Effects of shoe longitudinal bending stiffness and runner level on Achilles tendon loading in experienced and novice male runners: a musculoskeletal modelling study

Resumo Técnico: Efeitos da Rigidez Longitudinal de Flexão do Calçado e do Nível do Corredor na Carga do Tendão de Aquiles

Definição do Problema
As lesões no tendão de Aquiles (TA) são um problema prevalente de sobrecarga entre corredores, com riscos ao longo da vida que atingem 52% em corredores habituais. Embora a carga no TA seja influenciada pela biomecânica dos membros inferiores e pelo calçado, a interação específica entre o nível de experiência do corredor e a rigidez longitudinal de flexão (LBS, do inglês Longitudinal Bending Stiffness) do calçado permanece incerta. Métodos tradicionais de estimativa da força do TA (dividindo o momento de tornozelo líquido pelo braço de momento) simplificam excessivamente a anatomia do tornozelo ao ignorar contribuições musculares sinérgicas e a cocontração de antagonistas. Além disso, não se sabe se corredores experientes e novatos se adaptam de forma diferente a calçados com placas de fibra de carbono de diferentes rigidezes, e como essas adaptações afetam a carga no TA e os perfis de risco de lesão.

Metodologia
Este estudo empregou uma abordagem de modelagem musculoesquelética para investigar essas interações em 31 homens saudáveis com pisada de retropé, divididos em dois grupos: 18 corredores experientes (volume mensal >100 km) e 13 corredores novatos (volume semanal <10 km).

• Condições Experimentais: Os participantes correram a uma velocidade controlada de 4,17 m/s em uma pista sobre o solo usando três protótipos de calçados com construção idêntica, mas níveis de LBS variados: Baixo (T1: 10,9 Nm/rad), Médio (T2: 17,5 Nm/rad) e Alto (T3: 33,0 Nm/rad). A massa do calçado foi equalizada entre as condições usando contrapesos.
• Coleta de Dados: Dados cinemáticos foram capturados via um sistema de captura de movimento de 12 câmeras (200 Hz), e as forças de reação do solo foram registradas via uma plataforma de força (1000 Hz).
• Modelagem e Análise: Um modelo musculoesquelético de corpo inteiro, baseado em cada participante (baseado em Rajagopal et al., 2016, e otimizado por Lai et al.), foi escalonado para cada participante. As forças musculares foram estimadas usando otimização estática. A força do TA foi calculada como a soma das forças do sóleo, gastrocnêmio medial e gastrocnêmio lateral.
• Análise Estatística: Variáveis discretas (ângulos de pico, momentos, forças) foram analisadas via ANOVA de medidas mistas de dois fatores. Dados de séries temporais contínuas foram analisados via Mapeamento Paramétrico Estatístico unidimensional (SPM1D) para identificar diferenças significativas ao longo da fase de apoio.

Principais Resultados

1. Efeitos do Nível do Corredor: Corredores experientes geraram forças de pico no TA significativamente maiores do que os novatos ($p=0,038$). Biomecanicamente, os corredores experientes adotaram uma estratégia de "carga distal" caracterizada por menor dorsiflexão inicial do tornozelo, maior extensão de quadril e momentos de flexão plantar do tornozelo significativamente mais altos durante o meio e final da fase de apoio. Essa estratégia otimiza a propulsão, mas aumenta a carga de tração do TA por passada.
2. Efeitos da Rigidez do Calçado (LBS): O aumento da LBS elevou independentemente tanto a força de pico do TA ($p=0,004$) quanto o impulso do TA ($p=0,006$). Isso foi impulsionado principalmente por um aumento significativo no ângulo de dorsiflexão de pico do tornozelo ($p<0,001$) conforme a rigidez aumentava. O estudo sugere que o endurecimento do antepé redireciona a excursão do plano sagital proximalmente para o tornozelo, aumentando a demanda mecânica sobre o complexo do tríceps sural.
3. Efeitos de Interação: Foram encontradas interações significativas entre o nível do corredor e a LBS para o momento de extensão do joelho de pico, o ângulo de rotação externa do quadril de pico e a amplitude de movimento do quadril no plano transverso.
   • Corredores Novatos: Adaptaram-se a calçados mais rígidos aumentando as compensações proximais, especificamente mostrando maiores momentos de extensão do joelho e maiores movimentos de quadril no plano transverso.
   • Corredores Experientes: Não exibiram essas compensações proximais significativas, mantendo a cinemática estável através dos níveis de rigidez.

Principais Contribuições

• Estimativa Refinada da Força do TA: O estudo utilizou um modelo musculoesquelético específico do sujeito para estimar a força do TA somando as forças específicas do tríceps sural, oferecendo uma avaliação anatomicamente mais precisa do que a abordagem tradicional de momento líquido.
• Insight Mecanístico sobre LBS: A pesquisa demonstra que o mecanismo pelo qual a LBS aumenta a carga no TA é o redirecionamento da excursão sagital do antepé para o tornozelo, em vez de um aumento direto e linear na geração de momento do tornozelo.
• Perfis de Adaptação Diferenciais: O estudo identifica respostas biomecânicas distintas ao calçado de acordo com o nível de treinamento. Corredores novatos dependem de ajustes proximais (joelho e quadril) para acomodar calçados rígidos, enquanto corredores experientes dependem de mecanismos distais.

Significância e Alegações
O artigo argumenta que o nível do corredor é o determinante principal da carga basal do TA, enquanto a LBS do calçado atua como um fator independente que eleva ainda mais essa carga. Os achados desafiam o paradigma "mais rígido é melhor" para a prescrição de calçados com placa de fibra de carbono. Em vez disso, os autores defendem uma visão individualizada e em forma de U da LBS ideal:

• Para Corredores Experientes: Eles já carregam altas cargas basais no TA devido à sua biomecânica orientada à propulsão; aumentar a LBS amplia ainda mais essa carga, potencialmente contribuindo para a alta incidência de tendinopatia do TA neste grupo.
• Para Corredores Novatos: Eles carecem da capacidade distal para absorver a demanda cinética redistribuída de calçados rígidos, levando a compensações proximais instáveis (aumento de torque no joelho e quadril), o que pode elevar o risco de lesões agudas no joelho e no quadril, em vez de lesão tendínea.

Os autores concluem que a rigidez do calçado deve ser compatível com o nível de treinamento e a capacidade neuromuscular do corredor, sugerindo que corredores novatos podem se beneficiar de menor rigidez até que seu controle proximal e força do tríceps sural estejam suficientemente desenvolvidos. O estudo reconhece limitações, incluindo o foco em corredores do sexo masculino em uma única velocidade e as incertezas inerentes à estimativa de força baseada em modelos, mas afirma que as comparações relativas fornecem uma base robusta para estratégias individualizadas de prevenção de lesões.