ITRM20130307A1 - Dispositivo dinamico per il controllo dello scarico al suolo del peso corporeo. - Google Patents

Description

DISPOSITIVO DINAMICO PER IL CONTROLLO DELLO SCARICO AL SUOLO DEL PESO CORPOREO

La presente invenzione si riferisce ad una nuova tipologia di suola di scarpa che include un’innovativa geometria delle strutture di carico e scarico al suolo.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad dispositivo che va usato come appoggio del piede in modo da scaricare i carichi in punti precisi dello stesso piede e permettere di centrare fisiologicamente l’onda di ritorno dal suolo in modo da permettere un funzionamento corretto del piede ed una camminata fisiologicamente corretta.

Stato della tecnica

Moltissime tipologie di calzature cercano di risolvere il problema di assorbire l’effetto dell’impatto al suolo del piede. A questo scopo sono state realizzate e brevettate suole in gomma con effetto cuscino, plantari con camere d’aria a pressione fissa o variabile.

Altre tipologie di scarpe cercano di risolvere il problema di restituire in maniera corretta l’energia potenziale elastica accumulata dalla scarpa, soprattutto nell’ambito sportivo, per favorire il gesto atletico. Questo tipo di scarpe generalmente include una molla o una serie di molle in posizioni fisse e con costanti elastiche fisse.

Un terzo tipo di problema che alcune tipologie di scarpe o plantare cercano di risolvere à ̈ quello del corretto adattamento posturale e della migliore dinamica della camminata o della corsa.

Quasi tutti i brevetti in materia affrontano singolarmente ciascuno dei problemi evidenziati.

Si citano qui come esempio i brevetti US2002/0088142, US2003/0033731, US2011/0107618.

Inoltre, quasi tutti i dispositivi brevettati condividono lo stesso tipo di limiti e problematiche:

- contenimento del peso e del volume del dispositivo utilizzato per l’installazione nella suola della calzatura;

- appropriata intensità della forza di reazione/restituzione dell’energia potenziale elastica accumulata dalla molla o dalla scarpa in generale;

- limitata geometria a disposizione dell’escursione della molla o dei cuscinetti, con conseguente significativa limitazione del controllo sul dispositivo;

- necessità di garantire continuità nella risposta del plantare o della scarpa alle sollecitazioni ricevute ed alle spinte fornite durante il passo; - necessità di garantire il massimo comfort e la massima vestibilità alla calzatura;

- necessità di garantire il funzionamento del dispositivo nel tempo e limitarne il degrado strutturale e funzionale;

- flessibilità d’uso in relazione alle diverse tipologie di attività per cui la stessa scarpa può essere utilizzata;

- complessa anatomia e fisiologia del piede e del suo ruolo sulla postura dell’individuo.

Più limitato à ̈ il numero di brevetti e invenzioni che mirano ad intervenire su e controllare simultaneamente i tre processi sopra evidenziati:

- assorbimento dell’urto;

- restituzione dell’energia accumulata;

- controllo posturale e dell’appoggio plantare.

Con riferimento a questo ultimo punto, à ̈ bene evidenziare che il piede à ̈ fondamentale per le funzioni dinamiche e posturali. Di notevole rilevanza à ̈ la volta plantare che ha un ruolo ammortizzante indispensabile per permettere il cammino in maniera fisiologica. L’alterazione della volta plantare dal punto di vista biomeccanico e sensoriale modifica l’appoggio del piede al suolo modificando l’assetto statico e dinamico.

La volta plantare à ̈ un’architettura complessa che associa elementi osteoarticolari, legamentosi e muscolari del piede. In riferimento alla figura 1 (a), essa può essere definita come un sistema ad archi, appoggiata al suolo su 3 punti che sono disposti ai vertici di un triangolo ABC. A corrisponde alla testa del 1° metatarso, B alla testa del 5° metatarso e C alla tuberosità posteriore del calcagno. Ogni punto di appoggio à ̈ comune a due archi contigui. Fra A e B à ̈ teso l’arco anteriore, fra B e C l’arco esterno e fra A e C l’arco interno. Quest’ultimo à ̈ il più lungo e alto ed à ̈ il più importante per il mantenimento della postura statica e dinamica.

In riferimento alla figura 1 (b), il peso del corpo trasmesso all’arto inferiore si applica sul tarso posteriore a livello della puleggia astragalica, da qui le forze si ripartiscono in tre direzioni, verso i punti di appoggio della volta. Nella posizione eretta sono i talloni che sopportano lo sforzo principale in quanto su di essi viene trasferita la metà del peso del corpo.

I carichi sui tre punti ABC si ripartiscono nella misura di 2/6 su A, 1/6 su B e 3/6 su C.

La precedente considerazione à ̈ di particolare importanza ai fini della disposizione sotto la volta plantare dei dispositivi di controllo della stabilità, della reazione vincolare e dell’assorbimento dell’urto al suolo.

Il cammino à ̈ caratterizzato da continui adattamenti di ampiezza e velocità dei segmenti corporei, che si adattano all’ambiente circostante. Il cammino può essere visto come la continua ricerca di equilibrio per mantenere il centro di gravità all’interno del poligono di appoggio al suolo formato dai piedi. La deambulazione dell’uomo à ̈ un movimento compreso fra i due appoggi calcaneari dello stesso piede ed à ̈ costituito da una fase portante (stance) e una fase oscillante (swing).

A livello funzionale quindi il passo si suddivide in due e le fasi di stance e di swing rivestono un ruolo ben specifico.

Analizzando il ciclo della deambulazione, si comprenderà bene come questo produca un movimento risultante che si traduce sotto forma di un’elica che partendo dalla reazione vincolare al suolo del piede, favorisce e produce la progressione del soggetto verso l’avanti (piano orizzontale).

In situazione di corretta fisiologia il piede si comporta come un’elica in modo tale che la proiezione a terra del baricentro corporeo resti perlopiù centrata ossia passi lungo il proprio asse, che corrisponde all'incirca all'asse podalico, ovvero quello passante centralmente al retropiede e al centro tra II e III dito.

Retropiede e avampiede si dispongono infatti in piani che si intersecano in modo variabile. Nella condizione ideale, il retropiede à ̈ disposto verticalmente e l'avampiede orizzontalmente (su una superficie di appoggio orizzontale). A piede sotto carico la torsione tra retropiede e avampiede si attenua nel rilassamento (il piede diviene una piattaforma modellabile) e si accentua nell'irrigidimento (il piede diviene una leva).

Quindi, l'avvolgimento dell'elica, con la conseguente accentuazione dell'apparente disposizione ad arco, corrisponde al suo irrigidimento. Lo svolgimento dell'elica, con conseguente attenuazione dell'arco apparente, Ã ̈ il rilasciamento.

L’importanza del concetto di un buon appoggio podalico, e quindi dell’andamento dell’elica podalica, sopra descritta, non à ̈ fine a se stessa; infatti, la torsione della suddetta elica à ̈ connessa alla rotazione esterna dei segmenti sovrapodalici (gamba e femore).

Altro elemento importante da considerare ai fini della realizzazione di un plantare che assecondi la fisiologia e la biomeccanica contribuendo ad una corretta deambulazione à ̈ il fatto che la moderna biomeccanica ha individuato l'elemento spaziale prioritario nella statica e nella dinamica dell'uomo sul piano trasverso.

Difatti à ̈ dalla rotazione nel piano trasverso che scatta il meccanismo antigravitario, il quale consente la migrazione del baricentro verso l'alto.

Le articolazioni in cui si compie il movimento nel piano trasverso sono, a catena cinetica chiusa, la coxofemorale e la sotto-astragalica.

In particolare, l'articolazione coxofemorale e l'articolazione astragalo-scafoidea sono analogicamente strutturate e corrispondentemente disposte.

I movimenti essenziali nella meccanica antigravitaria dell'anca sono l'estensione e la concomitante rotazione esterna. Nel trasferimento dalla flessione all'estensione quindi il femore ruota verso l'esterno riflettendosi nel meccanismo di rilasciamento-irrigidimento podalico.

E' questa quindi una condizione anatomo-funzionale che favorisce la nostra antigravitarietà.

La spirale di carico/scarico si trasferisce dal piano trasverso al piano frontale, grazie alla spinta astragalo-calcaneare, a livello podalico, in presenza di un congruo coefficiente di attrito (senza quest'ultimo infatti l'avvolgimento podalico risulta difficoltoso). In funzione di quest’ultima affermazione, à ̈ intuitivo che un terreno o delle suole eccessivamente soffici risultano inappropriati, in quanto disperdono eccessivamente l'impulso compressivo derivante dall'impatto calcaneare durante il passo, indispensabile per l'esecuzione e la trasmissione delle forze torsionali a livello rachideo e quindi del bacino.

La sintesi di quanto espresso in precedenza porta a sintetizzare il concetto seguente, ovvero, che il piede non à ̈, semplicemente, un sistema ad archi o volte, bensì un sofisticatissimo sistema senso-motorio elicoidale (Paparella Treccia, 1978). Quindi, à ̈ possibile ipotizzare che il benessere muscoloarticolare del corpo umano à ̈ condizionato, in maniera importante, da un corretto appoggio plantare e da un’adeguata ridistribuzione delle forze di reazione vincolare tra pianta del piede e suolo.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un dispositivo dinamico per il controllo dello scarico al suolo del peso corporeo, che superi gli inconvenienti e risolva i problemi della tecnica anteriore.

E’ oggetto della presente invenzione quello di fornire un dispositivo dinamico di appoggio del piede, il piede presentando un calcagno, un secondo ed un terzo metatarso ed un quinto metatarso nonché un’asse longitudinale passante attraverso il calcagno e il secondo-terzo metatarso, il dispositivo comprendendo una pluralità di mezzi elastici di scarico del peso fissate in corrispondenza una pluralità di corrispondenti aree del piede, il dispositivo essendo caratterizzato dal fatto che dette corrispondenti aree del piede sono unicamente:

− l’area del calcagno;

− l’area tra il secondo ed il terzo metatarso;

− l’area del quinto metatarso;

− l’area speculare al quinto metatarso rispetto a detto asse longitudinale.

Preferibilmente secondo l’invenzione, detti mezzi elastici di scarico comprendono una o più molle.

Preferibilmente secondo l’invenzione, i mezzi elastici in corrispondenza del calcagno comprendono due molle, mentre i mezzi elastici in corrispondenza delle altre tre aree del piede comprendono ciascuno una sola molla.

Preferibilmente secondo l’invenzione, i mezzi elastici in corrispondenza del calcagno e dell’area tra il secondo ed il terzo metatarso comprendono ciascuno due molle, mentre i mezzi elastici in corrispondenza delle altri due aree del piede comprendono ciascuno una sola molla.

Preferibilmente secondo l’invenzione, detti mezzi elastici sono in materiale a memoria di forma.

L’invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo ma non limitativo, con particolare riferimento ai disegni delle figure allegate, in cui:

- la figura 1 mostra in A i tre punti di appoggio definenti il sistema ad archi del piede, ed in (b) la distribuzione dei carichi sul piede;

- la figura 2 mostra i punti di controllo dinamico dello scarico a terra, secondo l’invenzione;

- la figura 3 mostra le figure geometriche formate dai punti della figura 2;

- la figura 4 mostra le figure geometriche della figura 3 applicate alla rappresentazione del piede in figura 2;

- la figura 5 mostra una rappresentazione di una curva che individua il punto di applicazione della forza risultante sul plantare;

- la figura 6 mostra una simulazione con la forza risultante applicata nel punto di figura 5.

Descrizione dettagliata di esempi di realizzazione dell’invenzione

L’analisi fisiologica sovra esposta chiarisce alcuni concetti fisiologici affermati, ma non porta di per sé ad individuare quali sono i punti migliori del piede in cui porre un controllo dinamico dello scarico a terra.

Gli inventori hanno quindi sfruttato le conoscenze fisiologiche ed effettuato simulazioni e prove di laboratorio per arrivare a determinare questi punti.

Il risultato à ̈ un plantare che abbia inserite nella sua anatomia almeno 4 molle, preferibilmente 5 o 6, ad esempio realizzate con materiale a memoria di forma, di forza calibrata e con funzione di molla realizzata in modo tale da poter controllare la distribuzione del peso nelle 3 dimensioni dello spazio (trasversale compresa).

Queste molle vanno applicate in corrispondenza di quattro punti, che differiscono dai punti ABC sopra esposti e derivati dagli esistenti lavori di fisiologia.

Infatti, gli Inventori hanno trovato che va data maggiore importanza al 3° e 4° metatarso come appoggio anteriore trasferendo al 5° metatarso la funzione di stabilizzatore nell’appoggio statico.

In aggiunta, si à ̈ reso necessario considerare anche un punto speculare al 5° metatarso, per poter utilizzare il concetto astratto di elica con cui il terreno rinvia la forza sul piede. Questa elica interessa principalmente la volta plantare, l’articolazione tibio-astragalica e l’articolazione coxo-femorale, nella corretta deambulazione e quindi deve essere rispettata in una deambulazione con un plantare.

Più dettagliatamente, facendo riferimento alla figura 2, tali molle dovranno essere poste in corrispondenza del:

1 - centro del calcagno;

2 - in corrispondenza del 2° - 3° metatarso,

3 – in corrispondenza del 5° metatarso;

4 - dal lato del 1° metatarso ma in posizione speculare al 5° metatarso.

Le molle da porre in corrispondenza dei punti 1, 2 dovranno avere una dimensione maggiore rispetto alle altre due perché il massimo del peso grava sul calcagno; la molla in zona 2° e 3° metatarso dovrà quindi essere in grado di bilanciare la forza di reazione della molla posta sotto il calcagno. Le molle laterali avranno la funzione di stabilizzare la posizione del piede e contribuire al controllo delle forze di azione e reazione sul piano trasversale.

Il punto 4, speculare al quinto metatarso, à ̈ un punto che – a conoscenza degli Inventori - non à ̈ mai stato indicato nella tecnica anteriore come punto di controllo dinamico dello scarico. Esso, nell’ambito della presente invenzione serve a creare tre figure geometriche che permettono di rispettare la dinamica dell’elica sopra menzionata.

Le molle nella presente invenzione non hanno lo scopo di migliorare la risposta delle suole per fini atletici, ma di riorientare la pianta del piede rispetto al terreno. Per questo i punti sopra indicati sono i soli punti possibili, e ulteriori molle messe ad esempio nella parte centrale della pianta del piede annullerebbero in tutto o in parte l’effetto tecnico raggiunto con la presente invenzione.

In riferimento alle figure 3 e 4, anzitutto si individuano due triangoli isosceli, uno anteriore ed uno posteriore.

Nel triangolo posteriore, più grande, à ̈ possibile intercettare:

− un piano sagittale (antero-posteriore), indicato con il colore giallo, che si continua nel triangolo anteriore. Tale piano à ̈ deputato al controllo dei movimento di basculamento verticale e trasversale sul piano sagittale;

− due piani obliqui, indicati con il colore rosso, che hanno la funzione di controllare anche loro i basculamenti verticali del piede sul piano sagittale, ma siccome sono posti più lateralmente hanno lo scopo principale di controllare i movimenti del piede sul piano torsionale, ovvero sul piano trasverso. La presenza di questi assi, inoltre, insieme all’asse sagittale, consente di aumentare la stabilità dell’appoggio plantare e la ripartizione dei carichi. Inoltre, la sinergia tra questi 3 assi, aumenta la performance della spinta che parte dalla pianta del piede durante la deambulazione.

Il triangolo anteriore, di colore blu, à ̈ caratterizzato da una base in comune con il triangolo più grande, essendo una continuazione di quest’ultimo, e possiede due piani obliqui, più piccoli di quelli del triangolo posteriore ma con funzione simile. Infatti provvedono al controllo dei carichi sul piano trasverso nella zona dell’avampiede dove sono collocati.

In riferimento alla figura 5, la seconda figura geometrica si intercetta unendo con una linea curva continua i quattro punti, definendo un otto il cui centro coincide con il centro del piede (volta plantare) ovvero con l’articolazione tibio-astragalica (centro della caviglia).

L’obiettivo del posizionamento delle molle secondo l’invenzione à ̈ quello di riconvogliare l’onda di rientro dal terreno al centro della caviglia. Ogni molla avrà una forza elastica diversa. L’intensità della forza e le proporzioni tra le molle variano a seconda del soggetto da trattare.

In una prima forma realizzativa, Ã ̈ posta una molla in ciascuno dei quattro punti sopra individuati.

In un’ulteriore forma realizzativa, al livello del calcagno sono applicate due molle invece di una, perché in tal modo si controlla meglio la forza sull’asse torsionale. Stessa cosa per la molla al livello del secondo e terzo metatarso, che può anche essere doppia.

Una strutturazione del plantare in tal modo, ovvero con delle molle opportune per convogliare la forza di reazione dal terreno sulla scarpa e ridistribuirla nei punti di appoggio della volta plantare che la letteratura identifica come tali, svolge la funzione di poter riequilibrare il più possibile situazioni in cui, per motivi diversi, gli appoggi plantari si sono modificati strutturando situazioni per le quali muscoli ed articolazioni (sia del piede che del resto del soma, vedi sopra) lavorano scorrettamente e/o con carichi di lavoro esagerati.

Infine, facendo riferimento, ancora una volta, alla forma ad elica della forza di azione e di reazione che si genera quando si scaricano al suolo le forze, la posizione delle molle così come prima descritta, descrive un 8 il cui incrocio corrisponde con il centro della volta plantare, ovvero, con l’articolazione tibio-astragalica, come mostrato nella figura 5.

Ricordiamo che attraverso quest’ultima passa l’onda a forma di elica della forza vincolare pianta del piede – suolo. Ciò vuol dire, quindi, che la risultante finale della forza assorbita dalle molle presenti sul plantare à ̈ tale da generare un’onda di rientro attraverso il centro del piede e da lì attraverso le altre articolazioni, come descritto precedentemente attraverso i concetti di fisiologia e biomeccanica.

La figura 6 mostra il risultato di una simulazione in cui al centro della volta plantare si produce una forza risultante grazie all’azione delle molle. Se si spostano i punti di applicazione delle molle di cui sopra, la risultante varia molto e non à ̈ più applicata al centro della volta plantare.

Con il termine “molla†si intende qui un qualsiasi mezzo elastico di scarico del peso.

In quel che precede sono state descritte le preferite forme di realizzazione e sono state suggerite delle varianti della presente invenzione, ma à ̈ da intendersi che gli esperti del ramo potranno apportare modificazioni e cambiamenti senza con ciò uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo dinamico di appoggio del piede, il piede presentando un calcagno, un secondo ed un terzo metatarso ed un quinto metatarso nonché un’asse longitudinale passante attraverso il calcagno e il secondo-terzo metatarso, il dispositivo comprendendo una pluralità di mezzi elastici di scarico del peso fissate in corrispondenza una pluralità di corrispondenti aree del piede, il dispositivo essendo caratterizzato dal fatto che dette corrispondenti aree del piede sono unicamente: − l’area del calcagno; − l’area tra il secondo ed il terzo metatarso; − l’area del quinto metatarso; − l’area speculare al quinto metatarso rispetto a detto asse longitudinale.
2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi elastici di scarico comprendono una o più molle.
3. 3) Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che i mezzi elastici in corrispondenza del calcagno comprendono due molle, mentre i mezzi elastici in corrispondenza delle altre tre aree del piede comprendono ciascuno una sola molla.
4. 4) Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che i mezzi elastici in corrispondenza del calcagno e dell’area tra il secondo ed il terzo metatarso comprendono ciascuno due molle, mentre i mezzi elastici in corrispondenza delle altri due aree del piede comprendono ciascuno una sola molla.
5. 5) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che detti mezzi elastici sono in materiale a memoria di forma.