Effect of the upward curvature of toe springs on walking biomechanics in humans
Sichting, F., Holowka, N. B., Hansen, O. B., & Lieberman, D. E. (2020).
Scientific Reports, 10(1), 1–11.
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Although most features of modern footwear have been intensively studied, there has been almost no research on the effects of toe springs. This nearly ubiquitous upward curvature of the sole at the front of the shoe elevates the toe box dorsally above the ground and thereby holds the toes in a constantly dorsiflexed position. While it is generally recognized that toe springs facilitate the forefoot's ability to roll forward at the end of stance, toe springs may also have some effect on natural foot function. This study investigated the effects of toe springs on foot biomechanics in a controlled experiment in which participants walked in specially-designed sandals with varying curvature in the toe region to simulate toe springs ranging from 10 to 40 degrees of curvature. Using inverse dynamics techniques, we found that toe springs alter the joint moments and work at the toes such that greater degrees of toe spring curvature resulted in lower work requirements during walking. Our results help explain why toe springs have been a pervasive feature in shoes for centuries but also suggest that toe springs may contribute to weakening of the foot muscles and possibly to increased susceptibility to common pathological conditions such as plantar fasciitis. 現代の履物のほとんどの特徴は集中的に研究されてきましたが、トゥスプリングの効果に関する研究はほとんどありませんでした。靴の前部にあるソールのこのほぼ遍在する上向きの湾曲は、つま先ボックスを地面から背側に持ち上げ、それによってつま先を常に背屈した位置に保持します。トゥスプリングは、スタンスの終わりに前足が前方に転がる能力を促進すると一般に認識されていますが、トゥスプリングは、自然な足の機能にも何らかの影響を与える可能性があります。この研究では、参加者が10〜40度の曲率の範囲のトゥスプリングをシミュレートするために、つま先領域の曲率が変化する特別に設計されたサンダルを歩いた制御実験で、足の生体力学に対するトゥスプリングの影響を調査しました。インバースダイナミクス技術を使用して、つま先のバネが関節モーメントを変化させ、つま先で機能することで、トゥスプリングの曲率が大きくなると、歩行中の作業要件が低くなることがわかりました。私たちの結果は、つま先のバネが何世紀にもわたって靴に普及している理由を説明するのに役立ちますが、トゥスプリングが足の筋肉の弱体化に寄与し、足底筋膜炎などの一般的な病的状態に対する感受性を高める可能性があることも示唆しています。