Biomecnica do calado Luis Mochizuki Movimentos do tornozelo
Biomecânica do calçado Luis Mochizuki
Movimentos do tornozelo • Supinação – Adução – Inversão – Dorsiflexão • Pronação – Abdução – Eversão – Flexão plantar
Torque X Dureza STACOFF et al. (1988)
FRS na corrida usando dois tipos de calçado: duro e macio NIGG & MORLOCK ( 1987 )
Calçados x descalços • Baixa incidência de lesões em “populações descalças” • Haiti: Co-existência de calçados e descalços, com maior incidência de lesões no primeiro grupo. • Índia / Ásia: Baixa incidência de lesões • Atletas que competem descalços
Adaptações do “pé descalço” • ROBBINS & HANNA (1987) – 17 indivíduos correndo descalços durante 4 meses – Aumento do arco plantar
Comportamento moderador de impacto
Calçados modernos • Reduzem a sensibilidade dos mecanoreceptores plantares • Pseudoneuropatia (Ilusão Sensorial) – Percepção de ausência de forças ROBBINS & GOUW (1991 )
Calçados esportivos • Qual o melhor calçado esportivo ? – proteger o aparelho locomotor • Evitar lesões • Estabilizar o pé • Evitar movimento excessivos (hiperpronação) – Conforto • Reduzir pressão e temperatura – Otimizar o rendimento • Retornar a energia acumulada • Diminuir o gasto energético
Diminuição do impacto • • Grande incidência de lesões esportivas EUA – 25 a 40 milhões de corredores, 50 - 70% apresentam lesões diretamente relacionadas à corrida (Cook et al. , 1990) • Muitas lesões degenerativas são causadas pela somatória dos impactos gerados pelo movimento (Winter & Bishop, 1992)
Calçado x diminuição do impacto • Qual força deve ser atenuada ?
Calçado x diminuição do impacto • Cavanagh & Lafortune (1980) – Corredores de longa distância diminuem o impacto gerado na corrida em função do uso de calçado.
Redução do impacto x marca do calçado • Não existem diferenças significativas – Clark (1982) – Snell et al. (1985) – Nigg (1986) – Frederick (1986) – Stacoof et al. (1988) – Henning (1993) – Wright et al. (1997)
Papel do calçado esportivo • Maximizar a energia devolvida ao atleta • Minimizar a energia perdida pelo atleta • Valor máximo de energia acumulado por solado é da ordem de 10 J • A energia devolvida pela entre-sola para o atleta é de apenas 30% da energia de entrada. Stefanyshyn & Nigg (2001)
Papel do calçado esportivo • NIGG (1986) – 33 corredores, 4, 5 m/s – 7 Modelos Antigos (1977) • Tendem a ser mais duros • Fy max = 2, 42 PC – Modelos “Modernos” • Tendem a ser mais macios • Fy max = 2, 55 PC • Aerts & Clercq (1993) – Diferenças significativas no impacto produzido por 2 tipos distintos de calçados. – Impacto causado pela colisão de um pêndulo na região do calcanhar.
Papel do calçado esportivo • NIGG & ANTON (1992) – Necessidade de estudar o sistema • aparelho locomotor • calçado • piso
Percepção do impacto • • Alta freqüência do fenômeno (8 -25 Hz) inviabiliza a percepção do impacto Pode-se perceber as variações de pressão e não de força (Frederick, 1986)
Percepção do impacto • Henning et al. (1996): Percepção do impacto e pressão gerados na corrida – – – Compatibilidade entre a percepção e pressão plantar Incompatibilidade entre a percepção e a força vertical máxima (PVF 1) Compatibilidade entre a percepção e o gradiente de crescimento da força vertical (DPVF)
Retorno de energia mecânica • Considerando o solado como uma mola ideal: – x = 1 cm e k = 105 N / m – Retorno Estimado = 5 J – Retorno necessário numa maratona = 500 J
Retorno de energia mecânica • LIMITAÇÕES – Incompatibilidade espaço-temporal (Nigg & Segesser, 1992) – Deformação superestimada – Dissipação de energia da ordem de 3040% (Denoth, 1980)
Consumo energético • Frederick et al (1986) – Calçado "macio" Reduz em 2, 8% o consumo de Oxigênio. • Frederick et al (1983) – Pequenas diferenças em função do tipo.
Consumo energético • Relação Mais Consistente: Peso Do Calçado X Consumo De Energia Nigg & Segesser (1992) – Aumento Do Consumo • • Levantar O Calçado Acelerar O Calçado Desacelerar O Calçado Frederick Et Al. (1984) – Aumento No Consumo De Energia Quando O Peso Do Calçado É Aumentado Em 75 g. – Aumento De 1, 2 % No Vo 2 Para Cada 100 g Adicionais De Peso Na Corrida (3, 83 m/s)
Estratégias Para Minimizar A Perda De Energia • reduzir a massa do calçado • usar materiais na entressola que dissipem as indesejáveis vibrações • implementar construções que aumentem a estabilidade da articulação do tornozelo • aumentar a rigidez para flexão da entressola para reduzir a perda de energia na articulação metatarso-falangeana. Stefanyshyn & Nigg (2001)
Estratégias para minimizar a perda de energia • aumento da rigidez da sola do calçado não afeta a geração e absorção de energia nas articulações do quadril, joelho e tornozelo durante a corrida • aumento da rigidez da sola aumenta o altura do salto vertical. Stefanyshyn & Nigg (2001)
Prevenção De Lesões No Tecido Conjuntivo • exposição ao treinamento alta carga – duração, frequência, ou distância percorrida – aumenta o risco de lesão – modificações na estrutura de treinamento reduzem a incidência de lesões Yeung & Yeung (2001)
Prevenção De Lesões No Tecido Conjuntivo • o efeito de exercícios de alongamento e de palmilhas na prevenção de lesões do tecido mole causadas pela corrida é desconhecido – não existe efeito da palmilha na redução de lesões em membros inferiores – gillespie & grant (2002) – o uso de palmilhas está associado à redução dos índices de estresse ósseo Yeung & Yeung (2001)
Impacto e pronação do pé Nigg (2001)
Impacto e pronação do pé Nigg (2001)
Impacto e pronação do pé Nigg (2001)
Impacto e pronação do pé Nigg (2001)
Impacto e pronação do pé Nigg (2001)
Proposta de um novo conceito para o controle de movimento e pronação do pé • Forças agem no pé durante a fase de apoio como um sinal de entrada. • O sistema locomotor reage à estas forces adaptando a atividade muscular. • A função custo usada nesta adaptação é manter o movimento desejado para a tarefa • Se uma intervenção apóia o movimento preferido, a ação muscular pode ser reduzida. Se a intervenção atua contra o movimento preferido, a atividade muscular deve aumentar • Um solado, palmilha ou órtese reduz a atividade muscular • Assim, estes afetam a atividade muscular e conseqüentemente a fadiga, conforto, trabalho e rendimento. Nigg (2001)
Correr com diferentes tipos de tênis não modifica a cinemática tíbio-calcâneo Stacoff et al. (2001)
Sistema gaitway
Sistema f-scan
Força de reação do solo
Força de reação do solo
Força de reação do solo
Força de reação do solo Efeito do Desgaste
INTRODUÇÃO • NIGG (1986) e JACOBS & BERSON (1986) – Década de 80: Maior interesse pela prática da corrida como atividade física ou esportiva. • BARNES & SMITH (1994), BRUNET et al (1990) e CAVANAGH & LAFORTUNE (1980) – Conseqüente aumento nos índices de lesões
LESÕES X CORREDORES • BARNES & SMITH (1994) – 66 % de chance dos corredores se lesionarem em 1 ano de treinamento • BRODY – 60% dos 3000 corredores estudados apresentavam algum tipo de lesão.
Calçado x lesões • Estudo e aprimoramento do calçado – reduzir os índices de lesões – proteger o aparelho locomotor • Funções: – atenuar choque mecânico – proporcionar estabilidade adequada – otimizar rendimento BARNES & SMITH (1994) e NIGG & SEGESSER (1992)
Atenuação de choque mecânico • Métodos de Medição – Testes Mecânicos – Testes Biomecânicos SERRÃO (1999) e LA FORTUNE (2001)
Atenuação de choque mecânico Testes Mecânicos • Máquinas que tentam reproduzir as condições impostas no movimento. • Avalia a capacidade do material em atenuar o choque mecânico. Material Macio deformação desaceleração Maior absorção de choque SERRÃO (1999) e LA FORTUNE (2001)
Atenuação de choque mecânico Testes Biomecânicos • Análise dinâmica da corrida – Indicadores de sobrecarga no aparelho locomotor – Fy 1 máx. e t Fy 1 máx. • Interação entre calçado e aparelho locomotor. • Resultados obtidos não reproduzem o verificado nos testes mecânicos. SERRÃO (1999) e LA FORTUNE (2001)
Atenuação de choque mecânico Densidade do solado Fy 1 max (PC) t Fy 1 max (ms) Butyl (0, 64) 1, 89± 0, 2 32± 4 Air sole (0, 78) 1, 99± 0, 21 28± 4 Eva 25 (0, 86) 1, 88± 0, 21 30± 4 Eva 35 (1, 00) 1, 89± 0, 29 29± 6 Eva 45 (1, 28) 1, 83± 0, 25 28± 6 CLARKE, FREDERICK e COOPER (1983 a)
Atenuação de choque mecânico Sujeitos Fy 1 max (PC) t Fy 1 max (ms) Duro Macio 4 2, 93 2, 40 15, 8 25, 0 5 1, 82 2, 29 28, 5 31, 6 CLARKE, FREDERICK e COOPER (1983 b)
Atenuação de choque mecânico Apoio sobre retropé Apoio sobre médio pé • Variabilidade do movimento • Estratégias distintas de atenuação de choque CLARKE, FREDERICK e COOPER (1983 b)
Atenuação de choque mecânico • Geometria de colocação do pé no solo. • Apoio inicial no médio pé favorece a redução do impacto. CAVANAGH e LAFORTUNE (1980)
Atenuação de choque mecânico • Questão – Qual o melhor calçado esportivo para atenuar choque? – Interação entre características do sujeito, características do calçado e piso. – Indivíduo não é um elemento passivo. – Funcionalidade para atenuar choque depende das características do sujeito (padrão do movimento – estratégias para minimizar impacto).
Pressão plantar Cargas relativas • Calçado duro menor pressão no retropé em relação ao antepé. • Mudanças no padrão de movimento como estratégia para atenuar pressão no retropé. HENNIG, VALIANT e LIU (1996)
Pressão plantar • Construção do calçado esportivo pode otimizar a distribuição de pressão • Não indica que o calçado seja imprescindível para o controle destas forças • O aparelho locomotor é capaz de se adaptar as distintas situações
Controle de forças externas • Maior flexão da articulação do joelho. • Menor altura anterior ao contato do pé com o solo. ROBBINS & GOUW (1991) Redução no impacto e Melhor distribuição de pressão
Estabilidade do calçado • Normal – Supinação no contato inicial e pronação na fase final da corrida • Movimentos auxiliam na desaceleração do corpo • Calçado – controle sobre os movimentos excessivos de pronação e supinação BARNES & SMITH (1994) e SEGESSER & NIGG (1980)
Estabilidade • Supinação – Rotação Externa • Pronação – Rotação Interna • Movimentos excessivos – lesões tornozelo, tendão de Achiles, joelho e quadril BARNES & SMITH (1994) e INMAN et al (1981)
Estabilidade Fatores de Influência: • Altura do calcanhar • Densidade do solado (torque) Altura do calcanhar • Altura do calcanhar em relação ao antepé, reduz movimentos de pronação • 2, 3 a 3, 3 cm: controle. • Maior de 3, 3 cm: pronação. STACOFF & KAELIN (1983)
Densidade do Solado T = F x d • Distância entre o ponto de aplicação da força e o eixo da articulação subtalar. • Propriedades dos solados distintas. STACOFF et al. (1988), NIGG & MORLOCK (1987) e NIGG & SEGESSER (1992)
Fatores que influenciam o braço de alavanca Densidade do solado Formato do solado: â de inclinação NIGG & MORLOCK (1987) e NIGG & BAHLSEN (1988)
Estabilidade Condições: • Características do sujeito – Melhores resultados com sujeito B • Técnica do movimento • Adaptação ao calçado NIGG (1986)
RENDIMENTO • Otimização do rendimento. – Favorecer retorno de energia mecânica. – Redução do consumo energético.
Rendimento Restituição de Energia Mecânica • “Transformar o impacto em impulso”. Condições Básicas • Local certo • Tempo e freqüência certa • Dissipação de energia NIGG (1986)
Restituição de Energia Mecânica SHORTEN (1993), KER et al. (1987) e SHORTEN (1985)
Redução do consumo energético NIGG & SEGESSER (1992)
Hennig & Milani (1995)
Hennig et al (1996)
Estabilização
Estabilização Solado duro e com inclinação positiva Aumenta o ângulo e a velocidade da pronação
Tipos de solado Solado Duro • deformação do solado • trajetória de desaceleração do movimento • forças externas • ângulo de pronação inicial e total • velocidade de pronação inicial • forças internas • Otimiza o controle das forças externas • Prejudica a estabilidade articular Solado Macio • deformação do solado • trajetória de desaceleração do movimento • = forças externas • ngulo de pronação inicial e total • velocidade de pronação inicial • forças internas • Prejudica o controle das forças externas • Otimiza a estabilidade articular
Calçado esportivo “O calçado esportivo tem como objetivo atender as necessidades específicas e as demandas da atividades esportiva” Rendimento - Proteção - Conforto Lafortune (2001)
Choque mecânico - impacto Amadio et al. (1998)
Primeiro pico de FRS em diferentes atividades Baumman & Stuckle (1980)
Métodos de medição • Testes mecânicos – dimensão, textura e propriedades físicas • Testes biomecânicos – interação aparelho locomotor – calçado
Características Específicas do Calçado Esportivo Testes Mecânicos Calçados de densidades menores são mais eficientes para atenuar o choque por deformarem mais, no entanto. . .
Piso X Calçado X Aparelho Locomotor
Serrão et al. (1999)
Hennig & Milani (1995)
As respostas do aparelho locomotor surgem em função das sensações percebidas pelo pé PRESSÃO PLANTAR Frederick (1986)
PÉ DESCALÇO ESTRATÉGIAS OTIMIZADAS • Maior flexão do joelho no contato pé/solo • Menor velocidade de colocação do pé no solo • Otimização da absorção de energia – musculatura intrínseca do pé
CALÇADO ESPORTIVO Restituição de Energia
CALÇADO ESPORTIVO Redução do Gasto Energético Peso do calçado Mais leve – menor gasto energético
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