Une nouvelle étude a montré que les humains ont peut-être développé une arche en forme de ressort pour nous aider à marcher sur deux pieds. Les chercheurs qui étudient l’évolution de la marche bipède ont longtemps supposé que la voûte plantaire surélevée nous aide à marcher en agissant comme un levier qui propulse le corps vers l’avant.
Mais une équipe mondiale de scientifiques a maintenant découvert que le recul de la voûte plantaire flexible repositionne la cheville en position verticale pour une marche plus efficace. Les effets de la course sont plus importants, ce qui suggère que la capacité à courir efficacement aurait pu être une pression sélective pour une voûte plantaire flexible qui rendait également la marche plus efficace. Cette découverte pourrait même aider les médecins à améliorer les traitements des problèmes de pieds des patients actuels.
« Nous pensions à l’origine que l’arc en forme de ressort aidait à élever le corps vers l’étape suivante », a déclaré le Dr Lauren Welte, premier auteur de l’étude en Frontières en bioingénierie et biotechnologie, qui a mené la recherche alors qu’il était à l’Université Queen’s et est maintenant affilié à l’Université du Wisconsin-Madison. « Il s’avère qu’au lieu de cela, l’arc en forme de ressort recule pour aider la cheville à soulever le corps. »
Pas à pas
L’évolution de nos pieds, dont la voûte plantaire surélevée qui nous distingue des grands singes, est cruciale pour la marche bipède. On pense que l’arc donne aux hominines plus de poids lorsqu’ils marchent debout : le mécanisme n’est pas clair, mais lorsque le mouvement de l’arc est restreint, la course demande plus d’énergie. Le recul de la voûte plantaire pourrait potentiellement faire de nous des coureurs plus efficaces en propulsant la masse centrale du corps vers l’avant ou en compensant le travail mécanique que les muscles auraient autrement à faire.
Pour étudier ces hypothèses, l’équipe a sélectionné sept participants avec une mobilité de voûte plantaire variable, qui ont marché et couru pendant que leurs pieds étaient filmés par des caméras de capture de mouvement à rayons X à grande vitesse. La hauteur de la voûte plantaire de chaque participant a été mesurée et leurs pieds droits ont été scannés.
Les scientifiques ont créé des modèles rigides et les ont comparés au mouvement mesuré des os du pied pour tester l’effet de la mobilité de la voûte plantaire sur les articulations adjacentes. Ils ont également mesuré quelles articulations contribuaient le plus au recul de la voûte plantaire et la contribution du recul de la voûte plantaire au centre de masse et à la propulsion de la cheville.
Se pencher sur la bipédie
Bien que les scientifiques s’attendaient à trouver que le recul de la voûte plantaire aidait le levier rigide de la voûte plantaire à soulever le corps, ils ont découvert qu’une voûte plantaire rigide sans recul faisait que le pied quittait le sol tôt, diminuant probablement l’efficacité des muscles du mollet, ou penché les os de la cheville trop en avant.
L’inclinaison vers l’avant reflète la posture des chimpanzés qui marchent, plutôt que la position verticale caractéristique de la démarche humaine. La voûte plantaire flexible a aidé à repositionner la cheville en position verticale, ce qui permet à la jambe de pousser plus efficacement sur le sol. Cet effet est encore plus important lors de la course, ce qui suggère qu’une course efficace peut avoir été une pression évolutive en faveur de l’arc flexible.
Les scientifiques ont également découvert que l’articulation entre deux os de l’arc médial, le naviculaire et le cunéiforme médial, est cruciale pour la flexibilité de l’arc. Des modifications de cette articulation pourraient nous aider à suivre le développement de la bipédie dans les archives fossiles d’hominines.
« La mobilité de nos pieds semble nous permettre de marcher et de courir debout au lieu de nous accroupir ou de passer trop tôt à l’étape suivante », a déclaré le Dr Michael Rainbow de l’Université Queen’s, auteur principal.
Potentiel thérapeutique
Ces résultats suggèrent également des pistes thérapeutiques pour les personnes dont la voûte plantaire est rigide en raison d’une blessure ou d’une maladie : soutenir la flexibilité de la voûte plantaire pourrait améliorer la mobilité globale.
« Notre travail suggère que permettre à l’arc de se déplacer pendant la propulsion rend le mouvement plus efficace », a déclaré Welte. « Si nous restreignons le mouvement de la voûte plantaire, il est probable qu’il y ait des changements correspondants dans le fonctionnement des autres articulations. »
« A ce stade, notre hypothèse nécessite des tests supplémentaires car nous devons vérifier que les différences de mobilité du pied dans la population conduisent aux types de changements que nous observons dans notre échantillon limité », a déclaré Rainbow. « Cela dit, notre travail ouvre la voie à une nouvelle voie d’investigation passionnante. »
Plus d’information:
Michael Rainbow et al, La mobilité de l’arche médiale du pied humain permet la locomotion bipède verticale, Frontières en bioingénierie et biotechnologie (2023). DOI : 10.3389/fbioe.2023.1155439