Costo Energético y Eficiencia del Esquí de Travesía

• AUTOR : Tosi P, Leonardi A, Schena F y colaboradores
• TITULO ORIGINAL : Energy Cost and Efficiency of Ski Mountaineering. A Laboratory Study
• CITA : Journal of Sports Medicine and Physical Fitness 50(4):400-406, Dic 2010
• MICRO : Al realizar esquí de travesía, el menor costo energético y la mejor eficiencia se obtienen a 3.3 km/h, velocidad a la que la mayoría de los esquiadores se desplaza espontáneamente, con variaciones según las alturas de los individuos que se deben a la diferencia en las longitudes de sus pasos.

Introducción

La energía metabólica que el cuerpo humano consume durante la locomoción se mide en J/kg/m, y su determinación permite comparar distintos tipos de movimientos por tierra, agua o nieve. El esquí de travesía es una forma de locomoción por nieve que utiliza las piernas de manera similar al esquí de fondo, pero con reducción del deslizamiento del esquí hacia adelante o hacia atrás. El pie dominante rota sobre un pivote localizado cerca del tobillo, arrastrando el esquí hacia adelante.
El objetivo de este estudio fue adquirir conocimiento sobre esta forma de traslación mediante la medición del gasto energético y la velocidad en un laboratorio con condiciones controladas, utilizando esquíes con ruedas en una cinta; se diseñó un modelo para comprender la dinámica del esquí cuesta arriba. La biomecánica de la caminata se basó en el paradigma del péndulo invertido, donde la pierna quieta es un péndulo invertido con respecto al pie quieto, y la pierna en movimiento, un péndulo convencional que rota sobre la cadera. Dado que la energía es constante en un péndulo ideal, se requiere poca energía para caminar, en comparación con correr. La mayor parte del costo energético en la caminata se debe a la transición paso a paso para la reubicación del centro de masa de atrás hacia adelante. En cambio, cuando se camina cuesta arriba existe un movimiento asimétrico de ascenso y descenso del centro de masa, y el segundo se pierde cuando la pendiente es mayor de 15%, por lo que en este caso el costo energético está dado por la necesidad de elevar el centro de masa. En este estudio se aplicaron estos conceptos al ascenso cuesta arriba en el esquí de travesía, y se realizó una evaluación del costo energético mediante mediciones metabólicas, utilizando indicadores indirectos en un modelo simplificado.

Materiales y métodos

Se incluyó en este estudio a diez hombres con experiencia en esquí, de 38 + 6 años, 73 + 12 kg de peso y 181 + 12 cm de altura. Se determinó la captación de oxígeno mediante un sistema portátil de telemetría, se registró la frecuencia cardíaca con un monitor portátil y se midió la frecuencia y longitud de los pasos de cada individuo.
El experimento consistió en esquiar cuesta arriba con una pendiente de 21% en una cinta automática, a una velocidad variable y utilizando esquíes con ruedas modificados en su fijación, para su uso con botas de esquí de travesía, y en el agarre de su superficie. Se realizaron dos sesiones con cada participante, una por la mañana y otra por la tarde, que luego se combinaron en el análisis estadístico, y se registró la frecuencia cardíaca y la captación de oxígeno en reposo y en los últimos dos minutos de la prueba. Se efectuó un aumento por etapas de 0.4 km/h, con lo que se obtuvieron velocidades de 1.4 a 6 km/h. Se tomaron muestras de sangre para determinar el valor de lactato, con el cual se estimó la energía total consumida del metabolismo aeróbico, y se calculó el costo metabólico neto.

Resultados

Con el fin de investigar una posible relación entre el largo del paso y el gasto metabólico, se separó a los individuos en un grupo de seis hombres altos y otro de cuatro sujetos con talla más baja, y se demostró que sus zancadas tenían diferente longitud. Se modificaron los datos utilizando una ecuación polinómica de segundo orden, y se observó que para cada velocidad la tasa de consumo energético del metabolismo por unidad de masa y por distancia recorrida era mayor en los sujetos más bajos que en los altos. El costo metabólico mínimo fue de 10.6 J/kg/m, a una velocidad de 3 a 3.7 km/h.

Discusión

Este estudio reveló que en el esquí de travesía, simulado mediante esquíes con ruedas y una cinta, el gasto metabólico depende de la velocidad, de la misma manera que en la caminata: se consume menos energía a una velocidad óptima, pero el gasto es mayor tanto a menor velocidad como a mayor velocidad. El valor mínimo de consumo energético que se determinó en este estudio fue de 10.6 + 0.2 J/kg/m, a una velocidad de 3 a 3.7 km/h, valores similares a los hallados previamente en una medición de esquí en la nieve, a una velocidad seleccionada por los propios individuos que fue de aproximadamente 4 km/h, con una pendiente de 21%. Estos resultados indican que los esquiadores espontáneamente prefieren desplazarse a una velocidad que minimice el gasto metabólico.
Otro hallazgo de este estudio fue la diferencia observada en el consumo energético entre personas de diferentes alturas, y se postuló que las fuerzas mecánicas que debían realizar eran distintas para cada unidad de distancia y masa. Esta teoría se sustentó en el modelo de que se requería un trabajo proporcional a los metros por la velocidad al cuadrado para acelerar la bota en cada zancada, y dado que se necesita mayor número de pasos cuanto más cortos son éstos para recorrer la misma distancia, el trabajo total es mayor. Si bien el modelo predijo que el trabajo aumenta según el cuadrado de la velocidad, los resultados experimentales revelaron que el gasto metabólico disminuye con la velocidad a bajas velocidades y aumenta a altas velocidades, lo que tiene una explicación fisiológica que supera la explicación física de la primera hipótesis. Si bien es necesario aumentar la acción de algunos músculos para el mantenimiento y la progresión del movimiento durante la caminata a mayor velocidad, otros músculos aumentan su actividad cuando la velocidad disminuye. Caminar por debajo de la velocidad óptima de 4.3 km/h aumenta el trabajo negativo del músculo y reduce la utilización y recuperación de la energía elástica almacenada en los flexores plantares del tobillo.
Es por todos estos efectos que el gasto energético aumenta cuando la velocidad de la caminata disminuye por debajo de su valor crítico. La relación entre trabajo (o eficiencia) negativo y positivo se estimó en 5 en la bibliografía, y matemáticamente es posible calcular la eficiencia como una función de la velocidad. El aumento en la eficiencia con la velocidad alcanza un máximo aproximado de 25% entre los 4 y 4.5 km/h, valores cercanos a los 4 km/h que los esquiadores seleccionaron como su velocidad predilecta en la prueba de campo. Esto indica que los esquiadores espontáneamente se trasladaron a una velocidad que minimizaba su gasto energético a la vez que maximizaban su eficiencia.

Conclusiones

Estos experimentos de laboratorio replicaron los resultados previamente obtenidos en pruebas de campo sobre el gasto energético del esquí de travesía, y se detectó que el gasto energético es una función de la velocidad, y su valor mínimo es de 10.6 + 0.2 J/kg/m a una velocidad de 3.3 km/h. Además, se postuló que a velocidades mayores de 1 km/h la fuerza mecánica por unidad de distancia dependía del largo del paso, por lo que se requirió una cantidad mayor de pasos cuanto más cortos eran estos para cubrir la misma distancia, lo que ocasionó mayor gasto energético para acelerar el esquí. Se demostró que la eficiencia aumenta con la velocidad, a un máximo de 25% a una velocidad similar a la que los esquiadores utilizaban habitualmente.

 
Ref : CLMED.

Especialidad: Bibliografía - Clínica Médica