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Revista MHSalud® (ISSN: 1659-097X) Vol. 8.  No. 2.  Diciembre, 2011.

EFECTO DE LAS BOTAS DE BOMBERO Y LAS PLANTILLAS VISCOELASTICAS SOBRE LA FUERZA DE IMPACTO DE LA COMPONENTE VERTICAL DE LA FUERZA DE REACCION DEL SUELO

EFFECT OF FIREFIGHTER BOOTS AND VISCOELASTIC INSOLES ON THE IMPACT FORCE OF THE GROUND REACTION FORCE'S VERTICAL COMPONENT

Jesús Cámara-Tobalina
Institución: Facultad de Ciencias del Deporte de la Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea.
Correo electrónico: jesus.camara@ehu.es

Resumen

Los objetivos del presente estudio fueron determinar el efecto de las botas de bombero sobre la componente vertical de la fuerza de reacción del suelo (FRS) en el contacto inicial del talón en el suelo o también denominada fuerza de impacto, así como analizar el efecto de las plantillas viscoelásticas implantadas en las botas de bombero sobre esta fuerza durante la marcha. Se registró la magnitud de la fuerza de impacto (FZI) de la componente vertical de la FRS, el tiempo hasta la producción de esta fuerza (TZI) y su gradiente de carga (GC). 39 bomberos sin ningún tipo de patología durante los dos años previos a la toma de registros formaron parte del estudio. Se comparó la marcha en tres condiciones diferentes de calzado: 1) la marcha con botas de bombero, 2) la marcha con botas de bombero a las que se les había implantado unas plantillas viscoelásticas y 3) la marcha con calzado deportivo. Los resultados mostraron una mayor producción, así como una mayor magnitud de la fuerza de impacto con botas de bombero respecto a la marcha con calzado deportivo (13,1 vs. 2,6 % de producción de la fuerza de impacto y 61,39 ± 35,18 %PC (peso corporal) vs. 49,38 ± 22,99 %PC, respectivamente). La marcha con plantillas viscoelásticas implantadas en las botas de bombero no mostró diferencias significativas en ningún parámetro que caracteriza la fuerza de impacto respecto a la marcha sin plantillas. Los resultados de este estudio muestran por un lado, una menor amortiguación de la fuerza de impacto con las botas de bombero en comparación con la marcha con calzado deportivo y por otro, la ineficacia de las plantillas viscoelásticas implantadas en las botas de bombero para la mejora de la amortiguación de la fuerza de impacto durante la marcha a velocidad espontánea.

PALABRAS CLAVES: amortiguación, plantillas, biomecánica.

Abstract

Desde que Radin y cols. (Radin, Paul, & Rose, 1972) establecieron la tesis de que la componente vertical de la fuerza de reacción del suelo (FRS) en el contacto inicial del talón en el suelo o también denominada fuerza de impacto es una de las causas de la degeneración articular, el interés por la amortiguación de esta fuerza se vio incrementado (Light, 1979). Durante la marcha estos impactos se producen durante el apoyo del talón en el suelo y se observan como un pico en la componente vertical de la fuerza de reacción del suelo (VFRS) cuya aparición es previa a la máxima fuerza producida durante el apoyo del peso del sujeto sobre una sola pierna (Perry, 1992) (Figura 1). La aparición de este pico, denominado fuerza de impacto (Windle, Gregory, & Dixon, 1999), se ha relacionado con la artrosis, fascitis plantar, tendinitis, fracturas por stress, dolores en la parte baja de la espalda e incluso dolores de cabeza (Gill & O´Connor, 2003b; Lafortune, Lake, & Hennig, 1996; A. Voloshin & Wosk, 1982).

El cuerpo humano dispone de mecanismos de amortiguación de la fuerza de impacto entre los que se encuentra la activación muscular previa al apoyo del pie en el suelo (Nigg, Cole, & Bruggemann, 1995; Wakeling, Liphardt, & Nigg, 2003; Wakeling, Tscharner, Nigg, & Stergiou, 2001): el tibial anterior y el cuádriceps han mostrado ser eficaces en la amortiguación de esta fuerza (Jefferson, Collins, Whittle, Radin, & O´Connor, 1990; Lafortune, et al., 1996; Murray, Kory, Clarkson, & Sepic, 1966; Perry, 1992; Sánchez Lacuesta et al., 1999). Por otro lado, la almohadilla del talón, formada por una masa flexible de tejido adiposo con un grosor comprendido entre 13 y 21 mm  (Steinbach & Russel, 1964), distribuye la fuerza durante el apoyo del talón (Wang, Shau, Hsu, Chen, & Chien, 1999) amortiguando de esta forma también el impacto (Bennett & Ker, 1990; Jorgensen & Bojsen-Moller, 1989; Jorgensen & Ekstrand, 1988; Wang, et al., 1999). Esta almohadilla ha demostrado aumentar su capacidad amortiguadora mediante su confinamiento (Jorgensen & Ekstrand, 1988; Lafortune & Henning, 1992).

A pesar de los mecanismos de amortiguación de los que dispone el cuerpo humano, estos no son suficientes para amortiguar totalmente la fuerza de impacto (Folman, Wosk, Voloshin, & Liberty, 1986), lo que provocaría en la VFRS una desaparición de esta fuerza (Verdini et al., 2000). Debido a ello, una de las funciones del calzado es proporcionar una protección adicional frente al impacto del talón en el suelo (Aguinaldo, Litavish, & Morales, 2002; Bates, 1984; Cámara & Gavilanes, 2005; Carmichael & Whittle, 1999; Lafortune & Henning, 1992; Light, MacLellan, & Klenerman, 1980; Pratt, Rees, & Rodgers, 1986; Verdini, et al., 2000; A. S. Voloshin & Wosk, 1981; Michael W. Whittle, 1999). Las características amortiguadoras de diferentes tipos de calzado tales como el calzado de cuero (Menz, Latt, Tiedemann, Mun San Kwan, & Lord, 2004; Menz, Lord, & Fitzpatrick, 2003; Wakeling, et al., 2003), el calzado deportivo (Hull, Brewer, & Hawkins, 1995; Keller et al., 1996), las botas de montaña (Hettinga, Stefanyshin, Fairburn, & Worobets, 2005) y las botas militares (Evans, 1982; Milgrom et al., 1985) han sido analizadas. No obstante, no hay estudios que analicen las características amortiguadoras de las botas de bombero, a pesar de estar sujetas a una normativa de seguridad (TC 94/SC 3) (ISO, 2007) que podría comprometer la amortiguación de la fuerza de impacto. Dicha normativa, establecida por el Comité Europeo para la Estandarización (CEN) con la colaboración del Comité Técnico de Seguridad Personal de la Organización Internacional para la Estandarización menciona, entre otras condiciones, que las botas de bombero deben soportar una compresión de 15kN y un impacto de 200 J. Esto implica que la suela de las botas de bombero esté fabricada con materiales duros que podrían no favorecer la amortiguación de la fuerza de impacto y que por lo tanto la implantación de plantillas viscoelásticas en las botas podría proporcionar una amortiguación adicional. No obstante, no se ha encontrado ningún estudio que analice la influencia de las botas de bombero sobre la fuerza de impacto durante la marcha.

El objetivo del presente estudio es determinar el efecto de las botas de bombero sobre la fuerza de impacto durante la marcha. Además, se analizará el efecto de un tipo de plantillas viscoelásticas implantadas en las botas de bombero sobre esta fuerza.

39 bomberos (edad= 42 ± 5,3 años; altura= 174,5 ± 4,6 cm; y masa= 78 ± 14,4 kg) tomaron parte en el estudio tras ser informados de forma oral y escrita de las características de la presente investigación y firmar el preceptivo consentimiento informado. Ningún bombero tenía una patología en el miembro inferior durante al menos dos años previos a la toma de registros. El estudio se realizó siguiendo el código ético de la declaración de Helsinki.

Se utilizó una plataforma de fuerzas (Dinascan/IBV, 8.2, Instituto de Biomecánica de Valencia, España) embebida en el suelo con una frecuencia de 500 Hz. Para comprobar que la marcha de los sujetos estaba dentro de los valores de normalidad se utilizó el programa NedAMH/IBV 2.1 (Instituto de Biomecánica de Valencia, España). La medición del tiempo que los sujetos tardaban en recorrer 11 m del pasillo de marcha se realizó mediante unas células fotoeléctricas (Dinascan/IBV, Instituto de Biomecánica de Valencia, España).

Los registros se realizaron en tres condiciones de marcha: con las botas de bombero Elten Sichezheitsschule Scharz © (condicion I), con las plantillas viscoelásticas Sorbothane © implantadas en las botas de bombero (condición II), y con calzado deportivo (condición III). Este último consistió en el que cada bombero normalmente utilizaba para hacer ejercicio físico. En todos los casos este calzado disponía de un sistema de amortiguación. Los sujetos dispusieron de 3 minutos para familiarizarse con cada condición de calzado. Este tiempo se considera suficiente para evitar el efecto arrastre (Payne, Zammitt, & Patience, 2005). Este efecto consiste en que los sujetos, al realizar los registros en nueva condición de marcha, pueden estar influenciados por la condición anterior (Pardo Merino & Ruiz Díaz, 2002).

El orden de registro entre las condiciones de calzado se realizó de forma aleatoria (Esenyel, Walden, Gitter, Walsh, & Karacan, 2004; Oeffinger et al., 1999). Previamente a la realización de los registros, los sujetos pasaban andando una vez por la plataforma de fuerzas para determinar que la marcha de cada sujeto estaba dentro de los valores de normalidad. Un solo registro se  ha mostrado suficiente para analizar el grado de normalidad de los sujetos (IBV, 2004).

La línea de salida se situó al inicio de la zona de aceleración en el sentido de progresión y se modificaba dependiendo del patrón de marcha de cada sujeto en cada condición de calzado, con el objeto de que cada sujeto pisara sobre la plataforma de fuerza con el pie derecho sin variar su patrón de marcha. A los sujetos se les dio la orden de que anduvieran con la mirada al frente y sin fijarse en el emplazamiento de la plataforma. Se realizaron cinco registros válidos por cada condición de marcha. Este número de registros ha sido empleado también por otros autores (Cavanagh, Williams, & Clark, 1979; Lake & Robinson, 2005; Martin & Marsh, 1992; Mills & Barrett, 2001; Pollo, Gowling, & Jackson, 1999; Sloss, 2002; Tilbury-Davis & Hooper, 1999; Wearing, Urry, & Smeathers, 2000). Se consideraba un registro válido aquel en el que los sujetos anduvieron los 15 metros del pasillo de marcha y donde el pie derecho entraba completamente en la plataforma de fuerzas sin que hubiera una modificación del patrón de marcha. Los dos metros iniciales y finales no se tuvieron en cuenta para el cálculo de la velocidad de marcha, ya que consistían respectivamente en la zona de aceleración y desaceleración, con el objeto de que se midiera la velocidad de los sujetos cuando ésta era constante.

En cada registro se determinó la presencia o ausencia de la fuerza de impacto. De esta forma se obtuvo el porcentaje de producción de la fuerza de impacto teniendo en cuenta el número de veces que se producía dicha fuerza en los cinco registros realizados en cada condición de calzado. En el caso en el que ésta se hubiera producido se determinó la magnitud de la fuerza de impacto (FZI) y el tiempo hasta su producción (TZI) (Figura 1). FZI se normalizó con el peso corporal (PC) de los sujetos y TZI se normalizó con el tiempo de apoyo del pie sobre la plataforma de fuerza (TA) para comparar el tiempo hasta la producción de la fuerza de impacto entre las distintas condiciones de calzado. El gradiente de carga (GC) se obtuvo mediante la siguiente fórmula:

GC (PC·s-1) = FZI (%PC) /TZI (s)(Keller, et al., 1996)

    La velocidad de los sujetos se calculó teniendo en cuenta el tiempo que invertían en recorrer 11 m del pasillo de marcha.

Los datos se presentan como media ± desviación estándar (DS). En los casos de cumplimiento del supuesto de normalidad se ha utilizado el ANOVA de medidas repetidas. Este análisis estadístico pone a prueba la hipótesis nula (H0) de igualdad de medias entre las distintas condiciones de marcha. La hipótesis de esfericidad se ha analizado mediante la prueba de esfericidad de Mauchly. En caso de cumplimiento de este supuesto se ha utilizado el estadístico F univariado en su versión esfericidad asumida para el estudio de la hipótesis nula del ANOVA. Cuando se ha rechazado la hipótesis de esfericidad se ha fundamentado la hipótesis de igualdad de medias en las estimaciones épsilon Huynh-Feldt. Cuando no se ha cumplido el supuesto de normalidad se ha realizado la prueba de Friedman para verificar o rechazar la hipótesis nula de igualdad de medias. Tanto en el análisis parámetrico como en el no parámetrico se ha realizado el análisis post hoc de Bonferroni con el objeto de determinar qué condiciones de marcha diferían entre sí. El criterio estadístico de significación fue de p<0,05. El análisis estadístico se realizó mediante el programa SPSS 19.0 (SPSS Inc., Chicago, Il, EUA).

Todos los bomberos mostraron un grado de normalidad de la marcha superior al 70% según el programa NedAMH/IBV 2.1. Este valor está considerado dentro del rango de valores de las personas que no tienen ningún tipo de anormalidad de la marcha. La fuerza de impacto no se produjo en todas las condiciones de calzado, siendo la condición I en la que en menos ocasiones se produjo (Figura 2).  

Éste es el primer estudio que analiza la influencia de las botas de bombero sobre la fuerza de impacto de la VFRS. Los resultados han mostrado que no sólo el porcentaje de producción de la fuerza de impacto es mayor con la marcha botas de bombero en comparación con la marcha con calzado deportivo, sino que además FZI es también mayor. Por otro lado, se ha observado que las plantillas viscoelásticas implantadas en las botas de bombero no han disminuido el impacto del talón en el suelo. Tanto con las botas de bombero así como con el calzado deportivo la fuerza de impacto se produjo por el apoyo del talón en el suelo.

En el presente estudio se ha observado un incremento significativo del porcentaje de producción de la fuerza de impacto durante la marcha con botas de bombero respecto a la marcha con calzado deportivo (Figura 2). Durante la práctica deportiva, el cuerpo humano está sometido a impactos de una gran magnitud (Lequesne, Dang, & Lane, 1997). Además, en deportes donde los saltos son muy frecuentes, tales como el balonmano, voleibol y baloncesto se ha observado una mayor número de lesiones en el miembro inferior (Lequesne, et al., 1997; Vrezas, Elsner, Bolm-Audorff, Abolmaali, & Seidler, 2010). Esto ha conllevado a que en el diseño del calzado deportivo se preste especial atención a la disminución de la fuerza de impacto. Esto explicaría el mayor porcentaje de producción de la fuerza de impacto durante la marcha con botas de bombero. La ausencia obtenida en el presente estudio de la fuerza de impacto con el calzado deportivo (97,4%) concuerda con los datos obtenidos en anteriores investigaciones (McCaw, Heil, & Hamill, 2000; Verdini, et al., 2000).

No obstante, no sólo es mayor la producción de la fuerza de impacto con botas de bombero respecto a la marcha con calzado deportivo, sino que además, en las ocasiones en las que se ha producido la fuerza de impacto, ésta presenta una significativamente mayor magnitud de FZI (Tabla 1). Sin embargo, TZI así como GC no han presentado diferencias estadísticamente significativas entre ambos tipos de calzado. Estos resultados son más llamativos al analizar la velocidad de marcha en ambas condiciones. Ésta fue, al igual que en otros estudios (Chao, Laughman, Schneider, & Stauffer, 1983; Gill & O´Connor, 2003a; M.W. Whittle, 1997), la adoptada espontáneamente por los bomberos, debido a que la imposición de una velocidad específica de marcha podría conllevar una modificación del patrón de marcha natural de los sujetos (Perry, 1992). Como consecuencia de ello, la marcha con botas de bombero con y sin las plantillas viscoelásticas mostró una velocidad y cadencia de pasos significativamente menor que la marcha con calzado deportivo (Tabla I). La longitud de paso por el contrario no mostró diferencias significativas entre las distintas condiciones de calzado. Teniendo en cuenta que la velocidad de marcha muestra una relación directa con la magnitud de VFRS (Keller, et al., 1996), no era esperado obtener una mayor magnitud de FZI con las botas de bombero. No obstante, la dureza de los materiales para la confección de las botas de bombero con el objeto de cumplir la normativa TC 94/SC 3, así como la ausencia de un sistema de amortiguación en las botas han podido influir en la mayor magnitud de FZI, a pesar de la menor velocidad de marcha.

Teniendo en cuenta que éste es el primer estudio donde se analiza la influencia de las botas de bombero sobre la fuerza de impacto, no se pueden comparar estos resultados con los obtenidos en anteriores estudios en un calzado similar. No obstante, la comparación con los resultados obtenidos en un calzado de aparente similitud con las botas de bombero como son las botas militares, muestra una menor magnitud de FZI con este último tipo de botas (botas de bombero: 0,61 %PC vs. botas militares: 0,37 %PC), sugiriendo una mayor amortiguación con las botas militares (Cavanagh, et al., 1979). El escaso número de sujetos que tomaron parte del estudio, así como la menor velocidad de marcha utilizada por los militares y las diferencias entre las botas de bombero y las botas militares han podido tener una influencia en la diferencia de la magnitud de FZI. Con otro tipo de calzado, como son los zapatos de cuero, también se ha obtenido una menor magnitud de FZI (35,1 %PC) (Shiba et al., 1995). Se apunta también a los diferentes materiales y diseños entre las botas de bombero y las zapatos de cuero como posibles causas de las diferencias entre ambos estudios de la magnitud de la fuerza de impacto.

Por otro lado, cabe mencionar que a pesar de las características que se les atribuye a las plantillas viscoelásticas Sorbothane ©, su implantación en las botas de bombero con el objeto de amortiguar el impacto la fuerza de impacto, no ha originado ni un decremento en el porcentaje de producción de la fuerza de impacto ni una disminución de su magnitud y de su gradiente de carga. Estas plantillas han sido confeccionadas con un polímero viscoelástico de 4 mm que ha demostrado amortiguar el impacto del talón en el suelo (Folman, Wosk, Shabat, & Gepstein, 2004). No obstante, los resultados del presente estudio cuestionan la utilidad de las plantillas Sorbothane © implantadas en las botas de bombero Elten Sichezheitsschule Scharz © para amortiguar el impacto del talón en el suelo. La dureza de la planta de la bota, con el objeto de cumplir la normativa de seguridad TC 94/SC 3, ha podido influir en la eficacia de estas plantillas para amortiguar la fuerza de impacto.

La mayor producción de la fuerza de impacto, así como la mayor magnitud de esta fuerza durante la marcha con botas de bombero respecto a la macha con calzado deportivo sugieren que las botas de bombero amortiguan el impacto del talón en el suelo durante la marcha a velocidad espontánea en menor medida que el calzado deportivo. La ausencia de un efecto sobre la fuerza de impacto de las plantillas viscoelásticas implantadas en las botas de bombero cuestiona la eficacia de estas plantillas para amortiguar el impacto del talón en el suelo. Se apunta a la dinámica inversa, facilitada por un sistema de fotogrametría sincronizado con el registro de la fuerza de reacción del suelo, como una metodología para profundizar en el efecto de las diferentes condiciones de calzado sobre las estructuras músculo-esqueléticas.