La mecánica de las palas utilizadas por el ex corredor paralímpico sudafricano Oscar Pistorius depende de prótesis especiales de polímero reforzadas con fibra de carbono . Pistorius tiene amputaciones dobles por debajo de la rodilla y compitió en eventos de atletismo tanto para personas sin discapacidad como para amputados T44 . La elegibilidad de Pistorius para correr en eventos internacionales sin discapacidades está sancionada por la Asociación Internacional de Federaciones de Atletismo ( IAAF ).
Pistorius comenzó a correr en 2004 después de una lesión en la rodilla de rugby que lo llevó a rehabilitación en el Centro de Alto Rendimiento de la Universidad de Pretoria [1] con el entrenador Ampie Louw. [2] Sus primeras palas de carreras fueron colocadas por el protésico sudafricano Francois Vanderwatt. Como no pudo encontrar hojas para correr adecuadas en Pretoria , Vanderwatt ordenó que un ingeniero local de Hanger Orthopaedic Group fabricara algunas. Estos se rompieron rápidamente, y Vanderwatt remitió a Pistorius al protesista y velocista paralímpico estadounidense Brian Frasure para que la empresa islandesa Össur le adaptara las hojas de fibra de carbono . [3]
La participación de Pistorius en competiciones internacionales de velocidad sin discapacidades en 2007 generó dudas sobre su uso de palas para correr, y la IAAF modificó sus reglas para prohibir el uso de "cualquier dispositivo técnico que incorpore resortes, ruedas o cualquier otro elemento que proporcione al usuario una ventaja sobre otro atleta que no utilice dicho dispositivo". Después de los estudios iniciales, Pistorius fue declarado no elegible para competiciones bajo estas reglas de la IAAF. [4] Después de que se presentaron más investigaciones, el Tribunal de Arbitraje ( TAS ) dictaminó que no se demostró que sus prótesis para correr proporcionaran una ventaja competitiva neta sobre las piernas biológicas. [5] En 2012, Pistorius se clasificó y compitió tanto en los Juegos Olímpicos de 2012 como en los Juegos Paralímpicos de 2012 utilizando sus palas para correr, convirtiéndose en el primer velocista amputado en correr en los Juegos Olímpicos. [6]
Las hojas son prótesis transtibiales , es decir, reemplazan piernas y pies amputados por debajo de la rodilla (BK). Fueron desarrolladas por el ingeniero médico Van Phillips, quien incorporó Flex-Foot, Inc., en 1984, y en 2000 vendió la empresa a Össur , que ahora (en 2012) fabrica las hojas. Están diseñados para almacenar energía cinética como un resorte, lo que permite al usuario saltar y correr con eficacia. [7]
La fibra de carbono es en realidad un polímero reforzado con fibra de carbono y es un material resistente y liviano que se utiliza en una serie de aplicaciones, incluidos artículos deportivos como bates de béisbol, piezas de automóviles, cascos, veleros, bicicletas y otros equipos donde la rigidez y la alta La relación fuerza-peso es importante. El polímero utilizado para este equipo normalmente es epoxi , pero también se utilizan otros polímeros, dependiendo de la aplicación, y también se pueden incluir otras fibras de refuerzo. En el proceso de fabricación de hojas, láminas de material impregnado se cortan en láminas cuadradas y se presionan para obtener la forma final. Se pueden colocar en capas de 30 a 90 láminas, dependiendo del peso esperado del atleta, y luego el molde se esteriliza en autoclave para fusionar las láminas en una placa sólida. Este método reduce las burbujas de aire que pueden provocar roturas. Una vez enfriado el resultado, se corta con la forma de cuchillas. La hoja terminada está atornillada a un encaje de fibra de carbono que se ajusta perfectamente a cada una de las piernas de Pistorius. Se fabrican a medida y constituyen la mayor parte del coste total, junto con la evaluación y montaje de las prótesis terminadas. Cada extremidad cuesta entre 15 y 18 000 dólares. [8]
Pistorius ha estado usando las mismas cuchillas Össur desde 2004. Nació sin peroné y con pies malformados, y le amputaron las piernas aproximadamente a mitad de camino entre la rodilla y el tobillo para poder usar prótesis. Usa calcetines y almohadillas que son visibles encima de las cuencas para reducir el roce y evitar ampollas, y las cuencas tienen correas en la parte delantera que se pueden apretar para que la prótesis se ajuste más cómodamente. [9]
Pistorius utiliza almohadillas con púas hechas a medida en las palas. Antes del desarrollo de las almohadillas, sus púas se cambiaban raspando la superficie y aplicando a mano púas de venta libre, pero los resultados con este método fueron inconsistentes. La investigación se llevó a cabo en el laboratorio de Össur en Islandia usando una cinta de correr sensible a la presión y una película a 500 fps para medir el golpe de la hoja, y produjo una almohadilla para clavos que incluye una entresuela de dos piezas de espuma moldeadas a máquina de diferentes densidades para amortiguar el impacto, con un Placa de fibra de carbono en la parte inferior. Los desarrolladores fijaron la almohadilla con cemento de contacto, que se puede quitar rápidamente con la aplicación de calor cuando es necesario cambiar la almohadilla. [10]
Debido al diseño curvo, las palas tienen que ser ligeramente más largas que la pierna y el pie biológicos de un corredor. Las hojas reemplazan la bisagra de un tobillo con compresión elástica que dobla y libera la hoja con cada zancada, de modo que la hoja sin comprimir deja al usuario de puntillas. Están diseñadas para avanzar hacia adelante, por lo que no tienen soporte para el talón en la parte trasera. Según Josh McHugh de la revista Wired , "Los guepardos parecen rebotar por sí solos. Es imposible quedarse quieto sobre ellos y difícil moverse lentamente. Una vez que se ponen en marcha, los guepardos son extremadamente difíciles de controlar". [8]
En 2007, Pistorius solicitó participar en competiciones de atletismo para personas no discapacitadas. Al principio fue aceptado, pero rápidamente surgieron dudas sobre si las espadas le daban una ventaja injusta. Después de que la investigación inicial demostró que las palas sí proporcionaban una ventaja, la Asociación Internacional de Federaciones de Atletismo (IAAF) cambió sus reglas para prohibir el uso de dispositivos técnicos que proporcionen una ventaja y lo declaró no elegible para competir. Pistorius impugnó el fallo con una investigación adicional y fue reinstalado por el Tribunal de Arbitraje Deportivo (TAS) en 2008, lo que significa que puede continuar corriendo en competiciones sin discapacidades siempre que utilice el equipo que se estudió en la investigación. [11]
El desempeño de Pistorius en las primeras carreras sin discapacidad generó dudas debido a dos preocupaciones principales: su patrón de carrera y sus tiempos de movimiento de piernas. La mayoría de los velocistas salen de los bloques con su tiempo más rápido y reducen la velocidad a medida que avanza la carrera, pero Pistorius corrió una "división negativa", comenzando lentamente y ganando velocidad en la última mitad de la carrera (aunque ya no usa este patrón). . Su tiempo promedio también fue menor en la carrera de 400 metros en comparación con otros corredores que en los 200 metros. [12] La controversia sobre el uso de las hojas persiste, pero la investigación proporcionó información considerable sobre cómo funcionan en la aplicación, y se espera que sigan otras investigaciones. [13]
Los velocistas no discapacitados tienen pantorrillas y tobillos que regresan y amplifican la energía suministrada por sus caderas y rodillas, mientras que Pistorius compensa con trabajo adicional porque no tiene pantorrillas y tobillos con sus tendones y músculos asociados. Un análisis publicado por la revista Engineering & Technology estima que al usar las palas, Pistorius debe generar el doble de potencia con sus músculos glúteos y cuádriceps que un velocista normal. [14] Otras fuentes también atribuyen el mérito a los músculos abdominales centrales y a un movimiento más rápido del brazo. [15] Su entrenador estima que alrededor del 85% de su poder proviene de sus caderas y el resto de sus rodillas. Esto da como resultado una marcha que se balancea ligeramente, mientras Pistorius balancea la parte superior del cuerpo para equilibrar la acción elástica de las palas. Las hojas se comprimen bajo su peso y luego se liberan a medida que avanza, proporcionando un empuje hacia adelante desde las puntas a medida que vuelven a su forma moldeada. A medida que saltan, los balancea ligeramente hacia un lado y los lanza hacia adelante para dar el siguiente paso. [8]
Pistorius siempre tarda en empezar una carrera porque las palas flexibles no proporcionan empuje a los bloques. Pistorius debe comenzar desde una posición incómoda, balancear su pierna hacia afuera y saltar hacia arriba desde los bloques para comenzar a correr, cuando el método preferido es impulsarse con fuerza horizontal. [16] [17] Durante los primeros 30 metros de una carrera, mantiene la cabeza gacha y da zancadas cortas y rápidas. A medida que establece un ritmo, puede levantar la cabeza y aumentar la velocidad. Mientras que algunos corredores corren arriba y abajo, perdiendo energía, Pistorius dirige la energía hacia adelante, pareciendo un poco como si estuviera rodando sobre ruedas. También compensa los ajustes que hacen los tobillos en las curvas, dividiendo las curvas en líneas cortas y rectas. Según su entrenador Ampie Louw, Pistorius podría utilizar la inclinación hacia adentro para generar fuerza y salir de un giro más rápido. [8]
Para resolver dudas sobre las palas, a Pistorius se le pidió que participara en una serie de pruebas científicas en noviembre de 2007 en la Universidad Deportiva Alemana de Colonia con el profesor de Biomecánica Peter Brüggemann y el experto técnico de la IAAF Elio Locatelli. Después de dos días de pruebas, Brüggemann informó que Pistorius gastó aproximadamente un 25% menos de energía que los atletas sin discapacidad una vez que alcanzó una velocidad determinada. El estudio también encontró que mostraba grandes diferencias en la mecánica de sprint, con fuerzas máximas de retorno vertical al suelo significativamente diferentes, y que el trabajo positivo o energía devuelta era cerca de tres veces mayor que el de un tobillo humano. La pérdida de energía en la pala durante la fase de apoyo cuando el pie estaba en el suelo se midió en un 9,3%, mientras que la de la articulación normal del tobillo se midió en un 42,4%, mostrando una diferencia de más del 30%. El análisis de Brüggemann indicó que las palas permitían un menor consumo de energía a la misma velocidad y que la pérdida de energía en la pala es significativamente menor que en un tobillo humano a máxima velocidad. [18] En diciembre de ese año, Brüggemann declaró al periódico Die Welt que Pistorius "tiene ventajas considerables sobre los atletas sin prótesis que fueron probados por nosotros. Fue más que sólo unos pocos puntos porcentuales. No esperaba que fuera así claro." [19] El estudio fue publicado en 2008 en Sports Technology , [20] pero investigadores posteriores afirmaron que el análisis "no tomó en consideración suficientes variables". Los comentaristas también han argumentado que el estudio de la IAAF no determinó con precisión si los guepardos confieren una ventaja neta porque, dado el conocimiento científico actual, no es posible medir la ventaja o desventaja neta conferida a un atleta que los utiliza. [21] En segundo lugar, es posible que el estudio de la IAAF no haya medido el desempeño de Pistorius frente a controles apropiados. La IAAF utilizó como controles a cinco atletas no discapacitados, que corren carreras de 400 metros en tiempos similares a los de Pistorius. Sin embargo, debido a que Pistorius era relativamente nuevo en el deporte de la carrera, es posible que no haya entrenado lo suficiente para maximizar su potencial físico y alcanzar su máximo rendimiento cuando se realizó el estudio de la IAAF. En marzo de 2007, aproximadamente 9 meses antes de que se realizara el estudio de la IAAF, el entrenador de Pistorius comentó que Pistorius no había entrenado lo suficiente para lograr una parte superior del cuerpo acorde con la parte superior del cuerpo de la mayoría de los velocistas de élite. Para obtener una comprensión más precisa de cómo las prótesis afectan el rendimiento de Pistorius, se debe compararlo con atletas con un potencial físico similar. En consecuencia, el estudio de la IAAF puede haber sido defectuoso porque comparó a Pistorius, quien podría tener el potencial físico para correr más rápido que sus tiempos actuales, con atletas en su mejor momento. [22]
En 2008, un equipo de siete investigadores realizó pruebas en la Universidad Rice , entre ellos Peter Weyand, Hugh Herr , Rodger Kram, Matthew Bundle y Alena Grabowski. El equipo recopiló datos metabólicos y mecánicos mediante calorimetría indirecta y mediciones de la fuerza de reacción del suelo sobre el rendimiento de Pistorius durante una carrera nivelada y a velocidad constante en cinta rodante, y descubrió que el uso de energía era un 3,8% menor que los valores promedio de los corredores de distancia de élite sin discapacidad, un 6,7%. más bajo que el de los corredores de distancia promedio y un 17% más bajo que el de los corredores de velocidad de 400 m sin discapacidad. A velocidades de 8,0, 9,0 y 10,0 m/s, Pistorius produjo tiempos de contacto más largos entre el pie y el suelo, tiempos de balanceo de piernas más cortos y fuerzas verticales promedio más bajas que los velocistas sin discapacidad. El equipo concluyó que correr sobre las palas parece ser fisiológicamente similar pero mecánicamente diferente a correr con piernas biológicas. El estudio fue publicado varios meses después en el Journal of Applied Physiology . [23] [24] Kram también afirmó que la "tasa de consumo de energía de Pistorius era menor que la de una persona promedio pero comparable a la de otros atletas de alto calibre". [25]
La ligereza y rigidez de la pala en comparación con los músculos y los huesos puede permitir a los corredores mover las piernas más rápido que los corredores sin discapacidad. En comentarios sobre el artículo, Peter Weyand y el biomecánico Matthew Bundle señalaron que el estudio encontró que Pistorius reposicionó sus piernas un 15,7% más rápido que la mayoría de los velocistas con récord mundial, lo que permitió un aumento del 15 al 30% en la velocidad del sprint. [26]
En 2008, un equipo de investigación que incluía a Alena Grabowski, Rodger Kram y Hugh Herr llevó a cabo un estudio de seguimiento de amputados individuales con palas móviles que se publicó en Biology Letters . Se comparó el rendimiento de cada una de las piernas afectadas de seis amputados con el de su pierna biológica. El equipo midió los tiempos de balanceo de las piernas y la fuerza aplicada a la superficie de carrera en una cinta de correr de alta velocidad en el Laboratorio de Biomecánica del Hospital de Especialidades Ortopédicas , y también estudió videos de corredores de velocidad de los Juegos Olímpicos y Paralímpicos. No encontraron diferencias en los tiempos de movimiento de las piernas a diferentes velocidades y registraron tiempos de movimiento de las piernas similares a los de los velocistas no discapacitados. También encontraron que las palas para correr reducían la producción de fuerza del pie al suelo de los corredores evaluados en un promedio del 9%. Debido a que la producción de fuerza generalmente se considera el factor más importante en la velocidad de carrera, los investigadores concluyeron que esta reducción de la fuerza limitaba la velocidad máxima de los velocistas. Grabowski también descubrió que los amputados normalmente aumentaban el tiempo de balanceo de sus piernas para compensar la falta de fuerza. [27]
Continúa la discusión sobre la ventaja o desventaja relativa de usar las hojas. Los investigadores y analistas también señalan que los estudios de investigación se realizan en cintas de correr estacionarias y niveladas, y no miden el rendimiento desde los tacos de salida ni en pistas curvas reales. Tampoco tienen en cuenta las diferencias en fisiología entre amputados y no amputados, que tienen factores tales como musculatura, altura y peso de la hoja y diferencias en los patrones de circulación sanguínea debido a la historia de la pérdida de su extremidad. [28]
En los Juegos Paralímpicos de 2012 surgió una controversia sobre los efectos de la longitud de las palas para correr , cuando el corredor brasileño Alan Oliveira y el corredor estadounidense Blake Leeper cambiaron a palas más largas para correr unos meses antes de los Juegos Paralímpicos de 2012. Esto condujo a una marcada mejora en sus tiempos de ejecución. Pistorius se quejó después de la carrera de 200 metros de que las palas proporcionaban zancadas alargadas artificialmente, lo que sería una infracción de las reglas del IPC , independientemente de que las palas estuvieran dentro de los límites de altura permitidos para los atletas en cuestión. [29] Su queja fue apoyada por corredores de una sola pierna, incluidos Jerome Singleton y Jack Swift , quienes pidieron que las clases T43 de doble hoja y T44 de hoja simple se separaran en eventos futuros, ya que los corredores de una sola hoja no podían ajustar la altura de la prótesis, y siempre deben igualar la longitud de su pierna biológica con una cuchilla para correr. [ cita necesaria ]
La mejora en el tiempo de carrera y la amplia difusión de los resultados de la carrera proporcionaron una demostración pública de cómo la longitud de la pala afecta el rendimiento. La longitud de la zancada de Pistorius fue en realidad un 9% más larga (2,2 m frente a 2,0 m), pero Oliveira dio más zancadas (99 frente a 92). La combinación de longitud de zancada y velocidad de zancada condujo a un rendimiento claramente inusual con las palas más largas. [30] La gerencia de Pistorius emitió una declaración diciendo que Pistorius siempre mide 1,84 metros, independientemente de las prótesis que use, y que la decisión de mantener esta altura para sus palas para correr era una cuestión de justicia. [31]
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