Chasing footprints in time – reframing our understanding of human foot function in the context of current evidence and emerging insights
Behling A, Rainbow MJ, Welte L, Kelly L (2023)
Chasing footprints in time – reframing our understanding of human foot function in the context of current evidence and emerging insights.
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In this narrative review we evaluate foundational biomechanical theories of human foot function in light of new data acquired with technology that was not available to early researchers. The formulation and perpetuation of early theories about foot function largely involved scientists who were medically trained with an interest in palaeoanthropology, driven by a desire to understand human foot pathologies. Early observations of people with flat feet and foot pain were analogized to those of our primate ancestors, with the concept of flat feet being a primitive trait, which was a driving influence in early foot biomechanics research. We describe the early emergence of the mobile adaptor-rigid lever theory, which was central to most biomechanical theories of human foot function. Many of these theories attempt to explain how a presumed stiffening behaviour of the foot enables forward propulsion. Interestingly, none of the subsequent theories have been able to explain how the foot stiffens for propulsion. Within this review we highlight the key omission that the mobile adaptor-rigid lever paradigm was never experimentally tested. We show based on current evidence that foot (quasi-)stiffness does not actually increase prior to, nor during propulsion. Based on current evidence, it is clear that the mechanical function of the foot is highly versatile. This function is adaptively controlled by the central nervous system to allow the foot to meet the wide variety of demands necessary for human locomotion. Importantly, it seems that substantial joint mobility is essential for this function. We suggest refraining from using simple, mechanical analogies to explain holistic foot function. We urge the scientific community to abandon the long-held mobile adaptor-rigid lever paradigm, and instead to acknowledge the versatile and non-linear mechanical behaviour of a foot that is adapted to meet constantly varying locomotory demands.
この叙述的レビューでは、ヒトの足機能に関する基礎的なバイオメカニクス理論を、初期の研究者が利用できなかった技術によって得られた新しいデータに照らして評価する。足の機能に関する初期の理論が確立され、定着したのは、医学的な訓練を受け、古人類学に興味を持つ科学者が、人間の足の病態を理解したいという欲求に駆られてのことであった。扁平足や足の痛みを持つ人々の初期の観察は、霊長類の祖先のそれになぞらえられ、扁平足は原始的な形質であるという概念が、初期の足部バイオメカニクス研究の原動力となった。本稿では、ヒトの足部機能に関するバイオメカニクス理論の中心的存在であった、可動性アダプター-剛性レバー理論の初期の出現について述べる。これらの理論の多くは、推定される足の硬化挙動がどのようにして前方への推進力を可能にするかを説明しようとするものである。興味深いことに、その後の理論はどれも、推進力を得るために足がどのように硬くなるかを説明できていない。このレビューでは、可動アダプター-剛体レバーパラダイムが実験的に検証されたことがないという重要な欠落を強調する。現在の証拠に基づき、足の（準）剛性は推進前にも推進中にも実際には増加しないことを示す。現在の証拠に基づけば、足の機械的機能は非常に多様であることは明らかである。この機能は中枢神経系によって適応的に制御され、足がヒトの運動にとって必要な様々な要求に応えられるようになっている。重要なのは、この機能にはかなりの関節可動性が不可欠であるということである。私たちは、足の全体的な機能を説明するのに、単純で機械的なアナロジーを使うのは控えることを提案する。私たちは科学界に対し、長年信じられてきた可動性アダプター-剛性レバーのパラダイムを捨て、その代わりに、絶えず変化する運動要求に対応するために適応している足の多用途かつ非線形な力学的挙動を認めるよう強く求める。 Keywords: