La biomecánica del ciclismo depende de una activación muscular eficiente y de la estabilización del core. La termografía infrarroja (TRI) ofrece un seguimiento no invasivo de la fatiga muscular. Este protocolo establece una metodología estandarizada para integrar la TI en el análisis biomecánico, con el objetivo de optimizar el rendimiento y prevenir lesiones en ciclistas aficionados mediante un monitoreo fisiológico preciso.
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Artículo de método
Protocolo estandarizado para el monitoreo de la fatiga muscular y biomecánica en ciclistas aficionados mediante termografía infrarroja
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Resumen
Resumen
El uso de bicicletas estáticas ha aumentado significativamente, haciendo que la actividad física sea más accesible para la población general. Sin embargo, la falta de una monitorización precisa y no invasiva durante las sesiones de entrenamiento puede enmascarar desequilibrios musculares y patrones biomecánicos ineficientes. Estos factores, subclínicos en sus primeras etapas, pueden provocar una alta incidencia de lesiones musculoesqueléticas. Actualmente, la evaluación del ejercicio se basa en la percepción subjetiva del esfuerzo o en métricas convencionales de rendimiento, creando una brecha crítica en la detección temprana de problemas fisiológicos antes de que evolucionen a condiciones crónicas. Dado el papel crucial del ejercicio en la salud pública, es imprescindible implementar estrategias de evaluación sostenibles aplicables a distintos niveles de forma física. En este contexto, la termografía infrarroja (TRI) surge como una alternativa prometedora debido a su capacidad para cuantificar la temperatura superficial de la piel, un indicador directo de la actividad metabólica, la termorregulación y el flujo sanguíneo. Este proyecto establece un protocolo metodológico estandarizado utilizando la TIR para monitorizar la respuesta fisiológica durante las sesiones de ciclismo en una población no atlética. La aplicación de este protocolo reveló que la IRT estandarizada puede detectar eficazmente asimetrías térmicas subclínicas y "puntos calientes" localizados en articulaciones (por ejemplo, la rodilla a 32,8 °C) que de otro modo serían indetectables mediante la percepción subjetiva del esfuerzo (escala de Borg) o la monitorización de la cadencia de pedaleo. Controlando sistemáticamente variables ambientales y relacionadas con el sujeto, esta investigación analiza la distribución de la temperatura superficial en la parte inferior del cuerpo para evaluar la biomecánica y la fatiga muscular. Específicamente, el protocolo facilita la correlación entre patrones térmicos, niveles de fatiga y cadencia de pedaleo. Este enfoque no solo apoya la innovación tecnológica en medicina preventiva y salud pública, sino que también sienta las bases para una herramienta de detección temprana capaz de mitigar los riesgos de lesiones y optimizar el bienestar de la población involucrada en esta actividad.
Introducción
La biomecánica del ciclismo es una disciplina multifacética que integra principios de movimiento humano, fisiología muscular y transferencia de energía para optimizar el rendimiento y prevenir lesiones. En esencia, el ciclismo implica una alternancia cíclica entre la fase de potencia—donde los cuádriceps, los glúteos y el gastrocnemio generan la mayor parte de la fuerza propulsora—y la fase de recuperación, durante la cual los isquiotibiales y los flexores de la cadera facilitan el regreso de la pierna a su posición inicial. La transferencia eficiente de energía a los pedales no solo es función de la activación muscular de las extremidades inferiores, sino que también depende de manera crítica de la estabilización del core, lo que garantiza la eficiencia biomecánica y minimiza los movimientos compensatorios que podrían predisponer al ciclista a unalesión 1,2,3.
Actualmente, los investigadores se centran en la evaluación de los patrones de activación muscular, la fatiga y las respuestas termorreguladoras durante elciclismo 3,4,5. Este interés se debe al reconocimiento de que la fatiga muscular es un fenómeno complejo, que afecta el rendimiento y aumenta el riesgo de lesiones, y que su detección y gestión temprana son esenciales tanto para ciclistas de élite comopara recreativos 2,6. Entre la variedad de herramientas de evaluación disponibles, la termografía infrarroja (TI) se ha establecido como una técnica prometedora y no invasiva para monitorizar la actividad muscular y lafatiga 5. La IRT permite visualizar los cambios en la temperatura de la piel, que pueden reflejar la activación muscular subyacente y los procesos termorreguladores durante el ejercicio que tienen un efecto directo en el metabolismo de los atletas 5,7.
A pesar de su potencial, la aplicación de la TI en la investigación y práctica de la biomecánica ciclística se enfrenta a varios desafíos metodológicos. Aunque se han propuesto algunos procedimientos operativos estándar (SOP) en contextos deportivos y clínicosgenerales 8,9, existe una necesidad reconocida de refinar aún más los protocolos existentes para abordar las demandas fisiológicas y de refrigeración convectiva únicas del ciclismoamateur 7,10. La variabilidad en las condiciones ambientales, las inconsistencias en la preparación de los sujetos y la falta de consenso sobre la selección de regiones anatómicas de interés han limitado la reproducibilidad y comparabilidad de los hallazgos entrelos estudios 1,5,7,9. Estas limitaciones subrayan la necesidad de marcos metodológicos rigurosos para aprovechar todo el potencial de la IRT en el contexto delciclismo 7,10,11,12.
La literatura revela que los principales ejes temáticos en este campo incluyen la fisiología del ejercicio, la TI, el monitoreo de la temperatura cutánea, el rendimiento del ejercicio y la termorregulación 2,5,7. Los estudios han demostrado correlaciones significativas entre la temperatura cutánea y los parámetros de activación muscular, como los obtenidos mediante electromiografía superficial (sEMG), lo que sugiere que la TRI puede actuar como marcador sustituto de la fatiga muscular durante el ejerciciodinámico 5. Sin embargo, factores externos como la sudoración, la temperatura ambiente y las diferencias individuales en la capacidad termorreguladora podrían influir en los resultados termográficos, lo que requiere un control cuidadoso y la notificación de las condicionesexperimentales 7.
Del mismo modo, los avances en la monitorización de la fatiga muscular no invasiva se han ampliado más allá de la IRT para incluir técnicas como la sEMG, la mecanomiografía (MMG), la espectroscopía en infrarrojo cercano (NIRS) y la imagen por ultrasonido 13,14,15,16,17. Cada modalidad ofrece perspectivas únicas sobre la función muscular: el sEMG cuantifica la actividad eléctrica durante la contracción, el MMG captura vibraciones mecánicas, el NIRS evalúa la oxigenación muscular y el ultrasonido visualiza la deformación muscular. La integración de la IRT en este entorno multimodal tiene un potencial particular para el ciclismo, donde la monitorización continua y sin contacto es ventajosa. La IRT puede complementar otras modalidades proporcionando datos espacialmente resueltos en tiempo real sobre la distribución de la temperatura de la piel, que pueden reflejar activación muscular localizada, asimetrías y posibles sitios de sobreuso olesión 14,18.
Para superar las inconsistencias metodológicas identificadas en investigaciones previas, el protocolo propuesto en este estudio está estrictamente alineado con los estándares internacionales de termografía clínica y deportiva. Específicamente, los parámetros para la preparación de los sujetos y el control ambiental —como la restricción de estimulantes y actividad física, y el uso de periodos estandarizados de aclimatación— se basan en las directrices establecidas por la Academia Internacional de Termología Clínica (IACT), la Academia Americana de Termología (AAT) y el ProtocoloGlamorgan 8. Además, los entornos ambientales y técnicos, incluyendo la evaluación de emisividad y deformación térmica, siguen las normas ISO 9886 y las recomendaciones de la Asociación Europea de Termología (EAT). Al integrar estas normativas establecidas, este estudio garantiza que las mediciones de IRT reflejen de forma fiable las respuestas fisiológicas, proporcionando un marco sólido para monitorizar la fatiga muscular y la biomecánica en ciclistas recreativos.
No obstante, la aplicación exitosa de la TI en biomecánica ciclística requiere el establecimiento de metodologías estandarizadas. Esto incluye la definición de los periodos de aclimatación previos al ejercicio, el control de la temperatura y humedad ambientes, la preparación consistente del sujeto y la delimitación precisa de regiones anatómicas de interés para el análisis térmico 5,7. Además, el desarrollo de protocolos robustos de análisis de datos mejorará la interpretabilidad y utilidad de los datosIRT 5.
El presente estudio aborda estas carencias proponiendo y validando un marco metodológico integral para la integración de la IRT en el análisis biomecánico en ciclistas recreativos. Mediante el control sistemático de variables ambientales y relacionadas con el sujeto, y correlacionando los datos térmicos con marcadores establecidos de activación muscular y fatiga, este enfoque busca optimizar el seguimiento de la fatiga muscular, contribuir a la prevención de lesiones y mejorar los resultadosde rendimiento 2,5,7,14.
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Protocolo
El protocolo de investigación se llevó a cabo de acuerdo con los principios éticos de la Declaración de Helsinki. Debido a la naturaleza no invasiva y sin contacto de la termografía infrarroja, la seguridad de los participantes se garantizó durante todo el proceso de monitorización. Todos los sujetos proporcionaron su consentimiento informado por escrito antes de iniciar cualquier procedimiento, aceptando el uso de sus datos fisiológicos para fines de investigación. El estudio siguió las directrices internas de investigación de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Querétaro, garantizando el anonimato de los participantes y la protección de datos.
NOTA: Para superar las inconsistencias metodológicas identificadas en investigaciones previas, el protocolo propuesto en este estudio está estrictamente alineado con los estándares internacionales de termografía clínica y deportiva. En concreto, los parámetros para la preparación de los sujetos y el control ambiental siguen las directrices establecidas por la Academia Internacional de Termología Clínica (IACT), la Academia Americana de Termología (AAT) y el Protocolo Glamorgan. Además, los entornos técnicos como la emisividad y la evaluación de deformación térmica siguen las normas ISO 9886 y las recomendaciones de la Asociación Europea de Termología (EAT). La viabilidad de este protocolo fue validada con 60 estudiantes de ingeniería biomédica de la Universidad Autónoma de Querétaro, de entre 20 y 25 años, para garantizar la adhesión al protocolo y la homogeneidad basal. Esta población específica aseguró un alto cumplimiento de las restricciones previas a la prueba y proporcionó una base fisiológica homogénea para verificar la consistencia de las capturas termográficas.
1. Preparación del sujeto y control ambiental (replicabilidad e impacto demográfico)
- Criterios de inclusión y factores temáticos
- Registrar la edad y el sexo de cada sujeto para analizar las diferencias de edad y los efectos sobre el sexo.
- Registrar la altura y la masa del sujeto para su uso en parámetros anatómicos.
- Administrar la escala de Valoración Borg del Esfuerzo Percibido (RPE) (6–20). Instruye al sujeto para que señale el número que representa su nivel de esfuerzo actual antes y después de la prueba para correlacionar los datos fisiológicos con la fatiga subjetiva.
- Restricción de consumo y preparación de la piel
- Prohibir que el sujeto consuma alcohol y nicotina durante 24 horas antes de la medición.
- Evita que el sujeto consuma cafeína y que realice ejercicio intenso durante las 3 horas previas a la prueba.
- Indica al sujeto que no aplique cremas, cosméticos ni ungüentos en las extremidades inferiores durante las 12 horas previas a la prueba.
- Confirma que el sujeto está adecuadamente hidratado y anota esto en la hoja de datos previa al examen.
- Utiliza una báscula clínica para registrar la masa corporal antes de la prueba. Pide al sujeto que consuma 300 mL de agua 30 minutos antes de la sesión para asegurar un estado de hidratación base estandarizado.
- Estandarización de la vestimenta y la postura
- Indica al sujeto que se desnude completamente las extremidades inferiores del cuerpo.
- Proporciona pantalones cortos de ciclismo estandarizados (lycra negra sin costuras visibles).
- Estandarización de las condiciones ambientales y de reposo
- Coloca un termohigrómetro digital a 1 m del sujeto a una altura de 1 m. Verifica que la temperatura ambiente esté entre 18 y 25 °C y que la humedad relativa esté entre el 40% y el 55%. Anota estos valores cada 5 minutos en una hoja de cálculo.
- Asegúrate de que no haya corrientes directas, exposición a la luz solar ni fuentes de calor/frío que puedan influir en la termorregulación.
- Realiza un periodo de descanso estático de 15 minutos sentado para aclimatarte a las condiciones ambientales.
- Coloca al sujeto en la bicicleta fija en la postura requerida.
2. Configuración y adquisición de imágenes termográficas
- Abre el menú interno de configuración de la cámara térmica. Navega hasta Parámetros del objeto e introduce manualmente 0,98 para la emisividad (ε). Ajusta la Temperatura Aparente Reflejada para que coincida con la temperatura ambiente medida en el paso 1.4.1.
- Utiliza la cámara térmica de termografía infrarroja (IRF) con una resolución mínima de 320 x 240 píxeles.
- Establece la emisividad (ε) en 0,98 para la superficie de la piel humana.
- Utiliza un medidor láser o una cinta métrica física para colocar el trípode exactamente a 100 cm del plano lateral del cigüeñal de la bicicleta. Marca la posición de las patas del trípode en el suelo con cinta adhesiva para asegurarte de que no hay desplazamientos entre capturas.
- Introduce la humedad relativa del entorno en los ajustes del instrumento.
- Ajusta la temperatura atmosférica del laboratorio y entra en la temperatura externa.
- Posicionamiento anatómico y adquisición.
- Coloca el termógrafo sobre un trípode y ajusta la altura de la cámara a 30 cm sobre el suelo.
- Coloca el objetivo en un ángulo perpendicular (≈90°) al extremo inferior del sujeto.
- En el software de análisis térmico, selecciona la herramienta de retorno de inversión de Polígono/Rectángulo. Haz clic y arrastra para delimitar una caja de 10 x 5 cm sobre el recto femoral (a medio camino entre la espina ilíaca anterosuperior y la rótula). Haz clic en Calcular para extraer la temperatura media (media T).
- Protocolo de punto de medición
- Captura la imagen termográfica inmediatamente después de completar el descanso de 15 minutos.
- Para asegurar la captura en un plazo de 5 segundos, que el investigador se coloque detrás de la cámara con el enfoque preestablecido. Al señal "Stop pedaling", extiende la pata dominante hasta la posición de las 6 en punto; pulsa inmediatamente el botón de Capturar/Congelar en el gatillo de la cámara.
- Recuperación tras el ejercicio: Captura la tercera imagen termográfica 10 minutos después de completar el ejercicio.
3. Ejecución del protocolo de ejercicio
- Ajusta la bicicleta estática en modo ergómetro con una carga de trabajo fija de 150 W (ajustando el peso del sujeto si se requiere potencia normalizada).
- Coloque un metrónomo digital o utilice la consola integrada de la bicicleta para mantener una cadencia constante de 80 RPM. Instruye al sujeto para mantener este ritmo dentro de un margen de ±5 RPM para asegurar una respuesta termorreguladora en estado estacionario.
- Verifica que la cámara térmica esté configurada en modo de grabación Estándar con un rango de temperatura de 20 °C a 45 °C y una emisividad de 0,98.
4. Análisis de datos y estandarización
- Calcula el desplazamiento térmico (ΔT) usando la fórmula: ΔT = T después - Tpre. Realizar este cálculo tanto para las extremidades dominantes como para las no dominantes para determinar la asimetría térmica (asimetría ΔT = |Tderecha - Tizquierda|)
- Evita manipular o recortar la imagen termográfica original.
- Conservar la resolución inicial de la imagen y completar los metadatos para su análisis.
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Resultados
Biomecánica del ciclismo:
La biomecánica del ciclismo opera en el ciclo de pedaleo. La Fase de Empuje (Hacia abajo) genera la fuerza principal: los cuádriceps (recto femoral, vasto lateral, medialis e intermedio) son los motores principales, extendiendo la rodilla y accionando el pedal. Los glúteos ayudan con la extensión de cadera, proporcionando potencia y estabilidad. Los becerros (Gastrocnemio y Soleo) completan la transferencia de fuerza. La Fase de Tirón y Recup...
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Discusión
La investigación se basa en dos pilares: la eficacia de la termografía infrarroja (TI) como herramienta no invasiva para medir el estrés fisiológico y la urgente necesidad de estandarizar su protocolo metodológico. La justificación para usar la TI para evaluar la fatiga en el ciclismo queda confirmada por un análisis de red (Figura 2), que establece la Temperatura de la Piel y el Monitoreo del Ejercicio como temas centrales en la literatura 1,2,4
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Divulgaciones
Los autores afirman que no tienen intereses financieros en competencia ni relaciones personales conocidas que pudieran haber influido en el trabajo reportado en este artículo.
Agradecimientos
Los autores desean reconocer a Humberto Aguirre Becerra por su lectura crítica del manuscrito.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Escala Borg | Percepción Borg | Escala RPE 6-20 | Escala RPE 6-20 utilizada para correlacionar la fatiga subjetiva con asimetrías térmicas objetivas y puntos críticos subclínicos. |
| Cámara controlada | Instalaciones Internas | Laboratorio de Fisiología | Mantenimiento del entorno en 18 y grados; C a 25 °C; C y 40– 55% de humedad para asegurar una temperatura cutánea estable y minimizar la interferencia convectiva. |
| Hojas de registro de datos | Google Forms (Entrada Digital) | Formularios estandarizados para registrar datos antropométricos (edad, sexo, IMC) y estado de hidratación para controlar variables termorreguladoras individuales. | |
| Consentimiento Informado | Comité Local de Ética | Formato institucional | Documentación aprobada por el Comité de Ética local, que garantiza el cumplimiento de la Declaración de Helsinki para la monitorización no invasiva. |
| Cámara infrarroja | Sistemas FLIR | 49001-2001 | Cámara térmica de alta resolución (320 x 240 px) configurada en ε = 0,98 para medir el calor metabólico localizado y los desplazamientos térmicos (& Delta; T). |
| Herramientas de marcado | BIC / Body Med | Marcador de piel / cinta para suelo | Marcadores seguros para la piel y cinta para el suelo se usan para fijar la distancia cámara al sujeto en exactamente 100 cm y asegurar una alineación anatómica consistente del ROI. |
| Estadio y Escala | SECA | 763 (Emisora Digital) | Herramientas para registrar la altura y la masa corporal; Necesario para calcular la potencia normalizada y documentar las líneas fisiológicas específicas de cada sujeto. |
| Cortos estandarizados | Nike | HV0411-010 / CZ9831-010 | Las prendas de lycra negras se utilizan para estandarizar la emisividad cutánea y proporcionar acceso sin obstáculos a las Regiones de Interés (ROI) de las extremidades inferiores. |
| Bicicleta estática | Monark | 828E Ergomedic | El ergómetro electromagnético se ajusta a una carga de trabajo fija (por ejemplo, 150 W) y cadencia constante (80 RPM) para asegurar una producción metabólica de calor en estado estacionario. |
| Cronòmetro | Casio | HS-3V-1RET | Es fundamental para cronometrar el periodo de aclimatación de 15 minutos y asegurar que la captura de infrarrojos ocurra en menos de 5 segundos tras el ejercicio para evitar una rápida desintegración térmica. |
| Termómetro-higrómetro | Compañía de Control/Rastreable | 4040 | Dispositivo de monitorización en tiempo real; se usaba para introducir la temperatura y humedad ambiente en los parámetros del objeto de la cámara IR para la corrección atmosférica. |
| Trípode | Sistemas FLIR | T197731 | Soporte estable establecido a una altura de 30 cm y un ángulo perpendicular (&asínpico; 90°) hasta las extremidades inferiores para la adquisición de imagen repetible. |
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