La mecánica de las prótesis para correr que utiliza el ex corredor paralímpico sudafricano Oscar Pistorius depende de unas prótesis especiales de polímero reforzado con fibra de carbono . Pistorius tiene dos amputaciones por debajo de la rodilla y compitió tanto en eventos de atletismo para personas sin discapacidad como para amputados T44 . La elegibilidad de Pistorius para correr en eventos internacionales para personas sin discapacidad está sancionada por la Asociación Internacional de Federaciones de Atletismo ( IAAF ).
Pistorius comenzó a correr en 2004 después de una lesión de rodilla en el 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 prótesis para carreras fueron instaladas por el protésico sudafricano Francois Vanderwatt. Como no pudo encontrar prótesis para correr adecuadas en Pretoria , Vanderwatt encargó que un ingeniero local de Hanger Orthopedic Group fabricara algunas. Estas se rompieron rápidamente y Vanderwatt refirió a Pistorius al protésico estadounidense y velocista paralímpico Brian Frasure para que le adaptara prótesis de fibra de carbono de la empresa islandesa Össur . [3]
La participación de Pistorius en competiciones internacionales de velocidad para personas sin discapacidad en 2007 planteó dudas sobre su uso de prótesis 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 a un usuario una ventaja sobre otro atleta que no utilice dicho dispositivo". Después de los estudios iniciales, Pistorius fue declarado no elegible para competiciones según estas reglas de la IAAF. [4] Después de que se presentaran más investigaciones, el Tribunal de Arbitraje ( TAS ) dictaminó que no se había demostrado 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 usando sus prótesis para correr, convirtiéndose en el primer velocista amputado en correr en los Juegos Olímpicos. [6]
Las cuchillas son prótesis transtibiales , es decir, reemplazan las piernas y los pies amputados por debajo de la rodilla (BK). Fueron desarrolladas por el ingeniero médico Van Phillips, quien fundó Flex-Foot, Inc. en 1984. En 2000, Van Phillips vendió la empresa a Össur, que, a partir de 2012, todavía fabrica las cuchillas. Están diseñadas para almacenar energía cinética como un resorte, lo que permite al usuario saltar y correr de manera efectiva. [7]
La fibra de carbono es en realidad un polímero reforzado con fibra de carbono , y es un material resistente y ligero que se utiliza en diversas aplicaciones, incluidos artículos deportivos como bates de béisbol, piezas de automóviles, cascos, veleros, bicicletas y otros equipos en los que la rigidez y la alta relación resistencia-peso son importantes. El polímero utilizado para este equipo es normalmente 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 la pala, las láminas de material impregnado se cortan en láminas cuadradas y se presionan sobre un molde para producir la forma final. Se pueden colocar de 30 a 90 láminas en capas, 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 que el resultado se enfría, se corta en la forma de las palas. La pala terminada se atornilla a un zócalo de fibra de carbono que se ajusta perfectamente a cada una de las piernas de Pistorius. Se fabrican a medida y representan la mayor parte del costo total, junto con la evaluación y la instalación de las prótesis terminadas. Cada miembro cuesta entre 15 y 18 000 dólares estadounidenses. [8]
Pistorius lleva utilizando las mismas cuchillas Össur desde 2004. Nació sin peroné y con pies malformados, y le amputaron las piernas aproximadamente a la mitad entre la rodilla y el tobillo para poder llevar prótesis. Lleva calcetines y almohadillas que quedan visibles por encima de los encajes para reducir las rozaduras y evitar las ampollas, y los encajes tienen correas en la parte delantera que se pueden apretar para que la prótesis se ajuste mejor. [9]
Pistorius utiliza tacos hechos a medida en las palas. Antes de desarrollar los tacos, sus tacos se cambiaban raspando la superficie y aplicando tacos de venta libre a mano, pero los resultados obtenidos con este método no eran uniformes. La investigación se llevó a cabo en el laboratorio de Össur en Islandia utilizando una cinta de correr sensible a la presión y una película a 500 fps para medir el impacto de la pala, y se produjo un taco con tacos que incluye una entresuela de dos piezas de espuma moldeadas a máquina de diferentes densidades para amortiguar el impacto, con una placa de fibra de carbono en la parte inferior. Los desarrolladores fijaron el taco con cemento de contacto, que se puede quitar rápidamente con la aplicación de calor cuando es necesario cambiar el taco. [10]
Debido al diseño curvo, las palas tienen que ser ligeramente más largas que la pierna y el pie biológicos de un corredor. Las palas reemplazan la bisagra de un tobillo con una compresión elástica que dobla y libera la pala con cada zancada, por lo que la pala sin comprimir deja al usuario de puntillas. Están diseñadas para moverse hacia adelante, por lo que no tienen soporte de talón en la parte posterior. Según Josh McHugh de Wired Magazine , "Las Cheetah parecen rebotar por su propia cuenta. Es imposible permanecer quieto sobre ellas y difícil moverse lentamente. Una vez que se ponen en marcha, las Cheetah son extremadamente difíciles de controlar". [8]
En 2007, Pistorius solicitó participar en competiciones de atletismo para atletas no discapacitados. En un primer momento, fue aceptado, pero pronto surgieron dudas sobre si las cuchillas le otorgaban una ventaja injusta. Después de que una investigación inicial demostrara que las cuchillas 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 inelegible para competir. Pistorius impugnó la decisión con una investigación adicional y fue restituido por el Tribunal de Arbitraje Deportivo (TAS) en 2008, lo que significa que puede seguir corriendo en competiciones para atletas no discapacitados siempre que utilice el equipo que se estudió en la investigación. [11]
El rendimiento de Pistorius en las primeras carreras para atletas no discapacitados generó dudas debido a dos cuestiones importantes: su patrón de carrera y sus tiempos de balanceo de piernas. La mayoría de los velocistas salen de la pista con su tiempo más rápido y reducen la velocidad a medida que avanza la carrera, pero Pistorius corrió una "fracción negativa", comenzando lentamente y aumentando la velocidad en la última mitad de la carrera (aunque ya no utiliza este patrón). Su tiempo promedio también fue menor en la carrera de 400 m en comparación con otros corredores que en la de 200 m. [12] La controversia sobre el uso de las cuchillas 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 recuperan y amplifican la energía suministrada por sus caderas y rodillas, mientras que Pistorius compensa con trabajo adicional porque no tiene pantorrillas ni 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 de sus músculos glúteos y cuádriceps que un velocista normal. [14] Otras fuentes también atribuyen esto a los músculos abdominales centrales y a un balanceo más rápido de los brazos. [15] Su entrenador estima que aproximadamente el 85% de su potencia 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 palas se comprimen bajo su peso, luego se liberan a medida que avanza, proporcionando un impulso hacia adelante desde las puntas a medida que regresan a su forma moldeada. A medida que se desprenden, las balancea ligeramente hacia un lado y las lanza hacia adelante para la siguiente zancada. [8]
Pistorius siempre es lento al empezar una carrera porque las palas flexibles no le dan impulso para salir de los tacos. Pistorius debe empezar desde una posición incómoda, balancear la pierna hacia afuera y saltar hacia arriba desde los tacos para empezar a correr, cuando el método preferido es impulsarse con fuerza horizontal. [16] [17] Durante los primeros 30 metros de una carrera, mantiene la cabeza agachada y da zancadas cortas y rápidas. A medida que establece un ritmo, puede levantar la cabeza y aumentar la velocidad. Mientras algunos corredores trotan hacia arriba y hacia 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 los giros, dividiendo las curvas en líneas cortas y rectas. Según su entrenador Ampie Louw, Pistorius puede ser capaz de utilizar la inclinación hacia adentro para generar fuerza y salir de un giro yendo más rápido. [8]
Para resolver las dudas sobre las palas, se pidió a Pistorius que participara en una serie de pruebas científicas en noviembre de 2007 en la Universidad Alemana del Deporte 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 utilizó aproximadamente un 25% menos de gasto de energía que los atletas sin discapacidades una vez que alcanzó una velocidad dada. El estudio también encontró que mostró diferencias importantes en la mecánica del sprint, con fuerzas máximas de retorno vertical al suelo significativamente diferentes, y que el trabajo positivo o energía devuelta fue casi tres veces mayor que la 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 del tobillo normal se midió en un 42,4%, mostrando una diferencia de más del 30%. El análisis de Brüggemann afirmó que las palas permitieron 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 evaluados por nosotros. Fueron más que unos pocos puntos porcentuales. No esperaba que fuera tan claro". [19] El estudio fue publicado en 2008 en Sports Technology , [20] pero más tarde los investigadores declararon que el análisis "no tomó suficientes variables en consideración". Los comentaristas también han argumentado que el estudio de la IAAF no determinó con precisión si los Cheetahs confieren una ventaja neta porque medir la ventaja o desventaja neta conferida a un atleta que usa Cheetahs no es posible dado el conocimiento científico actual. [21] En segundo lugar, el estudio de la IAAF puede no haber medido el rendimiento de Pistorius contra controles apropiados. La IAAF utilizó cinco atletas sin discapacidades, que corren carreras de 400 metros en tiempos similares a Pistorius, como controles. Sin embargo, debido a que Pistorius era relativamente nuevo en el deporte de correr, 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 un tren superior acorde con el tren superior de la mayoría de los velocistas de élite. Para obtener la comprensión más precisa de cómo las prótesis afectan el rendimiento de Pistorius, se lo debe comparar con atletas con un potencial físico similar. En consecuencia, el estudio de la IAAF puede haber sido defectuoso porque comparó a Pistorius, que 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 la carrera a velocidad constante en cinta, y descubrió que el uso de energía era un 3,8% menor que los valores promedio para corredores de distancia de élite sin discapacidad, un 6,7% menor que para los corredores de distancia promedio y un 17% menor que para los corredores de velocidad de 400 m sin discapacidad. A velocidades de sprint de 8,0, 9,0 y 10,0 m/s, Pistorius produjo tiempos de contacto del pie con el suelo más largos, tiempos de balanceo de piernas más cortos y fuerzas verticales promedio más bajas que los velocistas sin discapacidad. El equipo concluyó que correr con las prótesis 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 cuchilla en comparación con el músculo y el hueso puede permitir que los corredores con cuchillas muevan las piernas más rápido que los corredores sin discapacidades. En comentarios sobre el artículo, Peter Weyand y el biomecánico Matthew Bundle señalaron que el estudio descubrió que Pistorius reposicionó sus piernas un 15,7% más rápido que la mayoría de los velocistas con récord mundial, lo que le permitió aumentar la velocidad de sprint entre un 15 y un 30%. [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 prótesis para correr que se publicó en Biology Letters . Se comparó el rendimiento de la pierna afectada de cada uno de los seis amputados con el de su pierna biológica. El equipo midió los tiempos de balanceo de la pierna 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 balanceo de la pierna a diferentes velocidades, y registraron tiempos de balanceo de la pierna similares a los de los velocistas sin discapacidades. También descubrieron que las prótesis para correr individuales redujeron 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 significativo en la velocidad de carrera, los investigadores concluyeron que esta reducción en la fuerza limitó la velocidad máxima de los velocistas. Grabowski también descubrió que los amputados generalmente aumentaban el tiempo de balanceo de sus piernas para compensar la falta de fuerza. [27]
Se sigue debatiendo sobre la ventaja o desventaja relativa del uso de las palas. Los investigadores y analistas también señalan que los estudios de investigación se realizan en cintas de correr fijas y niveladas, y no miden el rendimiento desde los tacos de salida o en pistas curvas reales. Tampoco tienen en cuenta las diferencias fisiológicas entre amputados y no amputados, que tienen factores como la musculatura, la altura y el peso de las palas y diferencias en los patrones de circulación sanguínea debido a la historia de pérdida de extremidades. [28]
En los Juegos Paralímpicos de 2012 surgió una controversia sobre los efectos de la longitud de las prótesis para correr , ya que el corredor brasileño Alan Oliveira y el corredor estadounidense Blake Leeper cambiaron a prótesis para correr más largas unos meses antes de los Juegos Paralímpicos de 2012. Esto condujo a una marcada mejora en sus tiempos de carrera. Pistorius se quejó después de la carrera de 200 m de que las prótesis proporcionaban zancadas de carrera artificialmente alargadas, lo que sería una infracción de las reglas del IPC , independientemente de que las prótesis 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 prótesis y T44 de una sola prótesis se separaran en eventos futuros, ya que los corredores de una sola prótesis no podían ajustar la altura de las prótesis y siempre debían hacer coincidir la longitud de su pierna biológica con una prótesis para correr. [ cita requerida ]
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 cuchilla 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 pasos (99 frente a 92). La combinación de la longitud de la zancada y la frecuencia de la zancada condujo a un rendimiento claramente inusual con las cuchillas más largas. [30] La dirección de Pistorius emitió un comunicado diciendo que Pistorius siempre mide 1,84 metros de altura, independientemente de las prótesis que use, y que la decisión de mantener esta altura para sus cuchillas para correr fue una cuestión de equidad. [31]
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