INVESTIGACIÓN MATEMÁTICAS

Las matemáticas, hasta en los andares

EFEFUTURO.- La pendiente, la longitud de las piernas y la velocidad y distancia de los pasos permiten medir matemáticamente la manera más eficiente de andar, según un nuevo modelo teórico desarrollado por científicos de la Universidad de Barcelona (UB) para calcular la eficiencia de la locomoción humana.

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Desde principios del siglo XX está demostrado experimentalmente que el consumo mínimo de oxígeno no tiene lugar cuando caminamos en el plano horizontal, sino en bajada, y concretamente con una pendiente en torno a los 10 grados. EFE/KOEN SUYK.

Desde principios del siglo XX está demostrado experimentalmente que el consumo mínimo de oxígeno no tiene lugar cuando caminamos en el plano horizontal, sino en bajada, y concretamente con una pendiente en torno a los 10 grados.

El trabajo del investigador de la UB Gerard Saborit y del catedrático del Departamento de Biología Animal Adrià Casinos han justificado por primera vez matemáticamente esta realidad y, además, han estimado cuál sería el desnivel óptimo para cada persona en función de la longitud de las sus piernas y de sus pasos.

Rehabilitación de personas con enfermedades cardiovasculares

El estudio, que publica la revista Computational and Mathematical Methods in Medicine, puede aplicarse en la rehabilitación de personas con enfermedades cardiovasculares, y ahora se usa para comparar la locomoción de los humanos con otras especies de homínidos a partir del estudio de fósiles.

La idea intuitiva de que es más fácil caminar en bajada que en un terreno plano se demostró experimentalmente a principios de los años treinta del siglo pasado, cuando Rodolfo Margaria, un investigador de la Universidad de Milán, midió el consumo de oxígeno en un grupo de personas mientras caminaban en diferentes pendientes.

Según ese estudio, la manera más eficiente tenía lugar en bajada con un desnivel del 10 %, que equivaldría a bajar diez metros de desnivel por cada cien metros de avance en horizontal.

Los científicos han propuesto varias explicaciones del resultado, pero hasta ahora no se había encontrado la explicación teórica.

Los investigadores de la UB se centraron en la trayectoria del centro de gravedad del cuerpo, que sube y baja ligeramente en cada paso y obliga al cuerpo a suministrar un poco de energía potencial -la energía que cualquier objeto tiene para la su posición debido a la fuerza gravitatoria- para vencer la fuerza de la gravedad.

En un descenso con un desnivel aproximadamente del 10 %, al bajar el centro de gravedad, no habría que suministrar esta energía potencial extra para dar el paso.

La circunstancia óptima de bajada se mantiene mientras el desnivel no pase de este punto, a partir del cual se tiene que empezar a frenar con las piernas y, por tanto, consume más energía, según la UB.

“Según nuestro modelo, el punto concreto que indica este mínimo consumo energético depende de un parámetro que es una relación entre la longitud del paso y la longitud de la pierna. Esto significa que cada persona, en función de la longitud de la pierna y de sus pasos, tiene un mínimo de gasto energético personalizado, en el que se requiere menos esfuerzo y consumo de oxígeno y el movimiento es más eficiente”, ha explicado Saborit.

La solución para minimizar el gasto de energía, ya sea caminando en subida o en bajada, sería ajustar la longitud del paso al desnivel según el rango de la persona, según Casinos.

Medición de las piernas y longitud de los pasos

Los investigadores están ahora recopilando datos de personas, a las que están midiendo las piernas y la longitud de los pasos al caminar a diferentes velocidades, para obtener información anatómica y biomecánica y luego poder hacer comparaciones con otras especies.

“Queremos comparar estos datos con los registros fósiles de las piernas y huellas de diferentes especies de homínidos. La idea es ver las diferencias en el modo de andar de estas especies respecto a la humana”, ha avanzado Saborit.

Según los investigadores, este modelo matemático también es útil en la rehabilitación de personas con problemas cardiovasculares.

“Una persona que no pueda hacer esfuerzo aeróbico y que, por ejemplo, por un problema del corazón debe ejercitarse trabajando con pocas pulsaciones, con nuestro modelo podría saber cuál sería el desnivel al que debería andar para gastar la mínima energía y hacer el mínimo esfuerzo cardiovascular”, ha concluido Saborit. EFEfuturo

 

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Publicado en: Ciencia

Desde principios del siglo XX está demostrado experimentalmente que el consumo mínimo de oxígeno no tiene lugar cuando caminamos en el plano horizontal, sino en bajada, y concretamente con una pendiente en torno a los 10 grados.

El trabajo del investigador de la UB Gerard Saborit y del catedrático del Departamento de Biología Animal Adrià Casinos han justificado por primera vez matemáticamente esta realidad y, además, han estimado cuál sería el desnivel óptimo para cada persona en función de la longitud de las sus piernas y de sus pasos.

Rehabilitación de personas con enfermedades cardiovasculares

El estudio, que publica la revista Computational and Mathematical Methods in Medicine, puede aplicarse en la rehabilitación de personas con enfermedades cardiovasculares, y ahora se usa para comparar la locomoción de los humanos con otras especies de homínidos a partir del estudio de fósiles.

La idea intuitiva de que es más fácil caminar en bajada que en un terreno plano se demostró experimentalmente a principios de los años treinta del siglo pasado, cuando Rodolfo Margaria, un investigador de la Universidad de Milán, midió el consumo de oxígeno en un grupo de personas mientras caminaban en diferentes pendientes.

Según ese estudio, la manera más eficiente tenía lugar en bajada con un desnivel del 10 %, que equivaldría a bajar diez metros de desnivel por cada cien metros de avance en horizontal.

Los científicos han propuesto varias explicaciones del resultado, pero hasta ahora no se había encontrado la explicación teórica.

Los investigadores de la UB se centraron en la trayectoria del centro de gravedad del cuerpo, que sube y baja ligeramente en cada paso y obliga al cuerpo a suministrar un poco de energía potencial -la energía que cualquier objeto tiene para la su posición debido a la fuerza gravitatoria- para vencer la fuerza de la gravedad.

En un descenso con un desnivel aproximadamente del 10 %, al bajar el centro de gravedad, no habría que suministrar esta energía potencial extra para dar el paso.

La circunstancia óptima de bajada se mantiene mientras el desnivel no pase de este punto, a partir del cual se tiene que empezar a frenar con las piernas y, por tanto, consume más energía, según la UB.

“Según nuestro modelo, el punto concreto que indica este mínimo consumo energético depende de un parámetro que es una relación entre la longitud del paso y la longitud de la pierna. Esto significa que cada persona, en función de la longitud de la pierna y de sus pasos, tiene un mínimo de gasto energético personalizado, en el que se requiere menos esfuerzo y consumo de oxígeno y el movimiento es más eficiente”, ha explicado Saborit.

La solución para minimizar el gasto de energía, ya sea caminando en subida o en bajada, sería ajustar la longitud del paso al desnivel según el rango de la persona, según Casinos.

Medición de las piernas y longitud de los pasos

Los investigadores están ahora recopilando datos de personas, a las que están midiendo las piernas y la longitud de los pasos al caminar a diferentes velocidades, para obtener información anatómica y biomecánica y luego poder hacer comparaciones con otras especies.

“Queremos comparar estos datos con los registros fósiles de las piernas y huellas de diferentes especies de homínidos. La idea es ver las diferencias en el modo de andar de estas especies respecto a la humana”, ha avanzado Saborit.

Según los investigadores, este modelo matemático también es útil en la rehabilitación de personas con problemas cardiovasculares.

“Una persona que no pueda hacer esfuerzo aeróbico y que, por ejemplo, por un problema del corazón debe ejercitarse trabajando con pocas pulsaciones, con nuestro modelo podría saber cuál sería el desnivel al que debería andar para gastar la mínima energía y hacer el mínimo esfuerzo cardiovascular”, ha concluido Saborit. EFEfuturo

 

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