Influencia del core en el rendimiento y el riesgo de lesión en el ciclismo
- Autores: Alberto Galindo Martínez
- Directores de la Tesis: José Luis López Elvira (dir. tes.), Alejandro López Valenciano (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Miguel Hernández de Elche ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco Javier Moreno Hernández (presid.), Pedro Pérez Soriano (secret.), José María Muyor Rodríguez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Deporte y Salud por la Universidad Miguel Hernández de Elche
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RediUMH
- Resumen
El registro y análisis del movimiento o cinemática en el ciclismo es comúnmente desarrollado en los bike-fittings, cuyo objetivo es optimizar el rendimiento y reducir el riesgo de sufrir lesiones crónicas en el ciclista. Para hallar los ángulos de las principales articulaciones en los análisis en 3 dimensiones (3D) durante los bike-fittings, es necesario localizar los centros articulares y los segmentos que unen estos puntos, si bien esta tarea presenta algunas dificultades. Concretamente en la articulación de la cadera, existen problemas para localizar el centro articular con el método convencional de valoración basado en marcadores externos en la pelvis, debido a la pérdida de los marcadores situados en la espina iliaca anterosuperior (EIAS), por ocultación debido a la flexión de cadera y tronco adquirida por el ciclista. Por tanto, se debe optimizar este método para hallar el centro articular de la cadera (CAC), de un modo más eficaz y válido, evitando la pérdida del marcador de las EIAS, lo que facilitará tanto el tratamiento como el análisis de los datos que se derivan de la localización de su posición. Otro de los problemas que surgen en los registros cinemáticos es la falta de conocimiento sobre cómo la fatiga del ejercicio puede afectar a la propia cinemática de las diferentes articulaciones raquídeas y del tren inferior durante el pedaleo. Estos cambios en la cinemática se han asociado con lesiones crónicas, sin embargo, muchos de los análisis que se realizan se hacen sin tener en cuenta la citada fatiga. Entre estas lesiones destacan las que se producen en la articulación de la rodilla y el dolor en la zona lumbar o Low Back Pain (LBP), que han sido explicadas a través de la cinemática.
Finalmente, otra de las limitaciones que se observan en la literatura es el escaso conocimiento sobre cómo algunas dimensiones del core (fuerza y estabilidad) pueden relacionarse con la capacidad de producir potencia y con aspectos cinemáticos del tronco durante un test de duración moderada en ciclismo. El entrenamiento del core podría optimizar los programas de entrenamiento que buscan maximizar el rendimiento en cualquier disciplina ciclista y reducir el riesgo lesional en las estructuras raquídeas y del tren inferior, que son donde se producen las lesiones más prevalentes en el ciclismo.
Por lo tanto, y partiendo de las tres limitaciones presentadas anteriormente, los objetivos principales de la presente Tesis Doctoral fueron: 1) Validar un nuevo modelo pélvico, con mayor aplicabilidad que el estándar para el ciclismo, que permita calcular con precisión y mayor rapidez el centro articular de la cadera; y, por otro lado, analizar la validez de un modelo basado en un marcador situado en el trocánter mayor del fémur; 2) Conocer el efecto de la fatiga sobre la cinemática de las articulaciones del tren inferior y raquis en un test de intensidad constante de 20 min; 3) Correlacionar variables de core (fuerza y estabilidad), la cinemática del tronco y la potencia producida en la bicicleta en un test de Umbral de Potencia Funcional (UPF) de 20 min. Por otro lado, se pretende comparar estas variables entre distintas disciplinas de ciclismo.
El primer estudio, que tuvo una muestra de 31 ciclistas, analizó la posición de las EIAS, el CAC y la flexoextensión de rodilla durante el pedaleo a través de tres modelos pélvicos distintos: el modelo pélvico estándar (MPE), que se basa en los marcadores de las EIAS y los de las espinas iliacas posterosuperiores; el modelo pélvico ciclista (MPC), que utiliza los marcadores de las espinas iliacas posterosuperiores y dos marcadores situados en los laterales de la pelvis actuando como clusters (para reconstruir el EIAS); y el modelo trocantéreo (MT) que utiliza un marcador situado en el trocánter mayor del fémur para localizar directamente el CAC en el plano sagital. Se analizaron las diferencias en puntos discretos del pedaleo (90º y 180º) y de manera continua mediante el error medio cuadrático (RMSE). Los principales hallazgos del primer estudio fueron que el MPC demostró ser un modelo válido para el ciclismo debido al bajo error que producía para el cálculo del CAC (< 4 mm) y para el ángulo de flexoextensión de rodilla (<1º), pero sobre todo por su mayor aplicabilidad para el ciclismo, ya que reduce el número de puntos ocultos en los registros.Por otro lado el MT mostró un mayor error para el cálculo del ángulo de flexoextensión de rodilla (>4.5º), lo que hace que no se pueda asumir como un método válido, a pesar de ser el más utilizado en los bike-fittings.
El segundo estudio investigó las alteraciones cinemáticas ocasionadas por la fatiga durante un test de intensidad constante como es el UPF, observando cómo podía alterar la cinemática de las estructuras raquídeas y del tren inferior en una muestra de 23 ciclistas.
Durante el test se registró la cinemática en 3D de tobillo, rodilla, cadera, pelvis y tórax y en 2D de la zona lumbar, durante tres momentos del test: al inicio, a la mitad y al final. Se hallaron cambios significativos en el movimiento de algunas articulaciones raquídeas y del tren inferior, en los diferentes planos del movimiento, cuando aparecía la fatiga durante el test. Algunos de los resultados más importantes fueron el cambio en la flexión de tobillo, rodilla, mayor flexión del tórax y lumbar (plano sagital), mayor aducción de cadera, mayor inclinación pélvica y torácica (plano frontal) y mayor rotación torácica (plano transversal) al final del test respecto al principio. Estos cambios derivados del volumen de entrenamiento pueden estar relacionados con la aparición de lesiones crónicas en el ciclismo, por lo que es importante realizar los registros cinemáticos del bike-fitting en condiciones lo más ecológicas posibles en cuanto a la fatiga, puesto que la mayoría se realizan sin esta condición.
El tercer estudio analizó las correlaciones entre variables del core (fuerza, estabilidad y cinemática) y la producción de potencia en un test de UPF de 20 min en ciclismo y comparó el rendimiento en estas variables entre diferentes disciplinas. La muestra consistió en 30 deportistas de tres disciplinas que incluyen la bicicleta, concretamente ciclismo de carretera, mountain bike y triatlón. Se registró la fuerza de flexores y extensores de tronco mediante dinamometría isocinética, y la estabilidad sedente sobre un asiento inestable. También se realizó una prueba de UPF de 20 min donde se extrajo la potencia crítica del ciclista, y se registraron variables cinemáticas al final de la prueba como la flexión lumbar y el movimiento de los segmentos pelvis y tórax a través de un sistema de captura de movimiento en 3D. Se encontraron diferencias significativas entre las tres disciplinas en el test circular de estabilidad sedente (p= 0.03), en la inclinación anterior torácica (p= 0.01) y en el rango de inclinación lateral torácica (p= 0.04). Al comparar entre las diferentes disciplinas se observó cómo los ciclistas de carretera tenían una mayor inclinación anterior torácica que las otras disciplinas, los de mountain bike tenían una mayor estabilidad sedente en el test circular y los de triatlón una mayor inclinación torácica. Por otro lado, solo se observó una correlación significativa entre la potencia relativa y la inclinación anterior torácica (r= -0.59, p=0.008) observando también relaciones dentro de los diferentes grupos, como una mayor flexión lumbar en los ciclistas de carretera que producían más potencia (r= 1, p< 0.001), una mayor inclinación anterior torácica en los ciclistas de mountain bike que producían más potencia (r= -0.94, p=0.005), y una menor flexión lumbar en los triatletas que producían más potencia (r= -0.83, p=0.005). Por ello, se puede afirmar que existen adaptaciones propias de cada disciplina ciclista a nivel de core. Sin embargo, no se ha podido comprobar que una mayor estabilidad o fuerza de tronco tenga relación con una mayor producción de potencia.
Por ello, tanto los resultados como la metodología aplicada en la presente Tesis Doctoral podrían ser utilizados por profesionales de las ciencias del deporte para optimizar el entrenamiento complementario del core entre los ciclistas.
Así mismo, los especialistas en bike-fitting podrían mejorar la metodología a utilizar, disminuyendo los errores de medida al ajustar la posición del tren inferior del ciclista, optimizando así el rendimiento y disminuyendo el riesgo de lesión.
The recording and analysis of movement or kinematics in cycling is commonly developed in bike-fittings, whose objective is to optimize the performance and reduce the risk of chronic injuries of the cyclists. To calculate the angles of the main joints in 3- dimensional (3D) analysis during a bike-fitting, it is necessary to locate the joint centers, although this task presents some difficulties. Specifically, in the hip joint, there are some difficulties in locating the joint center with the conventional motion capture methods based on external markers placed on the pelvis, as the hip and trunk flexed posture tends to occlude the markers located on the anterior superior iliac spine (ASIS). Therefore, this method should be optimized to locate the hip joint center (HJC), more efficiently and validly, avoiding the occlusion of the ASIS markers, which will facilitate both the reduction and the analysis of the data derived from the localization of its position. Another problem that arises in kinematic recordings is the lack of knowledge about how the exercise fatigue can affect the kinematics of the different spinal and lower body joints during pedaling. These changes in kinematics have been associated with chronic injuries, however, many of the analyses are performed without considering the aforementioned fatigue. Among these injuries are the low back pain (LBP) and those that occur in the knee joint, which have been explained through kinematics. Finally, another limitation observed in the literature is the lack of knowledge on how some dimensions of the core (strength and stability) can be associated to the capacity to produce power on the bike and to the kinematic aspects of the trunk during a moderate duration test in cycling. Core training could optimize training programs that seek to maximize performance in any cycling discipline and reduce the risk of injury in the spinal and lower body structures, where the most prevalent cycling injuries occur.Therefore, and starting from the three limitations presented above, the main objectives of this Doctoral Thesis were: 1) To validate a new pelvic model, with greater applicability in cycling than the standard one, allowing to calculate the hip joint center more accurately and quickly; and secondly, to analyze the validity of a model based on a marker located in the greater trochanter of the femur; 2) To estimate the effect of fatigue on the kinematics of the joints of the lower body and spine in a 20 min constant intensity test; 3) To correlate core variables (strength and stability), trunk kinematics and power output produced on the bicycle in a 20 min Functional Power Threshold (FTP) test; and secondly, to compare these variables between different cycling disciplines.
The first study, which had a sample of 31 cyclists, analyzed the position of the ASIS, HJC, and knee flexion-extension during pedaling through three different pelvic models: the standard pelvic model (SPM), which is based on the markers of the ASIS and those of the posterior superior iliac spines; the cycling pelvic model (CPM), which uses the markers of the posterior superior iliac spines and two markers located on the sides of the pelvis acting as clusters (to reconstruct the ASIS); and the trochanteric model (TM) which uses a marker placed on the greater trochanter of the femur to directly locate the HJC in the sagittal plane.
Differences were analyzed at discrete points of pedaling (90º and 180º) and continuously using root mean square error (RMSE). The main findings of the first study were that the CPM proved to be a valid model for cycling due to the low error it produced calculating the HJC (< 4 mm) and the knee flexion-extension angle (< 1°), but above all for its greater applicability in cycling, since it reduces the number of occluded points in the recordings. On the other hand, the TM showed a greater error in the calculation of the knee flexion-extension angle (>4.5º), which means that it cannot be assumed as a valid method, despite being the most widely used in bike-fittings.
The second study investigated the possible kinematic alterations caused by fatigue during a constant intensity test such as the UPF, observing how it could alter the kinematics of the spinal and lower body structures in a sample of 23 cyclists. During the test, 3D kinematics of the ankle, knee, hip, pelvis, and thorax and 2D kinematics of the lumbar area were recorded during three moments of the test: at the initial, middle and final. Significant changes were found in the movement of some spinal and lower body joints, in the different planes of movement, when fatigue appeared during the test. Some of the most important results were the change in ankle and knee flexion, greater thoracic and lumbar flexion (sagittal plane), greater hip adduction, greater pelvic and thoracic inclination (frontal plane), and greater thoracic rotation (transverse plane) at the end of the test compared to the beginning. These changes derived from training volume may be related to the occurrence of chronic cycling injuries, so it is important to perform bike-fitting kinematic recordings under conditions as ecological as possible in terms of fatigue since most are performed without this condition.
The third study analyzed the correlations between core variables (strength, stability, and kinematics) and power output in a 20 min FTP test in cycling and compared performance in these variables between different disciplines. The sample consisted of 30 athletes from three disciplines involving cycling, namely road cycling, mountain biking, and triathlon.
Trunk flexor and extensor strength were recorded using isokinetic dynamometry, and seated stability on an unstable seat on a force plate. A 20 min FTP test was also performed where the cyclist's critical power was extracted. Simultaneously, kinematic variables were recorded with a 3D motion capture system at the end of the test, such as lumbar flexion and the movement of the pelvis and thorax segments. Significant differences were found between the three disciplines in the circular seated stability test (p= 0.03), in the anterior thoracic tilt (p= 0.01), and in the lateral thoracic tilt range (p= 0.04). When comparing between the different disciplines, it was observed that road cyclists had a greater thoracic anterior tilt than the other disciplines; mountain bikers had greater seated stability in the circular test and triathlon cyclists had a greater thoracic inclination. On the other hand, only a significant correlation was observed between relative power and thoracic anterior tilt (r= -0.59, p=0.008) also observing relationships within the different groups, such as greater lumbar flexion in road cyclists who produced more power (r= 1, p< 0. 001), a greater anterior thoracic inclination in the mountain bike cyclists who produced more power (r= -0.94, p=0.005), and a lower lumbar flexion in the triathletes who produced more power (r= -0.83, p=0.005). Therefore, it can be affirmed that there are adaptations specific to each cycling discipline at the core level. However, it has not been possible to prove that greater trunk stability or strength is related to greater power production.
Consequently, both the results and the methodology applied in this Doctoral Thesis could be used by sports science professionals to optimize complementary core training among cyclists.
Likewise, bike-fitting specialists could improve the methodology to be used, reducing measurement errors by adjusting the position of the cyclist's lower body, thus optimizing performance and reducing the risk of injury
