Блог

Jun 08, 2023

Люди эволюционировали, чтобы ходить с дополнительной пружиной при каждом шаге

Новое исследование показало, что люди, возможно, развили пружинящую арку, чтобы помочь

Новое исследование показало что люди, возможно, развили пружинящую арку, которая помогает нам ходить на двух ногах. Исследователи, изучающие эволюцию двуногой ходьбы, уже давно предположили, что поднятый свод стопы помогает нам ходить, действуя как рычаг, продвигающий тело вперед. Но глобальная группа ученых обнаружила, что отдача гибкой арки приводит лодыжку в вертикальное положение, обеспечивая более эффективную ходьбу. Эффект от бега сильнее, что позволяет предположить, что способность эффективно бегать могла быть избирательным давлением на гибкий свод стопы, что также делало ходьбу более эффективной. Это открытие может даже помочь врачам улучшить методы лечения проблем со стопами у современных пациентов.

«Изначально мы думали, что пружинящая арка помогает поднять тело на следующий шаг», — сказала доктор Лорен Велте, первый автор исследования в журнале «Frontiers in Bioengineering and Biotechnology», которая проводила исследование во время учебы в Королевском университете, а сейчас работает связан с Университетом Висконсин-Мэдисон. «Оказывается, вместо этого пружинящая дуга распрямляется, помогая лодыжке поднять тело».

Эволюция наших стоп, включая приподнятый медиальный свод, который отличает нас от человекообразных обезьян, имеет решающее значение для двуногой ходьбы. Считается, что арка дает гомининам больше рычагов при прямохождении: механизм неясен, но когда движение арки ограничено, бег требует больше энергии. Отдача арки потенциально может сделать нас более эффективными бегунами, продвигая центральную массу тела вперед или компенсируя механическую работу, которую в противном случае пришлось бы выполнять мышцам.

Чтобы исследовать эти гипотезы, команда выбрала семь участников с различной подвижностью сводов стопы, которые ходили и бегали, в то время как их ноги снимались высокоскоростными рентгеновскими камерами захвата движения. У каждого участника была измерена высота свода стопы, а правые ступни прошли компьютерную томографию. Ученые создали жесткие модели и сравнили их с измеренным движением костей стопы, чтобы проверить влияние подвижности свода стопы на соседние суставы. Они также измерили, какие суставы больше всего способствовали отдаче свода стопы, а также вкладу отдачи свода стопы в центр масс и движение голеностопного сустава.

Хотя ученые ожидали обнаружить, что отдача свода свода помогает жесткому рычагу свода поднимать тело вверх, они обнаружили, что жесткий свод без отдачи либо заставляет ступню отрываться от земли раньше, что, вероятно, снижает эффективность икроножных мышц, либо кости лодыжки наклонены слишком далеко вперед. Наклон вперед отражает позу идущих шимпанзе, а не прямохождение, характерное для человеческой походки. Гибкая арка помогла вернуть лодыжку в вертикальное положение, что позволяет ноге более эффективно отталкиваться от земли. Этот эффект еще сильнее проявляется во время бега, что позволяет предположить, что эффективный бег мог 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 дуги. Изменения в этом суставе могут помочь нам проследить развитие прямохождения в летописи окаменелостей гомининов.

«Подвижность наших ног, по-видимому, позволяет нам ходить и бегать прямо, вместо того, чтобы приседать вперед или слишком рано делать следующий шаг», — сказал доктор Майкл Рэйнбоу из Королевского университета, старший автор.

Эти результаты также открывают возможности для лечения людей, чья стопа ригидна из-за травмы или болезни: поддержка гибкости свода стопы может улучшить общую подвижность.

«Наша работа показывает, что перемещение арки во время движения делает движение более эффективным», — сказал Вельте. «Если мы ограничим движение свода сустава, вполне вероятно, что произойдут соответствующие изменения в функционировании других суставов».

«На данном этапе наша гипотеза требует дальнейшего тестирования, потому что нам нужно убедиться, что различия в подвижности ног среди населения приводят к тем изменениям, которые мы видим в нашей ограниченной выборке», — сказал Рэйнбоу. «Тем не менее, наша работа создает основу для нового захватывающего направления расследования».