Dynamics of longitudinal arch support in relation to walking speed: contribution of the plantar aponeurosis

Caravaggi, P., Pataky, T., Günther, M., Savage, R., & Crompton, R. (2010).

Journal of Anatomy, 217(3), 254–261.

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The plantar aponeurosis (PA), in spanning the whole length of the plantar aspect of the foot, is clearly identified as one of the key structures that is likely to affect compliance and stability of the longitudinal arch. A recent study performed in our laboratory showed that tension/elongation in the PA can be predicted from the kinematics of the segments to which the PA is attached. In the present investigation, stereophotogrammetry and inverse kinematics were employed to shed light on the mechanics of the longitudinal arch and its main passive stabilizer, the PA, in relation to walking speed. When compared with a neutral unloaded position, the medial longitudinal arch underwent greater collapse during the weight-acceptance phase of stance at higher walking speed (0.1 degrees +/-1.9 degrees in slow walking; 0.9 degrees +/-2.6 degrees in fast walking; P = 0.0368). During late stance the arch was higher (3.4 degrees +/-3.1 degrees in slow walking; 2.8 degrees +/-2.7 degrees in fast walking; P = 0.0227) and the metatarsophalangeal joints more dorsiflexed (e.g. at the first metatarsophalangeal joint, 52 degrees +/-5 degrees in slow walking; 64 degrees +/-4 degrees in fast walking; P < 0.001) during fast walking. Early-stance tension in the PA increased with speed, whereas maximum tension during late stance did not seem to be significantly affected by walking speed. Although, on the one hand, these results give evidence for the existence of a pre-heel-strike, speed-dependent, arch-stiffening mechanism, on the other hand they suggest that augmentation of arch height in late stance is enhanced by higher forces exerted by the intrinsic muscles on the plantar aspect of the foot when walking at faster speeds.

足底腱膜（PA）は、足の裏側の全長にまたがっており、縦アーチのコンプライアンスと安定性に影響を与える可能性のある重要な構造の1つとして明確に識別されています。私たちの研究室で行われた最近の研究では、PAの張力/伸びは、PAが取り付けられているセグメントの運動学から予測できることが示されました。現在の調査では、ステレオ写真測量法とインバースキネマティクスを使用して、歩行速度に関連して、縦アーチとその主要なパッシブスタビライザーであるPAのメカニズムに光を当てました。中立の無負荷位置と比較した場合、内側縦アーチは、より高い歩行速度（低速歩行では0.1度+/- 1.9度、高速歩行では0.9度+/- 2.6度）で、立脚の体重受容段階中に大きく崩壊しました。 P = 0.0368）。遅い姿勢の間、アーチはより高く（遅い歩行では3.4度+/- 3.1度;速い歩行では2.8度+/- 2.7度; P = 0.0227）、中足指節関節はより背屈しました（例えば、最初の中足指節関節で、52度低速歩行では+/- 5度、高速歩行では64度+/- 4度、高速歩行ではP <0.001）。 PAの初期スタンスの張力は速度とともに増加しましたが、後期スタンスの最大張力は歩行速度の影響をあまり受けていないようでした。これらの結果は、一方では、ヒールストライク前の速度依存性のアーチ硬化メカニズムの存在の証拠を示していますが、他方では、後期スタンスでのアーチの高さの増加は、より高い力によって強化されることを示唆しています。より速い速度で歩くとき、足の足底の側面に内因性の筋肉によって発揮されます。