The Influence of the Shoe over the Medial Foot Arch and the Lower Limbs Kinematics in Toddlers

Okai-Nobrega, Liria Akie; Santos, Thiago Ribeiro Teles; Lage, Ana Paula; Araújo, Priscila Albuquerque de; Souza, Thales Rezende de; Fonseca, Sérgio Teixeira

Abstract Objective To evaluate the biomechanical behavior of the medial longitudinal arch (MLA) of the foot and the kinematic parameters of the lower limbs with biomimetic footwear (BF) and non-biomimetic (NB1, NB2, NB3 and NB4) footwear in children at the beginning of the gait acquisition phase.

Methods Four toddlers were evaluated at the beginning of the gait acquisition phase under the following conditions:

walking barefoot, ambulation with BF and NB1, NB2, NB3 and NB4 footwear in hard floor. BF is described as biomimetic because of its property of emulating natural and irregular floors through a dynamic internal insole. The MLA and kinematics of the hip, knee, and ankle during gait were evaluated by three-dimensional motion analysis system. The similarity between the kinematic curves of barefoot and footwear conditions was analyzed by root mean square error (RMSE). Results The use of BF presented the highest magnitude of MLA and the greatest difference in relation to barefoot condition (higher RMSE). The BF showed less difference in the kinematics of the knee and ankle joints during gait when compared to barefoot condition (lower RMSE). NB2 footwear presented hip kinematics more similar to barefoot condition (lower RMSE). Conclusion Biomimetics footwear and NB2 shoes (both with wider forefoot region) generated smaller differences in lower limbs compared to barefoot. In addition, the MLA was higher in the BF, probably because different design from other shoes.

Resumo Objetivo Avaliar o comportamento do arco longitudinal medial do pé (ALM) e os parâmetros cinemáticos dos membros inferiores durante a deambulação com calçados biomiméticos (CBs) e não biomiméticos (NB1, NB2, NB3 e NB4) em crianças no início da fase de aquisição da marcha.

Métodos Foram avaliadas quatro crianças no início da fase de aquisição da marcha nas seguintes condições:

andar descalço, andar com CBs e calçados NB1, NB2, NB3 e NB4 em solo plano. O calçado biomimético é descrito como biomimético por emular pisos naturais e irregulares por meio de uma palmilha interna dinâmica. O ALM e a cinemática do quadril, joelho e tornozelo durante a marcha foram avaliados por meio de sistema de análise do movimento tridimensional. A similaridade entre as curvas cinemáticas das condições descalça e com calçado foi analisada por meio do cálculo de root mean square error (RMSE). Resultados O CB foi o que apresentou maior magnitude do ALM e maior diferença do ALM em relação à condição descalça (maior RMSE). O CB apresentou ainda menor diferença na cinemática das articulações do joelho e tornozelo durante a marcha quando comparado à condição descalça (menor RMSE). O calçado NB2 apresentou a cinemática do quadril mais semelhante à condição descalça (menor RMSE). Conclusão Os calçados CB e NB2 que apresentam a região do antepé mais larga geraram menores diferenças na cinemática dos membros inferiores. Além disso, o ALM foi maior no CB provavelmente devido a seu design ser diferente daquele dos demais calçados.