--- title: "Músculos y articulaciones" book: "Biología de secundaria" subject: biology language: es chapter: 9 exercises: 15 source: https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/9-musculos-y-articulaciones --- # Capítulo 9 — Músculos y articulaciones Un futbolista planta el pie, gira y cae agarrándose la rodilla. El diagnóstico, una hora después: rotura de un [ligamento](#def-g10-muscles-and-joints-joint). No hay ningún hueso roto ni ningún músculo que haya fallado; una tira de tejido de unos centímetros, cuyo trabajo era mantener alineados dos huesos, ha cedido ante un giro para el que nunca estuvo hecha. Para entender qué se rompió, y por qué la rodilla necesitará meses para recuperarse, hace falta saber de qué está hecha una [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint), cómo tiran de ella los músculos y qué fuerzas la recorren cuando un cuerpo de setenta kilogramos aterriza sobre una pierna. ## 9.1 La articulación **Definición 9.1 (Articulación).** Una *articulación* es el lugar donde se encuentran dos huesos. En una articulación móvil, como la rodilla, la cadera, el hombro o el codo, los extremos de los huesos están cubiertos por una capa de *cartílago* liso, de unos pocos milímetros de grosor, y encerrados en un saco estanco, la *cápsula*, cuyo revestimiento segrega el *líquido sinovial* que lubrica las superficies. Unas bandas de tejido resistente, los *ligamentos*, van de hueso a hueso cruzando la articulación y limitan sus movimientos a los previstos. En la rodilla, dos medias lunas de cartílago, los *meniscos*, se sitúan entre los huesos y reparten la carga. ![La rodilla en corte: el fémur arriba, la tibia abajo y la rótula por delante, dentro del tendón del músculo del muslo; cartílago en los extremos de los huesos, el menisco entre ellos y los ligamentos que mantienen unidos los huesos.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-muscles-and-joints/fig-ac93cefea13b.svg) *La rodilla en corte: el fémur arriba, la tibia abajo y la rótula por delante, dentro del [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) del músculo del muslo; [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) en los extremos de los huesos, el menisco entre ellos y los [ligamentos](#def-g10-muscles-and-joints-joint) que mantienen unidos los huesos.* **Proposición 9.2 (Para qué sirve cada pieza).** El [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) y el líquido sinovial hacen que las superficies deslicen con menos rozamiento que el hielo sobre el hielo; los meniscos reparten una carga que, si no, se concentraría en unos pocos milímetros cuadrados; los [ligamentos](#def-g10-muscles-and-joints-joint) permiten que la rodilla se doble y se estire pero se oponen a la torsión y a la flexión lateral; la cápsula retiene el líquido. Cada pieza tiene su propia forma de fallar: el [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) se desgasta (artrosis), un menisco se rompe con un giro con la rodilla doblada, y un [ligamento](#def-g10-muscles-and-joints-joint) se esguinza o se rompe cuando se fuerza la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) más allá de su recorrido. **Demostración.** *Admitido a este nivel.* ∎ **Ejemplo 9.3 (Esguince, rotura, luxación).** Tuerce un tobillo en un bordillo: los [ligamentos](#def-g10-muscles-and-joints-joint) del lado externo se estiran más allá de su límite — es un *esguince*; la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) se hincha porque la cápsula sangra y se acumula líquido. Tira con fuerza de un isquiotibial frío: algunas de sus fibras se rompen — es una *rotura* muscular. Cae sobre un brazo estirado: la cabeza del húmero puede salirse de su cavidad — es una *luxación*, con los [ligamentos](#def-g10-muscles-and-joints-joint) y la cápsula estirados o rotos al paso. Ninguna de las tres es una fractura; todas pueden tardar en curar más que una. ## 9.2 Los músculos tiran, y lo hacen por parejas **Definición 9.4 (Músculo esquelético y tendón).** Un *músculo esquelético* es un órgano formado por miles de [células](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/2-la-celula-la-unidad-comun-de-la-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) alargadas, las *fibras musculares*, agrupadas en haces; cada fibra se acorta cuando un nervio la estimula. En sus dos extremos, el músculo se estrecha en un *tendón*, un cordón de tejido no contráctil unido al hueso. Un músculo solo puede *tirar*, acortándose, y solo a lo largo de su propia dirección: mueve una [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) tirando del hueso que hay al otro lado. **Proposición 9.5 (Parejas antagonistas).** Como un músculo no puede empujar, todo movimiento de una [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) exige dos músculos o dos grupos que trabajen en oposición: un *flexor* que dobla la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) y un *extensor* que la estira. Cuando uno se contrae, el otro se relaja y se estira; para mantener una postura, los dos se contraen a la vez. El bíceps flexiona el codo y el tríceps lo extiende; el cuádriceps, en la parte delantera del muslo, extiende la rodilla, y los isquiotibiales, detrás, la flexionan. **Demostración.** *Admitido a este nivel.* ∎ ![Una pareja antagonista en el codo. El bíceps, unido al antebrazo justo después de la articulación, se acorta y dobla el codo; el tríceps, unido por detrás de la articulación, se relaja y se estira. Invierte los papeles para estirar el brazo.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-muscles-and-joints/fig-a74e9389cc69.svg) *Una pareja antagonista en el codo. El bíceps, unido al antebrazo justo después de la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint), se acorta y dobla el codo; el tríceps, unido por detrás de la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint), se relaja y se estira. Invierte los papeles para estirar el brazo.* **Proposición 9.6 (Palancas y fuerzas).** Un hueso que pivota en una [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) es una palanca. El [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) del músculo se inserta a una distancia corta $d$ del punto de giro, mientras que la carga actúa a una distancia $D$ mayor; para el equilibrio, el músculo debe tirar con una fuerza $$ F_{\text{músculo}} = F_{\text{carga}} \times \frac{D}{d}, $$ varias veces mayor que la carga. La disposición cambia fuerza por velocidad y recorrido: un acortamiento pequeño del músculo produce un movimiento amplio y rápido de la mano o del pie, al precio de fuerzas grandes en el [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) y en la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint). **Demostración.** *Admitido a este nivel.* ∎ **Ejemplo 9.7 (Sostener una bolsa).** Una bolsa de $5\,\mathrm{kg}$ (peso $49\,\mathrm{N}$) cuelga de la mano, a $35\,\mathrm{cm}$ del codo; el [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) del bíceps se inserta a $5\,\mathrm{cm}$ de él. El bíceps tira con $49 \times 35/5 = 343\,\mathrm{N}$ — siete veces la carga, el peso de $35\,\mathrm{kg}$ — y la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) del codo queda comprimida con unos $300\,\mathrm{N}$. Los músculos, los [tendones](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) y el [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) están hechos para estas fuerzas; lo que los daña es una fuerza brusca en la dirección equivocada, o una carga repetida más allá de lo que el tejido puede reparar. ![El antebrazo como palanca: el bíceps tira cerca del punto de giro y la carga cuelga lejos de él. F_ músculo × d = F_ carga × D, así que la fuerza del músculo es D/d = 7 veces la carga.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-muscles-and-joints/fig-40761485dea6.svg) *El antebrazo como palanca: el bíceps tira cerca del punto de giro y la carga cuelga lejos de él. $F_{\text{músculo}} \times d = F_{\text{carga}} \times D$, así que la fuerza del músculo es $D/d = 7$ veces la carga.* ## 9.3 Dentro del músculo **Proposición 9.8 (Estructura de una fibra muscular).** Una fibra muscular es una sola [célula](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/2-la-celula-la-unidad-comun-de-la-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) gigante, de $10$–$100\,\text{µ}\mathrm{m}$ de ancho y hasta varios centímetros de largo, con muchos [núcleos](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/2-la-celula-la-unidad-comun-de-la-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle). Está repleta de *miofibrillas* paralelas, cada una de ellas una cadena de unidades repetidas en las que se entrecruzan dos clases de filamentos proteicos, gruesos y finos. La contracción es el deslizamiento de los filamentos finos entre los gruesos, impulsado por el ATP: cada unidad se acorta una fracción, la miofibrilla la suma de todas y la fibra con ella. Las [mitocondrias](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/2-la-celula-la-unidad-comun-de-la-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle) situadas entre las miofibrillas aportan el ATP; una terminación nerviosa sobre cada fibra da la orden. **Demostración.** *Admitido a este nivel.* ∎ ![Del músculo entero a las moléculas que lo acortan: cinco niveles de organización, cada uno un haz del siguiente. El deslizamiento de unos filamentos junto a otros, repetido en cada unidad, es la contracción.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-muscles-and-joints/fig-051cb6f1aa41.svg) *Del músculo entero a las moléculas que lo acortan: cinco niveles de organización, cada uno un haz del siguiente. El deslizamiento de unos filamentos junto a otros, repetido en cada unidad, es la contracción.* **Definición 9.9 (Tipos de fibra).** Las [fibras musculares](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) son de dos tipos principales. Las *fibras lentas* se contraen despacio y con poca fuerza, pero sin cansarse: ricas en [mitocondrias](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/2-la-celula-la-unidad-comun-de-la-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle) y en capilares, rojas por una [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/1-la-composicion-quimica-de-los-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) que almacena oxígeno, funcionan con la respiración y dominan en los músculos de la postura y en los atletas de resistencia. Las *fibras rápidas* se contraen deprisa y con fuerza pero se cansan en menos de un minuto: más pobres en [mitocondrias](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/2-la-celula-la-unidad-comun-de-la-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle), más pálidas, dependen de la reserva fosforada y de la [fermentación](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/4-el-metabolismo-celular#def-g10-cell-metabolism-fermentation) y dominan en los velocistas. La proporción de cada tipo en un músculo dado es en buena medida heredada; el entrenamiento cambia el tamaño y el equipamiento de las fibras más que su número. **Ejemplo 9.10 (Leer una biopsia muscular).** Una tinción para las [enzimas](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/4-el-metabolismo-celular#def-g10-cell-metabolism-metabolism) mitocondriales sobre un corte fino de músculo del muslo muestra un mosaico: fibras oscuras (lentas) y fibras pálidas (rápidas). La muestra de un corredor de maratón es oscura en un 80%; la de un velocista, en un 30%; la de una persona no entrenada, más o menos a partes iguales. La misma tinción sobre ese mismo corredor tras un año de entrenamiento de velocidad muestra las fibras pálidas agrandadas, pero no más numerosas. ## 9.4 Fatiga, daño, reparación **Proposición 9.11 (Límites del músculo).** Un músculo falla de tres maneras distintas. La *fatiga*: la fuerza decae cuando el aporte de ATP no puede seguir el ritmo — en menos de un minuto en las fibras rápidas, al cabo de horas en las lentas — y se recupera con el descanso. El *calambre*: una contracción involuntaria, brusca y sostenida, a menudo por deshidratación o pérdida de sales. La *lesión*: fibras rotas por una fuerza superior a su resistencia, normalmente cuando el músculo está frío, cansado o estirado mientras se contrae. Las fibras se reparan en semanas a partir de [células](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/2-la-celula-la-unidad-comun-de-la-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) de reserva del músculo; un [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) o un [ligamento](#def-g10-muscles-and-joints-joint), mal irrigados, se reparan en meses. **Demostración.** *Admitido a este nivel.* ∎ **Método 9.12 (Analizar una lesión musculoesquelética).** 1. Identifica el movimiento que la causó y su dirección: ¿se movió la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) dentro de su recorrido (problema muscular) o más allá de él (problema de [ligamento](#def-g10-muscles-and-joints-joint) o de cápsula)? 2. Identifica el tejido: las [fibras musculares](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) se rompen (dolor en el vientre del músculo, debilidad); los [ligamentos](#def-g10-muscles-and-joints-joint) se esguinzan (dolor e hinchazón en la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) , inestabilidad); los [tendones](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) se inflaman con la carga repetida; el [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) se desgasta en silencio a lo largo de años. 3. Estima la fuerza: usa la regla de la palanca; recuerda que aterrizar o frenar multiplica varias veces el peso del cuerpo. 4. Predice la recuperación a partir de la irrigación del tejido: el músculo en semanas, el [ligamento](#def-g10-muscles-and-joints-joint) y el [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) en meses, el [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) casi nada. **Observación 9.13 (Por qué funciona el calentamiento).** Diez minutos de movimiento suave suben la temperatura de los músculos uno o dos grados, lo que hace sus [proteínas](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/1-la-composicion-quimica-de-los-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) más extensibles y sus [enzimas](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/4-el-metabolismo-celular#def-g10-cell-metabolism-metabolism) más rápidas; abre los capilares que van a entregar el oxígeno del [Capítulo 8](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/8-el-corazon-y-los-pulmones-durante-el-esfuerzo#ch-g10-heart-lungs-effort) y engruesa la película de líquido sinovial sobre el [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint). Un músculo frío al que se pide una contracción máxima es la causa más frecuente de una rotura; una [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) cargada antes de que su líquido se haya repartido se desgasta más deprisa. ## 9.5 Ejercicios **Ejercicio 9.1 ★.** Nombra las piezas de una [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) móvil y da el papel de cada una. **Solución de Ejercicio 9.1.** [Cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) en los extremos de los huesos (deslizamiento suave, reparto de la carga); cápsula (sella la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint)) con su líquido sinovial (lubricación); [ligamentos](#def-g10-muscles-and-joints-joint) (mantienen unidos los huesos y limitan los movimientos); en la rodilla, meniscos (reparten la carga). **Ejercicio 9.2 ★.** ¿Cuál es la diferencia entre un [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) y un [ligamento](#def-g10-muscles-and-joints-joint)? **Solución de Ejercicio 9.2.** Un [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) une un músculo a un hueso y transmite su tirón; un [ligamento](#def-g10-muscles-and-joints-joint) une hueso con hueso cruzando una [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) y limita su movimiento. Ninguno de los dos se contrae. **Ejercicio 9.3 ★.** ¿Por qué toda [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) necesita al menos dos músculos para moverse? **Solución de Ejercicio 9.3.** Un músculo solo puede tirar acortándose; no puede empujar. Para mover una [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) en los dos sentidos hacen falta un flexor y un extensor, cada uno de los cuales deshace lo que hizo el otro. **Ejercicio 9.4 ★.** Distingue un esguince, una rotura muscular y una luxación por el tejido afectado. **Solución de Ejercicio 9.4.** Esguince: un [ligamento](#def-g10-muscles-and-joints-joint) estirado o roto. Rotura muscular: [fibras musculares](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) desgarradas. Luxación: el extremo de un hueso forzado fuera de su [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint), con la cápsula y los [ligamentos](#def-g10-muscles-and-joints-joint) estirados o rotos. **Ejercicio 9.5 ★.** Da dos diferencias entre las [fibras musculares](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) lentas y las rápidas. **Solución de Ejercicio 9.5.** Fibras lentas: lentas, poco potentes, incansables, ricas en [mitocondrias](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/2-la-celula-la-unidad-comun-de-la-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle) y capilares, rojas, funcionan con la respiración. Fibras rápidas: rápidas, potentes, se cansan en un minuto, pocas [mitocondrias](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/2-la-celula-la-unidad-comun-de-la-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle), pálidas, funcionan con la reserva fosforada y la [fermentación](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/4-el-metabolismo-celular#def-g10-cell-metabolism-fermentation). **Ejercicio 9.6 ★★.** Se sostiene en la mano una mancuerna de $2\,\mathrm{kg}$, a $32\,\mathrm{cm}$ del codo; el bíceps se inserta a $4\,\mathrm{cm}$ de él. Calcula la fuerza del bíceps ($g = 9.8\,\mathrm{N}/\mathrm{kg}$). **Solución de Ejercicio 9.6.** Carga $2 \times 9.8 = 19.6\,\mathrm{N}$; fuerza del bíceps $19.6 \times 32/4 \approx 157\,\mathrm{N}$. **Ejercicio 9.7 ★★.** Explica por qué el bíceps y el tríceps deben contraerse los dos para mantener quieto el brazo frente a un empujón imprevisible. **Solución de Ejercicio 9.7.** El empujón puede venir en cualquier dirección, y cada músculo solo puede resistir una. Contraerse los dos rigidiza la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) en ambos sentidos a la vez; venga por donde venga el empujón, uno de ellos ya está tirando en contra. **Ejercicio 9.8 ★★.** Una fibra muscular de $3\,\mathrm{cm}$ de largo se acorta un 20% al contraerse. ¿Cuánto se desplaza la mano si el [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) de la fibra se inserta a $5\,\mathrm{cm}$ del codo y la mano está a $35\,\mathrm{cm}$ de él? **Solución de Ejercicio 9.8.** La fibra se acorta $0.6\,\mathrm{cm}$; el [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) mueve el hueso $0.6\,\mathrm{cm}$ a $5\,\mathrm{cm}$ del codo, así que la mano se desplaza $0.6 \times 35/5 = 4.2\,\mathrm{cm}$. **Ejercicio 9.9 ★★.** ¿Por qué el hombro, la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) más móvil del cuerpo, es también la que más a menudo se luxa? **Solución de Ejercicio 9.9.** La movilidad exige una cavidad poco profunda y [ligamentos](#def-g10-muscles-and-joints-joint) laxos; esa misma laxitud deja que la cabeza del húmero salga de la cavidad cuando una fuerza la empuja más allá del recorrido que los [ligamentos](#def-g10-muscles-and-joints-joint) pueden sujetar. **Ejercicio 9.10 ★★.** A un corredor le da un calambre en el gemelo al final de una carrera calurosa. Propón dos causas del capítulo y un remedio. **Solución de Ejercicio 9.10.** La deshidratación y la pérdida de sales por el sudor, y la fatiga de las fibras al final de la carrera. Remedio: estirar el músculo con suavidad y beber agua con sal. **Ejercicio 9.11 ★★.** Con el [Ejemplo 9.10](#ex-g10-muscles-and-joints-biopsy), explica por qué un velocista que se entrena para un maratón mejora menos de lo que podría mejorar una persona no entrenada de su misma edad. **Solución de Ejercicio 9.11.** El muslo del velocista es un 70% de fibras rápidas, y la proporción está en buena medida heredada; el entrenamiento agranda las fibras y mejora su equipamiento, pero no convierte su número. La persona no entrenada parte de mitad y mitad y tiene más fibras lentas que desarrollar. **Ejercicio 9.12 ★★★.** Al aterrizar de un salto, la rodilla se dobla y el [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) del cuádriceps soporta unas cuatro veces el peso del cuerpo. Para un atleta de $70\,\mathrm{kg}$, calcula esa fuerza. El [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) tiene una sección de unos $1\,\mathrm{cm}^{2}$ y se rompe hacia $100\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$; ¿a qué distancia está de la rotura? **Solución de Ejercicio 9.12.** $4 \times 70 \times 9.8 \approx 2.7\,\mathrm{kN}$. Tensión $2744/100 \approx 27\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$: alrededor de una cuarta parte de la tensión de rotura, un factor de seguridad de cuatro. **Ejercicio 9.13 ★★★.** Un [ligamento](#def-g10-muscles-and-joints-joint) roto cura en meses, un músculo roto en semanas y un [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) dañado casi nada. Relaciona los tres casos con la irrigación de los tejidos y con las [células](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/2-la-celula-la-unidad-comun-de-la-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) disponibles para la reparación. **Solución de Ejercicio 9.13.** El músculo está muy irrigado y contiene [células](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/2-la-celula-la-unidad-comun-de-la-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) de reserva que reconstruyen fibras: semanas. Los [ligamentos](#def-g10-muscles-and-joints-joint) tienen pocos vasos, así que los nutrientes y las [células](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/2-la-celula-la-unidad-comun-de-la-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) reparadoras llegan despacio: meses. El [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) no tiene ningún vaso sanguíneo y casi ninguna [célula](https://one-course.com/books/biology/2/es/chapter/2-la-celula-la-unidad-comun-de-la-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) que se divida; se alimenta solo del líquido sinovial y apenas se repara. **Ejercicio 9.14 ★★★.** El culturismo agranda los músculos; los estiramientos aumentan el recorrido de una [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint). ¿Qué tejido cambia cada uno y por qué ninguno de los dos cambia el número de fibras? **Solución de Ejercicio 9.14.** El culturismo engrosa las fibras (más miofibrillas en cada una) y los estiramientos alargan el conjunto músculo–tendón y la tolerancia de la cápsula. El número de fibras queda fijado al principio de la vida; el músculo adulto crece o mengua cambiando el tamaño de las fibras que ya tiene. **Ejercicio 9.15 ★★★.** El [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) de la rodilla de una persona mayor se ha desgastado hasta la mitad de su grosor. Explica, con el capítulo, por qué le duele la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) al subir escaleras, por qué los meniscos importan más que antes y por qué los músculos que rodean la rodilla forman parte del tratamiento. **Solución de Ejercicio 9.15.** En las escaleras, la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) soporta varias veces el peso corporal; un [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) más fino transmite esa presión al hueso de debajo, que tiene nervios y duele. Con menos [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint), los meniscos son lo último que reparte la carga. Unos músculos fuertes alrededor de la rodilla absorben parte del impacto y estabilizan la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint), y así reducen la presión máxima sobre el [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) que queda. ## 9.6 Problema: Las fuerzas de una rodilla **Problema 9.1.** Problema de fin de semana — la rodilla de un futbolista desmontada: la palanca de la pierna, el tirón del músculo del muslo, el ligamento que se rompió y las cifras que soporta un tendón en cada paso Karim, de $70\,\mathrm{kg}$, se lesionó la rodilla girando con brusquedad sobre el pie plantado. Toma $g = 9.8\,\mathrm{N}/\mathrm{kg}$. El [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) del cuádriceps se inserta en la tibia a $5\,\mathrm{cm}$ del punto de giro de la rodilla; el empuje del suelo sobre el pie actúa a unos $20\,\mathrm{cm}$ de él cuando la rodilla está muy doblada, como en un aterrizaje. **Parte I — De pie y al andar.** 1. Calcula el peso de Karim. 2. De pie sobre una pierna con la rodilla algo doblada, el suelo empuja el pie hacia arriba con todo su peso, actuando a $10\,\mathrm{cm}$ del punto de giro de la rodilla. Calcula la fuerza del [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) del cuádriceps. 3. Al subir un escalón, la rodilla se dobla más y la fuerza del suelo actúa a $20\,\mathrm{cm}$ del punto de giro. Vuelve a calcular la fuerza del [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) . 4. Expresa los dos resultados como múltiplos del peso corporal y explica por qué las escaleras cansan los muslos. 5. ¿Qué grupo muscular es el antagonista del cuádriceps, y qué está haciendo durante el paso? **Parte II — El aterrizaje.** 6. Al caer de un remate de cabeza, el suelo empuja con tres veces el peso de Karim, a $20\,\mathrm{cm}$ del punto de giro. Calcula la fuerza del [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) . 7. La sección del [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) es de $1.2\,\mathrm{cm}^{2}$ . Calcula la tensión en él, en newtons por milímetro cuadrado, y compárala con la tensión de rotura, de unos $100\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$ . 8. Las superficies de la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) quedan comprimidas por aproximadamente la fuerza del [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) más la fuerza del suelo. Calcula esa carga y después la presión sobre el [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) si el área de contacto es de $6\,\mathrm{cm}^{2}$ con los meniscos y de $1\,\mathrm{cm}^{2}$ sin ellos. 9. Deduce por qué una rodilla que ha perdido un menisco desgasta antes su [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) . 10. Explica qué aporta el líquido sinovial durante el aterrizaje. **Parte III — La lesión.** 11. Karim tenía el pie plantado y el cuerpo giró: ¿qué dirección de movimiento se le impuso a la rodilla, y qué tejido está hecho para resistirla? 12. ¿Por qué el cuádriceps, capaz de tirar con varios kilonewtons, no protegió el [ligamento](#def-g10-muscles-and-joints-joint) ? 13. La rodilla se hinchó en una hora. ¿Qué la llenó y qué parte de la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) quedó rota? 14. Una prueba de imagen muestra el [ligamento](#def-g10-muscles-and-joints-joint) roto y un menisco desgarrado. Con el [Método 9.12](#met-g10-muscles-and-joints-analyse) , predice el tiempo de recuperación de cada uno y justifícalo por su irrigación. 15. Karim pregunta por qué el cirujano quiere fortalecerle los isquiotibiales antes de la operación. Responde con la [Proposición 9.5](#prop-g10-muscles-and-joints-antagonists) . **Parte IV — Cada paso cuenta.** 16. Karim da unos 8000 pasos al día; la mitad con la pierna lesionada. Con la fuerza de la pregunta 2, ¿cuántas veces al día soporta el [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) al menos esa carga? 17. A lo largo de un año, ¿cuál es el número total de cargas? Explica por qué un [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) inflamado por el uso excesivo (tendinitis) necesita reposo y no fuerza. 18. Durante un partido cae de salto unas 40 veces. Compara la carga total soportada en los aterrizajes (pregunta 6) con la soportada en los pasos del día. 19. Correr duplica la fuerza del suelo respecto de andar. ¿Por qué los médicos recomiendan bicicleta y natación en lugar de correr para una rodilla en recuperación? 20. Enuncia el resultado: el múltiplo del peso corporal que soporta el [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) del cuádriceps en un escalón y en un aterrizaje, y el único tejido de la rodilla cuya resistencia esas cifras nunca pusieron a prueba — hasta el giro. **Solución de Problema 9.1.** **1.** $70 \times 9.8 = 686\,\mathrm{N}$. **2.** $686 \times 10/5 \approx 1.4\,\mathrm{kN}$. **3.** $686 \times 20/5 \approx 2.7\,\mathrm{kN}$. **4.** Dos y cuatro veces el peso corporal: en cada escalón, el cuádriceps tira con el peso de cuatro personas, y por eso arden los muslos en una subida larga. **5.** Los isquiotibiales, en la parte posterior del muslo; se relajan y se estiran mientras el cuádriceps estira la rodilla, y se contraen ligeramente para estabilizar la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint). **6.** Fuerza del suelo $3 \times 686 \approx 2.06\,\mathrm{kN}$; fuerza del [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) $2058 \times 20/5 \approx 8.2\,\mathrm{kN}$, doce veces el peso corporal. **7.** $8232/120 \approx 69\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$: unas dos terceras partes de la tensión de rotura. Cada aterrizaje consume casi todo el margen del [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle). **8.** Carga $8.2 + 2.1 \approx 10.3\,\mathrm{kN}$. Con los meniscos: $10300/600 \approx 17\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$; sin ellos: $10300/100 \approx 103\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$, seis veces más. **9.** Seis veces la presión sobre el mismo [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) en cada aterrizaje: la superficie se machaca más deprisa de lo que puede mantenerse, y se desgasta. **10.** Una película de líquido entre los [cartílagos](#def-g10-muscles-and-joints-joint), para que deslicen durante la flexión sin rozamiento seco, y una ligera amortiguación del impacto. **11.** Un giro de la tibia bajo el fémur, con una flexión lateral: rotaciones para las que la rodilla no está hecha y a las que los [ligamentos](#def-g10-muscles-and-joints-joint) están ahí para resistirse. **12.** El cuádriceps solo tira a lo largo de la pierna y estira la rodilla; no tiene ninguna acción contra un giro. Y la lesión ocurre en unas centésimas de segundo, más deprisa que cualquier respuesta muscular. **13.** Sangre de los vasos del [ligamento](#def-g10-muscles-and-joints-joint) roto y de la cápsula, más líquido sinovial de más: la cápsula quedó rota o inflamada y la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) se llenó. **14.** El [ligamento](#def-g10-muscles-and-joints-joint), mal irrigado, necesita meses y a menudo cirugía; el menisco desgarrado, [cartílago](#def-g10-muscles-and-joints-joint) casi sin vasos, no suele curar y la parte rota se recorta o se sutura. **15.** Los isquiotibiales son los antagonistas del cuádriceps y tiran de la tibia hacia atrás; una pareja fuerte que se contraiga a la vez rigidiza la rodilla frente al deslizamiento hacia delante que el [ligamento](#def-g10-muscles-and-joints-joint) roto ya no impide, y protege la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) antes y después de la cirugía. **16.** Unas 4000 veces al día a $1.4\,\mathrm{kN}$ o más. **17.** Unas $1.5 \times 10^{6}$ cargas al año. La tendinitis es un daño que se acumula más deprisa que la lenta reparación del tejido tendinoso; solo el reposo deja que la reparación alcance al daño, ya que la fuerza no reduce la carga de cada paso. **18.** Aterrizajes: $40 \times 8.2 \approx 330\,\mathrm{kN}$ en total; pasos: $4000 \times 1.4 \approx 5600\,\mathrm{kN}$ — los pasos soportan diecisiete veces más carga total, pero los aterrizajes soportan los picos que amenazan con romper. **19.** Duplicar la fuerza del suelo duplica las fuerzas del [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) y de la [articulación](#def-g10-muscles-and-joints-joint) en cada zancada; la bicicleta y la natación trabajan los músculos cargando la rodilla muy por debajo del peso corporal. **20.** El [tendón](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) del cuádriceps soporta cuatro veces el peso corporal en un escalón y unas doce en un aterrizaje; los [ligamentos](#def-g10-muscles-and-joints-joint), a los que esas cargas nunca ponen a prueba, fueron el tejido que encontró el giro.