Artigo de investigação

Efeito do movimento de mudança de direção (COD) na pressão plantar e no equilíbrio dos pés em membros bilaterais

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DOI:

10.3791/69182

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10 de março de 2026

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1Faculty of Sports Science, Ningbo University, 2Auckland Bioengineering Institute, The University of Auckland

Neste artigo

Resumo

Este protocolo detalha uma abordagem padronizada para quantificar a distribuição de pressão plantar, o equilíbrio dos pés e o ângulo do eixo do pé durante tarefas de mudança de direção de 45°, utilizando uma placa de pressão Footscan, permitindo avaliação reprodutível dos padrões de carga bilateral dos membros a uma velocidade de aproximação controlada.

Resumo

Esse protocolo estabelece uma abordagem padronizada para testar se uma tarefa de mudança de direção (COD) de 45° provoca carga plantar assimétrica entre membros dominantes e não dominantes. O fluxo de trabalho inclui calibração de placas de pressão, preparação para participantes descalços e controle de velocidade de aproximação a 3,5 m·s⁻¹ (±5%) usando portas de temporização para melhorar a consistência do ensaio. A carga plantar é quantificada usando segmentação de pés em dez regiões, e a postura é normalizada no tempo para 101 pontos. Trajetórias de força são normalizadas à força vertical média (Zavg), permitindo a comparação entre membros de sinais contínuos no tempo. As diferenças dos membros são avaliadas usando Mapeamento Paramétrico Estatístico Unidimensional (SPM1d) com inferência baseada em teoria aleatória de campos, complementada por métricas resumidas discretas (por exemplo, picos regionais e índices de equilíbrio dos pés) conforme necessário. Em uma coorte de 15 adultos saudáveis que realizaram ensaios padronizados de COD de 45°, análises contínuas no tempo não revelaram significância estatística em nível de curva entre membros, indicando um alto grau de simetria funcional nas condições atuais. Embora pequenas tendências direcionais tenham sido observadas em algumas regiões plantares, elas devem ser interpretadas como estratégias descritivas e não específicas de membros definitivos. No geral, o protocolo fornece uma estrutura transparente e reprodutível para pesquisas bilaterais em mecânica plantar, apoiando aplicações em testes de desempenho esportivo, avaliação de calçados, monitoramento de reabilitação e avaliação clínica da marcha.

Introdução

Mudanças de direção (COD) são habilidades fundamentais em muitos esportes, especialmente em atividades de alta intensidade como futebol americano, basquete e rúgbi, onde velocidade e precisão afetam diretamente o desempenho atlético e acompetitividade 1,2. Pesquisas mostraram que os movimentos de COD não só exigem que os atletas possuam altos níveis de força e explosividade nos membros inferiores, mas também exigem boa coordenação e controle fino damarcha 2,3,4. Para obter uma compreensão abrangente dos mecanismos biomecânicos subjacentes aos movimentos da COD, especialmente o impacto na pressão plantar, inúmeros estudos têm se concentrado em explorar os parâmetros cinemáticos e cinéticos relacionados, especialmente as mudanças sob diferentes velocidades de movimento e condições de marcha.

A distribuição da pressão plantar reflete as mudanças dinâmicas na estrutura do pé, função e controle geral da posturacorporal 5,6,7. Ao analisar a pressão plantar, os parâmetros fisiológicos e patológicos biomecânicos e as características funcionais do corpo humano sob diferentes posturas e condições de movimento puderam sercompreendidos 8,9. Nos últimos anos, a análise da distribuição da pressão plantar tornou-se uma ferramenta importante nas ciências biomédicas, no design de calçados e no desempenho esportivo, ajudando assim a elucidar as complexas interações biomecânicas entre o pé e o chão. Trabalhos anteriores demonstraram que a análise de pressão plantar pode revelar adaptações relacionadas ao desempenho; Por exemplo, jogadores profissionais de futebol apresentam maior carga na parte da frente do pé em comparação com atletas recreativos, refletindo as demandas específicas de propulsão e estabilidade de cada esporte. Enquanto isso, atividades dinâmicas, como caminhar e pousar, geraram cargas plantares marcadamente maiores do que ficar em pé estático, enfatizando a importância biomecânica da redistribuição da pressão dos pés durante o movimento10. Além disso, Pataky et al. contrastaram a subamostragem discreta tradicional com a SPM de pressão plantar baseada em curvas (pSPM) e mostraram que a velocidade de caminhada afeta sistematicamente as estimativas de pico de pressão plantar, com resultados destacando que a inferência campo a campo reduz a dependência de janelas de amostragem arbitrárias, apoiando nosso uso do SPM para análises contínuas notempo 11.

Esportes e atividades atléticas impõem exigências biomecânicas únicas aos pés, especialmente durante cortes rápidos e outras manobras de alta intensidade. Amaro et al. (2020) relataram que movimentos específicos do basquete, como correr, cortar e rebote, produziram variações dependentes do movimento na pressão plantar máxima nas regiõesdo pé 12. Serrano et al.13 demonstraram ainda que jogadores jovens de futsal mantiveram padrões consistentes de pressão plantar durante manobras de COD em diferentes superfícies, destacando a biomecânica adaptativa do pé em contextos dinâmicos. Kong et al.14 encontraram aumentos significativos nas cargas na frente do pé durante sprints, cortes de 45° e layups em comparação com a corrida, enfatizando a importância biomecânica da redistribuição da pressão plantar durante tarefas específicas de cada esporte.

Apesar da ampla aplicação da análise de pressão plantar em pesquisas esportivas e de calçados, poucos estudos examinaram sistematicamente a distribuição da pressão plantar e o comportamento de equilíbrio dos pés durante tarefas padronizadas de COD. O presente estudo aborda essa lacuna propondo um protocolo reprodutível para avaliação bilateral da pressão plantar e do equilíbrio dos pés durante uma manobra COD de 45° sob condições controladas de velocidade. Os autores selecionaram um ângulo de corte de 45° porque representa um ângulo de COD moderado comumente usado em pesquisas biomecânicas, equilibrando a relevância esportiva com a viabilidade laboratorial e a segurança dos participantes. Além disso, sabe-se que a mecânica de COD varia com o ângulo de corte e a velocidade de aproximação; Portanto, os resultados atuais devem ser interpretados como específicos para uma tarefa padronizada de 45° realizada em velocidade de aproximação controlada. Hipotetizamos que o membro dominante apresentaria maior carga nas regiões do antepé relacionadas à propulsão, enquanto o membro não dominante apresentaria maior variabilidade mediolateral nos índices de equilíbrio dos pés, refletindo seu papel estabilizador. As combinações selecionadas de velocidade e marcha são baseadas na literatura existente e em conjuntos de dados de código aberto combinados com pesquisas biomecânicas atuais sobre os movimentos da COD, para garantir a natureza científica e representativa das condiçõesexperimentais 15,16.

Este estudo tem como objetivo revelar os padrões de distribuição da pressão plantar e do equilíbrio dos pés durante movimentos de COD sob condições padronizadas de velocidade e marcha. Ao analisar as respostas biomecânicas nesse contexto específico de movimento, espera-se que os achados forneçam insights teóricos para ciência do esporte, estratégias de reabilitação e design de calçados esportivos, oferecendo orientações práticas para otimizar o treinamento e as técnicas de movimento dos atletas.

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Protocolo

O estudo obteve aprovação do Comitê de Ética do Instituto de Pesquisa da Universidade de Ningbo (Número de Aprovação: ty2022020). Todos os participantes deram consentimento por escrito, tendo sido informados sobre o propósito, os requisitos e os procedimentos do experimento. Os equipamentos e softwares utilizados estão listados na Tabela de Materiais.

1. Preparação laboratorial

Uma placa de pressão Footscan de 2 m (2,0 m × 0,40 m × 0,02 m, 16.384 sensores) foi usada e amostrada a 480 Hz. A placa foi embutida nivelada com a pista ao redor, usando tapetes protetores para eliminar artefatos na altura dos degraus. O sistema foi zerado e calibrado por peso conforme as instruções do fabricante, e o número de série da placa conectada e o arquivo de calibração foram verificados antes dos testes.

A velocidade de aproximação nos últimos 2 m antes do contato com os pés era monitorada por portas duplas de temporização infravermelha, espaçadas 2,0 m de distância com altura de feixe de 80 cm e alinhadas com a pista. Os portões foram posicionados em ambos os lados da pista para não interferir na manobra COD. Os participantes deveriam manter 3,5 m·s⁻¹ (±5%) ao longo do caminho de aproximação antes de entrar em contato com a placa de pressão. Embora as comportas de temporização quantifiquem a velocidade média nos últimos 2 m, os participantes se aproximaram pela pista de tapete azul e executaram uma manobra de mudança de direção (COD) de 45° de modo que o pé da planta (que gira) tocasse a área ativa da placa de pressão. Para minimizar a mira do posicionamento dos pés, não foram fornecidos marcadores visuais e vários testes práticos foram permitidos. Um teste foi considerado válido se o pé da planta alcançasse contato total dentro da área ativa sem ajuste óbvio da passada; Os ensaios com contato parcial ou alvo evidente foram repetidos.

2. Preparação dos participantes

Todos os participantes forneceram consentimento informado por escrito após receberem uma explicação clara dos objetivos e procedimentos do estudo, com oportunidades para fazer perguntas. Para minimizar a variabilidade entre membros, apenas indivíduos dominantes na perna direita foram recrutados. A dominância da perna foi determinada pelo teste de perna de chute preferido (≥2 confirmações em três testes); Todos os participantes eram dominantes na perna direita. A amostra final incluiu quinze adultos chineses saudáveis (9 homens, 6 mulheres; idade: 22 anos; peso: 65,52 kg; altura: 170,3 cm), todos sem histórico de lesões nos membros inferiores ou deformidades nos pés nos últimos seis meses. O critério específico de inclusão foi projetado para reduzir os efeitos de confusão de idade e sexo, melhorando assim a reprodutibilidade e a validade estatística dos resultados experimentais.

Os participantes foram instruídos a usar calças atléticas justas e ficar descalços na placa Footscan com os dois pés juntos. Dados antropométricos foram então coletados e registrados, incluindo altura, peso, comprimento do pé, tamanho do sapato e tipo de arco. A altura longitudinal medial do arco foi avaliada usando o Índice de Altura do Arco (AHI), calculado como a razão entre a altura do dorso (medida em 50% do comprimento total do pé) e o comprimento total do pé. Valores de AHI entre 0,310 e 0,356 foram considerados indicativos de uma estrutura de arconormal 17.

Antes de iniciar os testes principais, os participantes viam primeiro uma demonstração das tarefas de movimento necessárias. Uma corrida lenta de 10 minutos foi então realizada por cada participante como aquecimento padronizado para garantir prontidão fisiológica adequada para registros estáticos e dinâmicos.

3. Justificativa do tamanho da amostra

Uma análise de sensibilidade para um teste t pareado de duas caudas (α=0,05, 1−β=0,80, n=15) indicou que o estudo foi alimentado para detectar efeitos dentro do sujeito de aproximadamente a dz de Cohen ≈ 0,74 para o desfecho discreto primário (FBI).

4. Segmentação e abreviações da região plantar

A superfície plantar do pé foi dividida em 10 regiões anatômicas pelo software Footscan: hallux (T1), dedos menores considerados como uma única região (T2-T5), primeiro ao quinto metatarso (M1-M5), calcanhar medial (MH), calcanhar lateral (LH) e médio do pé (MF). Para o Índice de Equilíbrio do Pé (FBI), a carga medial foi definida como a soma das forças normalizadas de M1, M2 e MF, enquanto a carga lateral compreendia M3, M4, M5 e LH. Essa classificação segue as regras padrão de segmentação do Footscan baseadas nas cabeças do metatarso, divisão calcânea e limites do médio do pé (30%-60% do comprimento dos pés). Uma chave completa de abreviação é fornecida na Figura 1A.

5. Medição estática

  1. Postura e configuração
    Os participantes ficaram descalços sobre a placa de pressão embutida em uma postura bípede confortável, com os pés aproximadamente afastados à largura dos ombros, joelhos estendidos mas não travados, braços relaxados ao lado do corpo e olhar fixo em uma marca na parede na altura dos olhos ~3 m à frente. Os pés eram alinhados com o eixo AP (anterior-posterior) da placa; nenhum alvo visual era colocado sob os pés para evitar viés posicional.
  2. Estabilização e registro
    Após uma estabilização em pé silencioso de 3 a 5 s, foi registrado um único instantâneo estático da distribuição de pressão plantar. Duas repetições válidas foram coletadas por participante, com ≥30 s sentados em repouso entre os ensaios para minimizar a deriva postural.
  3. Validade e critérios de repetição
    Um ensaio estático foi considerado válido se (1) o contato plantar total de ambos os pés fosse visível dentro da área ativa, (2) não houvesse ajustes óbvios de oscilação ou degraus durante a janela de estabilização, e (3) não houvesse sobreposição ou truncamento das pegadas nas margens da placa. Os ensaios que não atenderam a esses critérios foram repetidos.
  4. Variáveis derivadas (estáticas)
    A partir do instantâneo estático, calculamos pressão/força regional nas dez regiões anatômicas (chave de abreviação na Figura 1A) e índices descritivos usados para controle de qualidade do protocolo (por exemplo, razão total de forças lado a lado). Dados estáticos eram usados apenas para documentar a distribuição de base e a qualidade da segmentação de placas; todos os testes de hipóteses foram realizados em ensaios dinâmicos de COD.

6. Medição dinâmica

Os participantes realizaram ensaios de COD descalços a 45° de passo lateral. Para a condição de corte para a direita, o pé esquerdo (de giro/planta) pousava totalmente na placa de pressão. Para garantir uma posição consistente dos pés e contato plantar total, uma marca fixa de início individual foi definida para cada participante durante a familiarização, de modo que a aproximação produzisse uma sequência de passos à direita e depois à esquerda, com o passo de giro à esquerda tocando a placa. Antes dos testes formais, os participantes completaram múltiplas corridas de familiarização para estabelecer uma marcha natural e repetível, sem alvos visuais no prato. Pelo menos três ensaios válidos foram registrados por condição; Ensaios com contato incompleto ou direcionamento visível foram descartados e repetidos. Para a condição de corte para a esquerda, a marca de início e a sequência de passos foram espelhadas para que o pé que gira à direita tocasse a placa de pressão sob critérios idênticos.

A pista do laboratório media 10 m; A placa de pressão era embutida nivelada e localizada a 6 m da linha de largada, deixando ~6 m para a aproximação e ~2 m para desaceleração pós-contato. A velocidade de aproximação era monitorada usando dois portões de temporização de feixe simples (altura do feixe 80 cm) colocados a 2,0 m de distância ao longo do caminho de aproximação, com o portão a jusante alinhado à borda proximal da área ativa da placa de pressão, medindo assim os últimos 2 m antes do contato com os pés. Um teste foi aceito como válido apenas quando a velocidade de aproximação medida foi de 3,5 m·s⁻¹ (±5%).

Todos os ensaios foram observados de perto por pesquisadores treinados para garantir o cumprimento da faixa de velocidade instruída e a execução adequada da tarefa. Os dados cinéticos eram coletados automaticamente pelo sistema Footscan e armazenados de forma segura para análise subsequente. O padrão de pisada não era explicitamente controlado; Os participantes realizaram a tarefa usando seus estilos de corrida escolhidos por eles mesmos.

7. Processamento de dados

Após o experimento, todos os dados coletados são processados manualmente usando o software Footscan.

Cada ensaio estático e dinâmico foi cuidadosamente examinado para identificar dados ausentes ou padrões de contato com os pés interrompidos, garantindo a validade dos dados. A identificação dos pés esquerdo e direito foi determinada com base em imagens dinâmicas de pressão plantar capturadas no contato dos pés, que forneceram uma representação visual da distribuição máxima da pressão e da localização do centro de pressão durante a fase de postura.

A superfície plantar foi inicialmente dividida em dez regiões anatômicas usando a função automatizada de segmentação do sistema, que classificava o pé em zonas de antepé, médio e traseiro. Ajustes manuais eram então aplicados conforme necessário para garantir a delimitação regional precisa. Com base na segmentação final, os valores de pressão de cada região foram extraídos e usados para gerar curvas regionais de pressão-tempo para análise posterior.

Os dados de pressão plantar foram exportados separadamente para condições estáticas e dinâmicas. Os parâmetros exportados incluíam ângulos dos pés, machados dos pés, balanço dos pés e valores de pressão específicos por zona (Figura 1), que foram extraídos das regiões pré-definidas dos pés.

NOTA: Apesar da estrita adesão ao protocolo experimental, os dados de alguns participantes estavam incompletos devido ao desaparecimento de trajetórias marcadas no software Footscan.

8. Pressão e força plantar

Para examinar a distribuição da carga plantar durante a postura, foram extraídos dados de força e pressão plantar em séries temporais de dez regiões plantares. As curvas força/pressão-tempo foram normalizadas no tempo para 101 pontos para garantir a comparabilidade temporal entre os ensaios. Para minimizar a variabilidade entre sujeitos (por exemplo, devido à massa corporal), as forças regionais foram normalizadas à força vertical média sobre a postura (Zavg), definida como,

figure-protocol-1(1)

Onde Fz (t) é a força vertical de reação do solo no frame t, e N é o número de frames de postura. Forças normalizadas são reportadas como adimensionais (×1). Em contraste, as pressões plantares regionais foram analisadas em unidades físicas (kPa) sem normalização, pois já são expressas em relação à área de contato. Esse esquema de normalização para forças segue estudos anteriores18.

9. Equilíbrio dos pés

O índice de equilíbrio dos pés (FBI), mostrado na Equação 2, refere-se à pronação ou supinação do pé durante a fase de postura (Figura 1)19. Favg usado para o cálculo do FBI é a força média de todo oplantar 19. O FBI foi calculado como,

figure-protocol-2(2)

onde Fmedial e F lateral representam as forças plantares somadas das regiões medial (M1, M2, MH) e lateral (M3-M5, LH), respectivamente. Valores positivos do FBI indicam maior carga medial (pronação), enquanto valores negativos indicam maior carga lateral (supinação).

Note que MF foi intencionalmente excluído do agrupamento FBI (medial = M1, M2, MH; lateral = M3-M5, LH) para evitar variabilidade relacionada ao arco e focar no equilíbrio antepé/calcanhar.

10. Ângulo do eixo do pé

O ângulo do eixo do pé reflete o grau de rotação interna e externa do pé durante a marcha. O ângulo é composto por uma linha conectada entre o ponto médio do calcanhar e o ponto médio do espaço entre o segundo e o terceiro metatarso. A linha de direção do movimento é definida como o ângulo19 do eixo do pé (Figura 1). A rotação interna e externa do pé no plano horizontal era representada por ângulos negativo e positivo, respectivamente.

11. Análise estatística

Medidas discretas de resultado (por exemplo, Índice de Equilíbrio do Pé, pressão plantar em várias regiões do pé e ângulo do eixo do pé) foram analisadas usando SPSS v19.0. Para cada um dos 15 participantes, os dados do pé dominante e não dominante foram tratados como amostras pareadas. Portanto, testes t pareados foram realizados para dados distribuídos normalmente (com normalidade verificada com base na distribuição das diferenças dentro do sujeito), enquanto testes de Wilcoxon com rank sinalizado foram aplicados para comparações não paramétricas. Para cada condição, as curvas em nível de ensaio foram médias dentro das comparações entre membros antes do sujeito; métricas discretas usaram a média dentro do sujeito dos ensaios válidos.

Para séries temporais de pressão plantar contínua, os valores foram normalizados por Zavg (veja Processamento de Dados) e normalizados no tempo para 101 pontos usando interpolação linear. Posteriormente, mapeamento paramétrico estatístico unidimensional (SPM1d) com testes t pareados foi usado para comparar curvas de pressão ao longo da fase completa da postura. A teoria de campos aleatórios (RFT) foi empregada para controlar erros campo a campo e corrigir comparações múltiplas ao longo dotempo 20. Todas as análises de séries temporais foram realizadas no MATLAB R2018a, e o limiar de significância foi estabelecido em 0,05.

Para controlar o erro familiar em múltiplas comparações discretas, os valores p para desfechos regionais/métricos discretos foram ajustados usando o procedimento de Holm-Bonferroni (α = 0,05). Tanto interpretações de significância não ajustada quanto ajustada são relatadas quando relevante.

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Resultados

Mudanças de tempo variáveis por força e pressão nas dez regiões

Durante movimentos de mudança de direção, o pé dominante exibiu valores de força e pressão em séries temporais mais altos do que o pé não dominante na maioria das regiões plantares (por exemplo, M1, M3, M4, MF e SUM), especialmente durante a fase de postura intermediária a tardia. No entanto, a análise de mapeamento paramétrico estatístico (MPS) revelou que essas diferenças não at...

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Discussão

Este estudo explorou diferenças bilaterais na distribuição da pressão plantar e no equilíbrio dos pés durante uma tarefa padronizada de COD de 45°. No geral, as análises SPM1d contínuas no tempo não identificaram diferenças estatisticamente significativas entre membros nas trajetórias regionais de força/pressão entre as posturas. Embora o membro dominante tenha apresentado magnitudes ligeiramente maiores em algumas regiões e o membro não dominante tenha apresentado tendência oposta em ou...

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Divulgações

Os autores não têm nada a revelar.

Agradecimentos

Este estudo foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (12202216), Fundação de Ciências Naturais de Ningbo (2023J128), pelo Projeto Interdisciplinar de Fundo Inovador para Jovens "Mechanics+" da Universidade de Ningbo (GC2024006), e pelo Centro de Pesquisa em Engenharia de Zhejiang para Novas Tecnologias e Aplicações de Imagem por Ressonância Magnética Líquida Livre de Hélio (2024GCLX05).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Uma placa de pressão Foustcan de 2 mTekscan Inc., EUA5101
Software de aquisição de dadosTekscan Inc., EUAwww.tekscan.com/products/software
Portas de temporização infravermelhasLafayette Instrument Company, EUA5016A
MATLABMathWorks, EUAwww.mathworks.com/products/matlab
Caixa de ferramentas SPM1dCódigo aberto (Mapeamento Paramétrico Estatístico)www.spm1d.org

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