viernes, 10 de abril de 2015

BIOMECÁNICA: LA PISADA DEL CABALLO Artículo escrito por Fernando Morote Ibarrola



Resulta muy obvia la importancia que tiene conocer bien la forma en que el caballo se apoya y se propulsa sobre el suelo que pisa: Usamos al caballo para que nos transporte sobre el suelo. 
En el caso de un automóvil -que es el medio más cotidiano que usamos para ir de un sitio a otro-, los neumáticos y sus características (la presión de inflado, el dibujo, el equilibrado, la anchura, etc.) determinan en gran medida de qué forma la energía producida por el motor se transforma en movimiento hacia adelante. En las competiciones automovilísticas se tiene muy en cuenta qué modelo de neumático da más agarre al suelo, qué otro permite más estabilidad en las curvas, y cuál debe ser el ideal en caso de lluvia.


Eel caso del caballo, los cascos son siempre su punto de contacto con el suelo, sea cual sea el tipo de superficie por el que se desplaza. También nos interesa saber qué ocurre cuando el casco toca el suelo, cómo disipa la energía del impacto, cómo se encarga de transmitir la fuerza y energía desarrollada por las patas -y por todo el cuerpo del caballo- para generar movimiento y propulsión, cómo frena, etc. 






Porque  el casco determina el agarre al suelo, es el que primero amortigua (por ejemplo al recibirse de un salto), y con el que se frena. Y sobre todo con el que el caballo toca, siente y palpa el suelo sobre el que está (¿realmente hay sensibilidad en el casco?. ¿En qué parte de él?). Es decir ¿cómo funciona el casco?. ¿Qué propiedades han conferido al casco los 65 millones de años de evolución del caballo?.


El caballo es un ungulado (anda sobre sus dedos que acaban en pezuñas córneas) perisodáctilo (el número de dedos sobre el que se apoya es impar.). Dentro de este orden taxonómico sólo están la familia de los rinocerontes y de los tapires -que se apoyan en tres dedos, (suborden ceratomorpha); y los équidos -que usan sólo uno (suborden Hippomorpha). Es decir, estamos ante otra singularidad zoológica del caballo.
  





Al igual que los neumáticos avanzan normalmente alineados a la dirección de la marcha, los cascos han de trabajar con las pinzas apuntando en la dirección de avance: Es evidente que -lo mismo que el hombre camina con los dedos de los pies hacia adelante y el talón hacia atrás-, si esto no ocurre así en el caballo, es porque existe alguna anomalía de conformación.

Sin embargo, no resulta tan claro decir si los caballos pisan primero con los  talones o con las lumbres: El ojo humano necesita la ayuda de la cámara lenta para verlo con claridad. En realidad el casco  está diseñado básicamente para pisar primero con los talones y, tras el apoyo, despegar del suelo con las lumbres o punta del casco. (Véanse estos enlaces:
https://www.youtube.com/watch?v=gQI-C0B6hPw)
Hay varios aspectos muy intuitivos que apoyan esto que parece una gran obviedad:
1.La forma óptima de desplazamiento con un menor gasto de energía es la rotación: Pocos inventos tan efectivos como la rueda. En un plano horizontal, cualquier cuerpo apoyado en ruedas mantiene la altura de su centro de gravedad constante. Por tanto, la única energía que se consumiría es la necesaria para vencer la fricción con el plano. El caminar de los animales - incluso el nuestro- imita este ideal físico tan básico. En las carreras el galope de los caballos imita el funcionamiento de una rueda en la que los radios son las cuatro patas. Por eso en galope tendido los caballos disocian la diagonal. (Véase este enlace https://www.youtube.com/watch?v=y04Bj4g7x6Q ).

2.      El movimiento del caballo es primordialmente ganando terreno siempre. Por tanto las patas se mueven como los radios de una bicicleta basculando de delante hacia atrás haciendo avanzar el cuerpo del caballo al pasar por encima del punto de apoyo del casco -que es el centro instantáneo de rotación.
3.      La ranilla y la almohadilla plantar -encargadas de la amortiguación- están en la cara posterior del casco. Si el primer contacto con el suelo se realizara en la parte delantera o por igual en todo el casco, estas estructuras se ubicarían en esos sitios. El hecho de que estén detrás demuestra que el casco está pensado para tocar el suelo primero con los talones.
4.      Por contra la muralla del casco -que está diseñada para soportar el desgaste y la erosión del empuje-, está en la parte anterior. Por tanto el despegue del suelo y la propulsión se hacen con las lumbres.

Esto que parece tan obvio, concita desacuerdo. El caballo pisa diferente si va cuesta arriba o cuesta abajo, como muestran las fotos siguientes: Si camina cuesta abajo lo normal es que pise con los talones tras extender totalmente las articulaciones; y si lo hace cuesta arriba el tranco es más corto y pisa primero con las pinzas.

Por tanto, miremos qué ocurre en el interior del casco cuando el caballo pisa primero con el talón, o primero con las lumbres. Veamos cómo se comportan huesos, articulaciones y tendones representados esquemáticamente en la siguiente figura:

Figura 1: Estructuras internas del casco[1]
Si el caballo pisa primero con los talones, antes de que toque el suelo, todas las articulaciones del casco y la cuartilla están totalmente extendidas, (dándole a la pata una curvatura cóncava en su cara frontal). Y cuando apoya sobre el suelo, todas las falanges están alineadas; y en esa posición es como amortiguan el impacto  y soportan el peso del caballo y del jinete. El impacto o esfuerzo de compresión se reparte entre todas las falanges ya que están alineadas, y se distribuye también por igual a todas las partes del casco. Luego, la articulación del menudillo, al descender y comprimir la cuartilla y el casco, rápidamente tensa el tendón flexor digital profundo. Así, este tendón recibe gran parte de la energía producida en el impacto del casco sobre el suelo, y la almacena para liberárla luego mientras se estira como un resorte, a la vez que la palma del casco y los talones están apoyándose en el suelo.





Figura 2: Pisando primero con los talones[1]
 Justo después ocurren dos cosas (casi) a la vez:
1.      Primero, la articulación del tejuelo o bolillo (entre las 2 últimas falanges en el interior de casco) rota hacia adelante hacia el punto de despegue (que son las lumbres del casco);
2.      y segundo, al despegarse el casco del suelo, la energía que almacenaba el tendón flexor digital profundo se recupera cuando éste pasa de estirado y tensado, a relajado de nuevo.
Los indios de Norteamérica usaban arcos hechos con los tendones de las patas de los bisontes que cazaban. Esto da una idea de la gran capacidad que tiene el material del que están hechos los tendones, para almacenar energía, deformándose; y luego liberarla y transmitirla. El funcionamiento del tendón flexor digital profundo sigue el mismo principio.
Figura 3: Pisando con las lumbres primero[2]
Pero si el casco pisa primero con las lumbres, hay dos efectos negativos sobre el sistema articular del casco: En primer lugar, en el momento del impacto contra el suelo, las falanges no están bien alineadas, y toda la fuerza de compresión la soporta la articulación de las falanges tercera (el tejuelo o bolillo) y segunda (el hueso corto de la cuartilla), aplicándose justo en uno de los extremos de la articulación, -quizá el más débil. Esto hace que el caballo “se rompa” justo por donde señala la flecha de la figura. Soportar este esfuerzo de forma continuada y excesiva es patogénico, y puede originar inflamaciones crónicas (que no se perciben a simple vista), e incluso a daños en los tejidos e hipertrofias óseas en casos muy extremos.
En segundo lugar, justo después del impacto, el menudillo desciende y sobreestira el tendón flexor digital profundo; y cuando el talón bascula hacia atrás para apoyarse, el tendón es de nuevo sobreestirado desde el otro extremo. Estos dos procesos de estiramiento se siguen el uno del otro, resultando en una tensión del tendón flexor digital profundo superior a la normal. Todo hace pensar que en este caso el funcionamiento es impropio a cómo está diseñada la articulación para trabajar en condiciones óptimas. Prueba de ellos es que nunca se ve a un caballo recibirse de un salto si no tiene las patas delanteras completamente estiradas. Luego, es así como se amortigua bien el impacto.
Todo esto está ya publicado en EE.UU. desde 1974 por autores como Robert Bowker (DVM PhD); o James Rooney (DVM PhD) entre otros muchos [3]


Figura 3: Cuando el casco pisa primero con la punta, los huesos de la cuartilla deben cambiar su curvatura de convexa (a la derecha en la foto) a cóncava (a la izquierda) cuando ya soporta el peso.



 
Figura 4: Cuando el casco toca el suelo con los talones primero los huesos de la articulación ya están alineados y con cierta curvatura cóncava hacia adelante (con una extensión total de la articulación) y por tanto, no tiene que cambiar para soportar el peso del caballo y el jinete en el apoyo.
Si esto no fuese así, ¿qué le ocurriría a este jinete de la caballería italiana que se lanza por el terraplén de la foto tomada en 1906 mientras se entrena?

También podemos demostrar con principios físicos que la forma natural de pisar es primero con los talones. Esto ya lo hizo magistralmente el Dr. James Rooney (1927-2008) hace décadas, y -como resultado de sus estudios in vitro,varios miles de disecciones post mortem y otros trabajos-, publicó en 1991 el siguiente análisis mecánico que explica y demuestra esto a la perfección.[4]
¿Cómo soporta el casco el peso del caballo cuando está en reposo?.
Primero, dibujemos la silueta del casco y representemos con círculos rojos el centro de las articulaciones interfalángicas (la articulación tejuelo-hueso corto de la cuartilla; la del hueso corto -hueso largo de la cuartilla; y la del hueso largo de la cuartilla con la caña). Idealmente las 3 falanges están alineadas y por tanto los centros de rotación de sus articulaciones también como se representa con círculos rojos en la figura 4:
Fig.4: Fuerzas actuantes en el casco en estado de reposo.

En la Figura nº 4 representamos por:


·         F: la reacción del suelo al peso del caballo. Esta fuerza ascendente actúa contra el casco.

·         a: Es la distancia desde el punto de aplicación de F al centro de rotación de la articulación. Viene a ser el brazo de palanca con el que F actúa sobre la articulación tendiendo a hacerla girar.

·         CEc: Es la tensión que soportan los tendones extensores.

·         c: Es la distancia del punto de aplicación de CEc al centro de rotación de la articulación. Es el brazo de palanca con el que actúa CEc.

·         DF: Es la tensión que soporta el tendón flexor digital profundo.

·         b: Es la distancia del punto de aplicación de DF al centro de rotación de la articulación. Es el brazo de palanca con el que actúa DF .
·          

Por tanto,  la articulación se ve sometida a estas 3 fuerzas (F, CEc, DF) que tienden a hacerla girar -cada una en su sentido- con un su propio brazo de palanca (a,b,c)-. En Física este concepto se llama Momento y se calcula multiplicando la fuerza por su brazo de palanca.

Mientras el casco está reposo -soportando el peso del caballo-, no hay movimiento; es decir, las 3 palancas descritas se contrarrestan una con otra: F y CEc tienden a hacer girar la articulación en un sentido, pero la palanca que hace DF es en sentido opuesto. Por tanto sus momentos se anulan según esta ecuación:

 DF · b  = F · a +  CEc · b


Esta posición de las fuerzas y palancas también se da cuando el caballo se mueve a poca velocidad o cuando apoya plano el casco (es decir, apoya a la vez talón y punta).
¿Qué ocurre cuando el apoyo es primero con las lumbres?.
Las palancas y las fuerzas cambian su posición según la ilustración siguiente:

                          Fig.2: Fuerzas actuantes en el momento del apoyo con las lumbres.
Cuando el primer apoyo se hace con las lumbres  la reacción F del suelo se aplica sobre la punta del casco adelantándose considerablemente al ápice de la ranilla (la zona donde el casco es más ancho), y la distancia a se hace mucho más grande, aumentando proporcionalmente el momento que hace girar la articulación.
En el instante siguiente, el casco gira hasta apoyarse totalmente; también con los talones. Es muy importante notar que entonces, la articulación del tejuelo se ve forzada a rotar en el sentido contrario a las agujas del reloj -según el dibujo anterior.
Por tanto, el exceso de momento generado ( F x a) ha de ser compensado o absorbido de alguna manera. Las únicas formas de hacerlo son:
1.      que el hueso corto de la cuartilla deslice sobre el tejuelo, friccionando sobre él y comprimiéndolo (a larga genera problemas histológicos y articulares que pueden llegar a ser muy graves).
2.      que el tendón flexor digital profundo se encargue de “tirar” de la articulación, resistiendo mientras se tensa el exceso de palanca anterior. En una palabra, hace trabajar a un tendón que está diseñado para la flexión, como si fuera un cable tensor (o casi extensor) que ha de resistir un extensión. Antinatural.
Esto último se ve claro en la ecuación de momentos que usamos antes:
DF · b = F · a +  CEc ·c
 ¿Qué ocurre cuando el apoyo es primero con el talón?.
Siguiendo con el mismo estilo de ilustraciones lo que ocurre desde el punto de vista de la Física es esto:


Fig.3: Fuerzas actuantes en el momento del apoyo con los talones.
Cuando el apoyo es primero con el talón la fuerza del impacto se aplica al otro lado del eje de las articulaciones, aliviando al tendón flexor digital profundo de las sobretensiones que en el caso anterir debía soprtar. De esta forma est tendón funciona como lo que es: un tendón que flexiona. También, ocurre en este caso que las articulaciones interfalángicas funcionan secuencialmente y con más armonía -compensándose la una a la otra-, y esto le da más estabilidad a todo el sistema de huesos, tendones, ligamentos y cartílagos; repartiendo mejor y más uniformemente los esfuerzos entre todas las estructuras anatómicas invulocradas.
El análisis físico anterior es universal: sus principios sirven para cualquier casco, en cualquier suelo a cualquier aire. Sólo tenemos que hacer la salvedad de que, en el caso de los posteriores, las articulaciones de la cuartilla trabajan ligeramente diferente, y no van tan asociadas en su rotación a la articulación del tejuelo.
Todo esto se complica cuando entramos a estudiar el efecto de otros factores adicionales como el grado de dureza o plasticidad del suelo que el caballo pisa, la forma más redondeada o más alargada del casco (cuanto más alargada mayor es el brazo de palanca a y mayor la sobretensión que ha de soportar el tendón flexor digital profundo).
Y por supuesto, hay que tener también en cuenta el esencial papel de los elementos “amortiguadores”, y que intentaremos aclarar en una próxima entrega.

María Rodríguez Sánchez y Fernando Morote Ibarrola
Ocurrencias Hípicas




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[1]          Si, además, esta forma de pisar se da cuando el caballo se recibe de un salto, la fuerza R puede llegar a ser equivalente a 5 tm. Esto da idea de la magnitud de esta “palanca” o momento que ha de ser resistido por la tensión del tendón digital profundo




[1]        Ilustración tomada de Equine Lameness Prevention Organization -
[2]        Ilustración tomada de Equine Lameness Prevention Organization -
[4]   La publicación a la que hacemos referencia es: Thompson, K N, Rooney, J R , and Petrites-Murphy M B (1991) Considerations on the pathogenesis of navicular disease. Journal of Equine Veterinary Science 11: 4-8.  De todos modos también puede encontrarse en el apéndice del siguiente enlace:http://www.horseshoes.com/farrierssites/sites/rooney/navicular/navicular.htm

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