Регистрация пройдена успешно!
Пожалуйста, перейдите по ссылке из письма, отправленного на
Супертег РИА Наука
РИА Наука

Математики раскрыли секрет устойчивости стопы человека

© Yale UniversityСхема скелета стопы с указанием продольной (красным) и поперечной (синим) арок и типичной схемы нагрузки во время передвижения
Схема скелета стопы с указанием продольной (красным) и поперечной (синим) арок и типичной схемы нагрузки во время передвижения
Схема скелета стопы с указанием продольной (красным) и поперечной (синим) арок и типичной схемы нагрузки во время передвижения
МОСКВА, 27 фев — РИА Новости. Изучив строение стопы современного человека и его ископаемых предков, ученые выяснили, что за жесткость и устойчивость ступни отвечает небольшая структура — поперечная арка, которой раньше не придавали особого значения. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Во время ходьбы и особенно бега сила, которую прикладывает человек в момент отталкивания от земли, превышает вес его тела. При этом стопа сохраняет свою форму и не подвергается деформациям. Ранее, обсуждая вопрос о том, что придает средней части стопы жесткость, ученые обращали внимание прежде всего на средний продольный свод, или арку, проходящую вдоль всей ступни от пятки до передней ее части. Продольная арка и укрепляющие ее эластичные ткани создают смычковую структуру, которая на протяжении почти столетия считалась основным источником жесткости стопы.
Однако результаты исследования, проведенного учеными из Уорикского университета в Великобритании, Йельского университета в США и Окинавского института науки и технологий в Японии, показали, что более важной для обеспечения жесткости стопы является другая структура — поперечная арка.
Ученые провели серию экспериментов, используя механическую модель стопы, а также математическое моделирование различных видов нагрузки, и выяснили, что продольный свод обеспечивает только 25 процентов жесткости стопы, а остальное приходится на поперечную арку.
Авторы объясняют более важную роль поперечной арки на простом примере. Лист бумаги, согнутый в продольном направлении, обладает намного большей жесткостью, чем тот же лист, согнутый поперек.
Археологические работы. Архивное фото
Ученые: предки человека ходили на двух ногах более 4 миллионов лет назад
"Плоские тонкие предметы, такие как бумажный лист, легко сгибаются, но их трудно растянуть, — приводятся в пресс-релизе слова руководителя исследования, профессора Шрейаса Мандре (Shreyas Mandre) из Уорикского университета. — Поперечный изгиб листа при попытке его согнуть вызывает поперечное растяжение. Принцип соединения изгиба и растяжения лежит в основе жесткости поперечной арки".
Исследователи выполнили тесты на изгиб механических моделей стопы, которые различались по длине, толщине и кривизне поперечной арки.
"Мы обнаружили, что варианты с более выраженными поперечными арками были более жесткими и менее подвержены изгибу, чем более плоские, — рассказывает еще один автор исследования, профессор Махеш Банди (Mahesh Bandi) из Отдела нелинейной и неравновесной физики Окинавского института науки и технологий. — И наоборот, увеличение кривизны продольной арки мало влияло на жесткость".
Точное понимание того, как работает нога человека, имеет несколько реальных применений. Полученные результаты, например, помогут скорректировать лечение плоскостопия, а также — в робототехнике и разработке протезов.
Не менее важно знание роли поперечной арки для понимания эволюции предков человека и их перехода к прямохождению на двух ногах. Ученые выяснили, что ступни человекообразных обезьян — шимпанзе и горилл, плоские, а все виды рода Homo имеют ярко выраженную поперечную арку, позволяющую им эффективно ходить и бегать.
© NatureРисунок из статьи, демонстрирующий эволюцию стопы от обезьян до ранних гомининов
Рисунок из статьи, демонстрирующий эволюцию стопы от обезьян до ранних гомининов
Рисунок из статьи, демонстрирующий эволюцию стопы от обезьян до ранних гомининов
"Наши данные свидетельствуют о том, что поперечная арка у предков человека, возможно, возникла более 3,5 миллиона лет назад, за полтора миллиона лет до появления рода Homo, и стала ключевым шагом в эволюции современных людей", — отмечает первый автор статьи, профессор Мадхусудхан Венкадесан (Madhusudhan Venkadesan) из Йельского университета.
Это объясняет и тот факт, что Australopithecus afarensis — вид, к которому относится знаменитая Люси, — предположительно, не обладавший продольным сводом стопы, уже оставлял следы, подобные человеческим.
Сохранившийся череп анамского австралопитека, найденный в Эфиопии
Ученые воссоздали череп предка человека, которому 3,8 миллиона лет
Рекомендуем
Врач скорой помощи возле больницы в Коммунарке
Главврач больницы в Коммунарке сообщил о смерти двух пациентов
Лента новостей
0
Сначала новыеСначала старые
loader
Онлайн
Заголовок открываемого материала
Чтобы участвовать в дискуссии
авторизуйтесь или зарегистрируйтесь
loader
Чаты
Заголовок открываемого материала