Жёсткость стопы

Жесткая стопа позволяет человеку эффективно отталкиваться при ходьбе или беге, и по мнению многих ученых, именно эта адаптация имела решающее значение для развития прямохождения.

Считается, что уникальная изогнутость формы средней части стопы человека придает ей жесткость и “пружинистость”, тогда как у других приматов стопы плоские, которые могут лишь изгибаться в средней части стопы. Тем не менее, связь между геометрией средней части стопы и жесткостью остается дискуссионной темой в биомеханике стопы, подиатрии и палеонтологии.

Все эти дебаты сосредоточены на среднем продольном своде стопы и не учитывают, влияет ли на жесткость второй - поперечный свод стопы человека.

В этой работе, опубликованной в журнале Nature, авторы показывают, что поперечная тарзальная (предплюсневая) дуга (представляет собой короткую область, проходящую через стопу слева направо. Он находится между подушечкой стопы и пяткой), действующая через межкостные ткани (связки и мышцы стопы) и отвечает за более чем 40% продольной жесткости стопы. Принцип действия напоминает гибкую банкноту, которая становится жесткой при поперечном скручивании.

а) Стопа человека имеет два отдельных свода в средней части стопы: медиальный продольный свод (MLA) и попередчный продольный свод (TTA). Дополнительные анатомические детали есть на рис. 1 - показана типичная схема нагрузки во время отталкивания при ходьбе и беге. б) Тонкий и гибкий лист бумаги становится значительно жестче из-за поперечной кривизны. TTA может иметь аналогичную роль в стопе.

Авторы ввели безразмерный параметр кривизны, который управляет вкладом жесткости поперечной дуги стопы. В самой стопе свойства и жесткость межкостных тканей и подвижность плюсневых костей могут дополнительно влиять на продольную жесткость стопы и, таким образом, на соотношение кривизны и жесткости поперечной дуги свода.

Анализируя окаменелости, авторы отследили эволюцию параметра кривизны свода стопы у вымерших предков и показали, что поперечная арка, похожая на ту, что есть сейчас у человека, была ключевым шагом в эволюции человеческого прямохождения, который предшествовал развитию роду Homo, по крайней мере, на 1,5 миллиона лет.

а, Репрезентативные изображения ног, использованные в этой работе, и соответствующие предполагаемые даты жизни их "носителей": H. naledi, H. erectus, H. habilis, A. afarensis и Burtele. Pan troglodytes представляет собой последнего общего предка (LCA) человека и шимпанзе. b, Схема, показывающая скелетный вид продольной арки стопы (TTA) и кручение четвертой плюсневой кости, вызванное особенностями строения предплюснево-плюсневых костей. c, Медиана (точка с кружком) и средний 50-й процентиль (заштрихованная полоса) нормализованной кривизны (ĉ), показанные в логарифмическом масштабе.

Это обновленное понимание функционирования и эволюции стопы может улучшить клиническое лечение расстройств плоскостопия, конструирование роботизированных стоп и изучение функции стопы при передвижении.