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Mundo Entrenamiento

Mecanismos y factores que determinan la fuerza máxima

20 enero, 2021

La fuerza es la cualidad física que determina a las demás. En este artículo detallamos los mecanismos y factores que generan la fuerza máxima

fuerza máxima

Índice de Contenidos

En este artículo describimos las acciones musculares que generan dicha tensión, y por ende, la fuerza máxima, las manifestaciones de fuerza producidas por las diferentes acciones musculares, y los mecanismos y factores que explican dicha fuerza máxima.

La fuerza es la cualidad física que determina a las demás (resistencia, velocidad, flexibilidad y coordinación) (1).

¿Qué es la fuerza máxima?

Si la fuerza es la capacidad de un músculo o grupo de músculos de generar tensión muscular bajo condiciones específicas (2), la fuerza máxima es dicha capacidad muscular máxima.

Se denomina fuerza máxima a la fuerza mayor que puede ejercer un grupo de músculos mediante una contracción voluntaria. 

Acciones musculares

Las acciones musculares, o contracciones musculares, son las generadoras de la tensión muscular (fuerza).

Dichas acciones musculares (imagen 1) pueden superar resistencias (acción muscular concéntrica), actuar en contra de las mismas (acción muscular excéntrica) o mantener la carga estática (acción muscular isométrica) (3).

fuerza máxima
Imagen 1. Acciones musculares

Isométrica

No se aprecia trabajo mecánico externo, permaneciendo en el ángulo articular, pero si hay hay acortamiento de fibras musculares y alargamiento de tendones a nivel intramuscular (4).

Esta acción muscular se encarga de transmitir el movimiento. El ejemplo más claro son muchos de los músculos del core, que ejerce una acción isométrica mientras corremos.

Dinámica o anisométrica

La magnitud de la tensión del músculo no es igual a la resistencia externa, por lo que la longitud del músculo varía.

La tensión puede ser mayor que la resistencia externa, por lo que la vencemos (acción muscular concéntrica) o menor que la resistencia externa, por lo que la resistencia nos vence (acción muscular excéntrica).

Concéntrica

La tensión del músculo es mayor que la resistencia externa, por lo que el músculo se acorta.

Esta acción muscular se encarga de generar el movimiento.

Siguiendo con el ejemplo de la carrera, cuando nos propulsamos ejerciendo fuerza contra el suelo ejercemos una acción muscular concéntrica.

Esa tensión muscular puede ser constante (isotónica) o variable (anisotónica).

Isotónica

La tensión que genera el músculo es constante. Lo vemos en laboratorio o en máquinas diseñadas para ello.

Anisotónica

La tensión que genera el músculo es variable. No se mantiene constante. Es la común y la que se produce en los movimientos naturales.

Excéntrica

La tensión que genera el músculo es menor que la resistencia externa que se le aplica, por lo que el músculo se elonga o distiende.

Esta acción muscular se encarga de absorber el movimiento.

En la carrera el grupo muscular isquiotibial, entre otros, se encarga de ello.

Manifestaciones de la fuerza

La fuerza puede manifestarse de forma estática, dinámica o reactiva y a su vez en varios subtipos de ellas (imagen 2).

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Imagen 2. Manifestaciones de la fuerza

La fuerza no se manifiesta de forma pura como una de ellas (1,5), sino que confluyen generando, transmitiendo y absorbiendo los movimientos.

La fuerza resistencia no es una manifestación de la fuerza. Existe la resistencia a la fuerza, es decir, la resistencia a cualquiera de las manifestaciones de la fuerza que se exponen a continuación (2).

Manifestaciones isométricas o estáticas

No hay trabajo mecánico externo, aunque si lo hay a nivel intramuscular (4).

Fuerza máxima isométrica (fuerza máxima estática)

Realizamos una contracción muscular máxima contra una resistencia insalvable.

Ejemplo: realizamos un empuje contra una pared que no podemos mover.

Fuerza submáxima isométrica (fuerza submáxima estática)

Se diferencia de la fuerza máxima isométrica en que ahora la contracción muscular es submáxima y la resistencia contra la que actuamos es superable.

Ejemplo: En lugar de una pared, empujamos una barra en un press de banca con una carga que podemos mover, pero aguantamos estáticos en un punto del movimiento, como puede ser el punto de estancamiento (imagen 3).

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Imagen 3. Si utilizamos un peso que podamos mover en el press de banca, pero aguantamos de forma estática / isométrica en mitad del movimiento, se tratará de una fuerza submáxima isométrica

Manifestaciones dinámicas o activas

Se produce por un ciclo simple de trabajo muscular desde una posición de inmovilidad total (sin contramovimientos).

Se produce en una salida de tacos de atletismo, en un pulso de brazos (imagen 4), etc. Se inicia el movimiento desde estático, sin un movimiento previo.

Fuerza máxima dinámica

Fuerza máxima que podemos ejercer, sin limitación de tiempo, para movilizar la mayor carga posible de un movimiento (1RM).

Fuerza máxima dinámica relativa

Fuerza máxima expresada para resistencias inferiores a las de la fuerza máxima dinámica (2RM, 3RM, 4RM…).

Fuerza máxima explosiva

Capacidad de ejercer la fuerza máxima en el menor tiempo posible. Son acciones rápidas y potentes partiendo desde la inmovilidad de los segmentos propulsores.

También llamada fuerza-velocidad o fuerza rápida (6).

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Imagen 4. El inicio de un pulso es una manifestación de fuerza máxima explosiva ya que partimos desde parados e intentaremos realizar la fuerza máxima cuando se de la salida

Manifestaciones reactivas

Se produce por un ciclo doble de trabajo muscular: ciclo estiramiento-acortamiento (CEA).

A diferencia de las manifestaciones activas, si hay contramovimiento.

El CEA puede ser lento (fuerza elástica-explosiva) o rápido (fuerza reflejo elástico-explosiva).

Fuerza elástico-explosiva (CEA lento)

Es una fuerza máxima explosiva a la que se añaden componentes elásticos que acumulan energía en ese ciclo de estiramiento-acortamiento.

Es algo más lento (240 milisegundos) y se da con mayores desplazamientos angulares (7).

Fuerza reflejo-elástico-explosiva (CEA rápido)

Es una fuerza máxima explosiva a la que se añaden unidades motoras por la estimulación del reflejo miotático y componentes elásticos que acumulan energía en ese ciclo de estiramiento-acortamiento.

Gran tensión en corto periodo de tiempo (100-200 milisegundos). Desplazamientos angulares pequeños.

¿De qué depende la producción de fuerza máxima?

En el apartado anterior de manifestaciones de la fuerza hemos visto que la fuerza máxima puede ser isométrica, dinámica o explosiva.

A mayor grado de dicha fuerza máxima, las demás manifestaciones también se modificarán (fuerza submáxima y fuerzas reactivas).

Es por ello que nos referiremos de ahora en adelante, a la producción de fuerza máxima, englobando todas las manifestaciones de la fuerza.

Existen 4 mecanismos y factores de los que depende la producción de fuerza máxima (8).

Mecanismos neurales

Estos mecanismos son vitales para la generación de fuerza máxima y pueden ser mejorados mediante el entrenamiento de cargas altas y/o velocidades altas.

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La fuerza máxima está determinada por una eficiente conexión mente-músculo

Sea cual sea la carga, y aunque el movimiento desde fuerza se vea lento, los movimientos deben ejecutarse a la máxima velocidad intencional para mejorar de forma óptima estos mecanismos neurales (9,10).

La habilidad de los músculos para generar fuerza máxima está gobernada por los siguientes tres mecanismos neurales:

Reclutamiento de unidades motoras

Es la habilidad del sistema nervioso para activar las unidades motoras.

El reclutamiento sigue el principio del tamaño o ley de Henneman: las unidades motoras pequeñas (fibras lentas) se reclutan primero y las unidades motoras grandes (fibras rápidas) se reclutan de forma progresiva cuando se necesita fuerza adicional (11).

Si vamos caminando para coger el autobús estaremos reclutando pocas unidades motoras, pero si de repente vemos que lo vamos a perder y corremos a toda velocidad, el reclutamiento será mayor.

La fuerza máxima que podemos generar es dependiente de la cantidad de unidades motoras reclutadas.

Frecuencia de disparo (rate coding)

Durante un levantamiento, los impulsos neurales viajan desde la motoneurona α hasta las fibras musculares.

A mayor frecuencia de disparo de esos impulsos, mayor tensión muscular podemos generar, obteniendo mayor fuerza máxima (12).

El entrenamiento con cargas altas y/o con velocidades altas aumenta esa frecuencia de disparo, favoreciendo la fuerza máxima.

Sincronización de las unidades motoras (coordinación intramuscular)

La sincronización entre las unidades motoras y los músculos es necesaria para la fuerza máxima (13).

Cuanto mayor es esa coordinación entre las unidades motoras y el músculo que inervan, mayor capacidad de producir fuerza y potencia muscular (14).

En un curl de bíceps, cuando mayor sea la sincronía entre el bíceps y sus unidades motoras, se podrá ejercer una mayor fuerza máxima.

Sincronización de músculos sinergistas y antagonistas (coordinación intermuscular)

Además de la coordinación intramuscular, es necesario que cuando se active la musculatura que trabaja (sinergista), no haya otra musculatura contraria (antagonistas) que entorpezca el movimiento para una fuerza máxima eficiente (15).

Se le denomina inhibición recíproca, y es como una orquesta (imagen 5) en la que los instrumentos de viento están coordinados (coordinación intramuscular) y necesitan que los instrumentos de percusión se coordinen también con dichos instrumentos de viento (coordinación intermuscular).

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Imagen 5. Nuestro cerebro y músculos deben funcionar como una orquesta en la cada instrumento (músculo) hace su función de manera individual (coordinación intramuscular) y sin entorpecer a otros instrumentos (músculos) (coordinación intermuscular)

En un curl de bíceps, necesitamos una sincronía entre el bíceps y sus unidades motoras, y además que el tríceps no entorpezca el movimiento, para ejercer una mayor fuerza máxima.

Factores morfológicos

El tipo de fibras musculares, su arquitectura (área de sección transversal, longitud del fascículo, ángulo de penación), las propiedades del tendón y nuestras palancas y biomecánica individual afectan al rendimiento de la fuerza máxima.

Algunos factores morfológicos son modificables en mayor o menor medida con el entrenamiento de fuerza, pero otros son determinados por nuestra genética y no son modificables.

Los cinco factores morfológicos que afectan a la fuerza máxima son:

Tipos de fibras musculares

La capacidad de generar fuerza máxima también depende del tipo de fibras (lee aquí un artículo sobre las fibras) que compongan el músculo que ejerce dicha fuerza máxima (16).

  • Las fibras rojas o lentas (tipo I) tardan más en fatigarse pero pueden desarrollar menos fuerza por unidad de tiempo.
  • Las fibras blancas o rápidas (tipo IIx) se fatigan rápidamente pero pueden desarrollar mucha fuerza por unidad de tiempo.
  • Las fibras intermedias (tipo IIa) son una mezcla entre las fibras lentas y las rápidas.

    fuerza máxima
    Composición de una fibra muscular .

Es por ello que los músculos con un alto porcentaje de fibras rápidas muestra una fuerza máxima mayor que aquellos con alto porcentaje de fibras lentas (17).

La genética juega un papel fundamental en nuestra proporción fibras lentas–rápidas ya que viene establecida desde el nacimiento.

Aunque la contribución para mejorar la fuerza máxima es relativamente pequeña (2-7%) en comparación con otros factores neurales, morfológicos, etc (18).

La capacidad para convertir fibras lentas en rápidas es muy limitada, pero si podemos hacer que las fibras intermedias participen como fibras rápidas con un entrenamiento de fuerza con cargas y velocidades altas.

Área transversal del músculo

Más que el tipo de fibra, que también es importante, la fuerza máxima que una fibra muscular puede desarrollar es directamente proporcional su área de sección transversal (19).

Esa área transversal muscular puede aumentarse mediante el entrenamiento de fuerza con cargas altas y/o velocidades máximas (20).

Longitud del fascículo

Una fibra muscular más larga puede generar una fuerza máxima mayor (21). Es por ello que para la generación de fuerza y potencia es más interesante la adición de sarcómeros en serie que sarcómeros en paralelo (hipertrofia).

El entrenamiento con cargas pesadas y/o velocidades máximas pueden aumentar dicha longitud del fascículo (22,23).

Ángulo de penación

Para dos músculos del mismo volumen, el músculo con fibras que se unen en ángulos mayores al tendón, tendrá la mayor área de sección transversal (X2 de la imagen 6  en comparación con X1) y, por lo tanto, mayor capacidad de producción de fuerza máxima (24).

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Imagen 6. Un ángulo mayor de penación (x2) es capaz de generar más fuerza que un ángulo menor (x1)

El entrenamiento y el desentrenamiento afectan a dicho ángulo de penación, y por ello, a la fuerza máxima (25).

Propiedades del tendón

El tendón es el que se encarga de transmitir la fuerza desde el músculo al hueso. Es por ello parte fundamental de nuestra capacidad para generar fuerza máxima (26).

Un tendón con mayor rigidez (stiffness) y grosor (thickness) aumenta la tasa de potencia y fuerza máxima (27).

Se puede modificar con cargas altas y velocidades altas. Un aspecto importante es que la musculatura se desarrolla más rápido que el tendón (además de aponeurosis, fascias, etc.), por lo que es necesaria una adaptación progresiva.

Esa es la principal causa por la que el uso de anabolizantes (leer artículo) es peligroso para las lesiones tendinosas.

El músculo y la fuerza se desarrollan muy rápido con el uso de dichas sustancias, pero el tendón necesita más tiempo para soportarlo.

Palancas y biomecánica individual

Cuando levantamos una carga, los músculos se estiran y contraen por medio de articulaciones.

En función de la distancia entre articulaciones (músculos cortos o largos) y las inserciones del tendón en dichas articulaciones (una rótula prominente puede darle energía extra a tu tendón rotuliano para desarrollar más fuerza en un salto), tendremos mayor o menor ventaja para desarrollar fuerza máxima.

Es un aspecto también genético, ya que depende de nuestra envergadura y formación ósea.

Mecanismos musculares

Existen varias propiedades musculares de las que depende la capacidad de producción de fuerza máxima.

Relación fuerza-velocidad. Velocidad de contracción muscular

Cuando observamos un levantamiento máximo en sentadilla (1RM) vemos como el movimiento es muy lento. Por otra parte, en un lanzamiento de jabalina observamos un movimiento muy rápido.

En ambos casos se debe intentar mover la carga lo más rápido que nos sea posible, aunque la velocidad que muestra desde fuera sea muy diferente.

Existe un perfil de fuerza-velocidad idóneo para cada deporte que debemos tener en cuenta para optimizar el entrenamiento de dicho deporte (9,10).

Para el caso del levantamiento máximo en sentadilla (leer artículo aquí) (powerlifting) ese perfil se decantará más hacia el eje de fuerza. Se podría comparar con un tractor: muy fuerte pero lento.

En el lanzamiento de jabalina el perfil se volcará más hacia el eje de velocidad. Se podría comparar con un fórmula 1: desarrolla mucha fuerza en muy poco tiempo.

En el entrenamiento de fuerza máxima debemos tener en cuenta las necesidades del deporte y ese perfil fuerza-velocidad óptimo, y levantar la carga a la máxima velocidad intencional, sea cual sea la velocidad que se observe desde fuera.

Relación longitud-tensión

La capacidad del músculo para desarrollar fuerza depende de la longitud del sarcómero (28). Es por ello que en cada movimiento hay un punto de estancamiento donde, a pesar de ser la misma carga, nos cuesta más.

En ese punto de estancamiento el sarcómero estará muy contraído o muy estirado, pudiendo desarrollar menor fuerza máxima (imagen 7),

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Imagen 7. Un sarcómero en posición de reposo. Si las líneas Z se separan la capacidad para generar fuerza máxima es menor, al igual que ocurre si se juntan.

Una forma de entrenar esta longitud-tensión es variar los ángulos y vectores de fuerza de los ejercicios, para así trabajar con diferentes puntos de estancamiento.

Tipo de acción muscular. Ciclo estiramiento-acortamiento (CEA)

La capacidad del músculo para generar fuerza máxima esta influenciada por el tipo de acción muscular involucrada (descritas al inicio del artículo) (29).

Si la acción se realiza con un estiramiento previo, y se ejecuta inmediatamente después de ese estiramiento, tendremos una ventaja mecánica gracias a ese ciclo de estiramiento-acortamiento (CEA) (30).

Un ejemplo es realizar un salto con contramovimiento (CMJ) donde se permite primero flexionar las rodillas y sin pausa realizar el salto. Gracias a ese contramovimiento generamos una energía elástica extra.

Otros ejemplos son realizar un press de banca sin pausa o sentadillas sin pausa.

Si por el contrario la acción muscular no tiene ese estiramiento previo o transcurre un tiempo entre ese estiramiento y el posterior acortamiento perderemos esa ventaja que si tenemos con el CEA.

Un ejemplo es realizar un salto sin contramovimiento (SJ). En este caso se debe adoptar una posición de sentadilla y esperar unos 3 segundos antes de realizar el salto. En esos 3 segundos se ha perdido toda la energía elástica.

Otros ejemplos serían realizar un press de banca (tienes aquí un completo artículo sobre este ejercicio) realizando una pausa cuando la barra está en el pecho, o aguantar en la posición baja de la sentadilla durante un par de segundos antes de subir.

Debemos tener en cuenta ese CEA en el entrenamiento de fuerza máxima, en función de nuestro deporte.

Un powerlifter no cuenta con esa energía elástica extra para un press de banca ya que en competición se realiza una pausa, pero un jugador de voleibol si la aprovecha en cada salto.

Entorno muscular

Si el entorno muscular no es adecuado, la fuerza máxima se verá mermada. Dicho entorno muscular es la condición en la que se encuentra nuestro sistema neuromuscular cuando nos disponemos a entrenar la fuerza máxima.

Ese entorno muscular puede verse afectado de forma aguda por la fatiga neuromuscular acumulada, cambios hormonales y la temperatura intramuscular.

Estado de fatiga neuromuscular

En un estado de fatiga neuromuscular la capacidad para generar fuerza máxima se encuentra alterada (31). Un descanso acorde al estímulo recibido es necesario para afrontar el siguiente entrenamiento de fuerza máxima con garantías.

Cambios hormonales y señalización química

Existen hormonas que influyen directamente o indirectamente en el desarrollo de fuerza máxima (cortisol, testosterona, etc.) aunque no se conocen con exactitud la forma en que lo hacen (32).

Ese estado hormonal es sensible al descanso, la nutrición, el entrenamiento, estrés, etc. Un control de todas esas variables nos ayudará en la producción de fuerza máxima.

Temperatura intramuscular

Uno de los pilares básicos del calentamiento previo al entrenamiento es incrementar la temperatura muscular, ya que ese aumento de temperatura es necesaria para una generación eficiente de fuerza máxima (33).

Es el más simple de modificar. Un calentamiento adecuado previo a la tarea que vamos a realizar, mejorará nuestra capacidad de producir fuerza máxima en la sesión.

Conclusiones

La fuerza máxima es la capacidad máxima de un grupo, o grupo de músculos de generar tensión muscular con 3 acciones musculares: isométrica, concéntrica y excéntrica.

Dichas acciones musculares producen las diferentes manifestaciones de la fuerza:

  • Isométrica o estática: no hay trabajo mecánico externo, aunque si lo hay a nivel intramuscular. Puede manifestarse como fuerza máxima estática o fuerza submáxima estática.
  • Activa o dinámica: Se produce por un ciclo simple de trabajo muscular desde una posición de inmovilidad total (sin contramovimientos). Puede manifestarse como fuerza máxima dinámica, fuerza máxima dinámica relativa, fuerza máxima explosiva.
  • Reactiva: Se produce por un ciclo doble de trabajo muscular: ciclo estiramiento-acortamiento (CEA). Si hay contramovimiento. Puede manifestarse como fuerza elástico-explosiva (CEA lento) o fuerza reflejo-elástico-explosiva (CEA rápido).

 

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Las diferentes manifestaciones de la fuerza, y por tanto de la fuerza máxima, dependen de 4 mecanismos y factores que pueden o no ser modificados con el entrenamiento:

  • Mecanismos neurales: Aquellos mecanismos que conectan cerebro y músculo, y hacen que todo funcione como una orquesta donde cada uno tiene que sonar bien, y no entorpecer a los demás. Dichos mecanismos son: reclutamiento de unidades motoras, frecuencia de disparo, sincronización de las unidades motoras (coordinación intramuscular), sincronización de músculos sinergistas y antagonistas (coordinación intermuscular).
  • Factores morfológicos: El tipo de fibras musculares, su arquitectura (área de sección transversal, longitud del fascículo, ángulo de penación), las propiedades del tendón y nuestras palancas y biomecánica individual afectan al rendimiento de la fuerza máxima.
  • Mecanismos musculares: Las propiedades de nuestros músculos que nos dan una relación fuerza-velocidad, una relación longitud-tensión y un tipo de acción muscular más fuerte y explosivo.
  • Entorno muscular: Condición en la que se encuentra nuestro sistema neuromuscular a la hora de entrenar: el estado de fatiga neuromuscular, cambios hormonales y señalización química, y la temperatura intramuscular.

Referencias biliográficas

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