Люди эволюционировали, чтобы ходить с дополнительной пружиной при ходьбе, как показывает исследование свода стопы.

Новое исследование показывает, что люди, возможно, развили арку, похожую на пружину, чтобы помочь нам ходить на двух ногах. Исследователи, изучающие эволюцию прямохождения, давно выдвинули гипотезу о том, что высокий свод стопы помогает нам ходить, действуя как рычаг, толкающий тело вперед.

Но теперь глобальная группа ученых обнаружила, что сгибание свода стопы возвращается в вертикальное положение для более эффективной ходьбы. При беге эффекты больше, что позволяет предположить, что способность эффективно бегать может быть избирательным сжатием эластичного свода стопы, что также делает ходьбу более эффективной. Это открытие может помочь врачам улучшить методы лечения проблем со стопами у современных пациентов.

сказал доктор Лорен Велти, первый автор исследования Границы биоинженерии и биотехнологии, который проводил исследование во время учебы в Королевском университете, а теперь является филиалом Университета Висконсин-Мэдисон. «Оказывается, вместо этого пружинящая арка отскакивает назад, чтобы помочь лодыжке поднять объект».

Шаг за шагом

Эволюция наших стоп, в том числе приподнятый медиальный свод, который отличает нас от человекообразных обезьян, имеет решающее значение для двуногой ходьбы. Считается, что лук дает гомининам больше рычагов при прямохождении: механизм неясен, но когда движение лука ограничено, бег требует больше энергии. Отскок лука может сделать нас более эффективными бегунами, толкая центральную массу тела вперед или компенсируя механическую работу, которую приходится выполнять мышцам.

Чтобы проверить эти гипотезы, команда отобрала семь участников с разным дуговым движением, которые шли и бежали, а их ноги снимались высокоскоростными рентгеновскими камерами захвата движения. У каждого участника измеряли высоту свода стопы, а их правые стопы подвергали компьютерной томографии.

Ученые создали жесткие модели и сравнили их с измеренным движением костей стопы, чтобы проверить влияние движения дуги на соседние суставы. Они также измерили, какие суставы в наибольшей степени способствовали скачку свода стопы, вкладу скачка свода стопы в центр масс и толчку лодыжки.

Он склонен ходить на двух ногах

Хотя ученые ожидали обнаружить, что отскок лука помогает жесткому рычагу свода поднимать тело, они обнаружили, что жесткий свод без отскока приводит либо к тому, что стопа отрывается от земли раньше, что, вероятно, снижает эффективность икроножных мышц, либо к искривлению голеностопных костей. больше вперед, чем необходимо.

Наклон вперед отражает позу идущего шимпанзе, а не прямохождение, характерное для походки человека. Гибкий свод помог вернуть лодыжку в вертикальное положение, позволяя ноге более эффективно отталкиваться от земли. Этот эффект больше всего проявляется при беге, что позволяет предположить, что эффективный бег может быть эволюционным давлением в пользу гибкого свода стопы.

Ученые также обнаружили, что сустав между двумя костями медиальной дуги, ладьевидной и медиальной клиновидной, имеет решающее значение для гибкости свода. Изменения в этом суставе могут помочь нам проследить эволюцию прямохождения в палеонтологической летописи гоминидов.

«Кажется, что движения наших ног позволяют нам идти и бежать прямо, а не наклоняться вперед или делать следующий шаг слишком рано», — сказал доктор Майкл Рэйнбоу из Королевского университета, старший автор.

лечебная способность

Эти результаты также указывают на возможности лечения людей, у которых арки ригидны из-за травмы или болезни: поддержка гибкости арки может улучшить общую подвижность.

«Наша работа показывает, что движение свода стопы во время толчка делает передвижение более эффективным», — сказал Уэлти. «Если мы ограничим движение свода стопы, вероятно, произойдут соответствующие изменения в функционировании других суставов».

«На данный момент наша гипотеза требует дальнейшей проверки, потому что нам нужно подтвердить, что различия в работе ног в разных популяциях приводят к изменениям, которые мы наблюдаем в нашей ограниченной выборке», — сказал Рейнбоу. «Однако наша работа прокладывает путь к новому захватывающему направлению расследования».