuerzas y los momentos calculados en cada segmento se propagan hacia el segmento siguiente. La forma en que la fuerza de reacción del suelo se distribuye bajo la planta del pie se obtiene con plataformas de presión de alta resolución espacial, que permiten calcular en cada instante el centro de presión bajo el pie y seguir su trayectoria a lo largo del apoyo: esa trayectoria refleja cómo se desplaza, paso a paso, el punto donde efectivamente se aplica la fuerza de reacción del suelo.
ID:6041
Grupo 2: Grupo 2: Dinámica inversa segmentaria
Descripción
¿Cómo se infieren fuerzas y momentos articulares a partir de cargas externas y cinemática?
Pregunta clave: ¿Cómo se infieren fuerzas y momentos articulares a partir de cargas externas y cinemática?
A partir de la fuerza de reacción del suelo medida por la plataforma y de la cinemática del movimiento, se aplica la dinámica inversa: tratando cada segmento corporal como un cuerpo rígido, las ecuaciones de movimiento de ese cuerpo permiten calcular el momento neto que debió actuar en cada articulación para producir el movimiento observado. Este cálculo se ejecuta en cadena, comenzando en el extremo distal —el pie, donde se aplica la fuerza de reacción del suelo— y avanzando segmento a segmento hacia el extremo proximal —la cadera—, de modo que las fuerzas y los momentos calculados en cada segmento se propagan hacia el segmento siguiente. El momento neto calculado en cada articulación, multiplicado por la velocidad angular con la que esa articulación gira en ese instante, da la potencia articular, y el signo de esa potencia revela el papel mecánico que la articulación está cumpliendo: cuando la potencia es positiva, la articulación entrega energía mecánica al cuerpo tomándola del metabolismo y actúa como un motor; cuando la potencia es negativa, la articulación absorbe energía mecánica del movimiento en vez de entregarla, y actúa como un freno o amortiguador. El análisis dinámico de fuerzas cuantifica las cargas mecánicas que actúan sobre el sistema musculoesquelético durante el movimiento, yendo más allá de la cinemática para determinar las causas mecánicas de ese movimiento y no solo describirlo. El comportamiento esperado en una marcha sana, medido con este análisis dinámico de fuerzas, muestra picos de fuerza de reacción del suelo vertical de aproximadamente el peso corporal del animal, hasta un veinte por ciento por encima de él, al caminar, y de entre dos veces y media y tres veces el peso corporal al correr.
ID:6042
Grupo 3: Grupo 3: Potencia articular y función mecánica
Descripción
¿Cómo se convierte el momento articular en entrega o absorción de energía mecánica?
Pregunta clave: ¿Cómo se convierte el momento articular en entrega o absorción de energía mecánica?
El momento neto calculado en cada articulación, multiplicado por la velocidad angular con la que esa articulación gira en ese instante, da la potencia articular, y el signo de esa potencia revela el papel mecánico que la articulación está cumpliendo: cuando la potencia es positiva, la articulación entrega energía mecánica al cuerpo tomándola del metabolismo y actúa como un motor; cuando la potencia es negativa, la articulación absorbe energía mecánica del movimiento en vez de entregarla, y actúa como un freno o amortiguador.
ID:6043
Grupo 4: Grupo 4: Distribución plantar y centro de presión
Descripción
¿Cómo se localiza espacialmente la aplicación efectiva de la carga bajo el pie?
Pregunta clave: ¿Cómo se localiza espacialmente la aplicación efectiva de la carga bajo el pie?
La forma en que la fuerza de reacción del suelo se distribuye bajo la planta del pie se obtiene con plataformas de presión de alta resolución espacial, que permiten calcular en cada instante el centro de presión bajo el pie y seguir su trayectoria a lo largo del apoyo: esa trayectoria refleja cómo se desplaza, paso a paso, el punto donde efectivamente se aplica la fuerza de reacción del suelo. La misma distribución de presión permite además calcular un coeficiente de utilización de fricción, que cuantifica en cada instante qué fracción del límite de deslizamiento disponible está siendo exigida por el movimiento.
ID:6044
Grupo 5: Grupo 5: Utilización de fricción y margen de deslizamiento
Descripción
¿Qué fracción del límite de fricción disponible exige el movimiento?
Pregunta clave: ¿Qué fracción del límite de fricción disponible exige el movimiento?
La misma distribución de presión permite además calcular un coeficiente de utilización de fricción, que cuantifica en cada instante qué fracción del límite de deslizamiento disponible está siendo exigida por el movimiento.
ID:6045
Grupo 6: Grupo 6: Carga dinámica normal y régimen de locomoción
Descripción
¿Cómo cambian los picos de carga vertical entre caminar y correr?
Pregunta clave: ¿Cómo cambian los picos de carga vertical entre caminar y correr?
El comportamiento esperado en una marcha sana, medido con este análisis dinámico de fuerzas, muestra picos de fuerza de reacción del suelo vertical de aproximadamente el peso corporal del animal, hasta un veinte por ciento por encima de él, al caminar, y de entre dos veces y media y tres veces el peso corporal al correr.
ID:6046
Grupo 7: Grupo 7: Asimetría y redistribución patológica de cargas
Descripción
¿Cómo se identifican patrones patológicos de gestión mecánica de las cargas?
Pregunta clave: ¿Cómo se identifican patrones patológicos de gestión mecánica de las cargas?
En patología, en cambio, son las asimetrías superiores a un diez por ciento entre un lado del cuerpo y el otro, o los momentos articulares redistribuidos de forma anormal entre articulaciones, los que funcionan como indicadores diagnósticos de que las cargas mecánicas que este análisis dinámico de fuerzas cuantifica se están gestionando de manera patológica.
ID:6047