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Jun 08, 2023

Gli esseri umani si sono evoluti per camminare con una spinta in più nel nostro passo

A new study has shown that humans may have evolved a spring-like arch to help

Lo ha dimostrato un nuovo studio che gli esseri umani potrebbero aver sviluppato un arco a molla per aiutarci a camminare su due piedi. I ricercatori che studiano l’evoluzione della camminata bipede presuppongono da tempo che l’arco rialzato del piede ci aiuti a camminare agendo come una leva che spinge il corpo in avanti. Ma un team globale di scienziati ha ora scoperto che il ritorno dell’arco flessibile riposiziona la caviglia in posizione verticale per una camminata più efficace. Gli effetti nella corsa sono maggiori, il che suggerisce che la capacità di correre in modo efficiente avrebbe potuto essere una pressione selettiva per un arco flessibile che rendesse anche la camminata più efficiente. Questa scoperta potrebbe anche aiutare i medici a migliorare i trattamenti per i problemi ai piedi dei pazienti attuali.

"Inizialmente pensavamo che l'arco a molla aiutasse a sollevare il corpo per fare il passo successivo", ha detto la dottoressa Lauren Welte, prima autrice dello studio su Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, che ha condotto la ricerca alla Queen's University e ora è affiliato con l'Università del Wisconsin-Madison. "Si scopre che invece l'arco a molla si ritrae per aiutare la caviglia a sollevare il corpo."

L'evoluzione dei nostri piedi, compreso l'arco mediale rialzato che ci distingue dalle grandi scimmie, è fondamentale per la deambulazione bipede. Si ritiene che l'arco dia agli ominini una maggiore leva quando camminano in posizione eretta: il meccanismo non è chiaro, ma quando il movimento dell'arco è limitato, la corsa richiede più energia. Il rinculo dell’arco plantare potrebbe potenzialmente renderci corridori più efficienti spingendo in avanti la massa centrale del corpo o compensando il lavoro meccanico che i muscoli altrimenti dovrebbero svolgere.

Per indagare su queste ipotesi, il team ha selezionato sette partecipanti con mobilità dell’arco variabile, che camminavano e correvano mentre i loro piedi venivano filmati da telecamere di acquisizione del movimento a raggi X ad alta velocità. È stata misurata l'altezza dell'arco plantare di ciascun partecipante e i loro piedi destri sono stati sottoposti a scansione TC. Gli scienziati hanno creato modelli rigidi e li hanno confrontati con il movimento misurato delle ossa del piede per testare l'effetto della mobilità dell'arco plantare sulle articolazioni adiacenti. Hanno anche misurato quali articolazioni contribuivano maggiormente al rinculo dell'arco plantare e il contributo del rinculo dell'arco plantare al centro di massa e alla propulsione della caviglia.

Sebbene gli scienziati si aspettassero di scoprire che il rinculo dell'arco plantare aiutasse la leva rigida dell'arco plantare a sollevare il corpo, hanno scoperto che un arco rigido senza rinculo faceva sì che il piede si staccasse da terra anticipatamente, probabilmente diminuendo l'efficienza dei muscoli del polpaccio, oppure ha inclinato troppo in avanti le ossa della caviglia. L'inclinazione in avanti rispecchia la postura degli scimpanzé che camminano, piuttosto che la posizione eretta caratteristica dell'andatura umana. L'arco flessibile ha aiutato a riposizionare la caviglia in posizione verticale, consentendo alla gamba di spingersi da terra in modo più efficace. Questo effetto è ancora maggiore durante la corsa, suggerendo che la corsa efficiente potrebbe aver rappresentato una pressione evolutiva a favore dell’arco plantare flessibile.

Gli scienziati hanno anche scoperto che l'articolazione tra due ossa dell'arco mediale, il navicolare e il cuneiforme mediale, è cruciale per la flessibilità dell'arco. Le modifiche a questo giunto potrebbero aiutarci a tracciare lo sviluppo del bipedismo nella documentazione fossile degli ominidi.

"La mobilità dei nostri piedi sembra permetterci di camminare e correre in posizione eretta invece di accucciarci in avanti o di spingerci troppo presto al passo successivo", ha affermato il dottor Michael Rainbow della Queen's University, autore senior.

Questi risultati suggeriscono anche strade terapeutiche per le persone il cui arco plantare è rigido a causa di infortuni o malattie: sostenere la flessibilità dell’arco plantare potrebbe migliorare la mobilità complessiva.

"Il nostro lavoro suggerisce che consentire all'arco di muoversi durante la propulsione rende il movimento più efficiente", ha affermato Welte. "Se limitiamo il movimento dell'arco plantare, è probabile che si verifichino cambiamenti corrispondenti nel modo in cui funzionano le altre articolazioni."

"In questa fase, la nostra ipotesi richiede ulteriori test perché dobbiamo verificare che le differenze nella mobilità dei piedi nella popolazione portino al tipo di cambiamenti che vediamo nel nostro campione limitato", ha affermato Rainbow. "Detto questo, il nostro lavoro pone le basi per una nuova entusiasmante strada di indagine."