Principios del entrenamiento de la fuerza y del acondicionamiento físico PDF

 Principios del entrenamiento de la fuerza y del acondicionamiento físico  Principios del entrenamiento de la fuerza y del acondicionamiento físico G. Gregory Haff Edith Cowan University, Western Australia N. Travis Triplett Appalachian State University,...

 Principios del entrenamiento de la fuerza y del acondicionamiento físico  Principios del entrenamiento de la fuerza y del acondicionamiento físico G. Gregory Haff Edith Cowan University, Western Australia N. Travis Triplett Appalachian State University, Boone, Carolina del Norte Editores Título original: Essentials of Strength Training and Conditioning (4.a edición) Editores (de la cuarta edición): G. Gregory Haff y N. Travis Triplett Copyright de la edición original: © 2016 (2008, 2000 y 1994), National Strength Training and Conditioning Association Publicado según acuerdo con Human Kinetics, Champaign, Illinois (EUA) Traducción: Pedro González del Campo Corrección del texto: Aurora Zafra Diseño de la cubierta: David Carretero Edición: Lluís Cugota © 2017, Editorial Paidotribo Les Guixeres C/ de la Energía, 19-21 08915 Badalona (España) Tel.: 93 323 33 11 – Fax: 93 453 50 33 http://www.paidotribo.com E-mail: [email protected] Primera edición ISBN: 978-84-9910-663-2 ISBN EPUB: 978-84-9910-742-4 BIC: WSD Diseño de maqueta y preimpresión: Editor Service, S.L., Diagonal, 299; 08013 Barcelona ÍNDICE Prefacio Agradecimientos Créditos Estructura y función de los sistemas CAPÍTULO 1 corporales N. Travis Triplett Sistema musculoesquelético Sistema neuromuscular Sistema cardiovascular Sistema respiratorio Conclusión Ayudas al aprendizaje Biomecánica del ejercicio resistido CAPÍTULO 2 Jeffrey M. McBride Musculatura esquelética Planos anatómicos y principales movimientos del cuerpo Fuerza y potencia Fuentes de resistencia a la contracción muscular Biomecánica articular: Problemas en el entrenamiento resistido Conclusión Ayudas al aprendizaje Bioenergética del ejercicio y del CAPÍTULO 3 entrenamiento Trent J. Herda y Joel T. Cramer Terminología esencial Sistemas biológicos de energía Depleción y repleción de los sustratos Factores bioenergéticos limitadores del rendimiento físico Consumo de oxígeno y contribuciones aeróbicas y anaeróbicas al ejercicio Especificidad metabólica del entrenamiento Conclusión Ayudas al aprendizaje Respuestas endocrinas al ejercicio resistido CAPÍTULO 4 William J. Kraemer, Jakob L. Vingren y Barry A. Spiering  Síntesis, almacenamiento y secreción de hormonas El músculo como destino de las interacciones de las hormonas Papel de los receptores de hormonas en la mediación de los cambios hormonales Categorías de hormonas Ejercicio resistido con grandes cargas e incremento de la secreción de hormonas Mecanismos de las interacciones hormonales Cambios hormonales en la sangre periférica Adaptaciones del sistema endocrino Hormonas anabólicas primarias Hormonas de las glándulas suprarrenales Otras consideraciones sobre las hormonas Conclusión Ayudas al aprendizaje Adaptaciones a los programas de CAPÍTULO 5 entrenamiento anaeróbico Duncan French Adaptaciones neuronales Adaptaciones musculares Adaptaciones de los tejidos conjuntivos Respuestas y adaptaciones endocrinas al entrenamiento anaeróbico Respuestas cardiovascular y respiratoria al ejercicio anaeróbico Compatibilidad de los modos de entrenamiento aeróbico y anaeróbico Sobreentrenamiento Desentrenamiento Conclusión Ayudas al aprendizaje Adaptaciones a los programas de CAPÍTULO 6 entrenamiento de la resistencia aeróbica Ann Swank y Carwyn Sharp Respuestas agudas al ejercicio aeróbico Adaptaciones crónicas al ejercicio aeróbico Adaptaciones al entrenamiento de la resistencia aeróbica Factores individuales y externos que influyen en las adaptaciones al entrenamiento de la resistencia aeróbica Sobreentrenamiento: Definición, prevalencia, diagnóstico e indicadores potenciales Conclusión Ayudas al aprendizaje Diferencias por edad y sexo, y sus CAPÍTULO 7 implicaciones para el ejercicio resistido Rhodri S. Lloyd y Avery D. Faigenbaum Niños Mujeres atletas Adultos mayores Conclusión Ayudas al aprendizaje Psicología de la preparación y el  rendimiento atlético CAPÍTULO 8 Traci A. Statler y Andrea M. DuBois Papel de la psicología deportiva Estado ideal de rendimiento Gestión de la energía: Activación, ansiedad y estrés Influencia de la activación y la ansiedad sobre el rendimiento Motivación Atención y centro de atención Técnicas psicológicas para mejorar el rendimiento Mejora de la adquisición y aprendizaje de destrezas motoras Conclusión Ayudas al aprendizaje La salud y los factores nutricionales CAPÍTULO 9 básicos Marie Spano Papel de los especialistas en nutrición deportiva Pautas básicas de alimentación Macronutrientes Vitaminas Minerales Líquido y electrolitos Conclusión Ayudas al aprendizaje Estrategias nutricionales para potenciar CAPÍTULO 10 el rendimiento Marie Spano Nutrición antes, durante y después de la competición Estrategias nutricionales para alterar la composición corporal Trastornos de la conducta alimentaria Conclusión Ayudas al aprendizaje Métodos y sustancias para mejorar el CAPÍTULO 11 rendimiento Bill Campbell Tipos de sustancias que mejoran el rendimiento Hormonas Suplementos dietéticos Conclusión Ayudas al aprendizaje Principios de la selección y CAPÍTULO 12 administración de pruebas Michael McGuigan Razones para las pruebas Terminología de las pruebas  Evaluación de la calidad de las pruebas Selección de pruebas Administración de pruebas Conclusión Ayudas al aprendizaje Administración, puntuación e interpretación de las pruebas CAPÍTULO 13 seleccionadas Michael McGuigan Parámetros de medición del rendimiento atlético Protocolos y datos de resultados de pruebas seleccionadas Evaluación estadística de los datos de las pruebas Conclusión Ayudas al aprendizaje Calentamiento y entrenamiento de la CAPÍTULO 14 flexibilidad Ian Jeffreys Calentamiento Flexibilidad Tipos de estiramiento Conclusión Técnicas de estiramiento estático Técnicas de estiramiento dinámico Ayudas al aprendizaje Técnica de los ejercicios de entrenamiento con pesas libres y con CAPÍTULO 15 máquinas de pesas Scott Caulfield y Douglas Berninger Fundamentos técnicos de los ejercicios Vigilancia de ejercicios con pesas libres Conclusión Ejercicios del entrenamiento resistido Ayudas al aprendizaje Técnica de los modos alternativos de ejercicio y del entrenamiento con CAPÍTULO 16 implementos no tradicionales G. Gregory Haff, Douglas Berninger y Scott Caulfield Pautas generales Métodos de entrenamiento con el peso del cuerpo Métodos de entrenamiento del equilibrio y la estabilidad de la zona media Métodos de entrenamiento con resistencia variable Métodos de entrenamiento con implementos no tradicionales Entrenamiento unilateral Conclusión Modos y  ejercicios no tradicionales Ayudas al aprendizaje Diseño de programas para el CAPÍTULO 17 entrenamiento con resistencia Jeremy M. Sheppard y N. Travis Triplett Principios de la prescripción de ejercicio anaeróbico Paso 1: Análisis de las necesidades Paso 2: Selección de ejercicios Paso 3: Frecuencia del entrenamiento Paso 4: Orden de los ejercicios Paso 5: Carga del entrenamiento y repeticiones Paso 6: Volumen Paso 7: Períodos de descanso Conclusión Ayudas al aprendizaje Diseño de programas y técnica para el CAPÍTULO 18 entrenamiento pliométrico David H. Potach y Donald A. Chu Fisiología y mecánica de la pliometría Diseño de programas Factores relacionados con la edad Pliometría y otras formas de ejercicio Problemas de seguridad Conclusión Ejercicios pliométricos Ayudas al aprendizaje Diseño de programas y técnica para el entrenamiento de la velocidad y la CAPÍTULO 19 agilidad Brad H. DeWeese y Sophia Nimphius Mecánica de la rapidez y la agilidad Base neurofisiológica de la velocidad Velocidad en carrera Agilidad y capacidad para cambiar de dirección Métodos para desarrollar la rapidez Métodos para desarrollar la agilidad Diseño de programas Estrategias para el desarrollo de la velocidad Estrategias para el desarrollo de la agilidad Conclusión Ejercicios de velocidad y agilidad Ayudas al aprendizaje Diseño de programas y técnica para el CAPÍTULO 20 entrenamiento de la resistencia aeróbica Benjamin H. Reuter y J. Jay Dawes Factores relacionados con la resistencia aeróbica Diseño de un programa de resistencia aeróbica Tipos de programas de entrenamiento de la resistencia aeróbica Aplicación del diseño  de programas a las fases de entrenamiento de la temporada Factores especiales relacionados con el entrenamiento de la resistencia aeróbica Conclusión Ejercicios de entrenamiento de la resistencia aeróbica Ayudas al aprendizaje CAPÍTULO 21 Periodización G. Gregory Haff Conceptos centrales relacionados con la periodización Jerarquía de la periodización Períodos de periodización Aplicación de las temporadas deportivas a los períodos de periodización Modelos de periodización lineal frente a ondulante Ejemplo de plan anual de entrenamiento Conclusión Ayudas al aprendizaje Rehabilitación y reacondicionamiento CAPÍTULO 22 físico David H. Potach y Terry L. Grindstaff Equipo de medicina del deporte Tipos de lesiones Curación tisular Metas de la rehabilitación y el reacondicionamiento físico Diseño de programas Reducción del riesgo de lesiones y recaídas Conclusión Ayudas al aprendizaje Diseño, distribución y organización de CAPÍTULO 23 las instalaciones Andrea Hudy Aspectos generales del diseño de nuevas instalaciones Instalaciones existentes para el desarrollo de la fuerza y el acondicionamiento físico Evaluación de las necesidades de los programas deportivos Diseño de instalaciones para el desarrollo de la fuerza y el acondicionamiento físico Disposición del material deportivo en las instalaciones para el desarrollo de la fuerza y el acondicionamiento físico Limpieza y mantenimiento de superficies y material deportivo Conclusión Ayudas al aprendizaje Principios, intervenciones y temas CAPÍTULO 24 legales relacionados con las instalaciones Traci Statler y Victor Brown  Declaración de objetivos y metas del programa Objetivos del programa Equipo de especialistas de la fuerza y el acondicionamiento físico Problemas éticos y legales Políticas de relaciones con el personal y actividades Administración de las instalaciones Planificación de la preparación y respuesta ante emergencias. Conclusión Ayudas al aprendizaje Respuestas a las preguntas de repaso Bibliografía Índice alfabético Editores Colaboradores Colaboradores en ediciones anteriores PREFACIO En 1994 se publicó la primera edición de Principios del entrenamiento de la fuerza y del acondicionamiento físico. Tras una segunda edición (en 2000) y más de cien mil ejemplares vendidos, se publicó una tercera edición revisada y ampliada en 2008. Esta nueva edición continúa la tradición que lo ha convertido en el manual de texto más completo del mercado para los profesionales de la fuerza y el acondicionamiento físico. En este manual, treinta expertos profundizan más aún si cabe en las teorías, conceptos y principios científicos del entrenamiento de la fuerza y el acondicionamiento físico, así como en sus aplicaciones para el rendimiento deportivo. La primera edición surgió al concienciarnos de que en el panorama editorial no había libro alguno sobre el entrenamiento de la fuerza y el acondicionamiento físico que contuviese la opinión de profesionales destacados en los campos de la anatomía, la bioquímica, la biomecánica, la endocrinología, la nutrición, la fisiología del ejercicio, la psicología y otras ciencias, ni tampoco que incorporase los principios de estas disciplinas a la creación de programas de entrenamiento seguros y eficaces. Además, la falta de estudios de investigación relevantes y bien dirigidos complicaron los primeros esfuerzos por crear un libro de horizontes tan ambiciosos. Una vez que estuvo listo, Principios del entrenamiento de la fuerza y del acondicionamiento físico se convirtió rápidamente en el manual definitivo sobre la materia. La segunda edición, que vio la luz seis años más tarde, fue algo más que un lavado de cara del contenido; fue una revisión del alcance y aplicación de la primera edición. En todo el texto y en las más de cien páginas adicionales, los colaboradores recurrieron a conceptos e investigaciones modernas, relevantes y concluyentes para convertir información científica en información aplicable al rendimiento. Se añadieron muchas herramientas de aprendizaje, como los objetivos de los capítulos, los puntos clave, los cuadros con explicaciones y aplicaciones prácticas, y muestras de programas de entrenamiento resistido para tres deportes distintos. Estas mejoras, junto con la presentación a todo color con cientos de fotografías, hicieron que la segunda edición fuese realmente excepcional.  La tercera edición, que salió de imprenta ocho años después de la segunda edición, ofreció capítulos reestructurados y ampliaciones de otros capítulos, completados con nuevas fotografías y con la terminología actualizada. Además, la maquetación se modernizó y se crearon nuevos recursos para profesores y estudiantes con el fin de que este manual siguiera siendo el libro de referencia para el estudio e instrucción de la fuerza y el acondicionamiento físico. Actualizaciones de la cuarta edición Esta cuarta edición amplía las ediciones anteriores y aplica la información e investigaciones más modernas en un formato lógico que reafirma el papel de Principios del entrenamiento de la fuerza y del acondicionamiento físico como el manual más importante para los estudiantes que buscan trabajar en estos campos y para los especialistas de la ciencia del deporte dedicados al entrenamiento de atletas. Estas son las mejoras principales: Estudios de investigación actualizados –específicamente en áreas de entrenamiento interválico de alta intensidad, sobreentrenamiento, agilidad y cambios de dirección, nutrición para la salud y el rendimiento, y periodización– ayudan a los lectores a entender mejor estas tendencias populares de la industria. Un nuevo capítulo con instrucciones y fotos que muestra técnicas para ejercicios con modos alternativos e implementos no tradicionales. Diez pruebas adicionales, entre otras para la fuerza máxima, la potencia y la capacidad aeróbica, junto con nuevos ejercicios de flexibilidad, ejercicios para el entrenamiento resistido, ejercicios pliométricos y ejercicios de velocidad y agilidad, que ayudan a los especialistas a diseñar programas que lleven a la práctica las pautas actuales. Todos los capítulos empiezan con los objetivos y puntos clave para que el lector se desenvuelva bien con la lectura. Los términos clave se recalcan en negrita y aparecen en una lista al final de los capítulos. Los capítulos incorporan recuadros en los que se muestra la aplicación práctica del contenido, mientras que capítulos posteriores contienen muestras de programas de entrenamiento resistido para tres deportes distintos. Se suministran instrucciones detalladas y fotografías sobre las pruebas, los estiramientos, el entrenamiento resistido, los modos alternativos de ejercicio, los ejercicios pliométricos, el entrenamiento de agilidad y el ejercicio aeróbico de fondo. Por último, los capítulos concluyen con preguntas de opciones múltiples cuyas respuestas aparecen al final del libro. Principios del entrenamiento de la fuerza y del acondicionamiento físico es el recurso principal para personas que se preparan para el examen de titulación de Especialista titulado en Entrenamiento de la Fuerza y el Acondicionamiento (CSCS). Como autoridad mundial en la fuerza y el acondicionamiento, la National Strength and Conditioning Association (NSCA) respalda y divulga los conocimientos basados en estudios de investigación, así como su aplicación práctica para mejorar la condición física y el rendimiento atlético. Con más de treinta mil miembros en más de cincuenta países, la NSCA se ha sabido establecer como una asociación internacional para la teoría y la práctica, así como la investigación sobre la fuerza y el acondicionamiento. Las titulaciones de CSCS y NSCA-CPT fueron las primeras de su clase en gozar de acreditación nacional por la National Commission for Certifying Agencies (Comisión Nacional para Agencias de Certificación), una agencia no gubernamental sin ánimo de lucro de Washington, DC, la cual establece normas a nivel nacional para las agencias de certificación. Hasta la fecha, más de cuarenta mil especialistas de setenta y cinco países tienen una o más titulaciones de la NSCA. Tanto si se usa para aprender los fundamentos del entrenamiento de la fuerza y el acondicionamiento físico, como para prepararse para un examen de titulación, o como libro de consulta para los especialistas, Principios del entrenamiento de la fuerza y del acondicionamiento físico ayudará a los practicantes y a la comunidad científica a entender mejor el modo de desarrollar y administrar programas seguros y eficaces para el entrenamiento de la fuerza y el acondicionamiento físico. AGRADECIMIENTOS La realización de la cuarta edición de Fundamentos del entrenamiento de la fuerza y la condición física de la NSCA fue una empresa ciclópea que habría sido imposible sin la contribución de un gran número de personas. Los orígenes históricos de esta obra señera han sido nuestro leitmotiv, igual que la dura labor de los numerosos autores que han contribuido en las tres ediciones previas ha sido el fundamento vital de este libro. Por eso, damos las gracias a los anteriores directores, Thomas Baechle y Roger Earle, por la previsión que tuvieron veinte años atrás y que nos ha llevado adonde hoy estamos, y por su labor apasionada en todas las ediciones previas. Esta edición no habría sido posible sin la contribución constante de Roger Earle, que ha ido más allá de su deber como representante de Human Kinetics. Es un amigo de verdad y ha colaborado en muchos aspectos de este libro y de nuestro trabajo de redacción. También queremos dar las gracias a Keith Cinea y Carwyn Sharp por su ayuda en todo el proceso. Ambos han sido buenos representantes de la NSCA y han dejado clara la ciencia en la que se basa nuestra profesión y que determina el contenido de este libro. Como es una fuente clave para los profesionales presentes y futuros de la fuerza y la condición física, era esencial garantizar que este libro cumpliese realmente la misión de la NSCA de llevar la ciencia a la práctica, y tanto Keith como Carwyn son embajadores de esta filosofía. Gracias, asimismo, a tantos trabajadores de Human Kinetics que fueron esenciales para completar todas las fases de la publicación de este libro, desde la redacción y corrección de estilo hasta el diseño gráfico. Probablemente nuestro mayor agradecimiento sea para Chris Drews y Karla Walsh, nuestra redactora de contenidos y nuestra redactora jefe, quienes ayudaron de muy diversas maneras a dos directores novatos. Sin Chris y Karla es muy probable que nos hubiésemos perdido en el proceso. G. Gregory Haff, PhD, CSCS, *D, FNSCA A mi codirector y viejo amigo Travis Triplett. No se me ocurre otra persona con la que quisiera editar un libro de esta magnitud. Su bondad y tolerancia casan a la perfección con mi metodología despiadada durante procesos como este. ¡Gracias por ser uno de mis mejores amigos! Tengo que dar las gracias a mi familia. Mi esposa, Erin, ha sacrificado todo con el fin de darme libertad para perseguir mis sueños y emprender proyectos como este. Sin su apoyo estaría atrapado bajo el peso aplastante de la vida. Es una bendición contar con alguien fuerte que te respalde cuando vienen mal dadas, y por eso te quiero más de lo que te imaginas. A mi padre, Guy Haff; dudo que alguna vez pensaras que levantar pesas se convertiría en la profesión de mi vida cuando me llevaste a la YMCA de West Morris con once años de edad para que me enseñaran halterofilia. Sin aquello no me imagino quién sería yo en este momento. Por último, debo dedicar mi trabajo a mi madre, Sandra Haff. No importa dónde estés ahora. Espero que sigas estando orgullosa del hombre que soy y del hombre que me esfuerzo en ser día tras día. Te echo mucho de menos, mamá, y ojalá estuvieses aquí para que vieses tantas cosas estupendas que han ocurrido. N. Travis Triplett, PhD, CSCS, *D, FNSCA Ni en mis sueños más optimistas habría imaginado que dar mi primera clase de halterofilia mientras estudiaba en la universidad culminaría en un trabajo tan gratificante en el campo de la fuerza y la preparación física. Es complicado dar las gracias a todas las personas que han influido en que llegase a este punto de mi existencia y de mi vida profesional, y me pudiese embarcar con entusiasmo en este proyecto. Tuve la suerte de recibir una formación sólida de mis padres; ojalá pudieseis estar los dos aquí y ver que seguí el ejemplo que me disteis. También quisiera dar las gracias a mi círculo de amigos, que siempre me han brindado su apoyo y han estado ahí para animarme. A nivel profesional, quienes más han influido en mí han sido Mike Stone y Bill Kraemer. Aprecio enormemente su tutoría intelectual y su amistad. Numerosos colegas y antiguos estudiantes de todo el mundo han colaborado por el camino en mi formación y éxito, y valoro lo que habéis hecho todos y cada uno de vosotros, aunque no nos veamos con mucha frecuencia. Por último, a mi codirector y buen amigo Greg Haff. ¿Quién se hubiese imaginado que los ratos compartidos durante las comidas, hablando de la fuerza y la preparación física mientras cursábamos estudios de posgrado, nos conduciría a esto? Espero compartir contigo muchos más años de amistad y colaboración. CRÉDITOS Figura 2.10 Reproducido, con autorización, de Harman, E.A., Johnson, M. y Frykman, P.N. (1992). A movement-oriented approach to exercise prescription. NSCA Journal 14(1):47-54. Figura 2.13 Reproducido de Jorgensen, K. (1976). Force-velocity relationship in human elbow flexors and extensors. En: Komi, P.V. (ed). Biomechanics A-V. Baltimore, MD: University Park Press, p. 147. Con autorización de P.V. Komi. Tabla 5.3 Reproducido, con autorización, de Fry, A. (1993). «Physiological responses to short-term high intensity resistance exercise overtraining». Ph.D. Diss., The Pennsylvania State University; Meeusen, R., Duclos, M., Foster, C., Fry, A, Gleeson, M. et al. (2013). Prevention, diagnosis, and treatment of the over training syndrome: Joint consensus statement of the European College of Sports Science and the American College of Sports Medicine. Medicine and Science in Sports and Exercise 45:186-205. Figura 7.2 Reproducido, con autorización, de Faigenbaum, A.D. et al. (2013). Youth resistance training; past practices, new perspectives and future directions. Pediatric Exercise Science 25:591-604. Figura 8.1 Reproducido, con autorización, de Weinberg, R.S. y Gould, D. (2015). Foundations of sport and exercise psychology, 6.a ed. Champaign, IL: Human Kinetics, p. 79. Figura 8.2 Reproducido, con autorización, de Hatfield, B.D. y Walford, G.A. (1987). Understanding anxiety: Implications for sport performance. NSCA Journal 9(2):60-61. Tabla 9.6 Adaptado, con autorización, de Foster-Powell, K., Holt, S. y Brand-Miller, J.C. (2002). International table of glycemic index and glycemic load values. American Journal of Clinical Nutrition 76:5-56. Figura 13.6 Adaptado, con autorización, de Gilliam, G.M. (1983). 300 yard shuttle run. NSCA Journal 5(5):46. Figura 13.11 Adaptado, con autorización, de Semenick, D. (1990). Tests and measurements: The T-test. NSCA Journal 12(1):36-37. Figura 13.12 Adaptado, con autorización, de Pauole K. et al. (2000). Reliability and validity of the T-test as a measure of agility, leg power, and leg speed in college age males and females. Journal of Strength and Conditioning Research 14:443-450. Figura 13.16 Reproducido, con autorización, de Reiman, M.P. (2009). Functional testing in performance. Champaign, IL: Human Kinetics, p. 109. Tabla 13.1 Adaptado, con autorización, de Hoffman, J. (2006). Norms for fitness, performance, and health. Champaign, IL: Human Kinetics, pp. 36-37. Tabla 13.2 Reproducido, con autorización, de Hoffman, J. (2006). Norms for fitness, performance, and health. Champaign, IL: Human Kinetics, pp. 36-37 Tabla 13.3 Reproducido, con autorización, de Hoffman, J. (2006). Norms for fitness, performance, and health. Champaign, IL: Human Kinetics, p. 38. Tabla 13.6 Reproducido, con autorización, de Hoffman, J. (2006). Norms for fitness, performance, and health. Champaign, IL: Human Kinetics, p. 58; adaptado de Chu, D.A. (1996). Explosive power and strength. Champaign, IL: Human Kinetics. Tabla 13.22 Reproducido, con autorización, de Hoffman, J. (2006). Norms for fitness, performance, and health. Champaign, IL: Human Kinetics, p. 113. Tabla 13.25 Adaptado, con autorización, de Heyward, V.H. (1998). Advanced fitness assessment and exercise prescription, 3.a ed. Champaign, IL: Human Kinetics, p. 155. Tabla 13.26 Adaptado, con autorización, de Heyward, V.H. (1998). Advanced fitness assessment and exercise prescription, 3.a ed. Champaign, IL: Human Kinetics, p. 12. Tabla 16.1 Adaptado, con autorización, de McMaster D.T., Cronin, J. y McGuigan, M. (2009). Forms of variable resistance training. Strength & Conditioning Journal 31:50-64. Tabla 16.2 Adaptado, con autorización, de McMaster D.T., Cronin, J. y McGuigan, M. (2010). Quantification of rubber and chain-based resistance modes. Journal of Strength and Conditioning Research 24:2056-2064. Figura 17.1 Reproducido, con autorización, de Earle, R.W. (2006). Weight training exercise prescription. En: Essentials of personal training symposium workbook. Lincoln, NE: NSCA Certification Commission. Figura 17.2 Reproducido, con autorización, de Earle, R.W. (2006). Weight training exercise prescription. En: Essentials of personal training symposium workbook. Lincoln, NE: NSCA Certification Commission. Figura 19.11 Reproducido, con autorización, de Plisk, S.S. y Gambetta, V. (1997). Tactical metabolic training. Strength & Conditioning 19(2):44-53. Tabla 19.4 Adaptado, con autorización, de Nimphius, S. (2014). Increasing agility. En: Joyce, D. y Lewindon, D. (eds.) High-performance training for sports. Champaign, IL: Human Kinetics, p. 194. Tabla 19.5 Adaptado, con autorización, de Nimphius, S. (2014). Increasing agility. En: Joyce, D. y Lewindon, D. (eds.). High-performance training for sports. Champaign, IL: Human Kinetics, pp. 185-198. Tabla 20.2 Reproducido, con autorización, de Hagerman. P. (2012). Aerobic endurance training program design. En: Coburn J.W. y Malek M.H. (eds.). NSCA’s essentials of personal training. 2.a ed. Champaign, IL: Human Kinetics, p. 395. Figura 21.1 Adaptado, con autorización, de Haff, G.G. y Haff, E.E. (2012). Training integration and periodization. En: Hoffman J. (ed.). NSCA’s guide to program design. Champaign, IL: Human Kinetics, p. 215. Figura 21.2 Adaptado, con autorización, de Haff, G.G. y Haff, E.E. (2012). Training integration and periodization. En: Hoffman J. (ed.). NSCA’s guide to program design. Champaign, IL: Human Kinetics, p. 216. Figura 21.3 Adaptado, con autorización, de Haff, G.G. y Haff, E.E. (2012). Training integration and periodization. En: Hoffman J. (ed.). NSCA’s guide to program design. Champaign, IL: Human Kinetics, p. 219. Tabla 21.1 Adaptado, con autorización, de Haff, G.G. y Haff, E.E. (2012). Training integration and periodization. En: Hoffman J. (ed.). NSCA’s guide to program design. Champaign, IL: Human Kinetics, p. 220. Figura 21.4 Reproducido, con autorización, de Haff, G.G. y Haff, E.E. (2012). Training integration and periodization. En: Hoffman J. (ed.). NSCA’s guide to program design. Champaign, IL: Human Kinetics, p. 223; adaptado de la figura 11.7, p. 2239. Reproducido de Stone, Michael H. y O’Bryant, Harold S. (1987). Weight Training: A Scientific Approach, 2.a ed. Burgess. Tabla 23.1 Adaptado, con autorización, de Kroll, W. (1991). Structural and functional considerations in designing the facility, part I. NSCA Journal 13(1):51-58. Figura 23.6 Adaptado, con autorización, de Earle, R.W. y Baechle, T.R. (eds.) (2004). NSCA’s essentials of personal training. Champaign, IL: Human Kinetics, pp. 604-606. Tabla 24.1 Adaptado, con autorización, de NSCA (2009). Strength & conditioning professional standards and guidelines. Colorado Springs, CO: NSCA, p. 17. Figura 24.3 Reproducido, con autorización, de Earle, R.W. (1993). Staff and facility policies and procedures manual. Omaha, NE: Creighton University. Tabla 24.2 Adaptado, con autorización, de NSCA (2011). Performance training center emergency policies and procedures manual. Colorado Springs, CO: NSCA, p. 3. CAPÍTULO 1 Estructura y función de los sistemas corporales N. Travis Triplett* A la conclusión del capítulo, el lector: Describirá la macroestructura y microestructura del músculo y el hueso. Expondrá la teoría de los filamentos deslizantes de la contracción muscular. Referirá las características fisiológicas y morfológicas específicas de distintos tipos de fibras musculares y podrá predecir su participación relativa en diferentes deportes. Especificará las características fisiológicas y anatómicas de los sistemas respiratorio y cardiovascular. ________ * El autor agradece la significativa aportación de Robert T. Harris y Gary R. Hunter en la redacción de este capítulo. El ejercicio físico y el rendimiento deportivo exigen del cuerpo movimientos voluntarios eficaces. Tales movimientos son producto de las fuerzas que desarrollan los músculos y que mueven las distintas partes del cuerpo usando los sistemas de palancas del esqueleto. Los músculos esqueléticos están bajo control de la corteza cerebral, que activa las fibras o las células de músculo esquelético por medio de las motoneuronas del sistema nervioso periférico. El mantenimiento de esta actividad neuromuscular implica un aporte constante de oxígeno y nutrientes a los músculos activos, así como la eliminación del dióxido de carbono y los desechos metabólicos de los tejidos activos mediante la actividad de los sistemas respiratorio y cardiovascular. Para aplicar los conocimientos científicos al entrenamiento de atletas y al desarrollo de programas eficaces de entrenamiento, los especialistas en fuerza y acondicionamiento físico deben poseer conocimientos básicos de la función musculoesquelética y de los sistemas corporales que respaldan directamente el trabajo de los músculos ejercitados. Por ello, este capítulo profundiza en aspectos de la anatomía y función de los sistemas musculoesquelético, neuromuscular, cardiovascular y respiratorio, que son esenciales para el desarrollo y mantenimiento de la fuerza y la potencia musculares. Sistema musculoesquelético El sistema musculoesquelético del cuerpo humano es una configuración de huesos, articulaciones, músculos y tendones capaces de realizar la gran variedad de movimientos característicos de la actividad humana. En esta sección se describen los diferentes componentes del sistema musculoesquelético, tanto individualmente como en el ámbito de su funcionamiento conjunto. El esqueleto Los músculos del cuerpo no ejercen su fuerza directamente contra el suelo u otros objetos, sino sobre los huesos, que giran sobre las articulaciones y transmiten la fuerza al medio externo. Los músculos solo pueden tirar, no empujar; sin embargo, a través del sistema de palancas de huesos, las fuerzas de tracción de los músculos se manifiestan como fuerzas de tracción o empuje sobre objetos externos. Hay aproximadamente doscientos seis huesos en el cuerpo, aunque el número es variable. Esta estructura resistente y relativamente ligera proporciona palancas, soporte y protección (figura 1.1). El esqueleto axial se compone del cráneo, la columna vertebral (desde la vértebra C1 hasta el cóccix), las costillas y el esternón. El esqueleto apendicular consta de la cintura escapular (escápulas y clavículas derechas e izquierdas); los huesos de los brazos, muñecas y manos (húmero, radio, cúbito, huesos carpianos, huesos metacarpianos y falanges de las extremidades superiores derecha e izquierda); la cintura pélvica (hueso coxal o innominado derecho e izquierdo), y los huesos de las piernas, tobillos y pies (fémur, rótula, tibia, peroné, huesos del tarso, huesos metatarsianos y falanges de las extremidades inferiores derecha e izquierda). Las uniones entre los huesos se denominan articulaciones. Las articulaciones fibrosas (p. ej., las suturas del cráneo) no admiten prácticamente ningún movimiento; las articulaciones cartilaginosas (p. ej., los discos intervertebrales) permiten un movimiento limitado, y las articulaciones sinoviales (p. ej., el codo y la rodilla) permiten un movimiento considerable. Los movimientos practicados durante el ejercicio y los deportes dependen principalmente de las articulaciones sinoviales, cuyas características más importantes son el escaso rozamiento y el amplio grado de movilidad. Los extremos de los huesos articulados están recubiertos de cartílago hialino liso, y toda la articulación está encerrada en una cápsula llena de líquido sinovial. Suele haber también ligamentos y cartílagos que aportan un soporte adicional (13). Prácticamente todos los movimientos articulares son movimientos rotatorios sobre un eje. Las articulaciones se clasifican según el número de direcciones en que se produce la rotación. Las articulaciones monoaxiales, como el codo, se mueven como bisagras y giran alrededor de un único eje. Aunque a menudo se la clasifica como una articulación troclear, su eje de rotación cambia mientras recorre su arco de movilidad. Las articulaciones biaxiales, como el tobillo y la muñeca, generan movimiento sobre dos ejes perpendiculares. Las articulaciones multiaxiales, como las articulaciones esferoideas del hombro y la cadera, producen movimiento alrededor de tres ejes perpendiculares que definen el espacio. La columna vertebral está compuesta por vértebras separadas por discos flexibles para que haya movimiento. Las vértebras se agrupan en siete vértebras cervicales en la región del cuello; doce vértebras torácicas en la zona media a superior de la espalda; cinco vértebras lumbares componen la porción inferior de la espalda; cinco vértebras sacras fusionadas que integran la porción final de la pelvis, y de tres a cinco vértebras coccígeas que forman una cola vestigial interna que se extiende inferiormente desde la pelvis. ¿Qué factores influyen en el crecimiento esquelético del adulto? Hay varios aspectos que influyen positivamente en el esqueleto adulto, la mayoría dependientes del empleo que se haga de los músculos. Cuando el cuerpo soporta cargas pesadas (trabajo físico y entrenamiento resistido), el hueso aumenta su densidad y también su contenido mineral óseo. Si el cuerpo realiza movimientos explosivos con impacto, también se producen cambios similares. Algunas de las mayores densidades óseas se han documentado en personas que practican gimnasia u otras actividades en que se desarrollan movimientos de mucha fuerza y elevada potencia, algunos con aterrizajes  duros (11). Otros factores que influyen en las adaptaciones óseas dependen de si el esqueleto axial se somete a cargas y de la frecuencia con que esto ocurre. Puesto que el período de adaptación del hueso es más largo que el del músculo esquelético, es importante variar la frecuencia, intensidad y tipo de estímulo. FIGURA 1.1 Vistas anterior (a) y posterior (b) del esqueleto de un varón adulto. Musculatura esquelética En la figura 1.2 se expone el sistema de músculos que dotan de movimiento al esqueleto. Los puntos de conexión entre los huesos son las articulaciones, y los músculos esqueléticos se insertan en los huesos por sus extremos. Sin esta disposición no se producirían movimientos. Macroestructura y microestructura musculoesqueléticas Los músculos esqueléticos son órganos compuestos de tejido muscular, tejido conjuntivo, nervios y vasos sanguíneos. El tejido conjuntivo fibroso, o epimisio, recubre los más de cuatrocientos treinta músculos esqueléticos del cuerpo. El epimisio es contiguo a los tendones en los extremos del músculo (figura 1.3). El tendón se inserta en el periostio, un tejido conjuntivo especializado que recubre todos los huesos; cualquier contracción del músculo tirará del tendón y este, a su vez, del hueso. Los músculos de las extremidades presentan dos inserciones en el hueso: una proximal (más cercana al tronco) y otra distal (más alejada del tronco). Las dos inserciones de los músculos del tronco se denominan superior (más próxima a la cabeza) e inferior (más próxima a los pies). Las células musculares, llamadas fibras musculares, son células largas (a veces de longitud pareja a la de todo el músculo), cilíndricas y con un diámetro de 50 a 100 μm (el grosor de un cabello humano). Estas fibras contienen muchos núcleos situados en la periferia de la célula, y su aspecto es estriado cuando se observan bajo un microscopio óptico. Debajo del epimisio las fibras musculares se agrupan en haces (fascículos) de hasta ciento cincuenta fibras, y estos haces están rodeados por tejido conjuntivo llamado perimisio. Las fibras musculares están rodeadas individualmente por tejido conjuntivo llamado endomisio, circundado y contiguo al sarcolema o membrana de la fibra (13). Todo el tejido conjuntivo —epimisio, perimisio y endomisio— es contiguo al tendón, por lo que la tensión que desarrolla la célula muscular se transmite al tendón y al hueso en que se inserta (figura 1.3). FIGURA 1.2 Vistas anterior (a) y posterior (b) de la musculatura esquelética. FIGURA 1.3 Esquema de un músculo que muestra tres tipos de tejido conjuntivo: Epimisio (vaina externa), perimisio (que recubre todos y cada uno de los fascículos o grupos de fibras) y endomisio (que recubre las fibras individuales). La unión entre una motoneurona (célula nerviosa) y las fibras musculares que inerva recibe el nombre de placa motora terminal o, con más frecuencia, unión neuromuscular (figura 1.4). Si bien las células musculares solo tienen una unión neuromuscular, una sola motoneurona inerva muchas fibras musculares, a veces cientos o incluso miles. Una motoneurona y las fibras musculares que inerva forman una unidad motora. Todas las fibras musculares de una unidad motora se contraen a la vez cuando las estimula la motoneurona. En la figura 1.5 se aprecia la estructura interna de una fibra muscular. El sarcoplasma, que es el citoplasma de la fibra muscular, contiene componentes contráctiles compuestos de filamentos proteínicos, otras proteínas, glucógeno almacenado y gotas de lípidos, enzimas y organelos especializados, como mitocondrias y el retículo sarcoplasmático. FIGURA 1.4 Unidad motora compuesta de una motoneurona y las fibras musculares que inerva. Suele haber varios cientos de fibras musculares en una sola unidad motora. FIGURA 1.5 Sección transversal de una fibra muscular. Cientos de miofibrillas (cada una de 1 μm de diámetro, es decir, una centésima del diámetro de un cabello) ocupan el sarcoplasma. Las miofibrillas contienen el aparato que contrae la célula muscular y que se compone principalmente de dos tipos de miofilamentos: miosina y actina. Los filamentos de miosina (filamentos gruesos de unos 16 nm de diámetro, alrededor de una diezmilésima del grosor de un cabello) contienen hasta doscientas moléculas de miosina. Los filamentos de miosina se dividen en tres partes: una cabeza globular, una bisagra y una cola fibrosa. La cabeza globular sobresale del filamento de miosina a intervalos regulares, y con dos filamentos de miosina se forma un puente cruzado que interactúa con la actina. Los filamentos de actina (filamentos finos de unos 6 nm de diámetro) están compuestos por dos cadenas que forman una doble hélice. Los filamentos de actina y miosina se extienden longitudinalmente formando la más pequeña unidad contráctil del músculo esquelético: el sarcómero. Los sarcómeros tienen una longitud media de unos 2,5 μm cuando las fibras están relajadas (existen aproximadamente 4.500 sarcómeros por centímetro de músculo) y se repiten a lo largo de toda la longitud de la fibra muscular (1). La figura 1.6 muestra la estructura y orientación de la actina y la miosina presentes en el sarcómero. Los filamentos de miosina adyacentes se adhieren unos a otros en el puente M situado en el centro del sarcómero (el centro de la zona H). Los filamentos de actina se alinean en ambos extremos del sarcómero y se anclan en la línea Z. Las líneas Z se repiten a lo largo de toda la miofibrilla. Seis filamentos de actina rodean cada filamento de miosina, y cada filamento de actina está rodeado por tres filamentos de miosina. Es la configuración de los filamentos de actina y miosina y la de las líneas Z de los sarcómeros la que confiere al músculo esquelético su alternancia de líneas oscuras y claras, así como su aspecto estriado bajo el microscopio óptico. La oscura banda A se corresponde con la alineación de los filamentos de miosina, mientras que la banda I, de apariencia más clara, se corresponde con las áreas de dos sarcómeros adyacentes que contienen solo filamentos de actina (13). La línea Z se localiza en medio de la banda I y semeja una línea fina y oscura que discurre longitudinalmente a través de la banda I. La zona H es el área situada en el centro del sarcómero donde solo hay filamentos de miosina. Durante la contracción muscular, la zona H mengua cuando la actina se desliza sobre la miosina hacia el centro del sarcómero. La banda I también disminuye cuando las líneas Z son arrastradas al centro del sarcómero. FIGURA 1.6 Detalle de los filamentos de las proteínas actina y miosina. La configuración de los filamentos de actina (finos) y miosina (gruesos) confiere al músculo su apariencia estriada. Paralelo a cada fibrilla y rodeándola hay un intrincado sistema de túbulos que se denomina retículo sarcoplasmático (véase la figura 1.5) y que termina en vesículas en la proximidad de las líneas Z. Iones de calcio se almacenan en las vesículas. La regulación del calcio controla las contracciones musculares. Los túbulos T, o túbulos transversos, cursan perpendiculares al retículo sarcoplasmático y terminan en la proximidad de la línea Z entre dos vesículas. Como los túbulos T discurren entre miofibrillas periféricas y son contiguos al sarcolema en la superficie de la célula, la descarga de un potencial de acción (un impulso nervioso eléctrico) llega casi simultáneamente de la superficie a todos los niveles de la fibra muscular. Por tanto, se libera calcio en el músculo y se produce una contracción coordinada. La descarga de un potencial de acción de un nervio motor manifiesta la liberación de calcio del retículo sarcoplasmático en la miofibrilla, lo cual genera tensión en el músculo. Teoría de los filamentos deslizantes de la contracción muscular En su enunciación más sencilla, la teoría de los filamentos deslizantes establece que los filamentos de actina en ambos extremos del sarcómero se deslizan hacia dentro sobre los filamentos de miosina, desplazando las líneas Z hacia el centro del sarcómero y, en consecuencia, acortando la fibra muscular (figura 1.7). Cuando los filamentos de actina se deslizan sobre los de miosina, disminuye la longitud de la zona H y de la banda I. La acción de los puentes cruzados de miosina al ejercer tracción sobre los filamentos de actina es responsable del movimiento del filamento de actina. Como solo se produce un desplazamiento mínimo del filamento de actina con cada flexión del puente cruzado de miosina, se deben producir muchas flexiones repetidas y muy rápidas en múltiples puentes cruzados de todo el músculo para que haya un movimiento perceptible (13). Fase en reposo. En condiciones normales en reposo, la presencia de calcio es mínima en la miofibrilla (la mayor parte se almacena en el retículo sarcoplasmático); por ello son muy pocos los puentes cruzados de miosina unidos a la actina. Incluso con el punto de unión de la actina recubierto, la miosina y la actina siguen interactuando con una unión débil, que se vuelve firme (y genera tensión muscular) cuando el punto de unión de la actina queda expuesto después de la liberación del calcio almacenado. Fase de acoplamiento entre la excitación y la contracción. Antes de la flexión de los puentes cruzados de miosina, primero se deben anclar al filamento de actina. Cuando se estimula el retículo sarcoplasmático para liberar iones de calcio, el calcio se une a la troponina, una proteína dispuesta a intervalos regulares a lo largo del filamento de actina (figura 1.6) que tiene elevada afinidad por los iones de calcio. Esto produce un desplazamiento de otra molécula proteica, la tropomiosina, que discurre a lo largo del filamento de actina por la hendidura de la doble hélice. Ahora el puente cruzado de miosina se ancla mucho más rápido en el filamento de actina, con lo cual permite la producción de fuerza mientras los filamentos de actina se ven desplazados hacia el centro del sarcómero (1). Es importante entender que la cantidad de fuerza producida por un músculo en cualquier instante está directamente relacionada con el número de puentes cruzados de miosina unidos transversalmente a filamentos de actina en ese instante (1). FIGURA 1.7 Contracción de una miofibrilla. (a) En un músculo estirado, las bandas I y la zona H han aumentado su longitud, y el potencial de fuerza es bajo debido al escaso alineamiento de puentes cruzados de filamentos de actina. (b) Cuando el músculo se contrae (en este caso parcialmente), las bandas I y la zona H se acortan. El potencial de fuerza es elevado debido al alineamiento óptimo de puentes cruzados de filamentos de actina. (c) Con el músculo contraído, el potencial de fuerza es bajo debido a que la superposición de actina reduce el potencial de alineamiento de puentes cruzados de filamentos de actina. El número de puentes cruzados que se forman entre los filamentos de actina y miosina en cualquier instante dictamina la producción de fuerza de un músculo. Fase de contracción. La energía para la tracción, o golpe de potencia, proviene de la hidrólisis (catabolismo) de trifosfato de adenosina (ATP) o difosfato de adenosina (ADP) y fosfato, una reacción catalizada por la enzima adenosintrifosfatasa (ATPasa). Otra molécula de ATP debe remplazar el ADP en la cabeza globular del puente cruzado de miosina para que la cabeza se desprenda de la actina activa y vuelva a su posición inicial. Esto permite continuar el proceso de contracción (si hay calcio disponible para unirse a la troponina) o que sobrevenga la relajación (si no hay calcio disponible). Hay que reparar en que el calcio desempeña un papel en la regulación de gran número de procesos en el músculo esquelético además de la contracción, como el metabolismo energético oxidativo y glucolítico, y también la síntesis y degradación de proteínas (10). El calcio y el ATP son necesarios para la acción cíclica de formación de puentes cruzados entre los filamentos de actina y miosina. Fase de recarga. El acortamiento apreciable del músculo solo se refleja cuando esta secuencia de acontecimientos —unión del calcio a la troponina, acoplamiento de los puentes cruzados de miosina con actina, golpe de potencia, disociación de actina y miosina, y restitución de la posición de la cabeza de la miosina— se repite una y otra vez en la fibra muscular. Eso sucede siempre y cuando haya calcio disponible en las miofibrillas y ATP utilizable para colaborar en el desacoplamiento de la miosina de la actina, y se disponga de suficiente miosina ATPasa activa para catalizar la degradación de ATP. Fase de relajación. La relajación ocurre cuando se detiene la estimulación del nervio motor. Se bombea calcio de vuelta al retículo sarcoplasmático, lo cual impide la unión entre filamentos de actina y miosina. La relajación se obtiene mediante la vuelta de los filamentos de actina y miosina a su estado de desunión. Sistema neuromuscular Las fibras musculares están inervadas por motoneuronas que transmiten impulsos en forma de señales electroquímicas de la médula espinal al músculo. Las motoneuronas contienen por lo general numerosos ramos terminales al final de su axón y, por tanto, inervan muchas fibras musculares diferentes. La estructura entera es la que determina el tipo de fibras musculares y sus características, su función y participación en el ejercicio. Activación de los músculos Cuando una motoneurona emite un impulso o potencial de acción, todas las fibras que inerva se activan simultáneamente y se genera fuerza. El grado de control de un músculo depende del número de fibras musculares en cada unidad motora. Los músculos que deben actuar con gran precisión, como los músculos oculomotores, tal vez presenten unidades motoras con solo una fibra muscular por motoneurona. Los cambios en el número de unidades motoras activas de estos pequeños músculos producen gradaciones muy sutiles en la fuerza necesaria para los movimientos precisos del globo ocular. En contraste, el grupo muscular del cuádriceps, que mueve la pierna con mucha menos precisión, tal vez presente varios cientos de fibras inervadas por una motoneurona. Pasos de la contracción muscular Los pasos de la contracción muscular se resumen de la manera siguiente: 1. El inicio del desdoblamiento de ATP (por la miosina ATPasa) provoca que la cabeza de la miosina asuma un estado «energizado» que le permite adoptar una posición en la que es capaz de formar un enlace con actina. 2. La liberación de fosfato en el proceso de desdoblamiento de ATP hace que la cabeza de miosina cambie de forma y se desplace. 3. Esto a su vez desplaza el filamento de actina hacia el centro del sarcómero y recibe el nombre de golpe de potencia; a continuación, se libera ADP. 4. Una vez que ha ocurrido el golpe de potencia, la cabeza de miosina se desprende de la actina, pero solo después de que otra molécula de ATP se una a la cabeza de miosina porque el proceso de unión facilita el desprendimiento. 5. La cabeza de miosina está lista para unirse a otra actina (como se describe en el paso 1), por lo que el ciclo continúa siempre y cuando haya ATP y ATPasa presentes y el calcio se una a la troponina. El potencial de acción (corriente eléctrica) que fluye por una motoneurona no excita directamente las fibras musculares que inerva, sino que lo hace por medio de una transmisión química. La llegada del potencial de acción a la terminal nerviosa causa la liberación de un neurotransmisor, la acetilcolina, que se difunde por la unión neuromuscular y provoca la excitación del sarcolema. Una vez que se libera suficiente acetilcolina, se genera un potencial de acción a lo largo del sarcolema, y la fibra se contrae. Todas las fibras musculares de la unidad motora se contraen y desarrollan fuerza al mismo tiempo. No hay evidencia de que el estímulo de una motoneurona provoque la contracción de solo algunas fibras. De igual forma, tampoco un potencial de acción más elevado puede producir una contracción más poderosa. Este fenómeno se conoce como el principio de todo o nada del músculo. Cada potencial de acción que viaja por una motoneurona conlleva un corto período de activación de las fibras musculares en la unidad motora. La breve contracción se denomina espasmo. La activación del sarcolema causa la liberación de calcio en la fibra, y la contracción ocurre tal y como se describió previamente. Se genera fuerza si hay resistencia a la interacción de tracción de filamentos de actina y miosina. Aunque la liberación de calcio durante un espasmo muscular es suficiente para permitir la activación óptima de actina y miosina y, por tanto, la fuerza máxima de las fibras, el calcio se retira antes de que la fuerza alcance el máximo y el músculo se relaje (figura 1.8 a). Si se produce un segundo espasmo muscular de la motoneurona antes de que las fibras se relajen por completo, se suma la fuerza de los dos espasmos y la fuerza resultante es mayor que la producida por uno solo (figura 1.8 b). Reducir el intervalo de tiempo entre los espasmos consigue una sumación mayor de fuerzas y de uniones de puentes cruzados. Es posible que los estímulos se descarguen con una frecuencia tan alta que se empiecen a producir espasmos y terminen fusionándose por completo, afección llamada tétanos (figura 1.8, c y d). Esta es la cantidad máxima de fuerza que puede desarrollar la unidad motora. FIGURA 1.8 Espasmo, sumación de espasmos y tétanos de una unidad motora: (a) espasmo aislado; (b) fuerza resultante de la sumación de dos espasmos; (c) tétanos incompleto, y (d) tétanos completo. Tipos de fibras musculares Los músculos esqueléticos se componen de fibras con características fisiológicas y morfológicas muy distintas. Estas diferencias han derivado en que existan varios sistemas de clasificación basados en diversos criterios. El método más conocido consiste en clasificar las fibras según el tiempo de contracción, para lo cual se usan los términos fibra de contracción lenta y fibra de contracción rápida. Como las unidades motoras se componen de fibras musculares del mismo tipo, también se pueden designar usando este sistema de clasificación. Una unidad motora de contracción rápida es aquella que desarrolla fuerza y se relaja con rapidez, y, por tanto, su tiempo de contracción es corto. Las unidades motoras de contracción lenta, por el contrario, desarrollan fuerza y se relajan lentamente, y su tiempo de contracción es largo. Se suele recurrir a la tinción histoquímica para marcar el contenido de la miosina ATPasa, pues sirve para clasificar las fibras de contracción lenta y rápida. Aunque las técnicas permitan teñir múltiples tipos de fibras, estas se suelen identificar como de tipo I (contracción lenta), tipo IIa (contracción rápida) y tipo IIx (contracción rápida). Otro método más específico consiste en cuantificar la cantidad de proteínas de cadena pesada de miosina (MHC); la nomenclatura es parecida a la de la metodología de la miosina ATPasa. El contraste de las características mecánicas de las fibras tipo I y tipo II se acompaña de una diferencia distintiva en la capacidad de las fibras para exigir y suministrar energía para la contracción y, por tanto, para soportar la fatiga. Las fibras tipo I son por lo general eficaces, resistentes al cansancio y con una elevada capacidad para suministrar energía aeróbica, si bien cuentan con un limitado potencial para el rápido desarrollo de fuerza, al caracterizarse por la baja actividad de la miosina ATPasa y la baja potencia anaeróbica (2, 8). Las unidades motoras tipo II son en esencia lo contrario, y se caracterizan por ser ineficientes y fatigables, con escasa potencia aeróbica, de rápido desarrollo de fuerza, con elevada actividad de la miosina ATPasa y alta potencia anaeróbica (2, 8). Las fibras tipo IIa y tipo IIx difieren sobre todo en su capacidad para el aporte de energía procedente de los sistemas aeróbico y oxidativo. Las fibras tipo IIa, por ejemplo, tienen mayor capacidad para el metabolismo aeróbico y más capilares a su alrededor que las fibras tipo IIx, y, por tanto, muestran mayor resistencia al cansancio (3, 7, 9, 12). Basándonos en estas diferencias, no sorprende que los músculos ortostáticos, como el sóleo, contengan más fibras tipo I, mientras que los grandes músculos de la locomoción, como el grupo del cuádriceps, contienen una mezcla de fibras tipo I y tipo II para intervenir en actividades en las que se produce poca o mucha potencia (como correr al trote y esprintar, respectivamente). Remitimos a la tabla 1.1 en la que aparece un resumen de las características primarias de los tipos de fibras. TABLA 1.1 Características principales de los tipos de fibras musculares Las unidades motoras se componen de fibras musculares con características fisiológicas y morfológicas específicas que determinan su capacidad funcional. Patrones de reclutamiento de unidades motoras Por medio de las experiencias acumuladas en el día a día somos muy conscientes de que los músculos varían su nivel de producción de fuerza según la exigencia de una tarea concreta. Esta capacidad de variar o graduar la fuerza es esencial para la ejecución de patrones de movimiento armónicos y coordinados. La fuerza muscular se gradúa de dos formas. Una es por medio de la variación de la frecuencia con la que se activan las unidades motoras. Si una unidad motora se activa una vez, la contracción que produce no genera mucha fuerza; sin embargo, si la frecuencia de activación aumenta hasta que las fuerzas de los espasmos comienzan a solaparse o sumarse, la fuerza resultante de la unidad motora es mucho mayor. Este método para variar la producción de fuerza es especialmente importante en el caso de los músculos pequeños, como los de la mano. Incluso con fuerzas escasas, se activan la mayoría de las unidades motoras de estos músculos, aunque con una frecuencia baja. La producción de fuerza de todo el músculo se intensifica mediante un incremento de la frecuencia de activación de las unidades motoras individuales. Los otros medios para variar la fuerza de los músculos esqueléticos implican un incremento de la fuerza mediante la variación del número de unidades motoras activadas, proceso conocido como reclutamiento. En los músculos grandes, como los del muslo, las unidades motoras se activan con una frecuencia casi tetánica cuando se las recluta. Los incrementos en la producción de fuerza se logran mediante el reclutamiento de unidades motoras adicionales. El tipo de unidad motora reclutada para una actividad está determinado por sus características fisiológicas (tabla 1.2). Para una actividad como una carrera de fondo, se estimulan unidades motoras de contracción lenta para aprovechar su notable eficacia, su tolerancia al trabajo físico y su resistencia al cansancio. Si se requiere fuerza adicional, como durante un esprín al final de una carrera, se reclutan unidades motoras de contracción rápida para aumentar el ritmo; por desgracia, el ejercicio a semejante intensidad no se puede mantener mucho tiempo. Si la actividad requiere un esfuerzo casi máximo, como en una cargada de fuerza, entonces intervienen la mayoría de las unidades motoras, siendo las unidades de contracción rápida las que aportan la contribución más significativa al esfuerzo. La completa activación de las motoneuronas disponibles probablemente no sea posible en personas desentrenadas (4, 5, 6). Aunque tal vez se recluten las unidades grandes de contracción rápida si el esfuerzo es sustancial, en la mayoría de las circunstancias lo más probable es que no sea posible activarlas con una frecuencia lo bastante elevada como para que se genere fuerza máxima. TABLA 1.2 Participación relativa de los tipos de fibras musculares en diversos deportes Prueba Tipo I Tipo II Esprín de 100 metros Baja Alta Carrera de 800 metros Alta Alta Maratón Alta Baja Halterofilia olímpica Baja Alta Fútbol, lacrosse, hockey Alta Alta Receptor de fútbol americano Baja Alta Defensa de fútbol americano Baja Alta Baloncesto, balonmano Baja Alta Voleibol Baja Alta Lanzador de béisbol o softball Baja Alta Boxeo Alta Alta Lucha libre Alta Alta Prueba de natación de 50 metros Baja Alta Atletismo Baja Alta Esquí de fondo, biatlón Alta Baja Tenis Alta Alta Esquí alpino o eslalon Alta Alta Patinaje de velocidad Alta Alta Ciclismo en pista Baja Alta Ciclismo de fondo Alta Baja Remo Alta Alta Los propioceptores son receptores sensitivos especializados que proporcionan al sistema nervioso central información necesaria para mantener el tono muscular y ejecutar movimientos complejos y coordinados. La propiocepción Los propioceptores son receptores sensitivos especializados, localizados en articulaciones, músculos y tendones. Como estos receptores son sensibles a la presión y a la tensión, transmiten información sobre la dinámica de los músculos a las partes conscientes y subconscientes del sistema nervioso central. El cerebro recibe así información sobre el sentido cinestésico y discrimina conscientemente la posición de partes del cuerpo respecto a la gravedad. Sin embargo, la mayor parte de esta información propioceptiva se procesa a niveles subconscientes de modo que no tenemos que dedicar actividad consciente alguna a mantener una postura o posición de partes del cuerpo. La producción de fuerza de un músculo varía con el cambio en la frecuencia de activación de unidades motoras individuales o con el cambio en el número de unidades motoras activadas. Husos musculares Los husos musculares son propioceptores compuestos por varias fibras musculares modificadas y envueltas en una vaina de tejido conjuntivo (figura 1.9). Estas fibras modificadas, llamadas fibras intrafusales, cursan paralelas a las fibras extrafusales normales. Los husos musculares proporcionan información sobre la longitud del músculo y el ritmo del cambio de longitud. Cuando el músculo se elonga, los husos se estiran. Esta deformación activa la neurona sensitiva del huso, que envía un impulso a la médula espinal, donde se sinapsa (se conecta) con motoneuronas. Esto causa la activación de motoneuronas que inervan el mismo músculo. Los husos, por tanto, indican el grado en que se debe activar el músculo para superar una resistencia. A medida que aumenta la carga, el músculo se estira más y la participación de los husos musculares produce una mayor activación del músculo. Los músculos que ejecutan movimientos precisos cuentan con muchos husos por unidad de masa para garantizar el control exacto de su actividad contráctil. Un ejemplo sencillo de actividad de los husos musculares es el reflejo rotuliano. La aplicación de un golpe seco sobre el tendón del grupo de músculos extensores de la rodilla —debajo de la rótula— causa la extensión de las fibras de los husos musculares. Esto provoca la activación de las fibras musculares extrafusales del mismo músculo. FIGURA 1.9 Huso muscular. Cuando se estira un músculo, la deformación del huso muscular activa la neurona sensitiva, la cual envía un impulso a la médula espinal, donde se sinapsa con una motoneurona y obliga al músculo a contraerse. ¿Cómo pueden los atletas mejorar la producción de fuerza? Incorporar fases de entrenamiento que empleen cargas más pesadas con el fin de mejorar el reclutamiento neuronal. Aumentar el área transversal de los músculos implicados en la actividad deseada. Practicar ejercicios con múltiples articulaciones y diversos músculos que se puedan ejecutar con acciones explosivas para mejorar al máximo el reclutamiento de fibras musculares de contracción rápida. Se produce un reflejo rotuliano mientras las fibras se acortan de manera activa. Esto, a su vez, acorta las fibras intrafusales e interrumpe su descarga. Órganos tendinosos de Golgi Los órganos tendinosos de Golgi (OTG) son propioceptores localizados en los tendones cerca de la unión miotendinosa, y adoptan series, es decir, se insertan de un extremo a otro con fibras musculares extrafusales (figura 1.10). Los órganos tendinosos de Golgi se activan cuando se estira el tendón que se inserta en un músculo activo. A medida que aumenta la tensión en el músculo, aumenta la descarga de los OTG. La neurona sensitiva de los OTG se sinapsa con una interneurona inhibidora de la médula espinal, que a su vez se sinapsa e inhibe una motoneurona que sirve al mismo músculo. El resultado es una reducción de la tensión en el músculo y el tendón. Por tanto, mientras que los husos facilitan la activación del músculo, la entrada neural de los OTG inhibe la activación del músculo. Se cree que el proceso inhibidor de los OTG proporciona un mecanismo protector contra el desarrollo excesivo de tensión. El efecto de los OTG, por tanto, es mínimo si las fuerzas son reducidas, aunque, cuando se aplica una carga muy pesada sobre el músculo, la inhibición refleja mediada por los OTG provoca que el músculo se relaje. La capacidad de la corteza motora para desactivar esta inhibición tal vez sea una de las adaptaciones fundamentales al entrenamiento con grandes resistencias. FIGURA 1.10 Órgano tendinoso de Golgi (OTG). Cuando se aplica una carga extremadamente pesada sobre el músculo, se produce la descarga del OTG. La neurona sensitiva del OTG activa una interneurona inhibidora en la médula espinal, que a su vez se sinapsa e inhibe una motoneurona que sirve al mismo músculo. Sistema cardiovascular El papel principal del sistema cardiovascular es transportar nutrientes y eliminar desechos metabólicos al tiempo que mantiene el entorno de todas las funciones corporales. El sistema cardiovascular desempeña papeles clave en la regulación del sistema ácido-básico, los líquidos y la temperatura, así como otras muchas funciones fisiológicas. Esta sección describe la anatomía y fisiología del corazón y los vasos sanguíneos. El corazón El corazón es un órgano muscular compuesto por dos bombas interconectadas pero diferenciadas; el hemicardio derecho bombea sangre a través de los pulmones, y el hemicardio izquierdo bombea sangre al resto del cuerpo. Cada bomba cuenta con dos cavidades: una aurícula y un ventrículo (figura 1.11). Las aurículas derecha e izquierda desaguan sangre en los ventrículos derecho e izquierdo. Los ventrículos derecho e izquierdo generan la principal fuerza para impulsar sangre por la circulación pulmonar y periférica, respectivamente (13). Las válvulas La válvula tricúspide y la válvula mitral (válvula bicúspide) (que conjuntamente reciben el nombre de válvulas auriculoventriculares [AV]) impiden el reflujo de sangre de los ventrículos a las aurículas durante la contracción ventricular (sístole). La válvula aórtica y la válvula pulmonar (colectivamente, las válvulas semilunares) impiden el reflujo de sangre de las arterias aorta y pulmonar a los ventrículos durante la relajación ventricular (diástole). Cada válvula se abre y cierra de forma pasiva, es decir, se cierra cuando el gradiente de presión retrógrada invierte la dirección de la sangre y la empuja contra la válvula, y se abre cuando el gradiente de presión anterógrada obliga a la sangre a moverse hacia delante (13). FIGURA 1.11 Estructura del corazón humano y recorrido de la sangre por sus cavidades. Sistema de conducción Un sistema especializado de conducción eléctrica (figura 1.12) controla la contracción mecánica del corazón. El sistema de conducción está compuesto por: El nódulo sinusal (SA), el marcapasos intrínseco, donde normalmente se inician los impulsos rítmicos eléctricos. Los fascículos internodales, que conducen el impulso del nódulo SA al nódulo auriculoventricular. El nódulo auriculoventricular (AV), donde el impulso se retrasa ligeramente antes de pasar a los ventrículos. El fascículo auriculoventricular (AV) o haz de His, que conduce el impulso a los ventrículos. Las fibras de Purkinje, subdivisiones del haz de His, que conducen los impulsos a todas las partes de los ventrículos.  El nódulo SA es una pequeña área de tejido muscular especializado que se localiza en la pared superolateral de la aurícula derecha. Las fibras del nódulo son contiguas a las fibras musculares de la aurícula, con el resultado de que cada impulso eléctrico que se inicia en el nódulo SA se suele extender de inmediato por las aurículas. El sistema conductor se organiza de modo que el impulso no viaje demasiado rápido por los ventrículos, dejando tiempo para que las aurículas se contraigan y desagüen sangre en los ventrículos antes de que empiece la contracción ventricular. Son sobre todo el nódulo AV y sus fibras conductoras asociadas los que difieren cada uno de los impulsos que penetran en los ventrículos. El nódulo AV se localiza en la pared posterior del tabique de la aurícula derecha (13). Las ramas izquierda y derecha del haz de His proceden del fascículo AV y desembocan en los ventrículos. Excepto por su porción inicial, donde penetran en la barrera AV, estas fibras conductoras presentan características funcionales opuestas a las de las fibras del nódulo AV. Son grandes y transmiten impulsos a mucha más velocidad que las fibras del nódulo AV. Como estas fibras dan origen a las fibras de Purkinje, las cuales penetran de manera más completa en los ventrículos, el impulso viaja con rapidez por todo el sistema ventricular y causa que ambos ventrículos se contraigan aproximadamente al mismo tiempo (13). FIGURA 1.12 El sistema de conducción eléctrica del corazón. El nódulo SA normalmente controla la ritmicidad del corazón, porque su frecuencia de descarga es considerablemente mayor (60-80 veces por minuto) que la del nódulo AV (40-60 veces por minuto) o la de las fibras ventriculares (15-40 veces por minuto). En cada descarga del nódulo SA, su impulso se dirige al nódulo AV y a las fibras ventriculares, descargando sus membranas excitables. Por tanto, estos tejidos potencialmente autoexcitadores se descargan antes de que en realidad se produzca la autoexcitación. En las propiedades inherentes de conducción y ritmicidad del miocardio (músculo cardíaco) influye el centro cardiovascular del bulbo raquídeo, que transmite señales al corazón a través de los sistemas nerviosos simpático y parasimpático, los cuales forman parte del sistema nervioso autónomo. Un gran número de neuronas simpáticas y parasimpáticas inervan las aurículas, mientras que los ventrículos reciben su inervación casi exclusivamente de fibras simpáticas. La estimulación de los nervios simpáticos acelera la despolarización del nódulo SA (el efecto cronotrópico), que causa que el corazón lata más rápido. La estimulación del sistema nervioso parasimpático aminora la frecuencia de descargas del nódulo SA, lo cual ralentiza la frecuencia cardíaca. La frecuencia cardíaca de reposo es normalmente de 60 a 100 latidos/minuto; menos de 60 latidos/min se considera bradicardia, y más de 100 latidos/ minuto se considera taquicardia. Electrocardiograma La actividad eléctrica del corazón se registra en la superficie del cuerpo; la representación gráfica de esta actividad recibe el nombre de electrocardiograma (ECG). Un ECG normal, como el de la figura 1.13, está compuesto por una onda P, un complejo QRS (el complejo QRS a menudo lo forman tres ondas diferenciadas: una onda Q, una onda R y una onda S) y una onda T. La onda P y el complejo QRS son trazados de la despolarización eléctrica, es decir, del estímulo eléctrico que deriva en una contracción mecánica. La despolarización es la inversión del potencial de membrana, por lo cual el potencial, normalmente negativo, se vuelve ligeramente positivo dentro de la membrana y levemente negativo fuera de ella. La onda P se genera por los cambios en el potencial eléctrico de las células del músculo cardíaco que despolarizan las aurículas y causan la contracción auricular. El complejo QRS es generado por el potencial eléctrico que despolariza los ventrículos y causa la contracción ventricular. En contraste, la onda T procede del potencial eléctrico generado mientras los ventrículos se recuperan del estado de despolarización; este proceso, llamado repolarización, ocurre en el músculo ventricular poco después de la despolarización. Aunque también se produce la repolarización de las aurículas, la formación de su onda suele ocurrir durante el tiempo de la despolarización ventricular y, por tanto, queda enmascarada por el complejo QRS (13). FIGURA 1.13 Electrocardiograma normal. Vasos sanguíneos Las circulaciones central y periférica constituyen un único circuito cerrado con dos componentes: un sistema arterial, que conduce la sangre lejos del corazón, y un sistema venoso, que reconduce la sangre de vuelta al corazón (figura 1.14). A continuación describimos los vasos sanguíneos de estos sistemas. Las arterias La función de las arterias es transportar con rapidez la sangre bombeada por el corazón. Como la sangre bombeada fuera del corazón está sometida a una presión ligeramente elevada, las arterias presentan unas paredes musculosas y fuertes. Las ramificaciones de las arterias, llamadas arteriolas, actúan de vasos de control a través de los cuales la sangre entra en los capilares. Las arteriolas desempeñan un papel importante en la regulación del flujo sanguíneo de los capilares. Las arteriolas contienen paredes musculosas y fuertes, capaces de cerrar su luz por completo o permitir que se dilate muchas veces su diámetro, con lo cual modifican enormemente el riego sanguíneo de los capilares como respuesta a las necesidades de los tejidos (13). FIGURA 1.14 Componentes venoso (izquierda) y arterial (derecha) del sistema circulatorio. Los valores porcentuales revelan la distribución de la volemia por el sistema circulatorio en reposo. Los capilares La función de los capilares es facilitar el intercambio de oxígeno, líquidos, nutrientes, electrolitos, hormonas y otras sustancias entre la sangre y el líquido intersticial de los diversos tejidos del cuerpo. Las paredes de los capilares son muy finas y también permeables a estas sustancias, aunque no a todas (13). Las venas Las vénulas acumulan sangre de los capilares y convergen gradualmente en las venas, progresivamente más grandes, que conducen la sangre de vuelta al corazón. Como la presión del sistema venoso es muy baja, las paredes de las venas son finas aunque musculosas. Esto les permite contraerse o dilatarse en cierto grado y, por tanto, actuar como un reservorio de sangre en pequeñas o grandes cantidades (13). Además, algunas venas, como las de las piernas, contienen válvulas unidireccionales que ayudan a mantener el retorno venoso impidiendo el flujo retrógrado de la sangre. El sistema cardiovascular transporta nutrientes y elimina productos de desecho al tiempo que ayuda a mantener el entorno de todas las funciones corporales. La sangre transporta oxígeno de los pulmones a los tejidos para el metabolismo celular; también transporta dióxido de carbono, el producto de desecho más abundante del metabolismo, desde los tejidos hasta los pulmones, donde se elimina del cuerpo. La sangre Las dos grandes funciones de la sangre son el transporte de oxígeno de los pulmones a los tejidos para el metabolismo celular y la eliminación del dióxido de carbono, el producto de desecho más abundante del metabolismo, desde los tejidos hasta los pulmones. El transporte de oxígeno corresponde a la hemoglobina, la molécula de proteína férrica que transportan los glóbulos rojos. La hemoglobina también ejerce un papel adicional importante de amortiguador ácido-básico, un regulador de la concentración de iones de hidrógeno, lo cual es crucial para la tasa de reacciones químicas en las células. Los glóbulos rojos, el principal componente de la sangre, también desempeñan otras funciones. Por ejemplo, contienen gran cantidad de anhidrasa carbónica, que cataliza la reacción entre el dióxido de carbono y el agua para facilitar la eliminación del dióxido de carbono. Sistema respiratorio La función primaria del sistema respiratorio es el intercambio básico de oxígeno y dióxido de carbono. La anatomía del sistema respiratorio humano se muestra en la figura 1.15. Mientras el aire circula por la nariz, las cavidades nasales realizan tres funciones diferenciadas: calentamiento, humidificación y purificación del aire (13). El aire se distribuye por los pulmones a través de la tráquea, los bronquios y los bronquiolos. La tráquea (inicio de las vías respiratorias bajas) recibe el nombre de vía respiratoria de primera generación, y los bronquios derecho e izquierdo son las vías respiratorias de segunda generación; cada división posterior constituye una generación adicional (bronquiolos). Hay aproximadamente veintitrés generaciones (o subdivisiones) antes de que el aire finalmente llegue a los alvéolos, donde se intercambian gases en la respiración (13). ¿Qué es la bomba de músculo esquelético? La bomba de músculo esquelético es la ayuda que la contracción de los músculos proporciona al sistema circulatorio. La bomba de músculo esquelético colabora con el sistema venoso, que contiene válvulas unidireccionales para garantizar el retorno de la sangre al corazón. Al contraerse, los músculos comprimen las venas y, como la sangre solo puede circular en la dirección de las válvulas, termina retornando al corazón. Este mecanismo es una de las razones por las que se recomienda a la gente que siga andando después del ejercicio para evitar la acumulación de sangre en las extremidades inferiores. Por otra parte, es importante masajearse periódicamente los músculos cuando pasemos mucho tiempo sentados con el fin de facilitar el retorno venoso al corazón. FIGURA 1.15 Anatomía macroscópica del sistema respiratorio humano. La función primaria del sistema respiratorio es el intercambio básico de oxígeno y dióxido de carbono. Intercambio de aire La cantidad y movimiento de aire y gases espirados dentro y fuera de los pulmones se regula mediante la expansión y retracción de los pulmones. Estos no se expanden ni retraen activamente por sí mismos, sino que el tórax actúa sobre ellos de dos formas: mediante el movimiento ascendente y descendente del diafragma para aumentar y disminuir el tamaño de la cavidad torácica, y mediante la elevación y depresión de las costillas para aumentar y disminuir el diámetro anteroposterior de la cavidad torácica (13). La respiración tranquila y normal depende casi por completo del movimiento del diafragma. Durante la inspiración, la contracción del diafragma crea una presión negativa (vacío) en la cavidad torácica y el aire es atraído a los pulmones. Durante la espiración, el diafragma se limita a relajarse; la retracción elástica de los pulmones, la pared torácica y las estructuras abdominales comprime los pulmones y el aire es expulsado al exterior. Al jadear, las fuerzas elásticas por sí solas no son lo bastante poderosas como para ofrecer la necesaria respuesta respiratoria. La fuerza adicional requerida procede sobre todo de la contracción de los músculos abdominales, los cuales empujan hacia arriba el abdomen contra la base del diafragma (13). El segundo método para expandir los pulmones consiste en la elevación de la caja torácica. Como la cavidad torácica es pequeña y las costillas se inclinan hacia abajo en reposo, la elevación de la caja torácica permite a las costillas proyectarse casi directamente hacia delante de modo que el esternón se desplaza hacia delante y se aleja de la columna vertebral. Los músculos que elevan la caja torácica son los músculos de la inspiración, como los intercostales externos, los esternocleidomastoideos, los serratos anteriores y los escalenos. Los músculos que deprimen el tórax son los músculos de la espiración e incluyen los abdominales (recto del abdomen, oblicuos internos y externos del abdomen, y transverso del abdomen) y los intercostales internos (13). La presión pleural es la presión que se concentra en el estrecho espacio entre la pleura pulmonar y la pleura de la pared torácica (membranas que envuelven los pulmones y tapizan las paredes torácicas). Esta presión suele ser ligeramente negativa. Como el pulmón es una estructura elástica, durante la inspiración normal la expansión de la caja torácica es capaz de desplazar la superficie de los pulmones y crea una presión más negativa que mejora la inspiración. Durante la espiración, el proceso, en esencia, se invierte (13). ¿Qué importancia tiene entrenar los músculos de la  respiración? El ejercicio regular es beneficioso para mantener la función de los músculos respiratorios. Tanto el ejercicio de fondo, que implica la contracción repetitiva de los músculos respiratorios, como el ejercicio resistido, que trabaja el diafragma y los músculos abdominales por su uso en la estabilización y para aumentar la presión intraabdominal (maniobra de Valsalva) durante el esfuerzo, pueden causar ciertas adaptaciones de los músculos al entrenamiento. Esto ayuda a preservar un tanto la función pulmonar cuando envejecemos. Sin embargo, por lo general, no es necesario entrenar específicamente los músculos excepto después de una cirugía o durante un período prolongado de descanso en cama, cuando los patrones respiratorios normales se ven comprometidos. La presión alveolar es la presión interna de los alvéolos cuando la hendidura glótica está abierta y no entra ni sale aire de los pulmones. De hecho, en este caso la presión de todas las porciones del árbol respiratorio es la misma hasta los alvéolos y equivale a la presión atmosférica. Para que el aire fluya al interior durante la inspiración, la presión de los alvéolos debe caer hasta un valor ligeramente inferior a la presión atmosférica. Durante la espiración, la presión alveolar se debe situar por encima de la presión atmosférica (13). Durante la respiración normal en reposo, la ventilación pulmonar solo necesita del 3% al 5% de la energía gastada por el cuerpo. Sin embargo, durante el ejercicio muy intenso la energía requerida puede representar hasta el 8-15% del gasto energético total del cuerpo, especialmente si la persona presenta aumento de resistencia al paso del aire en la vías respiratorias, como ocurre con el asma. A menudo se recomienda adoptar precauciones, incluyendo la evaluación médica del atleta, dependiendo del nivel potencial de deterioro. Intercambio de gases respiratorios Con la ventilación, el oxígeno se difunde de los alvéolos a la sangre pulmonar, y el dióxido de carbono lo hace de la sangre a los alvéolos. El proceso de difusión es un movimiento aleatorio de moléculas en direcciones opuestas a través de la membrana alveolocapilar. La energía para la difusión depende del movimiento cinético de las mismas moléculas. La difusión neta de gas se produce de la región de concentración elevada a la región de baja concentración. Las tasas de difusión de los dos gases dependen de su concentración en los capilares y los alvéolos, y de la presión parcial de cada gas (13).  En reposo, la presión parcial de oxígeno en los alvéolos es aproximadamente 60 mm Hg más que en los capilares pulmonares. Por tanto, el oxígeno se difunde por la sangre de los capilares pulmonares. De forma similar, el dióxido de carbono se difunde en dirección opuesta. Este proceso de intercambio de gases es tan rápido que se considera instantáneo (13). Conclusión El conocimiento de la fisiología y la anatomía respiratoria, cardiovascular, neuromuscular y musculoesquelética es importante para el especialista en fuerza y acondicionamiento físico con el fin de comprender la base física del acondicionamiento. Esto comprende aprender la función de la macroestructura y la microestructura del esqueleto y las fibras musculares, los tipos de fibras musculares y las interacciones entre el tendón y el músculo, y entre la unidad motora y su activación, así como las interacciones del corazón, el sistema vascular, los pulmones y el sistema respiratorio. Esta información es necesaria para elaborar estrategias de entrenamiento que cumplan las necesidades específicas de los atletas. TÉRMINOS CLAVE acetilcolina actina alvéolo arteria arteriola articulación biaxial cartilaginosa fibrosa monoaxial multiaxial sinovial aurícula banda A I bloqueo  de rama derecha de rama izquierda bradicardia bronquiolo bronquio capilar cartílago hialino columna vertebral complejo QRS despolarización diástole difusión distal electrocardiograma (ECG) endomisio epimisio espasmo esqueleto apendicular axial fascículo auriculoventricular (AV) fascículo fibra de contracción lenta de contracción rápida de Purkinje extrafusal muscular tipo I tipo IIa tipo IIx glóbulo rojo golpe de potencia hemoglobina huso muscular línea Z líquido sinovial miocardio miofibrilla miofilamento miosina motoneurona nódulo auriculoventricular (AV) sinusal (SA) onda P T órgano tendinoso de Golgi (OTG) perimisio periostio pleura potencial de acción presión alveolar pleural principio de todo o nada propioceptor puente cruzado repolarización retículo sarcoplasmático sarcolema sarcómero sarcoplasma sistema arterial nervioso parasimpático nervioso simpático venoso sístole taquicardia tendón teoría de los filamentos deslizantes tétanos tráquea tropomiosina troponina túbulo T unidad motora unión neuromuscular válvula aórtica auriculoventricular (AV) mitral pulmonar semilunar tricúspide vena ventrículo vénula zona H PREGUNTAS DE REPASO (respuestas en la página 657) 1. ¿Cuál de las siguientes sustancias regula las acciones musculares? a. Potasio. b. Calcio. c. Troponina. d. Tropomiosina. 2. ¿Cuál de las siguientes sustancias actúa en la unión neuromuscular para excitar las fibras musculares de una unidad motora? a. Acetilcolina. b. ATP. c. Fosfocreatina. d. Serotonina. 3. Al lanzar una pelota de béisbol, el brazo de un atleta se estira rápidamente justo antes de soltar la pelota. ¿Cuál de las siguientes estructuras detecta y responde a ese estiramiento aumentando de forma  refleja la actividad muscular? a. Órgano tendinoso de Golgi. b. Huso muscular. c. Músculo extrafusal. d. Corpúsculo de Pacini. 4. ¿En cuál de las siguientes estructuras se inician normalmente los impulsos eléctricos del corazón? a. Nódulo AV. b. Nódulo SA. c. El cerebro. d. El sistema nervioso simpático. 5. ¿Cuál de los siguientes fenómenos ocurre durante el complejo QRS de un ECG típico? I. Despolarización de la aurícula II. Repolarización de la aurícula III. Repolarización del ventrículo IV. Despolarización del ventrículo a. Solo I y III. b. Solo II y IV. c. Solo I, II y III. d. Solo II, III y IV. CAPÍTULO 2 Biomecánica del ejercicio resistido Jeffrey M. McBride* A la conclusión del capítulo, el lector: Identificará los principales componentes de la musculatura esquelética. Diferenciará los diversos tipos de palancas del sistema musculoesquelético. Concretará los movimientos anatómicos primarios durante los ejercicios y las actividades deportivas. Calculará el trabajo lineal y rotacional y la potencia. Describirá los factores que contribuyen a la fuerza y potencia del ser humano. Evaluará los patrones de potencia y fuerza resistida de las máquinas para el ejercicio. Definirá los factores importantes para la biomecánica articular en el ejercicio. ________ * El autor agradece la significativa aportación de Everett Harman en la redacción de este capítulo. Conocer la biomecánica es importante para entender los movimientos del ser humano, así como los que intervienen en el deporte y el ejercicio. La biomecánica se centra en los mecanismos a través de los cuales los componentes musculoesqueléticos interactúan y generan movimiento. Conocer el desarrollo de los movimientos del cuerpo humano y las tensiones que los movimientos imponen al sistema musculoesquelético facilita el diseño de programas eficaces y seguros de entrenamiento resistido. Este capítulo empieza con una revisión de la musculatura esquelética, la mecánica corporal y los patrones primarios de movimiento durante el ejercicio y las actividades deportivas, y después se describen los principios biomecánicos relacionados con la manifestación de la potencia y la fuerza del cuerpo humano. A continuación, se examinan las fuentes primarias de resistencia a la contracción muscular usadas en las máquinas de ejercicio, incluyendo la gravedad, la inercia, el rozamiento, la viscosidad y la elasticidad. Finalmente, se analizan los aspectos del entrenamiento resistido relacionados con la biomecánica articular (con especial énfasis en los hombros, la espalda y las rodillas). Musculatura esquelética Para producir movimientos y generar fuerza contra objetos externos, los dos extremos de un músculo esquelético deben insertarse en el hueso por medio de tejido conjuntivo. Tradicionalmente, los anatomistas definen el origen del músculo como su inserción proximal (la más próxima al centro del cuerpo) y la inserción como su anclaje distal (más alejado del centro del cuerpo). En ocasiones el origen se define como la estructura más estática en la que se inserta el músculo y la inserción como la estructura de mayor movilidad. Esta definición puede llevar a invertir, por confusión, la posición del origen y la inserción. Por ejemplo, durante una flexión de abdominales con las piernas rectas, el origen del músculo ilíaco es el fémur debido a su inmovilidad relativa. La pelvis, al actuar con más movilidad, es la inserción. Sin embargo, durante el ejercicio de elevación de las piernas, la pelvis se mantiene relativamente inmóvil y, por tanto, se convierte en el origen, mientras que el fémur, al mostrarse más móvil, se convierte en la inserción. La definición tradicional, por tanto, es la más consistente. Los músculos se insertan en el hueso de diversas formas. En las inserciones carnosas, que se suelen localizar en el extremo proximal del músculo, las fibras musculares se fijan directamente al hueso, habitualmente sobre un área amplia para que la fuerza se distribuya y no esté muy focalizada. Las inserciones fibrosas, como los tendones, se mezclan y son contiguas a las vainas de los músculos y al tejido conjuntivo que rodea el hueso. Presentan fibras adicionales que se extienden por el mismo hueso para lograr una unión más resistente. Virtualmente todos los movimientos del cuerpo implican la acción de más de un músculo. El músculo más directamente implicado en producir un movimiento recibe el nombre de agonista. Un músculo que ralentiza o detiene el movimiento se considera antagonista. El músculo antagonista ayudar a estabilizar la articulación y a frenar la extremidad al final de un movimiento rápido, con lo cual protege de fuerzas potencialmente destructivas las estructuras articulares cartilaginosas y ligamentarias. Durante un lanzamiento, por ejemplo, el músculo tríceps actúa de agonista, extendiendo el codo para acelerar la pelota. Por el contrario, cuando el codo se aproxima a su extensión completa, el músculo bíceps actúa de antagonista para ralentizar la extensión del codo y detenerla, con lo cual protege las estructuras del codo de impactos internos. Un músculo se considera sinérgico cuando colabora indirectamente en un movimiento. Por ejemplo, los músculos que estabilizan la escápula actúan como sinérgicos durante el movimiento del brazo. Sin estos músculos sinérgicos, los músculos que mueven el brazo (muchos de los cuales tienen su origen en la escápula) no serían eficaces en la ejecución del movimiento. Los músculos sinérgicos también se activan para controlar el movimiento del cuerpo cuando el agonista es un músculo que cruza dos articulaciones. Por ejemplo, el músculo recto femoral rebasa la cadera y la rodilla, y actúa flexionando la cadera y extendiendo la rodilla cuando se contrae. Incorporarse de una sentadilla profunda requiere la extensión de la cadera y la rodilla. Si el músculo recto femoral tiene que actuar extendiendo la rodilla mientras la persona se incorpora sin inclinar el tronco hacia delante, entonces los músculos extensores de cadera, como el glúteo mayor, deben actuar como sinérgicos para contrarrestar la flexión de las caderas que, de otro modo, se produciría como resultado de la tensión del músculo recto femoral. Palancas del sistema musculoesquelético Aunque hay muchos músculos en el cuerpo que no actúan por medio de palancas, como los músculos del rostro, la lengua, el corazón, las arterias y los esfínteres, los movimientos del cuerpo directamente implicados en el deporte y el ejercicio actúan a través de palancas óseas. Para entender cómo produce el cuerpo esos movimientos, se requiere un conocimiento esencial de las palancas. Veamos varias definiciones básicas: Brazo de palanca. Distancia perpendicular desde la línea de acción de la fuerza hasta el fulcro. La línea de acción de una fuerza es una línea infinitamente larga que pasa por el punto de aplicación de la fuerza, orientada en la dirección en que se ejerce la fuerza. Fuerza muscular. Fuerza generada por actividad biomecánica o por el estiramiento de tejido no contráctil que tiende a aproximar los extremos  opuestos de un músculo. Fuerza de resistencia. Fuerza generada por una fuente externa al cuerpo (p. ej., la gravedad, la inercia o el rozamiento) y que se opone a la fuerza muscular. Fulcro. Punto de apoyo de una palanca. FIGURA 2.1 Palanca. La palanca transmite fuerza tangencial al arco de rotación de un punto de contacto a otro a lo largo de la longitud del objeto. FA = fuerza aplicada a la palanca; PFA = brazo de palanca de la fuerza aplicada; FR = fuerza que opone resistencia a la rotación de la palanca; PFR = brazo de palanca de la fuerza de resistencia. La palanca aplica una fuerza sobre el objeto que equivale en magnitud a la FR, pero en sentido opuesto. FIGURA 2.2 Palanca de primer orden (el antebrazo). Extensión del codo contra una resistencia (p. ej., un ejercicio de extensión del músculo tríceps). O =