Поперечный свод стопы оказался самым важным для ее продольной жесткости

40 процентов жесткости человеческой стопе обеспечивает ее поперечный свод, сообщается в Nature. Ранее считалось, что для поддержания формы стопы важнее всего самый крупный ее свод — медиальный продольный. Новые данные помогут пересмотреть взгляды на развитие прямохождения у предков человека.

При ходьбе человек опирается на всю стопу. Для эффективного отталкивания от опоры средняя часть стопы должна быть достаточно жесткой. Жесткость эту обеспечивают два свода — медиальный продольный (есть и другие продольные) и поперечный. Они образованы костями плюсны и предплюсны, а также связками и мышцами.

В большинстве исследований прямохождения авторы уделяли внимание медиальному продольному своду как наиболее крупному. Однако не вполне понятно, как высота медиального продольного свода влияет на жесткость стопы: к примеру, люди с сильным продольным плоскостопием, у которых он почти не выражен, нередко могут вполне нормально ходить перекатом с пятки на носок, то есть сниженная жесткость стопы им будто бы не мешает. К тому же, в теории и поперечный свод может частично ее обеспечивать: если согнуть лист бумаги поперек, он выдержит больший груз на одном из своих концов, чем если оставить его плоским.

Поэтому ученые из Йельского университета, шведского Северного университета теоретической физики, Уорикского университета и ряда других собрали измерения поперечного свода стопы у людей-добровольцев, шимпанзе, горилл (данные из литературы) и нескольких вымерших видов гоминид (Homo naledi, Homo habilis и других; по фотографиям костей). Особенно исследователей интересовало положение четвертой кости плюсны.

Кроме того, у авторов в распоряжении был донорский материал — замороженные ноги умерших женщин 55 и 64 лет. Их подвергли испытаниям: поставили на две платформы и нагрузили так, чтобы имитировать массу тела человека. Жесткость стоп измеряли в цельном  состоянии и после перерезки части связок, которые поддерживают поперечный свод.

Тесты настоящих ног показали, что при повреждении поперечного свода стопы ее жесткость действительно падает, притом под высокой нагрузкой — более чем на 40 процентов. Это гораздо больше, чем можно было ожидать. А измерения сводов стоп и положения четвертой кости плюсны у различных видов позволило вывести угол изгиба этого же свода, при котором он начинает играть заметную роль в жесткости стопы — и, вероятно, обеспечивать прямохождение. По расчетам исследователей, такой угол наблюдался еще у австралопитеков за полтора миллиона лет до возникновения рода Homo.

Получается, что для прямохождения может быть важнее поперечный свод стопы. Это значит, что оно могло возникнуть и у тех, кто еще не обладал хорошо развитым продольным сводом. Кроме того, авторы говорят, что их данные могут помочь в разработке обуви для коррекции плоскостопия и изучении локомоции человека, а также поменять некоторые подходы к созданию конечностей роботов.

Тем не менее, для прямохождения важна форма не только стоп, но и позвоночника. Одной из перемен в строении позвоночного столба, обеспечивших прямохождение предкам человека, считают укорочение грудного отдела с 13 позвонков до 12. Самой древней известной находке гоминида с 12 позвонками грудного отдела 3,3 миллиона лет, это останки австралопитека из Эфиопии.

Светлана Ястребова