Biomecánica

Biomecánica

La biomecánica es la ciencia que estudia los efectos de las fuerzas aplicadas sobre las estructuras biológicas, en este caso sobre los seres humanos. La biomecánica estudia, mediante la integración de diferentes disciplinas, como pueden ser la física, la epidemiología y la ingeniería, los mecanismos lesivos explicando las lesiones producidas en las estructuras biológicas.

Si hacemos una búsqueda de la palabra biomecánica en cualquier buscador de internet nos van a aparecer multitud de artículos sobre la biomecánica aplicada al deporte. En RiveKids queremos escribir y dar a conocer un poco más la biomecánica aplicada a la seguridad pasiva de adultos y a la seguridad pasiva infantil.

La ingeniería trata de evitar accidentes de tráfico mediante la seguridad activa y, una vez producido el impacto, trata de reducir las consecuencias del accidente sobre las personas mediante la seguridad pasiva. Además, una vez se ha producido el accidente, llega la hora de la pos-seguridad, en la que los equipos de emergencias y sanitarios tienen que salvar la vida y ayudar en la recuperación de las personas accidentadas. Todo junto forma la Seguridad Global en automoción.

La biomecánica persigue los siguientes objetivos en lo relativo a seguridad pasiva en el automóvil:

• Identificar y definir los mecanismos de lesión.
• Poder predecir qué respuesta tendría el cuerpo de un ser humano ante una fuerza o aceleración determinada.
• Determinar el umbral de tolerancia fisiológica de una estructura anatómica bajo estudio y asociarlo a una magnitud que se pueda cuantificar (valor o criterio biomecánico).

¿Qué es un valor o criterio biomecánico?

Un valor o criterio biomecánico es la asociación de un mecanismo de daño, a través de un parámetro físico o una función de parámetros, con una determinada probabilidad de lesión. El valor o criterio biomecánico nos marca el valor expresado en un parámetro físico a partir del cual las probabilidades de sufrir una lesión son mayores. Por ejemplo, en un impacto, un niño que sufra un pico de deceleración superior a 80 g durante 3 milisegundos sufriría lesiones no compatibles con la vida. El valor o criterio biomecánico de la aceleración máxima en 3 milisegundos en cabeza es un ejemplo.

Para acercar más la biomecánica a la seguridad pasiva infantil y poner más ejemplos, en la última normativa de homologación de sistemas de retención infantil se miden una serie de valores o criterios biomecánicos que, de ser sobrepasados, no permitirían la homologación del sistema de retención infantil en cuestión.

Pongamos un ejemplo usando la normativa de homologación ya mencionada ECE R129 (i-Size).

 

Vemos que la normativa de homologación de sistemas de retención infantil, para los ensayos de impacto frontal y trasero, define 5 valores o criterios biomecánicos que, además, tienen distinto valor máximo según el dummy con el que se realice el ensayo de impacto. La normativa divide entre dummies Q0, Q1, Q1.5, Q3 y Q6 de los que explicamos todas las diferencias en el artículo dummies crash test.

• Criterio de comportamiento en cabeza, HPC (15).
• Aceleración máxima de cabeza en 3 ms.
• Fuerza de tensión en la parte superior del cuello.
• Momento de flexión en la parte superior del cuello.
• Aceleración máxima del tórax en 3 ms.

Estos son cinco valores o criterios biomecánicos que se utilizan para la homologación de sistemas de retención infantil, tanto la fuerza como el momento en cuello se recogen y se revisarán los valores máximos permitidos en los próximos años. Es evidente que la biomecánica tiene mucho que decir, de hecho lo dice, en todo lo relativo a seguridad en el impacto.

La biomecánica y, en concreto, el valor o criterio biomecánico, nos ayuda a tener una referencia a la hora de evolucionar la técnica y mejorar la seguridad. Si mediante la técnica conseguimos reducir el HPC 15 (Criterio de Comportamiento en Cabeza) sabemos que estamos mejorando la seguridad. Gracias a estos valores o criterios biomecánicos y a la familia de dummies Q tenemos la posibilidad de conseguir hacer muchos crash test comparando esos 5 valores o criterios biomecánicos y viendo cómo unas y otras modificaciones les van mejorando. “Si buscas resultados distintos, no hagas siempre lo mismo.” A.E. La biomecánica nos permite, sobre un mismo ensayo y con los mismos medios de medición, poder ir incorporando alteraciones que varíen ese resultado para mejorarlo.

Sería normal pensar que un dummy se parece poco a un niño o un dummy de adulto a un adulto y es que la biofidelidad externa no es tan importante como la interna. Las formas exteriores, el volumen y masa de cada parte del cuerpo se tienen muy en cuenta, no tanto las articulaciones de las extremidades. En los dummies de niño se desprecia lo que puede pasarle al niño en las extremidades y cómo se mueve un brazo o una pierna en un impacto para centrar la fuerza de la investigación en las lesiones internas, las más severas en los órganos más sensibles. Todo esto va evolucionando gracias a la investigación, hasta hace no mucho el dummy P0 (representa un recién nacido) no tenía ningún sensor y actualmente el dummy Q0 sí tiene sensores en cabeza, cuello y pecho.

Posibles mecanismos de lesión

La biomecánica del impacto no se centra únicamente en los crash test con dummies, eso es sólo una parte, repasamos ahora posibles mecanismos de lesión:

• Flexión.
• Extensión.
• Tracción.
• Compresión.
• Torsión.

Un mismo órgano, una misma parte del cuerpo, tiene distintas resistencias dependiendo de cómo se le aplique la fuerza y, por lo tanto, se podrá romper de formas muy distintas.

Fuente: https://www.efisioterapia.net/articulos/generalidades-las-fracturas

 

El tipo de rotura nos puede indicar si la fuerza a la que ha sido sometido ha sido de compresión, de flexión, de torsión… y en la mayoría de los casos, con la tolerancia adecuada, la biomecánica nos ayuda a entender la intensidad de dicho impacto.

Tres tipos de impactos

Ante una deceleración brusca, sea de la naturaleza que sea, si viajamos en un vehículo vamos a experimentar tres impactos:

• El primer impacto consiste en el impacto del vehículo contra un objeto. No es lo mismo viajar en un tren y que choque contra otro, que en un camión y que choque contra un coche o que un coche choque contra un muro rígido. El propio vehículo en el que viajamos y el objeto contra el que choquemos va a determinar la severidad del impacto.
• El segundo impacto consiste en el impacto del ocupante con el interior del vehículo. Si no hay elementos de seguridad como el cinturón de seguridad el ocupante chocará contra el salpicadero o la luna, por ejemplo.
• El tercer impacto lo sufren los órganos internos del ocupante dentro del organismo. Estos movimientos de los órganos pueden producir lesiones no compatibles con la vida.

Hace unos años escuchamos al Doctor en Ingeniería Biomédica Carlos Arregui-Dalmases explicar los tres impactos que se producen en un accidente de tráfico de forma muy gráfica con un “canario” en una “jaula” para canarios dentro de un coche. Si llevamos un canario en el asiento trasero del coche en su jaula bien sujeta con el cinturón de seguridad y sufrimos un impacto frontal: Primer impacto el coche decelera bruscamente hasta 0 km/h. El segundo impacto es el que la jaula sufre contra el cinturón de seguridad que la retiene dentro del asiento. El tercer impacto es el que sufre el canario contra los barrotes de la jaula y que, dependiendo de la severidad, estos barrotes le “cortarán en trocitos” o no. El símil que planteó el profesor de Biomecánica Carlos Arregui es que la jaula somos nosotros, un ser humano, un adulto o un niño, la jaula es nuestro pecho. Los barrotes de la jaula son las costillas y el canario es nuestro corazón. Carlos Arregui lo cuenta mucho mejor que nosotros, lo cuenta tan bien que siempre usamos este ejemplo para explicarlo.

Tipos de colisión

Salvo los ensayos de impacto, crash test, realizados en un entrono controlado como un centro tecnológico, la variabilidad de las tipologías puede ser infinita, por eso vamos a resumirlo en: Frontal, Lateral y Alcance. Siendo conscientes que en realidad se producen muchas variaciones y distintos niveles de solape, por eso, para entender el concepto lo simplificamos.

Frontal

El impacto frontal es aquel en el que un vehículo que circula a una velocidad x choca frontalmente contra otra cosa que puede ser otro coche o un objeto. El coche sufre una deceleración brusca y los ocupantes van a seguir a la misma velocidad y dirección hasta que algo les pare: Salpicadero, cinturón, cinturón y airbag, arnés, etc.

Los impactos frontales producen, de forma habitual, lesiones en torso y tórax, traumatismos craneoencefálicos, lesiones en cuello y en la columna vertebral.

En un impacto los ocupantes siempre tienen un pico de aceleración mayor que el pico de aceleración del propio vehículo, puesto que el vehículo tiene más milisegundos para detener la velocidad hasta 0. Y recuerden que la severidad del impacto la marca la deceleración, no la velocidad.

Si un coche choca a 50 km/h contra un muro de hormigón (barrera no deformable) con 100 % de solape (todo el morro) más o menos pasa que un adulto sin cinturón en 90 milisegundos estaría detenido bruscamente contra el salpicadero o volante.

El coche se va a detener por completo y el adulto, primera ley de Newton, va a seguir a la misma velocidad y dirección hasta que algo le frene y va a ser a los 60 milisegundos las rodillas contra el salpicadero, a los 75 milisegundos el pecho con el volante, si es el conductor, y a los 90 o 100 milisegundos llegará a velocidad 0 contra el parabrisas.

Si el ocupante lleva el cinturón se va a detener mucho antes, en torno a los 60 o 70 milisegundos y con un pico de deceleración muy inferior, si además tenemos airbag, las lesiones serán menores porque el pico de deceleración será menor. Los elementos de seguridad pasiva tratan de conseguir una deceleración del ocupante lo más parecida posible a la del coche, para así mejorar sus valores o criterios biomecánios y, en consecuencia, mejorar la seguridad. La biomecánica es la ciencia que nos ayuda a estudiar y mejorar esos criterios biomecánicos y, en consecuencia a mejorarlos, para mejorar la seguridad de los usuarios.

Lateral

El impacto lateral es aquel en el que un vehículo sufre un impacto en su lateral o el vehículo desliza de forma lateral hasta encontrar un obstáculo. La biomecánica del accidente es muy similar a la del impacto frontal, salvo que hay menos elementos para la absorción de energía por parte del vehículo y hay menos elementos para la protección del ocupante adulto. En el 2020 y 2021 seguramente veamos grandes avances en materia de seguridad pasiva para impacto lateral, ya que EuroNCAP ha aumentado mucho sus requerimientos de seguridad en impacto lateral y los fabricantes de automoción van a tener que mejorar mucho esta parte.

Las lesiones más comunes en este tipo de impactos son en hemitórax, fracturas de pelvis y lesiones craneoencefálicas, que incluso se pueden producir por la colisión de dos ocupantes (piloto y copiloto) dentro del mismo vehículo.

Alcance

El impacto por alcance es aquél que sufre un vehículo, normalmente cuando está parado, por otro que lo impacta en la parte trasera. La biomecánica de este impacto es diferente a las de los impactos frontales o laterales. En el impacto por alcance el pecho es acelerado hacia delante junto con el respaldo del asiento, pero la cabeza retarda este movimiento respecto al tórax pudiéndose producir una hiperextensión hacia atrás si el reposacabezas no está́ bien colocado. Se puede producir el temido “latigazo cervical”.

Muchos de nuestros lectores y seguidores de redes nos pedían un post en el que hablásemos o escribiésemos de biomecánica y, en concreto, de biomecánica del accidente de tráfico. Confiamos en que con estos párrafos hayáis podido entender un poco mejor esta disciplina y cómo gracias a la combinación de distintas especialidades, la biomecánica nos ayuda a viajar más seguros dentro del coche.

Para no perder ninguna novedad sobre la seguridad vial y la seguridad pasiva te esperamos en las redes sociales y en nuestro canal de podcast: Seguridad Vial y Educación Vial con RiveKids.

“El verdadero viaje es el que termina como comenzó, con felicidad e inocencia”. RiveKids.