Intrinsic foot muscles have the capacity to control deformation of the longitudinal arch
Luke A. Kelly, Andrew G. Cresswell, Sebastien Racinais, Rodney Whiteley and Glen Lichtwark
Journal of The Royal Society Interface 11(93):20131188 · January 2014
Abstract
The human foot is characterized by a pronounced longitudinal arch (LA) that compresses and recoils in response to external load during locomotion, allowing for storage and return of elastic energy within the passive structures of the arch and contributing to metabolic energy savings. Here, we examine the potential for active muscular contribution to the biomechanics of arch deformation and recoil. We test the hypotheses that activation of the three largest plantar intrinsic foot muscles, abductor hallucis, flexor digitorum and quadratus plantae is associated with muscle stretch in response to external load on the foot and that activation of these muscles (via electrical stimulation) will generate sufficient force to counter the deformation of LA caused by the external load. We found that recruitment of the intrinsic foot muscles increased with increasing load, beyond specific load thresholds. Interestingly, LA deformation and muscle stretch plateaued towards the maximum load of 150% body weight, when muscle activity was greatest. Electrical stimulation of the plantar intrinsic muscles countered the deformation that occurred owing to the application of external load by reducing the length and increasing the height of the LA. These findings demonstrate that these muscles have the capacity to control foot posture and LA stiffness and may provide a buttressing effect during foot loading. This active arch stiffening mechanism may have important implications for how forces are transmitted during locomotion and postural activities as well as consequences for metabolic energy saving.
抽象
人間の足は、歩行中の外部荷重に応答して圧縮および反発し、アーチの受動的構造内に弾性エネルギーを貯蔵および戻すことを可能にし、代謝エネルギー節約に寄与する顕著な縦アーチ(LA)を特徴とする。ここでは、アーチ変形と反跳の生体力学への積極的な筋肉の貢献の可能性を調べます。私達は3つの最も大きい足底の内在性の足の筋肉、外転幻覚、屈筋、および四角形の足の活性化が足の外部負荷に反応して筋肉の伸張と関連しているという仮説をテストします。外部荷重によるLAの変形に対抗する力。本発明者らは、固有の足の筋肉の動員が、特定の負荷閾値を超えて、負荷の増加と共に増加することを見出した。興味深いことに、筋肉活動が最大であったとき、LA変形および筋肉伸張は150%体重の最大負荷に向かって横ばいになった。足底の内在筋の電気的刺激は、LAの長さを短くし、高さを増加させることによって、外部荷重を加えることによって生じる変形に対抗した。これらの知見は、これらの筋肉が足の姿勢およびLAのこわばりを制御する能力を有しており、足負荷の間にバットレス効果を提供し得ることを実証している。この能動的な弓の硬化機構は、移動中および姿勢活動中に力がどのように伝達されるのか、ならびに代謝エネルギー節約のための重要性を有する可能性がある。
Keywords