Une étude montre que les humains ont peut-être développé une arche en forme de ressort pour nous aider à marcher sur deux pieds

Au cours de l’évolution humaine, le pied a subi de fortes pressions sélectives. L’arche médiale prononcée du pied humain est considérée comme une caractéristique unique dans l’évolution de la bipédie habituelle. Une arche médiale élevée chez les hominidés fossiles indique les adaptations de la capacité de levier du pied dans la fonction de ressort de poussée et de mobilité.

Théoriquement, l’arc longitudinal incurvé agit comme un levier presque rigide pour la poussée, et la mobilité des autres articulations permet le recul semblable à un ressort des tissus qui s’étendent sur l’arc. Il existe une lacune dans la recherche concernant la manière dont le recul de l’arche interagit avec sa fonction de levier pour favoriser le mouvement.

Arrière-plan

La voûte plantaire du pied humain recule en propulsion, et ce phénomène est connu sous le nom de flexion plantaire. Notamment, les articulations du médio-pied des chimpanzés sont initialement en flexion dorsale après le soulèvement du talon. C’est une observation intéressante, car les chimpanzés sont les parents vivants les plus proches des humains. Fait intéressant, tous les primates non humains subissent des pauses similaires au milieu du pied.

Les soulèvements de l’arrière-pied des non-primates forment une «arche inversée», où le médio-pied reste sous le plan reliant le talon et les orteils. Le pivot du levier du pied fonctionne comme le médio-pied au lieu des articulations métatarsophalangiennes. Le raccourcissement du levier au pied réduit les avantages mécaniques. Bien que la mobilité du milieu du pied aide à grimper, elle réduit l’efficacité de la poussée lors de la marche bipède.

La stabilité des arcs longitudinaux chez l’homme se manifeste par un fascia plantaire robuste, des ligaments plantaires et la structure de l’arc surélevé. Pendant le soulèvement du talon, le médio-pied au-dessus du plan reste connecté aux talons et aux orteils. Bien que certains humains subissent des fractures marginales au milieu du pied, elles ne sont pas aussi importantes que celles des autres primates. Par conséquent, les articulations métatarso-phalangiennes agissent comme le pivot du levier du pied humain, offrant aux humains l’avantage d’un effet de levier supplémentaire par rapport aux primates avec une pause au milieu du pied.

On ne sait toujours pas comment la flexion plantaire de l’arc humain affecte sa fonction de levier. Cette compréhension aiderait à mieux comprendre la divergence évolutive des humains par rapport aux autres primates. Les scientifiques ont émis l’hypothèse que le recul des tissus couvrant l’arche fournit le travail mécanique requis, qui pourrait autrement être produit par un coût métabolique par les muscles. Une autre hypothèse est que l’arche contribue à la propulsion du centre de masse (COM).

L’arche contribue également à la course. Ici, le ressort de jambe s’étend en propulsion en soulevant l’apex du pied d’environ 10 à 15 mm. Cependant, le recul de l’arc est faible par rapport à l’excursion COM, qui est plus proche de 80 mm. Pendant la marche, la posture de la cheville est affectée par le type d’arche statique. Par rapport à une arche basse, une arche haute facilite les postures de poussée. Si l’arche n’est pas suffisamment haute, la cheville peut présenter une amplitude de mouvement réduite.

À propos de l’étude

Une récente Frontières en bioingénierie et biotechnologie étude a émis l’hypothèse que la voûte plantaire recule pour propulser le COM, ce qui affecte la posture de la cheville. Cette hypothèse a été testée via in vivo expériences utilisant le mouvement individuel des os du pied dérivé de la vidéoradiographie biplanaire.

Initialement, le moment de la propulsion COM et du recul de l’arc a été comparé. Il a été prédit que la propulsion COM et le moment du recul de l’arc seraient synchronisés pendant la marche et la course. Un modèle qui limite mathématiquement le recul de l’arche a été développé mais conservé en s’appuyant sur l’articulation métatarsophalangienne (MTPJ).

Le talus, en tant que sommet de l’arc, devait être plus haut à la poussée dans un arc qui recule par rapport à un arc qui ne recule pas beaucoup. Ces observations dans un contexte évolutif sont basées sur des données concernant la marche bipède des chimpanzés. Des études antérieures ont montré que les chimpanzés ont un médio-pied qui fléchit beaucoup moins par rapport aux humains lors de la levée du talon.

Les paramètres cinématiques, tels que la flexion plantaire de la cheville et le temps de contact avec le sol, qui affectent la propulsion de la cheville pourraient être influencés par la mobilité de la flexion plantaire de la voûte plantaire. Pour comprendre si la forme de la voûte plantaire et le mouvement dynamique influencent la position globale de la cheville pendant la phase propulsive de la marche, les participants ayant une mobilité de flexion plantaire de la voûte plantaire et des types de pieds étendus ont été examinés.

Résultats de l’étude

L’étude actuelle a observé que ni la position globale du talus ni la flexion plantaire de la cheville à la poussée n’étaient associées à la hauteur de la voûte plantaire statique. Cette découverte indique que la capacité des humains à se déplacer de manière bipède, en particulier lors de la poussée, est fortement liée à la mobilité en flexion plantaire de l’arc plutôt qu’à sa posture.

Cette étude souligne que la mobilité de la flexion plantaire de l’arc est la pièce maîtresse du puzzle évolutif. Comparé à d’autres primates, un lien fonctionnel entre la structure de l’arc et le recul de l’arc dans la propulsion peut faciliter la locomotion bipède chez l’homme. Les auteurs ont proposé deux raisons non mutuellement exclusives pour expliquer l’arche médiale proéminente chez l’homme.

Premièrement, l’arc oriente intrinsèquement la surface articulaire supérieure du talus vers le haut, de sorte que même en l’absence de recul de l’arc, il maintient une position verticale par rapport aux pieds non cambrés des chimpanzés.

Deuxièmement, les tissus humains couvrant la voûte plantaire présentent des bras de moment plus longs dans les articulations du médio-pied pour développer plus de recul de la voûte plantaire que chez les chimpanzés. Chez les chimpanzés, en raison de l’absence d’arche, le médio-pied présente moins de capacité à reculer et à réorienter le talus pour rester droit.

conclusion

Compte tenu des résultats expérimentaux globaux, les auteurs ont conclu que l’évolution d’un arc structurel pour fonctionner en tandem avec l’arc de recul aide à la locomotion bipède verticale chez l’homme. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour valider cette observation.