Une étude récente suggère que la voûte plantaire unique de l’homme a évolué pour améliorer la marche et la course bipèdes en agissant comme un ressort, se rétractant pour repositionner la cheville à la verticale afin d’assurer une propulsion efficace. Cette découverte, qui diffère des croyances antérieures selon lesquelles la voûte plantaire agissait comme un levier, peut aider à comprendre l’évolution de la bipédie et pourrait potentiellement améliorer les traitements pour les patients souffrant de problèmes de pieds.
Sommaire
Des scientifiques ont découvert que la voûte plantaire flexible du pied humain pourrait avoir joué un rôle crucial dans notre capacité à courir et à marcher debout.
Une étude récente suggère que l’évolution d’une voûte plantaire en forme de ressort chez l’homme pourrait avoir été cruciale pour la marche bipède. Les chercheurs qui étudient la bipédie pensent depuis longtemps que la voûte plantaire surélevée agit comme un levier, facilitant la propulsion vers l’avant pendant la marche.
Cependant, une équipe multinationale de scientifiques a découvert que l’action de rebondissement de la voûte plantaire flexible aide à repositionner la cheville à la verticale, améliorant ainsi l’efficacité de la marche. Les avantages sont encore plus prononcés pendant la course, ce qui implique que la nécessité d’une course efficace pourrait avoir entraîné l’évolution d’une voûte plantaire souple qui améliore également l’efficacité de la marche. Cette nouvelle compréhension pourrait potentiellement conduire à des traitements améliorés pour les problèmes de pieds des patients actuels.
« Nous pensions à l’origine que la voûte plantaire, semblable à un ressort, aidait le corps à passer à l’étape suivante », explique le Dr Lauren Welte, premier auteur de l’étude publiée dans Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, qui a mené les recherches à l’université Queen’s et qui est maintenant affiliée à l’université de Wisconsin-Madison. « Il s’avère qu’au lieu de cela, la voûte plantaire, semblable à un ressort, se rétracte pour aider la cheville à soulever le corps.
Pas à pas
L’évolution de nos pieds, notamment la voûte plantaire surélevée qui nous différencie des grands singes, est cruciale pour la marche bipède. On pense que la voûte plantaire donne aux hominines un plus grand effet de levier lorsqu’ils marchent debout : le mécanisme n’est pas clair, mais lorsque le mouvement de la voûte est limité, 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 devraient autrement effectuer.
Pour étudier ces hypothèses, l’équipe a sélectionné sept participants présentant une mobilité variable de la voûte plantaire, 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 leur pied droit a fait l’objet d’un scanner. 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, ainsi que la contribution du recul de la voûte au centre de masse et à la propulsion de la cheville.
Se pencher sur la bipédie
Alors que les scientifiques s’attendaient à ce que le recul de la voûte aide le levier rigide de la voûte à soulever le corps, ils ont découvert qu’une voûte rigide sans recul faisait que le pied quittait le sol prématurément, ce qui diminuait probablement l’efficacité des muscles du mollet, ou penchait les os de la cheville trop vers l’avant. L’inclinaison vers l’avant reflète la posture des chimpanzés qui marchent, plutôt que la position droite caractéristique de la démarche humaine.
La voûte plantaire flexible a permis de repositionner la cheville à la verticale, ce qui permet à la jambe de se décoller plus efficacement du sol. Cet effet est encore plus marqué lors de la course, ce qui suggère que l’efficacité de la course a pu constituer une pression évolutive en faveur de la voûte plantaire souple.
Les scientifiques ont également découvert que l’articulation entre deux os de l’arche médiale, le naviculaire et le cunéiforme médial, est cruciale pour la flexibilité de l’arche. Les modifications de cette articulation pourraient nous aider à suivre l’évolution de la bipédie dans les archives fossiles des 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 », explique le Dr Michael Rainbow de l’Université Queen’s, auteur principal de l’étude.
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 : favoriser la flexibilité de la voûte plantaire pourrait améliorer la mobilité globale.
« Notre travail suggère que le fait de permettre à la voûte plantaire de bouger pendant la propulsion rend le mouvement plus efficace », a déclaré Welte. « Si nous limitons le mouvement de la voûte, il est probable que des changements correspondants se produisent dans le fonctionnement des autres articulations.
« À ce stade, notre hypothèse doit être testée plus avant, 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, nos travaux ouvrent la voie à une nouvelle piste de recherche passionnante. »
Référence : « Mobility of the human foot’s medial arch helps enable upright bipedal locomotion » par Lauren Welte, Nicholas B. Holowka, Luke A. Kelly, Anton Arndt et Michael J. Rainbow, 30 mai 2023, Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.
DOI: 10.3389/fbioe.2023.1155439
L’étude a été financée par le gouvernement de l’Ontario, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et la Fondation canadienne de recherche en orthopédie.