12/01/2026
Biomecánica de las zapatillas para correr
Aquí hay un artículo que escribí hace 9 años para una revista de podología que pensé que podría ser interesante para muchos {Kirby KA: La biomecánica de las zapatillas para correr. Gestión de Podología, 36(7), 85-92, 2017).
A finales del verano de 1972, pocos estadounidenses corrieron por recreación y placer. Sin embargo, esta relativa falta de interés en la carrera de distancia en Estados Unidos pareció cambiar cuando, durante los Juegos Olímpicos de Verano de Múnich, dos atletas de los Estados Unidos, Dave Wottle y Frank Shorter, ganaron medallas de oro en los 800 metros y el maratón, respectivamente. Después de estas actuaciones como medalla de oro de Wottle y Shorter, los estadounidenses se interesaron mucho más en la carrera de larga distancia, que fue uno de los factores importantes que contribuyeron a lo que ahora se llama el "boom de la carrera" en Estados Unidos. El aumento de la popularidad de la carrera a distancia en los últimos 45 años ha dado como resultado que se estima que 15 millones de estadounidenses corran regularmente por placer, recreación y competencia.
En los primeros días de las zapatillas para correr, antes de 1972, sus suelas eran muy delgadas y solo tenían una sola capa de material de goma para agarrar el suelo, proporcionando muy poca amortiguación. Las zapatillas para correr de hoy en día, sin embargo, son prendas biomecánicas altamente complejas, con parte superior sintética y entresuelas de varios componentes y suelas exteriores que están diseñadas para ser ligeras, acolchadas y sensibles al pie del corredor. El gran número de modelos de zapatillas para correr disponibles hoy en día, con sus brillantes materiales superiores multicolores y sus variados diseños de entresuela y suela exterior, puede ser, a veces, abrumador para los corredores y profesionales médicos por igual.
El público corredor espera que su podólogo sea el profesional médico que tenga el mejor conocimiento de la biomecánica de las zapatillas para correr. Como resultado, los podólogos deben estar al tanto de la investigación más importante sobre los efectos biomecánicos de las zapatillas para correr que se ha producido a lo largo de los años. Desafortunadamente, antes de 1972, los laboratorios de biomecánica eran inexistentes o muy primitivos con poca investigación sobre zapatillas para correr. Afortunadamente, durante el último medio siglo, los laboratorios de biomecánica han crecido tanto en número como en complejidad.
Los laboratorios de biomecánica modernos ahora están equipados con tecnologías sofisticadas como placas de fuerza, sensores de presión en el zapato, alfombrillas de presión, sistemas de análisis de movimiento tridimensionales y acelerómetros ligeros que están conectados a computadoras con software especializado para permitir una medición rápida y precisa de la cinemática y la cinética de la carrera, tanto con y sin zapatillas para correr. Estos avances en la tecnología han permitido a los investigadores biomecánicos de hoy en día comprender las complejidades de los efectos mecánicos de las zapatillas para correr en el cuerpo humano como en ningún otro momento. En la discusión que sigue, se revisa la investigación científica clave que ha sido publicada por estos laboratorios de biomecánica con el fin de proporcionar al podólogo un excelente conocimiento de la biomecánica de las zapatillas de correr para sus pacientes con corredores.
Efectos de las zapatillas para correr en las fuerzas de impacto durante la carrera
Gran parte de la investigación temprana en zapatillas para correr se centró en la capacidad de la zapatilla para correr para absorber los golpes para el corredor durante la fase de apoyo de la carrera. En 1980, Cavanagh y LaFortune, del Laboratorio de Biomecánica de Penn State, estudiaron a 17 corredores entrenados que corrían a 4,5 m/seg (5:58 millas de ritmo) sobre una placa de fuerza. Estos investigadores fueron los primeros en clasificar a los corredores como delanteros (12/17 sujetos), delanteros del mediopié (5/17 sujetos) o delanteros del antepié (0/17 sujetos). No solo se encontró que la fuerza de reacción vertical del suelo (GRF) era de aproximadamente 2,8 veces el peso corporal, sino que los corredores de ataque en la parte trasera y los corredores de ataque en el medio pie tenían formas muy diferentes a sus curvas de GRF frente a tiempo. En los corredores de ataque del pie trasero, hubo un pico de impacto inicial de alta frecuencia que correspondía a cuando el talón golpeó el suelo, seguido de un pico de propulsión de menor frecuencia que correspondía a cuando el centro de masa del cuerpo (CoM) se movía sobre el pie plantado. Los corredores de ataque al mediopié no tenían el pico de impacto de alta frecuencia, sino que solo tenían el pico propulsor de menor frecuencia en su GRF frente a las curvas de tiempo.
Con el fin de reducir las fuerzas de impacto inherentes al running, los fabricantes de calzado comenzaron a diseñar sus zapatillas para correr, a principios de la década de 1970, con una capa de material que absorbe los golpes dentro de la suela del zapato conocida como la entresuela. La entresuela está intercalada entre la tabla/tela de la plantilla y la suela exterior de la zapatilla para correr. La dureza de los diversos materiales de entresuela se mide en durómetro, con entresuelas de durómetro más bajas más compresibles y suaves, y entresuelas de durómetro más altas menos compresibles y duras.
En 1985, Benno Nigg, mientras era director del Laboratorio de Biomecánica de la Universidad de Calgary, informó sobre 13 sujetos corriendo a 3,5 m/seg (retitmo de 7:40 millas) en siete zapatillas de running que eran idénticas en construcción, excepto por la parte del pie trasero de sus entresuelas que tenían valores de durómetro de 20, 30, 35, 40, 45, 50 y 55. También se realizaron pruebas de impacto de caída donde se dejó caer una masa de 5 kg sobre la entresuela trasera de las zapatillas para correr, para medir las fuerzas de impacto registradas con cada entresuela del zapato. A pesar de que, como era de esperar, las pruebas de impacto de caída midieron menos fuerza de impacto en las entresuelas con durómetros más bajos, las entresuelas de las zapatillas de correr más suaves (es decir, durómetros de 20 y 30) hicieron que los corredores experimentaran más fuerza de impacto que las entresuelas más difíciles. Además, las fuerzas de impacto vertical medidas por el sujeto que corría sobre la placa de fuerza no aumentaron significativamente de la entresuela de 35 a 55 durómetros, a pesar de que la entresuela se estaba volviendo progresivamente más dura.
Nigg explicó que los resultados paradójicos se debían en parte a un efecto de fondo que ocurría cuando los corredores llevaban las entresuelas más suaves (es decir, durómetros 20 y 30). Se pensó que el fondo ocurría cuando el material de la entresuela era tan suave que la entresuela se comprimió relativamente rápido y luego dejó de comprimirse repentinamente, lo que resultó en mayores fuerzas de impacto. Los autores también pensaron que tener un zapato con una entresuela muy suave puede hacer más daño que una entresuela para correr más dura. Otro punto importante de esta investigación fue que, aunque el pico de impacto GRF puede ser una buena aproximación de las fuerzas de impacto internas experimentadas por el cuerpo del corredor, la prueba de impacto de caída, utilizando una máquina para medir la amortiguación de la entresuela, no se consideró "relevante con respecto a la reducción de la fuerza de impacto en la carrera".12
Nigg y sus compañeros de trabajo también publicaron una importante investigación sobre zapatillas para correr en 1987 sobre cómo la velocidad de carrera y la dureza de la entresuela afectaron las fuerzas de impacto de los corredores que golpean el pie trasero. En sus experimentos con 7 corredores recreativos masculinos y 7 corredores competitivos masculinos, los sujetos usaron tres pares de zapatos idénticos que tenían tres durómetros de entresuela diferentes (25, 35 y 45 durómetros) mientras corrían sobre una placa de fuerza a cuatro velocidades de carrera diferentes, 3 m/seg (cambio de ritmo de 8:56 millas), 4 m/seg (paso de 6:42 millas), 5 m/seg (pasmo de 5:22 millas) y 6 m/seg (4:28 millas de ritmo). A pesar de que la fuerza de impacto disminuyó ligeramente a medida que el corredor corría con zapatillas de correr de entresuela más duras, el cambio no fue significativo. Sin embargo, la fuerza de impacto vertical aumentó significativamente con velocidades de carrera más rápidas, lo que demuestra que la velocidad de carrera aumentó el pico de impacto de la carrera más que la alteración de la dureza de la entresuela de la zapatilla de correr. Frederick y sus colegas también habían notado, seis años antes, un aumento en los picos de fuerza de impacto vertical con mayores velocidades de carrera.
En una revisión de los hallazgos de su investigación de que los picos de fuerza de impacto vertical no cambian apreciablemente con las variaciones en la dureza de la entresuela de las zapatillas de correr (a menos que la entresuela sea tan suave que toque fondo), Nigg y sus compañeros de trabajo señalaron que el "sentido común" predeciría que se producirían picos de fuerza de impacto más pequeños al correr sobre entresuelas más suaves. Sin embargo, la realidad era que los sujetos reaccionaron de manera diferente a lo esperado a las variaciones en la dureza de la entresuela. Cada corredor, utilizando el control del sistema nervioso central (SNC), modificó su estrategia de aterrizaje durante la carrera dependiendo de la dureza de la entresuela "para mantener constantes los picos de fuerza de impacto externo". Por lo tanto, la suposición común hecha entonces, y aún hoy en día, de que la dureza de la entresuela siempre se puede usar para reducir las fuerzas de impacto durante la carrera es errónea.13
Efectos de las zapatillas para correr en la pronación del pie trasero durante la carrera
La cuestión de si las zapatillas para correr podrían modificar la cantidad, la velocidad y las aceleraciones de la pronación del pie trasero que ocurrían en la carrera fue estudiada en 1983, en el Laboratorio de Investigación Deportiva Nike, por Clarke y sus colegas. Estos investigadores midieron la pronación y supinación del plano frontal de 10 sujetos corriendo a una velocidad de 3,8 m/seg (paso de 7:03 millas) en una cinta de correr. Cada sujeto llevaba 36 zapatos diferentes con diferentes construcciones, incluyendo zapatos con tres durómetros de la entresuela, tres tipos de abalas de la suela del pie trasero y cuatro diferenciales diferentes de altura del talón. El diferencial de altura del talón es la diferencia de grosor entre la suela del pie trasero y la suela del antepié (es decir, caída del talón). El estudio mostró que las zapatillas para correr con entresuelas más suaves (25 durómetros) permitieron que el pie alcanzara una mayor posición pronada y tenera más movimiento total en el plano frontal del pie trasero que las zapatillas con la entresuela media (35 durómetro) o la entresuela más dura (45 durómetros). Además, las zapatillas para correr con un ensanche del talón 00 permitieron más pronación del pie trasero que las zapatillas de correr con 150 o 300 acampanamientos de suela del pie trasero. Se encontró que el diferencial de altura del talón no tenía ningún efecto en la pronación del pie trasero.
En 1988, Nigg y Bahlsen investigaron la influencia del ensallamiento de la suela del pie trasero de la zapatilla de correr y la dureza de la entresuela del pie trasero en la pronación del pie trasero y las fuerzas de impacto externos. 14 sujetos masculinos de ataque al pie trasero corrieron a 4 m/seg (6:42 milla/paso) sobre una placa de fuerza con análisis de movimiento bidimensional (2D) en zapatillas de running con un 160, 00, y una suela lateral redondeada del pie trasero, con entresuelas de diferente dureza. Descubrieron que los aumentos en el ángulo de llamarada lateral de la suela del pie trasero aumentaron la pronación inicial del pie trasero, pero no influyeron en la pronación total del pie. Las entresuelas más duras en los zapatos con un ensancha lateral del talón alteraron los picos de fuerza de impacto vertical, pero no alteraron los picos de impacto si la entresuela del zapato era suave. Los investigadores sugirieron que la mejor construcción de zapatillas para correr para producir una baja pronación inicial y bajos picos de fuerza de impacto vertical sería un material de entresuela relativamente duro sin destello lateral de la suela del trasero. La investigación de un año antes también demostró que la pronación inicial del pie trasero disminuyó constantemente cuando la parte del pie trasero de la suela del zapato cambió de una llamarada pronunciada a ninguna llamarada y luego a una forma de suela lateral redondeada del trasero.
A partir de los resultados de la investigación disponible de la época, Nigg y sus colegas sugirieron que para reducir la pronación del pie trasero del corredor, el material de la entresuela en la parte lateral de la suela del pie trasero, donde la fuerza del impacto ocurre por primera vez, debería ser más suave que el resto de la entresuela. Sugirieron una disposición de la entresuela de doble densidad en la entresuela del pie trasero, con el componente de la entresuela más suave ubicado lateralmente en el pie trasero y el componente de la entresuela más duro ubicado medialmente en el pie trasero, con el fin de reducir la pronación del pie trasero durante la carrera. Estos investigadores también encontraron una reducción drástica en la pronación del pie trasero cuando experimentaron con esta construcción de la entresuela del pie trasero de doble densidad en dos corredores que eran "pronadores pesados".
Luego, en 1980, a partir de estos hallazgos de la investigación, Barry Bates, director del laboratorio de biomecánica de la Universidad de Oregón, obtuvo la patente estadounidense #4363189 en 1982 para una "Zapatilla para correr con amortiguación diferencial" que incorporaba la idea de una entresuela medial de durómetro más alta y una entresuela lateral de durómetro inferior en la parte trasera del pie trasero de la zapapatilla para correr para limitar la pronación inicial del pie trasero y también ayudar a reducir el pico de la fuerza de impacto vertical durante la carrera. La idea resultante de la entresuela del pie trasero de doble densidad se introdujo por primera vez en el mercado de las zapatillas para correr a mediados de la década de 1980 y ahora es una parte integral de casi todas las zapatillas de running de "estabilidad" y "control de movimiento" de hoy en día.
Efectos de las zapatillas para correr en el costo metabólico de correr
Importante para entender la influencia que la dureza de la entresuela y el grosor de la entresuela de las zapatillas para correr pueden tener en el costo metabólico de correr (es decir, la energía metabólica necesaria para correr a un ritmo determinado) es el concepto de que correr se modela comúnmente como equivalente a una masa, (que representa el CoM del cuerpo) que rebota a lo largo del suelo por un resorte de las extremidades inferiores (Fig. 4). Este "modelo de masa de resorte" de correr permite la transferencia efectiva de potencial y energía cinética durante la carrera para aumentar la eficiencia metabólica de la locomoción de carrera.
Otro factor crítico que afecta el costo metabólico de correr es el concepto de que este "resorte" de la extremidad inferior tiene una rigidez variable que es controlada por el SNC. Thomas McMahon y Peter Greene, de la Universidad de Harvard, fueron los primeros en proponer que la extremidad inferior pueda modelarse como una estructura similar a un resorte de rigidez variable durante la carrera que adapta su rigidez dependiendo de las características de rigidez de la superficie de carrera.
Los experimentos innovadores de McMahon y Greene implicaron la construcción de una superficie de carrera de un solo carril hecha de tablas de madera contrachapada soportadas por rieles de madera que podían moverse para alterar la rigidez de la pista. El objetivo de los investigadores era "afinar" la rigidez de la superficie de carrera para mejorar mejor el rendimiento y reducir las tasas de lesiones en los corredores. En su experimento, utilizaron ocho sujetos masculinos que corrieron a 5-8 velocidades de carrera diferentes en cuatro superficies de pista: hormigón, una "pista de almohadas" hecha de almohadas de goma espuma y dos pistas de tabla de cumplimiento intermedio. Su investigación encontró que tener una superficie de carrera con muy baja rigidez (es decir, pista de almohada) resultó en una marcada reducción en el rendimiento del corredor.
Sin embargo, en las pistas de cumplimiento intermedio (es decir, las dos pistas de la tabla), su modelo predijo una ligera mejora de la velocidad con una disminución en el tiempo de contacto del pie y un aumento en la longitud del paso, lo que fue confirmado por sus hallazgos experimentales.19 La investigación de McMahon y Greene sobre el ajuste de la rigidez de la superficie de carrera condujo a la construcción de la primera "pista sintonizada" interior en la Universidad de Harvard en 1977. La "pista afinada" cubierta de Harvard finalmente permitió a los atletas universitarios afeitarse 5 segundos de sus tiempos de millas y reducir su tasa de lesiones.
Poco después de la investigación histórica de McMahon y Greene sobre el uso de superficies eslumentes para mejorar la eficiencia metabólica del running, las compañías de zapatillas para correr comenzaron a intentar incorporar estas características de "retorno de energía" en sus zapatillas para correr. En 1980, E.C. Frederick y sus colegas, del Laboratorio de Investigación Deportiva Nike, realizaron una investigación para descubrir si los zapatos podrían diseñarse para reducir el costo metabólico de correr. Los investigadores tuvieron 11 sujetos corriendo con zapatillas de correr sin suela de aire como de tipo con suela de aire. Las zapatillas con suela de aire, con entresuelas que contienen una vejiga de aire inflada bajo presión, requerían un 2,8 % menos de energía metabólica que las zapatillas de correr de entresuela de EVA convencionales. Estudios posteriores de Frederick et al mostraron mejoras significativas en la eficiencia metabólica al correr con zapatos de estilo de suela de aire.
Más recientemente, en 2012, Jason Franz y sus colegas, del Laboratorio de Locomoción de Boulder de la Universidad de Colorado, investigaron el costo metabólico de correr con zapatos ligeros acolchados frente a correr descalzo. Estudiaron a 12 corredores descalzos con experiencia a 3,35 m/seg (a paso de 8:00 millas) corriendo tanto descalzos como con zapatillas de running acolchadas ligeras (150 g por zapato). Se unieron pequeñas tiras de plomo a los zapatos para determinar el costo de oxígeno de la masa que se agrega a los pies de los corredores. Descubrieron que el costo del oxígeno de correr aumentó aproximadamente un 1 % por cada 100 gramos de masa añadidos al pie, ya sea descalzo o calzado. Correr descalzo y con zapatos no difería en el costo del oxígeno. Sin embargo, los investigadores descubrieron que para condiciones experimentales con igual masa añadida al pie, correr con zapatos requería un 3-4 % menos de energía metabólica que correr descalzo.
Además, en 2014, Tung y sus compañeros de trabajo utilizaron un diseño experimental único para explorar si la amortiguación de las zapatillas para correr podría, por sí sola, tener un efecto en el costo metabólico de correr. Estudiaron a 12 corredores que golpeaban el mediopié en cuatro condiciones: correr descalzo en una cinta de correr normal, correr con zapatillas de running ligeras y acolchadas en una cinta de correr normal y también correr en una cinta de correr con dos condiciones de cinta de correr de "cinturón acolchado", una con una capa de 10 mm de espesor de espuma de etileno y vinilo (EVA) unida y otra con una capa de espuma de EVA de 20 mm unida al cinturón de correr. Curiosamente, correr descalzo en el cinturón de cinta de correr de espuma de 10 mm de espesor requería un 1,63% menos de energía metabólica que correr descalzo sin el cojín de espuma en la cinta de correr. Los investigadores también descubrieron que correr con zapatos y correr descalzo en la cinta de correr con un cinturón normal requería demandas metabólicas iguales y plantearon la hipótesis de que los efectos energéticos beneficiosos de la amortiguación del zapato se contrarrestaron con la masa añadida del zapato en los pies de los corredores.
Ahora se cree comúnmente que el SNC del corredor ajustará la rigidez de sus extremidades inferiores para optimizarla para la rigidez de la superficie sobre la que están corriendo actualmente. Como se señaló anteriormente, McMahon y Greene demostraron por primera vez este concepto en 1979 en sus experimentos con pistas para correr con diferentes rigidezes de superficie.19 Además, Daniel Ferris y colegas del Laboratorio de Locomoción de Berkeley de la Universidad de California demostraron que los corredores eran capaces de ajustar su rigidez de las extremidades inferiores en su primer paso de carrera en una superficie con una rigidez superficial diferente.
También se descubrió que los corredores en su experimento hacían una transición suave entre diferentes superficies para que el camino de su CoM durante la carrera no se viera afectado por el cambio en la rigidez de la superficie sobre la que corrían. Otros investigadores también han confirmado que los corredores optimizarán la rigidez de las extremidades inferiores en respuesta a correr en superficies de rigidez variada, ya sea que la superficie sea parte de la zapatilla de correr (por ejemplo, la entresuela de la zapatilla de correr) o la superficie esté fuera de la zapatilla de correr (por ejemplo, hormigón, hierba, pista o cinta de correr). Este mecanismo controlado por el SNC de optimización de la rigidez de las extremidades inferiores es probablemente responsable de los cambios en el costo metabólico al correr en superficies y/o zapatos de rigidez variada.
Culminación
La zapatilla de running moderna es muy diferente de las zapatillas disponibles para los corredores en 1972. Durante las últimas cuatro décadas, los científicos de los laboratorios modernos de biomecánica han proporcionado una excelente evidencia de investigación sobre cómo las zapatillas para correr pueden afectar las fuerzas de impacto y la pronación del trasero inherentes a la carrera y pueden mejorar la eficiencia metabólica de la carrera. La investigación sofisticada ha llevado a un mejor diseño de las zapatillas y a mejoras en la comodidad, la amortiguación y el rendimiento de las zapatillas modernas para correr. El podólogo de hoy en día necesita estar al tanto de la investigación más importante en biomecánica de zapatos para correr para poder proporcionar el mejor asesoramiento médico sobre las zapatillas de running más adecuadas para sus pacientes de corredor.
Referencias
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