Biomecânica do calçado esportivo e da corrida

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Biomecânica do calçado esportivo
Profa. Andréa B. Bonsi
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Movimentos do tornozelo
Supinação
Adução
Inversão
Dorsiflexão
Pronação
Abdução
Eversão
Flexão plantar
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Força Reação do Solo na corrida usando dois tipos de calçado: duro e macio – variabilidade natural dos movimentos (10%)
NIGG & MORLOCK ( 1987 ) 
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Força de reação ao solo
Está diretamente relacionada ao impacto que nossas articulações sofrem ao longo da caminhada e da corrida.
Muitas vezes essa variável é menosprezada aos profissionais que prescrevem corrida e caminhada, não deveria, por que está diretamente relacionada ao índice de lesões articulares e musculares. Lembra? Sofremos o impacto do nosso corpo vezes 1.3 em média na caminhada e na corrida esse valor dobra.
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Como nossas articulações reagem a curto, médio e longo prazo?
O que podemos fazer para minimizar a força de reação do solo durante a corrida?
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Importante
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A FRS é uma força de contato do pé com a superfície (tipo de solo)que atua do solo para o corpo que está em contato, representando uma resposta às ações musculares e ao peso corporal transmitido por meio dos pés devido à dinâmica do corpo e do caminhar. O andar humano é um processo de locomoção em que o corpo ereto e em movimento é sustentado primeiramente por uma perna e em seguida pela outra perna, permanecendo pelo menos um pé em contato com o solo.
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Plataformas de forças são equipamentos projetados para medir as forças exercidas por um corpo em uma superfície externa, ou seja, a superfície de contato, estes equipamentos são utilizados pela biomecânica para analisar a marcha e a corrida humanas. Uma das variáveis mais comumente investigadas durante a caminhada humana é a Força de Reação do Solo (FRS) e esta é mensurada com o uso de plataformas de forças. 
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Características:
·       Mudança na construção do calçado buscando maior absorção das cargas mecânicas.
·       Exemplo: entressola dura e macia.
·       Alterações na característica de construção afetam pouco a absorção de choque mecânico.
·       Causa: adaptação diferenciada dos corredores às características dos calçados.
·       Adaptação ao calçado é particular.
·       Alguns corredores se adaptam melhor aos calçados X e outros se adaptam melhor ao calçado Y.
·       Não existe um único calçado ideal para todos os corredores.
·       Mais importante que o calçado são as estratégias do aparelho locomotor para a atenuação do impacto → flexão do joelho + contração excêntrica de quadríceps (por exemplo).
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Distribuição da pressão plantar
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Características:
·       A força de reação do solo apresenta-se distribuída na planta do pé durante a fase de apoio.
·       Forças concentradas (picos de pressão) aumentam o estresse nas estruturas do pé → aumenta o risco de lesão.
·       Calçados com diferentes características de construção influenciam distribuição de pressão plantar.
Ex: Maior pico de pressão no calçado duro do que no calçado macio.
 
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Considerações:
·       Como escolher um calçado que apresenta boa distribuição de pressão plantar?
·       Percepção de conforto apresenta alta correlação com a distribuição de pressão.
·       As pessoas tendem a classificar como confortável os calçados que apresentam boa distribuição de pressão.
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Efeito do uso do calçado
Características:
·       Calçado se deteriora com o uso prolongado.
·       Material perde rapidamente sua capacidade de absorção de impacto.
·       Contudo, choque mecânico pouco se altera, pois aparelho locomotor ajusta-se para garantir controle das cargas mecânicas.
·       Portanto, durabilidade do calçado é maior do que se imagina.
 
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Melhora do rendimento
Ideia principal:
·      Redução do gasto energético: Peso do calçado.
 
Característica:
·     Quanto menor o peso do calçado, menor o gasto energético para movimentar o pé e o calçado.
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Material dos tênis
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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
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Tênis ideal é aquele com uma única finalidade: proteger, dar conforto ao seu pé, e a sensação deve ser a mais parecida quanto estar andando descalço, sem incomodar e sem te fazer lembrar o tempo todo que você está com um tênis. Esse tênis tá gostoso, tá justinho no meu pé, leve, não trás peso pro pé, esse é o tênis.
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Só tem um detalhe, nem sempre esse tênis leve vai suprir as necessidades que o seu corpo precisa, por que? Se você não tem uma técnica eficiente, se você tá com o peso um pouco acima do que seria o bom pro seu corpo, quem vai suportar esse impacto, quem vai ajudar, quem vai ajudar e absorver essa carga toda é o tênis. 
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Então nem sempre escolha o tênis mais fino, mais leve, vai depender de seu peso, mais uma vez o fator individualidade aparece aí, então acima do peso, escolha um tênis com maior amortecimento, pois então esse amortecimento vai diminuir o impacto de nossas articulações, nos ossos e em nossa musculatura.
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Apesar disso, de diminuir o impacto, ser muito importante, é muito relevante termos um ajuste correto de nossa técnica de corrida e de fortalecermos nosso corpo para suportarmos o impacto e a carga imposta durante a corrida. 
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Correr é um total, global, não adianta escolhermos um tênis por conta disso ou daquilo, mas sim, combinar a estabilidade do tênis com o seu pé. 
Importante sabermos com o nosso tornozelo está, como ele se comporta, fortalecer os músculos estabilizadores do tornozelo. Se o seu tornozelo é estável a gente deve escolher um tênis mais estável, mais rígido, que quando a gente toca o solo ele não permite movimentos além da pisada.
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Se você escolhe um tênis muito macio, ele fica mais instável a cada pisada.
Mas também temos que pensar como nosso pé está entrando na pisada, se está entrando com o calcanhar, se está entrando com o ante pé, se o corpo está mais atrás ou mais a frente, como está seu peso, etc
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Quando tudo estiver ajustado, aí é como se estivéssemos correndo descalço, e aí vamos pensar só na escolha do tênis com finalidade de proteção do chão, do asfalto quente ou de uma pedra...
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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
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Adaptações do “pé descalço”
ROBBINS & HANNA (1987)
17 indivíduos correndo descalços durante 4 meses
Aumento do arco plantar
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Comportamento moderador de impacto 
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Calçados modernos 
Reduzem a sensibilidade dos mecano-receptores plantares
Pseudoneuropatia (Ilusão Sensorial)
Percepção de ausência de forças
ROBBINS & GOUW (1991 )
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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)
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Calçado x diminuição do impacto 
Qual força deve ser atenuada ? 
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Calçado x diminuição do impacto
Cavanagh & Lafortune (1980)
Corredores de longa distância diminuem o impacto gerado na corrida em função do uso de calçado. 
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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)
Wrightet al. (1997)
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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) 
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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. 
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Papel do calçado esportivo 
NIGG & ANTON (1992) 
Necessidade de estudar o sistema 
aparelho locomotor 
calçado 
piso
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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) 
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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 (PVF1)
Compatibilidade entre a percepção e o gradiente de crescimento da força vertical (DPVF)
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Retorno de energia mecânica 
Considerando o solado como uma mola ideal: 
x = 1 cm e k = 105N / m
Retorno Estimado = 5 J
Retorno necessário numa maratona = 500 J 
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Retorno de energia mecânica 
LIMITAÇÕES
Incompatibilidade espaço-temporal (Nigg & Segesser, 1992)
Deformação superestimada 
Dissipação de energia da ordem de 30-40% (Denoth,1980) 
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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.
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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 75g.
Aumento De 1,2 % No Vo2 Para Cada 100g Adicionais De Peso Na Corrida (3,83 m/s) 
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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) 
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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) 
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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)
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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)
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Impacto e pronação do pé
Nigg (2001)
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Impacto e pronação do pé
Nigg (2001)
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Impacto e pronação do pé
Nigg (2001)
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Impacto e pronação do pé
Nigg (2001)
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Impacto e pronação do pé
Nigg (2001)
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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)
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Correr com diferentes tipos de tênis não modifica a cinemática tíbio-calcâneo 
Stacoff et al. (2001) 
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Sistema gaitway
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Sistema f-scan
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Força de reação do solo
Efeito do Desgaste
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Atenuação de choque mecânico
CLARKE, FREDERICK e COOPER (1983a)
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Atenuação de choque mecânico
CLARKE, FREDERICK e COOPER (1983b)
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Atenuação de choque mecânico
Variabilidade do movimento
Estratégias distintas de atenuação de choque
CLARKE, FREDERICK e COOPER (1983b)
Apoio sobre retropé
Apoio sobre médio pé
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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)
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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).
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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)
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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
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Controle de forças externas
Maior flexão da articulação do joelho.
Menor altura anterior ao contato do pé com o solo.
Redução no impacto
e
Melhor distribuição
 de pressão 
ROBBINS & GOUW (1991)
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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
Estabilidade do calçado
BARNES & SMITH (1994) e SEGESSER & NIGG (1980)
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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)
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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)
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Densidade do Solado
Distância entre o ponto de aplicação da força e o eixo da articulação subtalar.
Propriedades dos solados distintas.
T = F x d
STACOFF et al. (1988), NIGG & MORLOCK (1987) e NIGG & SEGESSER (1992)
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Densidade do solado
Formato do solado: â de inclinação
NIGG & MORLOCK (1987) e NIGG & BAHLSEN (1988)
Fatores que influenciam o braço de alavanca
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Estabilidade
Condições:
Características do sujeito
Melhores resultados com sujeito B
Técnica do movimento
Adaptação ao calçado
NIGG (1986)
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Otimização do rendimento.
Favorecer retorno de energia mecânica.
Redução do consumo energético.
RENDIMENTO
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Rendimento
Restituição de Energia Mecânica
“Transformar o impacto em impulso”.
Condições Básicas
Local certo
Tempo e freqüência certa
Dissipação de energia
NIGG (1986)
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SHORTEN (1993), KER et al. (1987) e SHORTEN (1985)
Restituição de Energia Mecânica
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Redução do consumo energético
NIGG & SEGESSER (1992)
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Hennig & Milani (1995)*
Hennig et al (1996)
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Estabilização
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Estabilização
Solado duro e com inclinação positiva
Aumenta o ângulo e a velocidade da pronação 
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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
 Ângulo de pronação inicial e total
 velocidade de pronação inicial
 forças internas
Prejudica o controle das forças externas
Otimiza a estabilidade articular
Tipos de solado
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Calçado esportivo
“O calçado esportivo tem como objetivo atender as necessidades específicas e as demandas da atividades esportiva”
Rendimento - Proteção - Conforto 
Lafortune (2001)
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Choque mecânico - impacto
Amadio et al. (1998)
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Primeiro pico de FRS em diferentes atividades
Baumman & Stuckle (1980)
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Métodos de medição 
Testes mecânicos
dimensão, textura e propriedades físicas
Testes biomecânicos
interação aparelho locomotor – calçado
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Características Específicas do Calçado Esportivo
Testes Mecânicos
Calçados de densidades menores são mais eficientes para atenuar o choque por deformarem mais, no entanto...
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Piso 
X
Calçado
 X
Aparelho Locomotor
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Serrão et al. (1999)
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Hennig & Milani (1995)
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As respostas do aparelho locomotor surgem em função das sensações percebidas pelo pé
PRESSÃO PLANTAR
Frederick (1986)
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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 
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CALÇADO ESPORTIVO 
Restituição de Energia
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Peso do calçado
Mais leve – menor gasto energético
CALÇADO ESPORTIVO 
Redução do Gasto Energético
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Considerações:
Não existe um único calçado ideal para todos os corredores.
Mais importante que o calçado são as estratégias do aparelho locomotor para a atenuação do impacto flexão do joelho + contração excêntrica de quadríceps (por exemplo).
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NIGG & STACOFF . The Influence of Lateral Hell Flare of Running Shoes on Pronation and Impact Forces . Medicine and Science in Sports and Exercise. 19 (3), pp.294-302.
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