Actualmente, durante los movimientos máximos, la capacidad mecánica para generar fuerza bajo un rango de velocidades se puede medir y expresar en la relación de perfil fuerza velocidad (f-v).
La integral de estas dos variables explica la capacidad del atleta para expresar y maximizar la potencia, y ha sido de interés para mejorar el rendimiento en una variedad de movimientos y disciplinas deportivas (1).
Por ello, el objetivo de este artículo ha sido analizar las variables del perfil fuerza-velocidad y establecer una serie de consideraciones acerca de la carga óptima para la optimización de los patrones de movimiento (vertical y horizontal).
Conceptos
Pico Máximo de Fuerza (PMF)
La fuerza desde el punto de vista mecánico es toda causa capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo (2). Existen dos formas de valorar el Pico Máximo de Fuerza (PMF): Fuerza Isométrica/Estática Máxima (FIM/FEM) y Fuerza Dinámica Máxima (FDM).
Fuerza Isométrica/Estática Máxima (FIM/FEM)
El PMF que se mide cuando no hay movimiento es el valor de la Fuerza Isométrica/Estática Máxima (2). Esta fuerza es la máxima fuerza voluntaria que se aplica cuando la resistencia es insuperable (2).
Si se cuenta con los instrumentos adecuados, la medición de esta fuerza (Newtons) dará lugar a la Curva Fuerza-Tiempo Isométrica o Estática (2).
Fuerza Dinámica Máxima (FDM)
Si la resistencia que se utiliza para medir la fuerza se supera, pero solo se puede hacer una vez, la fuerza que medimos es la Fuerza Dinámica Máxima (2). Se expresa en N o Kg (cuando no se disponen de instrumentos adecuados) (2).
La medición con instrumentos adecuados nos proporciona la Curva Fuerza-Tiempo Dinámica (2).
Fuerza Dinámica Máxima Relativa (FDMR)
Si medimos la fuerza aplicada con resistencias inferiores a aquella con la que hemos medido la FDM, nos encontraremos con una serie de valores, cada uno de los cuales será una medición de Fuerza Dinámica Máxima Relativa, ya que siempre existirá un valor superior de fuerza dinámica máxima que será la FDM (2).
Por tanto, un sujeto tendrá un solo valor de FDM en un movimiento en condiciones concretas, pero numeroso, tantos como resistencias distintas utilice para medios, la FDMR (2).
Esta fuerza solo se expresa en N y la medición con instrumentos adecuados nos proporcionaría distintas Curvas de Fuerza-Tiempo Dinámicas (2). Este valor nos informa de las características del sujeto y de su estado de forma actual (2).
Fuerza Útil
Es la fuerza que aplica el deportista cuando realiza su gesto específico de competición (2).
A este valor de FDMR le denominados fuerza útil (2). La mejora de este valor de fuerza debe ser el objetivo principal del entrenamiento y el que más relación va a guardar con el propio rendimiento (2).
Perfil Fuerza Velocidad (f-v)
Es la valoración de la manifestación de la fuerza mediante el pico de fuerza conseguido y el tiempo necesario para llegar a alcanzarlo en una acción dinámica (2).
Dicho de otra forma, la capacidad del músculo esquelético para generar fuerza y velocidad máxima de movimiento se describe en la relación fuerza velocidad (3).
Perfil Potencia Fuerza velocidad (p-f-v)
Se basa en relaciones de fuerza-velocidad y velocidad-potencia que caracterizan las capacidades mecánicas máximas del sistema neuromuscular de las extremidades inferiores (4).
Es decir, las relaciones potencia-velocidad-fuerza caracterizan los límites del sistema neuromuscular para producir energía (3).
De esta manera, la relación postula que para un determinado nivel constante de activación muscular, el aumento de la velocidad de acortamiento disminuye progresivamente la fuerza producida por el sistema neuromuscular (3).
Estas relaciones podrán ser evaluadas en los patrones de movimiento a través de una variedad de métodos y tecnologías, desde múltiples pruebas realizadas sobre medios costosos y de difícil accesibilidad, hasta técnicas simplificadas mediante dispositivos celulares (Figura 1) (3).
Perfil Fuerza-Tiempo (f-t)
Es la valoración de la manifestación de la fuerza mediante el pico de fuerza conseguido y el tiempo necesario para llegar a alcanzarlo en una acción estática o dinámica.
Hablar de la curva fuerza velocidad es lo mismo que hablar de fuerza explosiva (resultado de la relación entre la fuerza producida y el tiempo necesario para ello) o RFD (proporción, tasa o velocidad de desarrollo o producción de fuerza en relación con el tiempo) (2).
Por otro lado, cualquier modificación que se produzca en la curva fuerza velocidad vendrá reflejada en la curva fuerza velocidad y viceversa (2). Las modificaciones positivas en la curva fuerza velocidad se producen cuando la curva se desplaza hacia la IZQUIERDA.
Por el contrario, las modificaciones positivas en la curva fuerza velocidad se producen cuando la curva se desplaza hacia la DERECHA (2).
Historia del Perfil Fuerza Velocidad
Los primeros estudios que informaron de conceptos de fuerza, velocidad y trabajo máximo se basaron en métodos teóricos derivados de hidráulicos, donde el fluido dentro del músculo tiene una cierta velocidad, y cualquier trabajo realizado (esfuerzo) es proporcional al cuadrado de la velocidad (Amar y Le Chatelier, 1922 citado en Cross et al., 2017).
Los primeros estudios experimentales en esta área (Hill, 1922; Lupton, 1922 citados en Cross et al., 2017) mostraron que el músculo esquelético se desempeñaba de manera similar a otros sistemas mecánicos donde el aumento de la velocidad resultaba en una disminución del trabajo, y esta relación trabajo-tiempo correspondía a la relación fuerza-tiempo (Best y Partridge, 1928 citados en Cross et al., 2017).
Una década después de estos estudios, se desarrolló una función exponencial a partir de la experimentación in vitro (Aubert y Structure, 1956; Fenn y Marsh, 1935 citados en Cross et al., 2017) después de lo cual, Hill (1938) derivó la conocida ecuación hiperbólica que se ha utilizado ampliamente en la investigación del sprint en el ciclismo basada en la potencia (Yoshihuku y Herzog, 1990; Yoshihuku y Herzog, 1996 citados en Cross et al., 2017).
Mientras que la hipérbola rectangular de Hill (1938) se ajusta con precisión a los datos proporcionados por muchas acciones de una sola articulación a través de diferentes procedimientos de prueba, esta relación no describe la producción de fuerza externa que se produce durante las acciones multi-articulares (Bobbert, 2012; Jaric, 2015 citados en Cross et al., 2017).
Variables del Perfil Potencia Fuerza Velocidad
Árbol de decisiones
La figura 2 representa un esquema utilizado para interpretar los perfiles de Potencia-Fuerza Velocidad en relación con el Empuje Balístico (ej., salto) y el Rendimiento en Sprint (4).
Estas relaciones mecanísticas se basan tanto en las características teóricas de nuestros modelos como en algunas pruebas experimentales y datos no publicados (4).
Perfil Vertical (Ballistic Push-Off Performance)
VTC-F0 (N/kg)
Definición de VTC-F0
«Es la producción de fuerza máxima teórica de los miembros inferiores extrapolada de la relación fuerza-velocidad (f-v) de los squat jump con carga lineal; intersección en «y» de la relación F-V lineal» (4).
Interpretación Práctica de VTC-F0
«Es la producción de fuerza concéntrica máxima (por unidad de masa corporal) que teóricamente pueden producir las extremidades inferiores del atleta durante el impulso (push-off) balístico (4).
Determinado a partir de todo el espectro de F-V, proporciona más información integradora sobre la capacidad de fuerza que, por ejemplo, una repetición con carga máxima en un squat concéntrico» (4).
VTC-V0 (m/s)
Definición de VTC-V0
«Es la velocidad de extensión máxima teórica de las extremidades inferiores extrapolada de la relación F-V de los squat jump con carga lineal; intersección en la «x» de la relación lineal F-V» (4).
Interpretación Práctica de VTC-V0
«Es la velocidad de extensión máxima de los miembros inferiores del atleta durante el empuje (push-off) balístico (4). Determinado a partir de todo el espectro de F-V, y muy difícil, si no imposible, de alcanzar y medir experimentalmente (4). También representa la capacidad de producir fuerza a velocidades de extensión muy altas» (4).
VTC-Pmax (W/kg)
Definición de VTC-Pmax
«Es la producción de potencia mecánica máxima, calculada como Pmax = F0 × V0/4 o como el vértice de la relación polinómica de segundo grado P-V» (4).
Interpretación Práctica de VTC-Pmax
«Es la capacidad de producir potencia máxima por parte del sistema neuromuscular de la extremidad inferior del atleta (por unidad de masa corporal), en el movimiento de extensión balístico (push-off) y concéntrico» (4).
Sfv
Definición de Sfv
«Es la pendiente de la relación lineal F-V, calculada como Sfv = -F0/V0» (4).
Interpretación de Sfv
«Es el índice del equilibrio individual del atleta entre las capacidades de fuerza y velocidad (4). Cuanto más empinada es la pendiente, más negativo es su valor, más orientado a la fuerza el perfil fuerza velocidad, y viceversa» (4)
Sfvopt
Definición de Sfvopt
«Para una distancia de empuje determinada, masa corporal y Pmax, el valor único de Sfv que maximiza la altura del salto» (4).
Interpretación Práctica de Sfvopt
«Es el perfil fuerza-velocidad óptimo que representa el equilibrio óptimo, para un individuo dado, entre las capacidades de fuerza y velocidad (4). Para una potencia máxima (Pmax) dada, este perfil fuerza-velocidad estará asociado, ceteris paribus, con el rendimiento de empuje (push-off) balístico más alto posible para este individuo (4). Los programas de entrenamiento deben diseñarse para aumentar Pmax y orientar Sfv hacia Sfvopt» (4).
FVimb (%)
Definición de FVimb
«Es la magnitud de la diferencia relativa entre Sfv y Sfvopt para un individuo dado. Calculado como (Sfv/Sfvopt) × 100 y expresado en porcentaje» (4).
Interpretación de FVimb
«Es la magnitud de la diferencia entre el perfil fuerza-velocidad reales y óptimos (4). Un valor de 100% significa Sfv = Sfvopt, es decir,perfil fuerza-velocidad optimizado (4). Valores por encima del 100% significan un desequilibrio con un déficit de velocidad, y viceversa. Cuanto mayor sea la diferencia con el valor óptimo del 100%, mayor será el desequilibrio» (4).
Perfil Horizontal (Sprint Acceleration Performance)
HZT-F0 (N/kg)
Definición de HZT-F0
«Es la producción de fuerza horizontal máxima teórica extrapolada desde la relación F-V del sprint lineal; intersección en «y» de la relación lineal F-V» (4).
Interpretación Práctica HZT-F0
«Es la producción de fuerza máxima (por unidad de masa corporal) en la dirección horizontal (4). Corresponde al empuje inicial del atleta sobre el suelo durante la aceleración del sprint (4). Cuanto mayor sea el valor, mayor será la producción de fuerza horizontal específica del sprint» (4).
HZT-V0 (m/s)
Definición de HZT-V0
«Es la velocidad de carrera máxima teórica extrapolada de la relación lineal F-V del sprint; intersección «x» de la relación lineal F-V» (4).
Interpretación Práctica HZT-V0
«Es la capacidad de velocidad máxima de carrera (sprint) del atleta. Ligeramente más alto que la velocidad máxima real (4). La velocidad de carrera máxima teórica que el atleta podría alcanzar si las resistencias mecánicas (es decir, internas y externas) contra el movimiento fueran nulas (4). También representa la capacidad de producir fuerza horizontal a velocidades de carrera muy altas» (4).
HZT-Pmax (W/kg)
Definición de HZT-Pmax
«Es la producción de potencia mecánica máxima en la dirección horizontal, calculada como Pmax = F0 × V0/4, o como el vértice de la relación polinómica de 2º grado P-V» (4).
Interpretación Práctica de HZT-Pmax
«Es la capacidad de producir potencia máxima del atleta en la dirección horizontal (por unidad de masa corporal) durante la aceleración (sprint)» (4).
RF (%)
Definición de RF
«Es el ratio de fuerza, calculada como el ratio de paso-componente horizontal promediado de las fuerzas de reacción en el suelo hasta la fuerza resultante correspondiente» (4).
Interpretación Práctica de RF
«Es la medida directa de la proporción de la producción de fuerza total que se dirige en la dirección de avance del movimiento, es decir, la efectividad mecánica de la aplicación de fuerza del atleta (4). Cuanto mayor sea el valor, más importante será la parte de producción de fuerza total dirigida hacia adelante» (4).
RFmax (%)
Definición de RFmax
«Es el valor máximo de RF, calculado como valor máximo de RF para tiempos de sprint de > 0.3 segundos» (4).
Interpretación Práctica de RFmax
«Es teóricamente la efectividad máxima de la aplicación de la fuerza (4). Medida directa de la proporción de la producción de fuerza total que se dirige en la dirección de avance del movimiento al inicio del sprint (4).
DRF
Definición de DRF
«Es el ratio de disminución de RF con incremento de la velocidad durante la aceleración (sprint), calculada como la pendiente de la relación RF-V lineal» (4).
Interpretación Práctica de DRF
«Describe la capacidad del atleta para limitar la inevitable disminución de la efectividad mecánica con el aumento de la velocidad, es decir, un índice de la capacidad de mantener una producción de fuerza horizontal neta a pesar del incremento de la velocidad de carrera (4). Cuanto más negativa es la pendiente, más rápida es la pérdida de efectividad de la aplicación de fuerza durante la aceleración, y viceversa» (4).
Optimización del Entrenamiento
La creación de perfiles mecánicos permite determinar el cálculo de las condiciones exactas subyacentes a la potencia máxima (3). Estos parámetros, denominados regularmente «óptimo«, representan una combinación de valores de fuerza y velocidad (es decir, Fopt y Vopt), en los que se maximiza una métrica máxima de potencia (3).
Es de destacar que el entrenamiento en estas condiciones se ha sido sugerido como un método efectivo para aumentar la capacidad de producción de energía, lo que puede mejorar las medidas prácticas de rendimiento siempre que el sujeto muestre un perfil fuerza-velocidad favorable de capacidades (3).
Prácticamente, para que estos datos resulten valiosos, requieren de una traducción a una carga normal de fácil configuración (Lopt), ya sea como ancho de banda o como valor individual del estímulo externo, que estimula las condiciones mecánicas necesarias para maximizar la producción de potencia durante el entrenamiento (3).
Optimización del Perfil Vertical
Los perfiles verticales proporcionarán información sobre las capacidades físicas que se deben desarrollar para mejorar el rendimiento balístico de empuje y sobre los niveles máximos de fuerza y velocidad del sistema neuromuscular del atleta (4).
Las medidas necesarias para determinar correctamente el perfil vertical son (4): masa corporal del atleta, longitud de la extremidad inferior en la posición completamente extendida, altura inicial y altura del salto (medida bajo un espectro de parámetros de carga).
Los programas de entrenamiento para mejorar el rendimiento del empuje balístico de los atletas (ej; saltos, empujes máximos individuales, cambio de dirección…) debe ir orientado hacia (4):
- Aumento de VTC-Pmax y/o disminución de FVimb.
- Con respecto a los atletas que muestran un desequilibrio significativo en las capacidades mecánicas, los programas deben priorizar la falta de entrenamiento en la capacidad mecánica para cambiar Sfv hacia Sfvopt.
Optimización del Perfil Horizontal
Los perfiles horizontales proporcionarán información sobre el movimiento de aceleración del sprint específico y sobre qué características físicas o técnicas subyacentes limitan principalmente el rendimiento del sprint en cada individuo (4).
Las medidas necesarias para determinar correctamente el perfil fuerza-velocidad horizontal son: masa corporal, altura del atleta y los datos de tiempo de distancia o velocidad de tiempo (4).
Los programas de entrenamiento diseñados para mejorar el rendimiento de la aceleración deben ir enfocados hacia (4):
- Mejorar la HZT-Pmax (HZT-F0 y HZT-V0).
Conclusiones sobre el perfil fuerza velocidad
En resumen, durante las acciones deportivas, la capacidad mecánica para generar fuerza (capacidad de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo) bajo un rango de velocidades se puede medir y expresar en la relación fuerza velocidad (f-v) y fuerza-tiempo (f-t).
La valoración de la manifestación de la fuerza mediante el pico de fuerza conseguido (PMF) y el tiempo necesario para llegar a alcanzarlo en una acción dinámica (curva fuerza velocidad ) y estática (curva f-t), son elementos que forman parte de la optimización del rendimiento deportivo.
Por otro lado, cualquier modificación positiva que se produzca en la curva f-t (la curva se desplaza hacia la IZQUIERDA) vendrá reflejada en la curva fuerza velocidad (la curva se desplaza hacia la DERECHA) y viceversa.
Para ello, las relaciones potencia-velocidad-fuerza caracterizan los límites del sistema neuromuscular para producir energía, y esta relación podrá ser valorada mediante los patrones de movimiento Vertical (Push Off) y Horizontal (Sprint).
Sin embargo, este perfil fuerza-velocidad podrá ser interpretado a través de una serie de variables: VTC-F0, VTC-V0, VTC-Pmax, Sfv, Sfvopt, FVimb, HZT-F0, HZT-V0, HZT-Pmax, RF, RFmax y DRF.
Finalmente, la creación de perfiles mecánicos se ha sido sugerido como un método efectivo para aumentar la capacidad de producción de energía.
Para ello, los programas de entrenamiento (patrón vertical) deben ir orientados hacia el aumento de VTC-Pmax, disminución de FVimb y cambio de Sfv hacia Sfvopt.
Y los programas de entrenamiento (patrón horizontal) diseñados para mejorar el rendimiento de la aceleración deben ir enfocados hacia la mejora de la HZT-Pmax (HZT-F0 y HZT-V0).
Bibliografía
- Cross, M. R., Lahti, J., Brown ,S. R., Chedati, M., Jimenez-Reyes, P., Samozino, P., et al. (2018). Training at maximal power in resisted sprinting: Optimal load determination methodology and pilot results in team sport athletes. PLoS ONE, 13(4).
- González-Badillo, J. J. y Ribas-Serna, J. (2002). Bases de la Programación del Entrenamiento de Fuerza. INDE: Barcelona.
- Cross, M. R., Brughelli, M., Samozino, P. and Morin, J. B. (2017). Methods of Power-Force-Velocity Profiling During Sprint Running: A Narrative Review. Sports Medicine, 47(7), 1255-1269.
- Morin, J. B. and Samozino, P. (2016). Interpreting Power-Force-Velocity Profiles for Individualized and Specific Training. International Journal of Sports Physiology and Performance, 11(2), 267-72.
