¿Por qué los humanos no podemos correr a 60 km/h?

Weyand, P. G., Sandell, R. F., Prime, D. N., & Bundle, M. W. (2010). The biological limits to running speed are imposed from the ground up. Journal of applied physiology.

El enigma del límite de la velocidad humana.

En esta entrada quiero presentar el estudio hecho en 2010 por Peter Weyland, profesor y director del Departamento de Kinesiología y del Laboratorio de Rendimiento Locomotor de la Texas Christian University, sobre los límites biologicos del ser humano para correr a máxima velocidad y la aplicación práctica al entrenamiento.

En el vasto catálogo de la vida en la Tierra, la velocidad suele ser la frontera entre la vida y la muerte. Sin embargo, al observar el reino animal desde nuestra perspectiva bípeda, surge un enigma biológico persistente: ¿por qué un guepardo o un galgo pueden duplicar o triplicar la velocidad de un atleta olímpico, si sus músculos, tendones y huesos están forjados con los mismos materiales biológicos que los nuestros?

Si los bloques fundamentales de la biología locomotora son prácticamente idénticos entre especies, ¿qué nos impide a los seres humanos desplazarnos a velocidades de ciencia ficción? Durante décadas, la sabiduría convencional sostuvo que el factor limitante reside en la fuerza máxima que las extremidades son capaces de aplicar contra el piso.

La investigación planteó una pregunta directa: ¿el techo de la velocidad humana lo determina la cantidad máxima de fuerza que podemos ejercer contra el suelo o, por el contrario, el tiempo mínimo del que disponemos para aplicarla?

Tu cuerpo tiene una "reserva de fuerza" que jamás usas al correr.

La fuerza bruta no es tu verdadero límite (El experimento del salto a una pierna)

Existe la creencia generalizada de que los velocistas de élite corren más rápido únicamente porque sus piernas son capaces de golpear el suelo con más fuerza. Para poner a prueba esta idea, los investigadores idearon una comparación biomecánica ingeniosa: compararon la carrera hacia adelante a máxima velocidad con el salto a una sola pierna (one-legged hopping) en una tapiz rodante de alta velocidad equipada con plataformas de fuerza.

Al saltar a una sola pierna, el atleta se ve obligado a utilizar el mismo miembro de forma consecutiva, lo que eleva drásticamente los requerimientos de tiempo en el aire y fuerza de soporte vertical. Los resultados mostraron que al saltar a una sola pierna a máxima velocidad, los sujetos aplicaron fuerzas verticales sobre la superficie de la cinta que superaron a las registradas durante la carrera hacia adelante en más de la mitad de su peso corporal.

Tambien, los investigadores analizaron la ventaja mecánica efectiva (r/R, es decir, la relación entre los brazos de palanca musculares y las fuerzas de reacción del suelo), y se comprobó que la peor alineación articular durante el salto exigía un esfuerzo muscular drásticamente superior. Al tomar en cuenta la ventaja mecánica y la fuerza de reacción del suelo, se estimó que la fuerza media generada por los músculos extensores de la pierna fue un 82% mayor y la fuerza pico fue un 63% mayor durante el salto a una sola pierna que durante la carrera máxima (con un promedio combinado para la extremidad de un 70.3% mayor). Esto demuestra de forma irrefutable que los humanos poseemos una "reserva de fuerza" muscular sustancial que jamás llegamos a utilizar mientras corremos a máxima velocidad.

El verdadero cuello de botella son los ~55 milisegundos de impacto

La trampa del tiempo de contacto: la física contra la biología muscular.

Si la musculatura humana dispone de fuerza de sobra, ¿por qué no podemos usarla para correr más rápido? La respuesta de la investigación es contundente: el cuello de botella es la tasa de aplicación de fuerza (rate of force application). El límite no es cuánta fuerza se puede generar, sino el escaso tiempo disponible para transmitirla al suelo.

Para comprobar este concepto, los investigadores realizaron un segundo contraste experimental: la carrera hacia atrás (backward running). Aunque la mecánica del movimiento y la orientación espacial cambian, los investigadores descubrieron que el tiempo de contacto con el suelo a máxima velocidad son virtualmente idénticos entre la carrera hacia atrás y hacia adelante.

Esta restricción temporal dibuja una frontera fisiológica infranqueable:

La Ventana de Impacto: Durante un esprint máximo, la fuerza muscular alcanza su punto máximo aproximadamente en la mitad del periodo de contacto con el suelo, lo que significa que el músculo solo dispone de unos 55 milisegundos  para desarrollar tensión desde el momento del contacto inicial.

La Lentitud de la Sacudida Muscular (Twitch): La biología muscular humana es demasiado lenta para ese intervalo. La respuesta de los musculos  ante el impulso eléctrico del sistema nervioso requiere 81 milisegundos en los extensores de la rodilla y 120 milisegundos en los extensores del tobillo para alcanzar su pico de fuerza isométrica. Es decir, los músculos necesitan más del doble del tiempo disponible en un esprint para desarrollar su fuerza, lo que hace que los extensores de la rodilla solo logren alcanzar el 46% de su fuerza isométrica máxima y los extensores del tobillo se quedan en un escaso 22%.

Para resolver estos problemas podríamos hacer lo siguiente:

Bioquímica y Genética: Desarrollar fibras musculares con una cinética de contracción mucho más rápida que permita alcanzar el pico de fuerza en menos de 50 milisegundos.

Anatomía y Tecnología: Extremidades más largas (vía evolución o prótesis) que permitan prolongar la distancia y el tiempo de contacto con el suelo sin sacrificar la frecuencia de la zancada.

Como estas dos cosas mejor las dejamos para la ciencia ficción, solo nos queda hacer que nuestros entrenamientos de fuerza sean lo más eficientes posibles para llegar a nuestro potencial genético de velocidad.

Aplicaciones practicas al entrenamiento

Incrementar la fuerza relativa a la masa corporal: La velocidad máxima está determinada por la capacidad de aplicar fuerzas verticales elevadas en relación con el peso del atleta. Por ello, la estrategia de entrenamiento más efectiva consiste en aumentar la fuerza muscular de los extensores de las piernas (cadera, rodilla y tobillo) sin añadir masa corporal innecesaria, es decir, debemos entrenar para mejorar nuestra fuerza máxima aplicada y no para generar hipertrofia muscular la cual debe ser siempre una consecuencia del entrenamiento de fuerza.

Priorizar la Tasa de Desarrollo de Fuerza (RFD): Dado que en el esprint a máxima velocidad la fase de contacto dura apenas ~0,11 segundos y el pico de fuerza debe alcanzarse en aproximadamente 55 ms, la fuerza isométrica máxima lenta no es transferible por sí sola. El entrenamiento de fuerza debe enfocarse en la capacidad de aplicar la mayor cantidad de fuerza en una ventana de tiempo extremadamente breve. Debemos entrenar con el objetivo de desplazar la carga a la máxima velocidad posible.

Desarrollar la capacidad de absorción y aplicación de fuerza de los extensores: Puesto que los músculos extensores solo llegan a desarrollar entre el 22% y el 46% de su fuerza máxima isométrica durante la breve pisada, los ejercicios de fuerza deben desarrollar la capacidad muscular para reaccionar y transferir altas cargas dinámicas bajo tiempos de contacto ultracorto, para lo cual, los ejercicios pliométricos son fundamentales.