análise mecanica do sapato

Prévia do material em texto

Biomecânica do calçado
Luis Mochizuki
Movimentos do tornozelo
	Supinação
	Adução
	Inversão
	Dorsiflexão
	Pronação
	Abdução
	Eversão
	Flexão plantar
Torque X Dureza
STACOFF et al.(1988) 
STACOFF et al. Running Injures and Shoe Construction: Some Possible Relationship. Internacional Journal of Biomechanics, 4, pp. 342-357, 1988. 
FRS na corrida usando dois tipos de calçado: duro e macio
NIGG & MORLOCK ( 1987 ) 
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.
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
3.unknown
Comportamento moderador de impacto 
Calçados modernos 
	Reduzem a sensibilidade dos mecano-receptores 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 (PVF1)
	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 = 105N / 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 30-40% (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 75g.
	Aumento De 1,2 % No Vo2 Para Cada 100g 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
9.unknown
Força de reação do solo
12.unknown
Força de reação do solo
15.unknown
Força de reação do solo
Efeito do Desgaste
18.bin
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.
SERRÃO (1999) e LA FORTUNE (2001)
Material Macio
  deformação
 Maior absorção de choque
  desaceleração
Atenuação de choque mecânicoTestes Biomecânicos
	Análise dinâmica da corrida
	Indicadores de sobrecarga no aparelho locomotor – Fy1 máx. e t Fy1 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
CLARKE, FREDERICK e COOPER (1983a)
	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
Atenuação de choque mecânico
CLARKE, FREDERICK e COOPER (1983b)
Sujeitos
Fy 1 max (PC)
t Fy 1 max (ms)
Duro
Macio
Duro
Macio
4
2,93
2,40
15,8
25,0
5
1,82
2,29
28,5
31,6
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
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)
33.bin
34.bin
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.
Redução no impacto
e
Melhor distribuição
 de pressão 
ROBBINS & GOUW (1991)
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
	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)
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)
37.unknown
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
	 Ângulo 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
0
5
10
15
20
andarcorrer alturadistânciatriplo (step)
2
x
 
k
 
0,5
E
max
*
*
=
0
20
40
60
80
100
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Força (PC)
Tempo (%)
 Adidas
 CalçadoA
 CalçadoB
 CalçadoC
0
20
40
60
80
100
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Força (PC)
Tempo (%)
 Adidas
 CalçadoA
 CalçadoB
 CalçadoC
0
20
40
60
80
100
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Força (PC)
Tempo (%)
 Adidas
 CalçadoA
 CalçadoC
0
20
40
60
80
100
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Força (PC)
Tempo (%)
 Novo
 400 km
0
10
20
30
40
50
60
70
66
35
17
12,8
8,9
7,8
Extensores
Joelho
Tendão
Calcâneo
Arco
Plantar
Cal C
(1,5)
Cal B
(1,0)
Joules / passada
Cal A
(0,5)
0
10
20
30
40
50
60
70
calçadosarco
plantar
tendão
calcâneo
extensores
do joelho