Скелет ноги человека: Мускулы левой ноги, вид спереди, и кости и мускулы правой ноги, вид справа, а между ними — коленная чашечка. Рисунок Микеланджело Буонаротти, около 1515-1520 гг.

Ученые предположили, когда предок человека встал на ноги — Российская газета

Одну из версий появления прямохождения предложила международная группа ученых в авторитетном журнале Nature, изучив недавно найденные древние окаменелости. Над загадкой прямохождения ученые бьются уже почти 200 лет.

Версий множество. Одна утверждает, что древним существам требовались орудия, а чтобы их изготовить и пользоваться, гоминидам нужны были свободные верхние конечности. Другая гипотеза считает, что встать на ноги требовалось, чтобы смотреть поверх высокой травы в саваннах, преодолевать большие расстояния или дотягиваться до растущих на небольших деревьях и кустах листьев и плодов.

Но подтвердить или опровергнуть эти и другие гипотезы невозможно, так как у науки не было «вещественных доказательств». И хотя за много лет палеоантропологами найдено немало древних окаменелостей, которые неплохо сохранились, однако не было неповрежденных длинных костей, чтобы прояснить вопрос о том, когда и как наш предок встал на ноги.

Но вот наконец ученым действительно повезло. На юге Германии они нашли частичные скелеты приматов возрастом 11,6 миллиона лет. Самое главное, что среди находок оказались длинные кости конечностей, в том числе локтевая, бедренная и большеберцовая кости, позвонки, кости костей рук и ног. Они хорошо сохранились, что позволило разобраться с морфологией конечностей и позвоночника существа, а также оценить общие пропорции тела.

Найденный в Германии скелет возрастом 11,6 миллиона лет помогает понять, когда и как приматы встали на ноги

Оказалось, что рост древнего примата достигал 110 сантиметров. Судя по строению зубов, существо относилось к дриопитековым человекообразным обезьянам. Нижние конечности больше похожи на человеческие ноги, а не на ноги человекообразных обезьян. Судя по строению бедренной и большеберцовой костей, приматы часть времени передвигались на двух ногах. Причем ходили на прямых конечностях, как люди, а не на согнутых, как шимпанзе или гориллы. Кроме того, у них были сильные и длинные большие пальцы ног. Вероятно, они цеплялись ими за ветки деревьев, поэтому ученые заключили, что эти существа часть времени передвигались по деревьям на двух ногах.

Авторы исследования полагают, что так мог передвигаться общий предок современных шимпанзе, орангутанов, горилл и людей. Найденные окаменелости помогают описать переход приматов от передвижения на четырех конечностях к прямохождению.

Скелет человека, подготовка к ЕГЭ по биологии

Функции скелета человека

Скелет человека — пассивная часть опорно-двигательного аппарата. Выделяют осевой скелет, кости поясов конечностей, кости верхних и нижних конечностей. Скелет выполняет ряд важных функций:

• Защитная

Оберегает внутренние органы от механических воздействий. Череп — вместилище головного мозга и органов чувств: надежно защищает их. Соединяясь друг с другом, позвонки образуют позвоночный (спинномозговой) канал, в котором располагается хорошо защищенный спинной мозг.

• Опорная

Опорная функция скелета заключается в прикреплении мягких тканей, внутренних органов к различным частям скелета.

• Рессорная (фр. ressort, буквально — упругость, пружина)

Эту функцию скелета также называют — амортизирующая (фр. amortir — ослаблять, смягчать, заглушать). Строение скелета (изгибы позвоночника, сводчатая стопа, межпозвонковые диски) обеспечивает смягчение толчков и сотрясений при передвижении, равномерное распределение нагрузки.

• Двигательная (локомоторная — лат. locus — место + motor – двигатель)

Кости в местах суставов (подвижных соединений) образуют рычаги, которые, сокращаясь, приводят в движение мышцы.

• Метаболическая (биологическая)

Кости активно участвуют в минеральном обмене: кости — депо кальция, фосфора. При нарушении минерального обмена возникает множество заболеваний, наиболее известное — рахит, мы обсудим данное заболевание в этой статье.

• Кроветворная

Изучив строение костей, вы отлично понимаете, что губчатое вещество — место расположения красного костного мозга, в котором появляются и дифференцируются клетки крови: эритроциты, лейкоциты и тромбоциты.

Внутри трубчатых костей расположен костномозговой канал, в котором находится желтый костный мозг. Он выполняет питательную функцию (накопление жиров), в случае кровопотери способен превращаться в красный костный мозг (резервная функция).

Осевой скелет

Осевой скелет — главная ось тела, опора всего скелета. Осевой скелет включает в себя позвоночник, грудную клетку (грудина и ребра) и череп. Позвоночник (позвоночный столб) состоит из 32-34 позвонков, имеет следующие отделы:

• Шейный — 7 позвонков
• Грудной — 12
• Поясничный — 5
• Крестцовый — 5
• Копчиковый — 3-5

Каждый позвонок (за исключением первого шейного — атланта, который имеет только переднюю и заднюю дуги) образован телом и дугой, которые ограничивают отверстие позвоночного канала с проходящим в нем спинным мозгом. В составе позвонка также находятся отростки: суставные и поперечные, остистый отросток. Соединяясь друг с другом суставными отростками, позвонки образуют позвоночный столб со спинномозговым каналом внутри — надежным вместилищем спинного мозга.

У поясничных позвонков наиболее массивные и большие тела: соразмерно нагрузке, которую им приходится выполнять (по сравнению с шейными позвонками).

Строение шейных, грудных и поясничных позвонков отличается между собой. Первый шейный позвонок — атлант (лат. atlantus — несущий) соединяется с затылочной костью черепа и образует с ней сустав. Атлант не имеет тела, у него есть только передняя и задняя дуги. Второй шейный позвонок — аксис (осевой позвонок, эпистрофей) имеет вырост тела — зуб, участвует в повороте головы.

Вероятно, вы обратили внимание, что позвоночник человека непрямой: он имеет изгибы вперед и назад. Замечу, что позвоночник младенца этих изгибов не имеет — он абсолютно прямой. Эти изгибы начинают формироваться после того, как ребенок принимает вертикальное положение, начинает ходить.

В связи с прямохождением у человека формируются 4 физиологических изгиба, то есть у всех имеются в норме: шейный лордоз (изгиб вперед), грудной кифоз (изгиб назад), поясничный лордоз и крестцовый кифоз. Кифозы и лордозы позволяют равномерно распределить нагрузку на весь позвоночник.

Чтобы легко запомнить для себя два новых термина, рекомендую воспользоваться следующей ассоциацией: спросите себя, как ходит английский лорд? Представьте всю его важность и пафосность, выставленную вперед грудь и выгнутую вперед спину (вот и лордоз!). Ассоциируя слово лорд со словом лордоз, вы не будете путаться ;)

Осанкой называют привычное положение спины. Часто у подростков возникают нарушения осанки из-за слабого развития мышц спины. Могут быть слишком сильно выражены лордозы и кифозы, либо, наоборот, очень плохо выражены, плоская спина. Возможно искривление позвоночника вправо или влево: в этом случае говорят о наличии сколиоза.

Формирование правильной осанки очень важная задача. Вам необходимо знать несколько основополагающих моментов, которые относятся к данной теме:

• Не носить тяжелые предметы в одной руке, тяжелые сумки, портфели на одном плече
• Правильно организовать учебное место — спина должна быть плотно прижата к спинке стула, слегка прогнута в пояснице
• Плечи должны быть расположены на одном уровне, не напряжены
• Девушкам следует избегать обуви на высоком каблуке — это приводит к возникновению поясничного гиперлордоза

Последствия неправильной осанки: нарушение кровоснабжения, смещение и сдавливание внутренних органов, деформация грудной клетки.

Скелет грудной клетки состоит из 12 пар ребер, грудины. Череп подразделяется на два отдела: лицевой и мозговой.

К лицевому отделу черепа относятся верхняя и нижняя челюсти, скуловая, носовая, слезная, небная и подъязычная кости. Единственная подвижная кость черепа — нижняя челюсть, с зубами, расположенными в зубных альвеолах, служит для измельчения пищи.

Парные кости лицевого отдела черепа: скуловая, носовая, слезная, небная кости и верхняя челюсть. Непарные кости лицевого отдела черепа: нижняя челюсть, подъязычная кость.

Мозговой отдел черепа включает в себя затылочную, лобную, височную и теменную кости, а также решетчатую и клиновидную кость.

Парные кости мозгового отдела черепа: височная и теменная кости. Непарные кости мозгового отдела черепа: лобная, затылочная, клиновидная, решетчатая.

Скелет поясов конечностей

Мы переходим к изучению поясов конечностей, хочу заметить одну деталь. В главе зоология мы с вами изучали пояса конечностей, пользуясь терминами — пояс «передних, задних» конечностей. Поскольку человек занимает вертикальное положение, то изучая анатомию человека, мы будем говорить о поясе «верхних, нижних» конечностей.

Пояс верхних конечностей (плечевой) состоит из парных ключиц и лопаток. Ключица одним концом крепится к грудине, а другим — к акромиону (отростку лопатки). Плечевой пояс обеспечивает опору верхним конечностям и разнообразие их движений: к лопатке и ключице крепится большое количество мышц.

Пояс нижних конечностей (тазовый) состоит из двух тазовых костей, каждая из которых образована сросшимися подвздошной, лобковой и седалищной костями. Тазовый пояс служит опорой для внутренних органов, местом прикрепления многих мышц.

Скелет конечностей

Скелет нижней конечности включает в себя бедренную кость и надколенник (бедро), малоберцовую и большеберцовую кости (голень), предплюсну, плюсну и фаланги пальцев (стопа). Скелет верхней конечности состоит из плечевой кости (плеча), лучевой и локтевой кости (предплечья), запястья, пястья и фаланг пальцев (кисть).

Бедренная кость сочленяется с тазовым поясом с помощью головки бедренной кости, образующей тазобедренный сустав с вертлужной впадиной тазовой кости. Головка плечевой кости образует плечевой сустав с суставной поверхностью лопатки.

Иногда на рисунке нужно определить, где лучевая и локтевая кости, это довольно несложно сделать, если вы запомните, что лучевая кость всегда расположена ближе к большому пальцу кисти, а локтевая — к мизинцу. При любом расположении на схеме руки это правило будет действовать.

Особенности скелета человека

Мы уже изучили скелет человека, однако следует обратить внимание на некоторые его детали. Может быть, они покажутся вам незначительными и слишком очевидными, но именно они отличают человека от многих других животных. Некоторые из этих особенностей связанны с прямохождением и трудовой деятельностью.

• Мозговой отдел черепа преобладает над лицевым (у обезьян — наоборот)
• Слабо выражены надбровные дуги
• Менее массивная челюсть, чем у обезьян
• Хорошо развит подбородочный выступ, что указывает на возможность членораздельной речи у человека
• Череп сверху насаживается на позвоночник, а не подвешивается спереди, как у животных
• Позвоночный столб имеет 4 физиологических изгиба: 2 кпереди (лордоз) и 2 кзади (кифоз)
• Масса позвонков сверху вниз (от шейного отдела к поясничному) увеличивается соразмерно нагрузке
• Грудная клетка уплощенная (в спинно-брюшном направлении)
• Массивные нижние конечности
• Широкий, низкий таз (у обезьян — узкий, высокий и длинный)
• Сводчатая стопа — помогает равномерно распределить нагрузку, у обезьян стопа плоская
• Противопоставление большого пальца всем остальным — основа хватательной функции руки

Заболевания опорно-двигательного аппарата

Наиболее часто при слабости мышц голени и стопы, связочного аппарата, изменяется форма стопы, опускается ее поперечный и продольный свод: такое заболевание называется плоскостопием.

Причины: неправильная обувь, избыточный вес, длительное хождение или стояние (чрезмерно повышенная или пониженная нагрузка). Сопровождается болями в стопе, неестественной походкой. Из-за смещения центра тяжести организма плоскостопие может приводить к нарушению осанки.

Лечение: физические упражнения, ортопедические стельки (греч. orthos – прямой, правильный + paedos – ребенок).

Супинаторы (лат. supino — опрокидываю) — внутренняя деталь низа обуви, поднимающая внутренний край стопы, прикрепляемая к стельке, или между стелькой и полустелькой. Супинаторы предназначены для уменьшения нагрузки на свод стопы и формоустойчивости подошвы.

Рахит (греч. rhachis — позвоночник) — заболевание детей грудного и раннего возраста, связанное с нарушением костеобразования и недостаточностью минерализации костей.

Причины рахита: недостаточное получение витамина D с пищей, недостаточное нахождение на солнце (недостаточное облучение ультрафиолетом — необходимо для синтеза витамина D в организме), недоношенность ребенка.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

антрополог Станислав Дробышевский о том, как палеопатологи изучают останки древних людей

Скелеты людей сохраняют значительную часть информации о жизни человека, которую нельзя получить никаким другим способом. Палеопатологи исследуют не патологии людей, как может показаться с первого взгляда, а особенности, свидетельствующие об образе и стиле жизни. Изучая скелет человека, ученые могут узнать, какие проблемы у него были даже в двухлетнем возрасте. Из лекции известного популяризатора науки Станислава Дробышевского мы выделили 5 примеров того, как быт отражается на человеческом скелете.

1. Гипоплазия эмали зубов

В организме практически нет ничего обратимого, даже обычный насморк оставляет след. Один из маркеров неспецифического стресса – гипоплазия эмали зубов. Формироваться зуб начинает, находясь еще в челюсти, с кончика. За ночь нарастает один слой клеток. Голод, холод, нехватка витаминов и другие жизненные проблемы могут останавливать этот рост. Когда кризисная ситуация преодолевается, зуб продолжает расти, а на месте, где произошла остановка, возникает полоска. Определив, на каком расстоянии от кончика зуба находятся эти полоски, ученые могут узнать с точностью до дня, в каком возрасте возникали трудности, как часто. Кстати, одна из полосок обычно возникает, когда ребенка отнимают от груди.

«Если на раскопках находят из всей популяции один скелет с такими признаками, можно сказать, что этому человеку просто не повезло. Но если 60% обнаруженных останков имеют гипоплазию эмали зубов, скорее всего, это мигранты: вода не та, еда не та, соседи их не любят, сплошной стресс, – объясняет лектор. – Лет через 100-200 они становятся местными и у них все выправляется, жизнь налаживается, организм преодолевает эту проблему, но следы воздействия остаются навсегда».

2. Маркеры холодового стресса

Один из самых ярких примеров реакции организма на холод – синдром апельсиновой корки. Поверхность кости приобретает пупырчатый вид с бороздками. Например, если носить шапку на затылке, апельсиновой коркой покроется кость в области лба. Если вы любите моржевать, переохлаждать уши, подумайте еще раз, надо ли вам это.

3. Комплекс всадничества

Еще один причудливый пример изменения скелета связан с регулярными и долгими поездками на лошади. Деформация происходит в области голеностопного сустава – там, где у нас соединяются большая и малая берцовые кости.

«Когда человек ездит на лошади, рано или поздно он все равно с нее спрыгивает на одну сторону привычным движением и ударяется ногой, – рассказывать Станислав Дробышевский. – Он в сапогах, ничего не чувствует, но на самом деле у него один капилляр лопнул, потом еще один, еще. Связки, соединяющие берцовые кости, напрягаются, и в этом месте возникает разрастание кости. В итоге большая и малая берцовые кости могут просто срастись между собой. Тогда человек не может вертеть стопой взад-вперед, но ему это и не сильно надо».

4. Комплекс положения на корточках

Если регулярно и подолгу сидеть на корточках, ноги перестают затекать. На скелете это отражается во многих местах: на всех суставах ноги, которые сгибаются, на костях. Впервые ученые нашли коленные чашечки с множественными фасетками на скелетах темнокожих людей и очень сильно обрадовались, решив, что это расовый признак.

«А потом оказалось, что у этих людей не было стульев, поэтому они сидели на корточках, – рассказывает антрополог.  – При этом еще кровеносные сосуды перераспределяются, вдавливаются в кости, и уже ничего не болит, все нормально. Недельки две потренируетесь – у вас тоже будет такой комплекс. Зато мы сейчас по останкам можем увидеть, кто и как сидел, когда не было стульев».

5. Зубы портного

Простой пример изменений, связанных с профессиональной деятельностью, можно увидеть у портных. Когда человек что-то шил, нитку он для удобства держал в зубах и выдергивал при необходимости. Единичное дергание, очевидно, не приводит к изменениям, а при ежедневном многоразовом повторении между зубами образуется характерная борозда.

Почему болят ноги — Семейная клиника Арника, Красноярск

Очень многие люди испытывают боль в ногах. Некоторые терпят болевые симптомы достаточно долго. Однако чрезвычайно важно диагностировать причину боли.

В нашем центре работают профессионалы, которые проведут обследование, установят, почему возник дискомфорт или боль, чтобы далее назначить подходящее вашему случаю лечение. Не затягивайте с визитом к доктору, ведь во многих случаях причина болей может быть весьма серьезной. Не зря известная всем истина гласит, что вылечить начинающееся заболевание намного проще, чем запущенное.

Как устроена нога

Анатомически нога состоит из основных трех частей: это стопа, голень, бедро. Стопа включает множество небольших костей. Бедро состоит из наиболее массивной прочной кости в скелете: бедренной, а также из надколенника, который защищает наш коленный сустав. Две кости: большая и малая берцовые образуют голень. Место, в котором соединяются тазовая и бедренная кости, это тазобедренный сустав. Соединение бедренной и берцовых костей образует коленный сустав. Сочленение костей стопы и берцовых костей является голеностопным суставом. Серьезную опасность всегда представляют травмы голеностопного либо коленного суставов, поскольку вред, наносимый ими, часто необратим.

Какие болезни могут спровоцировать боль в ногах

Боли в ногах, длящиеся более трех дней, являются серьезным поводом для обращения в наш центр для выяснения их причины. Основными причинами могут быть заболевания сосудов ног, болезни позвоночника, суставов, мышц.

Особенно часто встречаются болезненные ощущения из-за пораженных сосудов.

• Если нарушен отток венозной крови, давление в кровеносных сосудах повышается, кровь в венах застаивается, нервные окончания раздражаются, развивается болевой синдром. Чаще всего это тупые боли либо тяжесть в ногах, которые чреваты со временем варикозным расширением вен.
• Заболевание тромбофлебит проявляется пульсирующей болью, переходящей в ощущение подкожного жжения. Эта боль постоянна, особенно часто бывает в икроножных мышцах.
• Стенки сосудов уплотняются при атеросклерозе артерий, что вызывает в икроножных мышцах сжимающие боли, возрастающие при ходьбе. Обычно холодные стопы летом и зимой, не прослушивается четкая пульсация в области больших пальцев ног.

Достаточно обширна группа заболеваний, которые связаны с позвоночником, но проявляются болями в ногах.

• Грыжи или протрузии приводят к болям, которые мы чувствуем в ногах (иррадиирующие боли). В самом позвоночнике боль может отсутствовать.
• Ишиас (или воспаление седалищного нерва) вызывает боль, которая от позвоночника отдается в ноги по направлению седалищного нерва.

Часто боли объясняются болезнями суставов, они характеризуются ощущением «выкручивания» ног. Синдром может обостриться при смене погоды. При запущенном заболевании боль может стать постоянной, порою просто мучительной.

• Подагра как раз характеризуется такими приступами боли.
• Если болит коленный сустав, это может говорить о разрушении в нем хряща.
• Для плоскостопия характерны быстрая усталость при ходьбе, ощущение тяжести. Заболевание требует ежедневного выполнения специальных упражнений, которые разрабатываются специалистом. Облегчить боли можно применением ортопедических стелек.

Вызывать боли могут болезни периферических нервов.

• При невралгии бывают приступообразные боли по направлению нервных волокон. Боль между приступами отсутствует, приступы могут длиться до нескольких минут.
• Ишиас характеризуется болями высокой интенсивности, которые идут по задней поверхности бедра либо всей ноги.

Самая острая боль сопровождает мышечное воспаление. Миозит является достаточно опасным заболеванием, требующим лечения и наблюдения врачом.

Боли в ногах вызываются также инфекционным заболеванием костей (остеомиелитом). Обычно болезненные ощущения продолжительные и острые.

Иногда причиной боли является травма (перелом, ушиб, разрыв связок либо мышц).

При остеопорозе появляется весьма сильная боль в икрах, судороги ног. Причиной выступает недостаток кальция. В основном, это проблема женщин, которым больше 40 лет.

Случается и так, что болевые ощущения возникают не одномоментно, а развиваются постепенно, являясь результатом ношения неудобной обуви, чрезмерной нагрузки, недостаточной разминки перед тренировкой либо бега по твердой поверхности.

• Сильные боли в голени, повышение температуры, краснота кожи, скорее всего, сигнализируют о рожистом воспалении.
• Флегмона (воспалительный гнойный процесс), лимфатический отек, тромбоз могут характеризоваться пульсирующей и распирающей болью в голени, плотным отеком.

Если боль длится три дня, приходите за помощью в наш центр. Особенно следует обеспокоиться, если боль имеется во всех отделах ног, возникают ощущения их слабости, охлаждения, есть отек либо кожа приобретает синеватый оттенок.

как экзоскелеты заново учат ходить / Новости города / Сайт Москвы

Изобретатель-самоучка Николай Ягн, который в конце XIX века запатентовал эластипед — устройство для облегчения ходьбы, бега и прыжков, — мечтал о «военном поприще» для своего аппарата. По сути, это система пружин, которые усиливали движения ног. Эластипед должен был помочь создать скоростную пехоту, но генералам сама мысль о прыгающем войске показалась издёвкой.

Спустя больше века эту идею воплотили в жизнь в джолиджамперах, при помощи которых можно прыгать на высоту до двух метров на специальных ходулях с изогнутой рессорой. А ещё эластипед стал прототипом экзоскелета, который помогает ходить людям с травмами, болезнями опорно-двигательного аппарата, нервной системы.

Московские клиники и реабилитационные центры получили 20 таких устройств, разработанных российской компанией. Они называются ExoAtlet I.

Что такое «экзоскелет»

Первая часть этого слова — «экзо» — обозначает «находящийся снаружи, вне чего-либо». Экзоскелет и правда напоминает скелет. Каркас с датчиками крепится к ногам, на ручках костылей — кнопки управления. За спиной — компьютер с системой управления и аккумуляторы, которых хватает не менее чем на четыре часа ходьбы. Но в зависимости от сочетания разных факторов (например, веса и роста пилота) экзоскелет может шагать до восьми часов без подзарядки.

Модель российского аппарата подходит для пациентов ростом 160–190 сантиметров, весом до 100 килограммов и размером ноги от 36-го до 45-го. Сам аппарат, каркас которого сделан из алюминия, весит 23 килограмма. Но пациент его не чувствует, потому что устройство несёт и себя, и пользователя. Разработчики планируют изменить конструкцию, и следующая версия экзоскелета станет легче на восемь килограммов.

Зачем нужен экзоскелет

Подобные экзоскелеты используют для спасательных операций, в медицине. В первом случае они помогают разбирать завалы и защищать спасателей от обломков, во втором — служат для реабилитации людей с ограниченными возможностями. Это могут быть пациенты с локомоторными (двигательными) нарушениями функций ног из-за травм, операций, заболеваний опорно-двигательного аппарата или нервной системы.

С экзоскелетом больной получает возможность вставать, садиться, ходить, подниматься и спускаться по лестницам без посторонней помощи. У людей, которые раньше не могли сами стоять в полный рост, после тренировок нормализуется артериальное давление, увеличивается объём лёгких, предотвращается дегенерация мышц и костей, повышается подвижность суставов. У некоторых пациентов после таких занятий получается восстановить двигательную активность. Даже сама возможность подняться с инвалидной коляски и посмотреть в глаза собеседнику улучшает состояние больного.

Как это работает

Экзоскелет могут использовать те, у кого частично или полностью не двигается нижняя часть тела. Руки должны быть достаточно сильными, чтобы удержать костыли, которые помогают сохранять равновесие при переносе ноги и управлять аппаратом. Устройство подстраивается под скорость, высоту и ширину шага каждого человека.

ExoAtlet I полностью повторяет естественную походку человека. Он рассчитан на автоматическую ходьбу: система управления построена на сигналах силомоментных датчиков и электромиограммы. Но это не значит, что пациент не участвует в процессе. Чтобы заново научиться держать равновесие и начать ходить, пусть и небыстро, нужно от одного до нескольких дней. Сроки зависят от уровня физической подготовки. С третьего — пятого дня тренировок пациенты сами могут надеть аппарат.

Первые занятия надо проводить в клинике. Во-первых, перед обучением врач проводит диагностику организма. Во-вторых, здесь экзоскелет подгоняют под человека: регулируют параметры устройства в зависимости от ширины таза и длины ног. Чтобы закрепить навыки, придётся пройти не один километр под контролем врачей. ExoAtlet I для клиник отслеживает успехи пациента и корректирует программу.

После обучения пациент может перейти к реабилитации на дому. Врачи продолжают контролировать процесс удалённо с помощью телеметрии. Приложение для планшета позволяет доктору заводить карточки, планировать и проводить тренировки, собирать и анализировать результаты каждого больного.

Кто получит экзоскелеты

Экзоскелеты получили восемь столичных центров реабилитации и клиник. Два из них поступят в филиал № 3 Московского научно-практического центра медицинской реабилитации, восстановительной и спортивной медицины. Здесь реабилитацию проходят пациенты после инсульта, черепно-мозговых и травм конечностей, люди с болезнями и повреждениями головного и спинного мозга, периферических нервов, позвоночника и суставов.

По одному аппарату получат четые больницы. ГКБ имени Ф.И. Иноземцева принимает пострадавших в технических авариях, катастрофах, взрывах, пожарах, террористических актах. В больнице № 67 имени Л.А. Ворохобова лечат заболевания сердечно-сосудистой системы, травмы и патологии позвоночника, лечат повреждения опорно-двигательного аппарата, центральной и периферической нервной системы. В ГКБ имени В.М. Буянова тоже принимают пациентов с травмами. Еще один поступит в ГКБ №1 имени Н.И.Пирогова.

Остальные экзоскелеты привезут в Научно-практический центр медико-социальной реабилитации инвалидов имени Л.И. Швецовой, Научно-практический реабилитационный центр, реабилитационный центр «Текстильщики» и Московский науно-практический центр медицинской реабилитации, восстановительной и спортивной медицины (филиал на 2-й Вольской улице).

Для медперсонала, который будет работать с такими аппаратами, разработали обучающие курсы. 23 декабря пройдёт вводное занятие, а с 30 января по 3 февраля — практические. Курс, рассчитанный на 36 часов, является программой повышения квалификации. После его прохождения выдаётся удостоверение.

Отечественная разработка

Экзоскелеты, которые получат столичные клиники и реабилитационные центры, производит российская компания. В 2011 году работу над ним инициировали МЧС с научной командой из МГУ. Так появился первый в России работающий прототип аварийно-спасательного экзоскелета.

В 2013-м после завершения контракта с МЧС команда разработчиков решила создать стартап и приступила к разработке медицинской версии экзоскелета. Для участия в первых клинических испытаниях в 2015 году отобрали 27 человек. За два года участники прошли 143 километра, или 572 тысячи шагов. Рекорд ходьбы в экзоскелете без остановок — два часа две минуты.

С лета 2016 года экзоскелет зарегистрирован в Росздравнадзоре как медицинское изделие, в отличие от зарубежных аналогов. К тому же российская разработка в несколько раз дешевле.

фото с описанием и названиями, где находятся лодыжки, как называются кости, скелет нижних конечностей

Нижняя конечность, с точки зрения анатомии, редко интересует людей, имеющих небольшие знания в этой области. Обычный человек чаще всего представляет ногу единым массивом мягких тканей, который окружает какие-то крупные кости. Единственным доступным для понимания участком остаётся колено – но и его изучение обычно ограничивается внешними ориентирами. Большинством людей из всех структур этого сочленения называется только коленная чашечка.

Поэтому необходимо подробнее остановиться на вопросе анатомии нижней конечности – точнее, её участка, включающего в себя бедро и голень. Важно не только определить их точные границы, но и также разобраться во внутреннем строении. Этот участок ноги только внешне непримечателен – внутри него содержатся самые крупные в организме анатомические образования.

И все они находятся на бедре, которое является важнейшей опорной структурой организма. В этот список входят, как элементы скелета, так и мягкие ткани – бедренная кость, седалищный нерв, большая подкожная вена. Но эти образования не являются изолированными – на бедре и голени они представляют собой единое целое, различаясь только размерами. Поэтому крупные отделы нижней конечности нужно рассматривать как цельную структуру, лишь функционально разделённую коленным суставом.

Костные структуры

При изучении строения ноги человека по фото с описанием видно, что ее основой является скелетная часть. Выделяют ряд крупных костей (бедренная, большеберцовая, малоберцовая) и небольшие костные образования — надколенник, таранная, бедренная, ладьевидная, кубовидная кость и фаланги пальцев.

Бедренная кость — основная костная структура бедра, соединенная с одной стороны с тазом, а с другой с костями голени. На своих концах она имеет головку и блоковидные образования, соответственно. Голень образована двумя костями: большеберцовой и малоберцовой. Они идут параллельно друг другу и образуют в нижней части ноги голеностопный сустав.

Костные образования стопы разнообразны. Их принято разделять на 2 группы: плюсну и предплюсну. Предплюсна включает в себя: таранную, пяточную, ладьевидную, кубовидную и три клиновидных костей. Плюсна представлена 5 трубчатыми костными структурами. Помимо плюсны и предплюсны имеются фаланги пальцев.

Люди часто спрашивают, как называется кость на ноге над ступней? Эти вопросы связаны с тем, что при повреждении голеностопа боль локализуется именно в ее области. Кость называется таранной и имеет форму усеченной пирамиды.

Все костные структуры ноги образуют единое целое, обеспечивающее возможность движений и перемещения человека. При их переломах нарушается двигательный стереотип человека, что требует длительной реабилитации после выздоровления.

Как формируется скелет ноги

В процессе развития каждого человека с костями нижних конечностей происходит ряд метаморфоз. В период внутриутробного развития образуются только диафизы. Вначале формируется хрящевой макет каждого диафиза, который к моменту рождения окостеневает. Уже после рождения формируются хрящевые эпифизы костей. Они становятся костными в течение… первого десятилетия жизни! Весь период роста человека между диафизом и эпифизами сохраняются хрящевые прослойки. Они позволяют костям расти в длину. И только годам к 25 эпифизы окончательно срастаются с диафизами.

Нетрудно заметить, как схожа анатомия верхней и нижней конечности человека. Плечо с одиночной плечевой костью, локтевая и лучевая кости предплечья, множественные губчатые косточки запястья, пять пястных косточек, фаланги пальцев – у каждого по три, кроме большого. Как видите, «все сходится».

Лучевая и локтевая косточки окончательно окостеневают также к 20–25 годам. Разница между костями верхней и нижней конечности состоит в размерах и пропорции. Лучевая косточка меньше и тоньше малоберцовой. Фаланги пальцев кисти длиннее, чем у стопы. Это и понятно: ноге человека ни к чему длинные гибкие пальцы. Лучевая косточка соединяется с локтевой мембраной – точно такой же, как между костями голени… этот список можно продолжить. Сходство в строении руки и ноги очевидно.

Суставные сочленения и связочный аппарат

При взгляде на схему из чего состоит нога человека, видны три крупных сустава: тазобедренный, коленный и голеностопный. Тазобедренный сустав соединяет нижнюю конечность и туловище. Он образован бедренной костью и тазом. Имеет большую амплитуду движения, что позволяет людям свободно перемещаться, бегать и совершать другие движения.

Прочность суставному сочленению придает связочный аппарат, включающий в себя 5 связок: подвздошно-бедренную, лобково-бедренную, седалищно-бедренную, круглую и круговую зоны.

Бедренная, малоберцовая и большеберцовая кости формируют коленный сустав. Колено — блоковидное сочленение, обеспечивающее сгибание и разгибание голени. Перед тремя костями располагается надколенник, фиксирующий прямую мышцу бедра.

Суставные поверхности колена покрыты гиалиновым хрящом, который обеспечивает легкость движений и препятствует повреждению костных структур. В связи с высокой двигательной нагрузкой, сустав укреплен связками: передней и задней крестообразными, внутренней и наружной боковой. Они ограничивают амплитуду движения и предупреждают смещение суставных поверхностей относительно друг друга.

Структуры скелета нижних конечностей, образующих голеностопный сустав, включают в себя медиальную и латеральную лодыжки, а также верхнюю и боковую поверхность таранной кости. Сустав также имеет блоковидную форму, обеспечивая сгибание и разгибание стопы.

Внимание! Голеностоп обеспечивает широкий диапазон движений стопы. Помимо сгибания и разгибания, возможно ее отведение, приведение, а также вращение. Это повышает риск травматизации голеностопного сустава, особенно при занятиях спортом.

Все кости стопы соединены друг с другом небольшими суставными сочленениями. В них наблюдается небольшая подвижность, необходимая для ходьбы и других движений.

Нарушения в эластичности связок и тонусе мышц приводит к плоскостопию. Это распространенное заболевание, встречающееся в детском и взрослом возрасте. Его лечение всегда включает в себя укрепление анатомических структур стопы.

Коленный сустав

Это довольно крупное и сложное сочленение нельзя обойти стороной – оно одновременно является границей и связующим элементом между голенью и бедром. Поэтому следует рассмотреть все структуры, входящие в его состав:

• Основных костных элементов в коленном суставе имеется только два – это мыщелки бедра и суставная поверхность большеберцовой кости. Они несут на себе основную нагрузку в покое и при движениях.
• Но существует и дополнительная кость – надколенник (из-за внешних очертаний называется коленная чашечка), который играет важную динамическую роль в суставе.
• Внутри полости соединения имеются мениски – две полулунные хрящевые пластинки, обеспечивающие плотное соприкосновение суставных поверхностей костей. Также они обеспечивают хороший амортизационный эффект.
• Завершают всю конструкцию связки – они окружают колено со всех сторон, и даже присутствуют внутри полости сустава. Их разнообразное положение и направление обеспечивают соединению одновременно хорошую прочность и подвижность.

Точки прикрепления мускулов голени и бедра находятся на участках выше или ниже коленного сочленения. Несмотря на то что они нередко перекрывают действие друг друга, негативного эффекта от этого не происходит. Наоборот, таким строением обеспечивается стабилизация работы всех мышц на ноге между собой.

Мышечные группы

Изучение анатомии и мышечного строения тела человека показывает, что на мышцы ноги приходится до 40-45% массы всех мышечных групп. Одна из основных — ягодичная. К ней относится 3 мышцы:

• малая ягодичная, обеспечивающая отведение нижней конечности в сторону;
• средняя ягодичная, позволяющая сгибать и разгибать ногу. Кроме того, она позволяет человеку стоять при наклоне телом вперед;
• большая ягодичная — распрямляет ногу и обеспечивает стабильное положение туловища.

Вторая по величине мышечная группа располагается на бедре. На передней поверхности имеется квадрицепс, состоящий из 4 отдельных мышечных структур. Его основная роль — разгибание коленного сустава.

Помимо него, по передней поверхности располагаются тонкая, портняжная, гребенчатая и приводящая мышцы. Они обеспечивают приведение ноги к срединной линии туловища.

В задней верхней части ноги и в зоне низа в области бедра расположено несколько мышц: двуглавая, полусухожильная и полуперепончатая. Указанные образования обеспечивают сгибание колена, а также стабилизируют положение нижней конечности во время ходьбы.

Осторожно! При беге и других резких движениях наиболее часто повреждаются мышцы задней поверхности бедра. Возможно их растяжение или разрыв. Эти состояния требуют длительного лечения и реабилитации.

Основные мышечные группы на голени располагаются сзади. Камбаловидная и икроножная мышца обеспечивает сгибание коленного сустава. Они имеют раздельные точки прикрепления в задней части бедра, но в области голеностопа формируют одно общее ахиллово сухожилие.

По передней части голени расположена передняя большеберцовая мышца. Ее роль — разгибание стопы, необходимое для ходьбы.

Мышечные группы на стопе располагаются по подошвенной и тыльной стороне. Они необходимы для сгибания и разгибания голеностопа, а также суставов пальцев. Мышцы имеют небольшие размеры, но обладают большой силой при сокращении. Большой палец на ступне, в отличии от кисти, не имеет отдельных мышечных образований.

Диагностика заболеваний

Голеностопный сустав может быть поврежден или иметь дефект. Чтобы выявить проблему, назначают диагностическую процедуру. Она может состоять из:

• УЗИ. Данный способ диагностики применяется редко, из-за небольшого размера голеностопного сустава. Но, позволяет обнаружить инородное тело, отек, вследствие скопления крови в суставной сумке и просмотреть связки.

• 
  Артроскопия

  . Малоинвазивный способ, проводящий диагностику при помощи введения в капсулу видеокамеры.
• Рентген. Самый экономичный способ. Допускается выполнение снимков в разных проекциях. Способен определить опухоль, перелом, вывих и другие процессы.
• МРТ. Лучший вид диагностики для состояния ахиллова сухожилия, связок, хрящей. Дорого, но очень эффективно.
• Компьютерная томография. Поможет оценить состояние сустава. Считается наиболее верным исследованием при артрозе, новообразованиях и переломах.

Нервные и сосудистые образования

Изучение анатомического состава и устройства отделов нижней конечности включает в себя получение знания о кровоснабжении. Кровоток в ноге не отличается от других частей тела. Также имеются артериальные, венозные и лимфатические сосуды, каждые из которых выполняют свою функцию.

Артериальное русло представлено ветвями бедренной артерии, которая отходит от наружного подвздошного сосуда. По направлению к наружной лодыжке и стопе, она делится на ветви небольшого диаметра. На нижней конечности выделяют бедренную, подколенную, переднюю и заднюю большеберцовую артерию, а также артериальные дуги на стопе. Последние располагаются на тыльной и подошвенной стороне.

Венозные сосуды собирают кровь от периферических тканей и переносят ее вверх по ноге в нижнюю полую вену. Сосудистое русло с венозной кровью представлено двумя сетями — наружной и поверхностной. Именно в венах ног наиболее часто наблюдаются варикозные изменения, приводящие к одноименному заболеванию.

Лимфатические сосуды необходимы для удаления избытка межтканевой жидкости. Она образуется в результате обмена питательных веществ между артериями, клетками и венами. При нарушениях работы лимфатической системы формируются отеки, сдавливающие сосуды и мягкие ткани.

Иннервация ноги обеспечивается вегетативными, двигательными и чувствительными волокнами. Моторные нервы необходимы для совершения произвольных, т.е. управляемых сознанием движений, а также для рефлекторной деятельности.

Чувствительные волокна обеспечивают кожную чувствительность, а также чувство проприоцепции. Это ощущения расположения отдельных частей тела без зрительного контроля над ними. Вегетативная нервная система обеспечивает нормальный тонус сосудистых образований и питание мягких тканей. Нарушения ее работы приводят к трофическим расстройствам, вплоть до формирования язв.

Состав кости

Скелет любого человека состоит более чем из 200 костей. Их образуют костные ткани, которые представлены большим количеством минеральных и органических соединений. Минеральные вещества придают костям твердость и прочность, а органические отвечают за гибкость и эластичность. На долю неорганических соединений в составе костей скелета приходится около 70 %. С возрастом эта цифра возрастает, что приводит к увеличению хрупкости костей и снижению их прочности. По этой причине в более зрелом возрасте на срастание костей понадобится больше времени.

Функции

Нога — сложная структура, развившаяся у человека в результате длительной эволюции. Нижняя конечность необходима для поддержания вертикального положения тела, а также его перемещения в пространстве. Все ее структуры обеспечивают возможность ходьбы, бега и прыжков.

Бедренная, малоберцовая кость и другие костные образования формируют «жесткую» основу для движений, а мышцы делают их возможными. Мышечные волокна способны сокращаться, что обеспечивает перемещение костей относительно друг друга.

Любые движения всегда связаны с механической нагрузкой на опорно-двигательный аппарат. Связочный сустав и суставы позволяют снизить ее.

Строение кости

Любая кость организма человека состоит из костных пластинок, перекладин и балок. Различие лишь в том, насколько компактно эти элементы расположены. На разрезе трубчатой кости видно, что снаружи костное вещество плотное, а внутри более рыхлое. В губчатом веществе перекладины расположены так, что образуют между собой ячейки. Если костные элементы плотно расположены друг к другу в виде концентрических кругов, то внутри образуются полости, в которых расположены сосуды и нервы. Компактное вещество локализуется снаружи и делает кость прочной, в то время как губчатое, благодаря своей структуре, уменьшает массу кости. Соотношение их может быть различным и зависит от выполняемой функции, формы и расположения в организме.

Мышцы

Слабо развитая мускулатура верхней стороны стопы осуществляет только разгибание пальцев, подошвенная – амортизационные функции.

Состояние мышц отражается на функциях конечности: избыточное напряжение или слабая развитость неизбежно повлияют на суставы. Справедливо и обратное утверждение: заболевания скелета скажутся на мускулатуре. Чрезмерная расслабленность мышц стопы и голени грозит плоскостопием.

Ягодицы

Ягодичные мышцы

Сухожилия

Большая их часть являются продолжением мышц, служат для их прикрепления к надкостнице. Еще одна функция – упрочение суставной капсулы и обеспечение подвижности конечностей. Помимо этого, выполняют несколько специфических задач – поддержание свода, правильное распределение и компенсация веса, приходящегося на ноги.

Важную значение играет самая крупная связка организма – ахиллово сухожилие. Она крепится к пяточной кости и выполняет роль аккумулятора механической энергии при ходьбе. За этот счет на 20–30% снижаются энергетические затраты на перемещение.

Повреждение такого сухожилия – очень тяжелая травма, самостоятельно она практически не восстанавливается, поэтому почти все повреждения лечатся только хирургическим путем.

Свод стопы

Осуществляет несколько функций: амортизацию при прыжках и беге; опорную – удерживают вес тела при нахождении человека в вертикальном положении.

Анатомия строения свода стопы состоит из поперечной и продольной части и имеет дугообразное устройство, благодаря этому человек при ходьбе опирается на плюсну и пятку. При проблемах со связками и мышцами стопа принимает более уплощенную форму, вследствие чего может страдать позвоночник и близрасположенные суставы, которые берут на себя часть функций по выдерживанию нагрузки и прямохождению.

Иннервация

Нервы осуществляют контроль за мышцами голени и посылают импульсы к ним. Анатомия нервной системы нижних конечностей устроена задним и поверхностным малоберцовым, а также большеберцовым и икроножным нервами. При чрезмерном сдавливании иннервируемого участка происходит его онемение и ощущение покалывания с нарушением выполняемых функций.

Анатомия костей стопы имеет сложную структуру и богата мелкими капиллярами, что необходимо для осуществления движений ступней. Благодаря ее анатомическим особенностям человек может передвигаться в стороны, бегать, прыгать и приспосабливаться к разным поверхностям во время ходьбы. Ступня выдерживает колоссальную нагрузку, вследствие этого ее необходимо беречь. При риске получить травму ноги обязательно укреплять крупные мышцы средствами защиты

Лечение

Единой терапевтической схемы для всех причин болевого синдрома в стопах не существует: некоторые ситуации требуют немедленной госпитализации или обращения в травмопункт, а с рядом проблем можно справиться амбулаторно (на дому). Главной врачебной рекомендацией является обеспечение покоя пострадавшему участку, максимальное снижение нагрузки на него и уменьшение двигательной активности. Остальные моменты решаются согласно конкретной проблеме:

• В случае остеопороза важно укрепить костную ткань, для чего в рацион питания вводятся источники фосфора и кальция (не исключен дополнительный прием минеральных комплексов), витамина Д. Дополнительно могут назначаться кальцитонин (замедляет резорбцию – разрушение костей), соматотропин (активатор костеобразования).
• При травмировании (перелом, вывих, растяжение) обязательна иммобилизация сочленения эластичным бинтом – преимущественно ее выполняют на голеностоп. При переломе после по необходимости хирург возвращает кости на место, а после применяется наложение гипсовой ленты.
• При наличии гематом, отеков (растяжения, ушибы) местно используют нестероидные противовоспалительные препараты (Диклофенак, Найз, Кетонал), прикладывают охлаждающие компрессы.
• Вывихнутый сустав на место вправляет травматолог или хирург (под анестезией), после пациентам преклонного возраста назначают функциональное лечение: ЛФК, массаж.
• При сильном воспалении с денегеративно-дистрофическими процессами (свойственно артриту, артрозу, остеопорозу) врач назначает анальгетики местно инъекционно, нестероидные противовоспалительные препараты наружно и внутрь, миорелаксанты.
• При артрозе на последней стадии, когда движение становится заблокировано, единственным выходом является установка эндопротеза, поскольку денегеративные нарушения необратимы.

Отдельной разновидностью терапевтического воздействия являются физиопроцедуры: ударно-волновая терапия, электрофорез, УФО-терапия, аппликации парафином. Данные методики назначаются на ранних стадиях артроза, при лигаментозе, лигаментите, бурсите, могут применяться по отношению к травматическим поражениям, но, в любой ситуации, это только дополнение к основной схеме лечения.

Связки стопы

Самой важной из всех считается подошвенная связка продольная (или длинная). Связка отходит от пяточной кости и доходит до начала плюсневых костей. Она имеет множество ответвлений, которые выполняют функцию укрепления и фиксации продольного и поперечного сводов, а также поддерживает их в нормальном состоянии в течение всей жизни. А ведь, как известно, нарушение сводов ступней могут свидетельствовать о плоскостопии, лечение которого порой занимает не один год, особенно если это касается взрослого человека.

Остальные, более мелкие связки также фиксируют и укрепляют кости и суставы стопы, что помогает человеку держать равновесие тела и выдерживать динамические и статические нагрузки во время длительной ходьбы или бега.

Нервы нижних конечностей

Система нервов позволяет мозгу принимать информацию с разных частей тела и приводить в движение мышцы, выполнять их сокращение или наоборот расширение. Это осуществляет все функции в организме и если повреждается нервная система, страдает весь организм полностью, даже если травма имеет локальную симптоматику.

В иннервации нижних конечностей существует два нервных сплетения:

Бедренный нерв — один из крупнейших в области нижних конечностей, что делает его наиболее важным. Благодаря этой системе осуществляется управление ногами, непосредственное движение и другие опорно-двигательные акты.

Если происходит паралич бедренного нерва, то вся система, находящаяся ниже, остаётся без соединения с ЦНС (центром нервной системы), то есть наступает момент, когда управлять ногами становится невозможно.

Отсюда возникает важность сохранять нервные сплетения в целости и сохранности, не допускать их повреждения и сохранять постоянную температуру, избегая перепадов, в данной области нижних конечностей.

Основа устойчивости или точки опоры (Особенности стопы) Medical On Group Санкт-Петербург

Скелет человека состоит из 205 костей, 52 из которых относятся к стопам. Зачем так много? Какие функции выполняет стопа? Как она устроена? Какие возможны деформации стоп? На эти и другие вопросы я постараюсь ответить в этой статье.

Стопа человека уникальное творение природы, трудно сказать на каком этапе эволюции она сформировалась, но однозначно среди всех ныне живущих животных, ни у кого нет ничего подобного.
 
У животных  передние и задние лапы выполняют примерно одну и ту же функцию или опорную, или хватательную. И поэтому, схожи в строении. У человека же функции нижних и верхних конечностей значительно различаются.

В связи с необходимостью полностью освободить верхние конечности. На наши стопы легли две диаметрально противоположные задачи.

Во-первых, надо обеспечить стабильную опору, то есть быть твердой, прочной монолитной, например, как копыто у лошади.

Во-вторых, нужна мобильность, подвижность, возможность подстраиваться под опору. 
Выходом из этого противоречия стала уникальная сводчатая конструкция в которой разные зоны выполняют разные функции.

Вот моя любимая картинка, я всегда показываю её пациентам с жалобами на боль и деформацию стопы.
 
Основные точки опоры А, В, С, основание 5 пальца и основание 1 пальца соответственно. Архитектоника стопы (главное строение стопы) — дуги АС, АВ, и СВ своды стоп внутренний, наружный продольные и  поперечный свод. 

Так вот особенностью строения нашей стопы являются разные функции внутреннего продольного свода. 

Наружный продольный свод (грузовой) и поперечный свод в основном выполняют функцию опоры. Укреплены связками, и в норме уплощаются только при выраженной нагрузке, когда мы несем что-то тяжелое. В норме под массой тела эти своды сохраняются.

Внутренний, продольный (рессорный) свод укрепляется в основном короткими мышцами стопы и голени, это позволяет выполнять функцию амортизации, за счет уплощение свода и поворота стопы внутрь (пронации). В среднем при ходьбе по твердой поверхности, стопа человека испытывает перегрузку примерно 18-20 g на голень же приходится только 6-7 g то есть здоровые стопы гасят примерно 70% всей ударной нагрузки, остальное гасится хрящами суставов и позвоночником в итоге до головы доходит не более 1g.

Кроме амортизации, внутренний свод  и пяточная кость позволяет стопе адаптироваться к неровностям опоры и обеспечивать надежное сцепление с поверхностью, а самое важное  плавную перекатывающуюся походку.

Именно такие различия в строении сводов стопы позволили совместить две несовместимые функции стабильность и динамику.

Какие еще функции выполняет стопа человека? Кроме опоры, амортизации и ходьбы, стопа выполняет еще две важные задачи.

Первая это работа так называемого мышечного насоса. 
При опущение свода мышцы расслабляются и вены наполняются кровью, при восстановлении исходного состояния мышцы сокращаются и выдавливают кровь из вен. 

Вторая функция это как не странно чувствительная, да стопа это орган чувств. Кожа стопа содержит огромное количество барорецепторов, эти нервные окончания реагируют на механическую стимуляцию, что позволяет утверждать о том, что именно они играют ведущую роль в поддержании равновесия, и правильной позы.

В наше время придумано огромное количество способов диагностики стоп, это рентген, компьютерную томографию, прессографию, иногда мне приносили МРТ стоп, но основной метод был и есть это изучение отпечатка стоп. Наиболее распространенной методикой является подоскопия.
  
На подоскопе подсвечиваются опорные зоны стоп, и чем ярче свет, тем более выражено давление на опору этой зоной стопы.

Какие бывают варианты деформаций стоп?  

На рисунке 1 изображен отпечаток здоровой стопы, отпечаток  пятки по форме напоминает грушу, отношение площади опоры в средней части к ширине стопы примерно ½, четко прослеживается дуга поперечного свода.
На рисунке 2 полая стопа, редкая деформация сопровождающаяся увеличением высоты продольных сводов.  Отпечаток пятки круг или овал, средний отдел стопы с опорой не контактирует.
На 3 рисунке «вальгусная» стопа одна из самых частых деформаций стоп. 
На 4 рисунке плоская стопа — увеличение площади опоры средней части стопы. 
На рисунке 5 плоско-вальгусная стопа, сочетание вариантов 3 и 2.

При всех возможных деформациях поперечный свод может быть сохранён или  уплощен.
Все начинается в раннем детстве, примерно с 2 до 6-7 лет происходит выстраивание и балансировка силового каркаса стопы. Формируются связки, мышцы, выравнивается баланс между разными группами мышц. Именно в этом возрасте мы можем повлиять на формирование стопы и предупредить развитие деформаций. 

Позже даже при отсутствии клинических проявлений программа последующих деформаций стоп будет уже заложена, и повлиять на изменение строение будет сложнее.

Анатомия, физиология и общие состояния стопы

Ваши ступни созданы для ходьбы — бега, прыжков, балансировки, лазания и многого другого. Поэтому неудивительно, что человеческая ступня сложна. Вы не поверите, но ваш шестой размер (или девятка, или двенадцать) содержит 28 костей — почти четверть всех костей во всем вашем теле — плюс 30 суставов и более сотни мышц, связок и сухожилий.

Все эти конструкции работают вместе, как отлаженные механизмы, выполняя две важные функции: несение веса и движение.Эти функции требуют высокой степени стабильности. Кроме того, ступня должна быть гибкой, чтобы она могла адаптироваться к неровным поверхностям. Это одна из причин, по которой на каждой ступне так много костей и суставов.

Вот краткий обзор структур стопы и того, как они работают вместе, а также некоторые общие подиатрические проблемы, которые иногда возникают в результате нормального износа, чрезмерного использования или травм стопы.

Конструкция стопы

Стопу можно разделить на три части: переднюю, среднюю и заднюю.В каждой секции есть кости, суставы, мышцы, сухожилия и связки.

Кости

Кости стопы можно разделить на три категории в зависимости от того, где они расположены.

Передняя часть стопы

Это самая передняя часть стопы, включая пальцы ног или фаланги. Всего имеется 14 костей пальцев стопы (по две на большой палец и по три на остальные четыре) плюс пять плюсневых костей.

Первая плюсневая кость является самой короткой и толстой и играет важную роль во время движения (движения вперед).Он также обеспечивает прикрепление к нескольким сухожилиям. Вторая, третья и четвертая плюсневые кости являются наиболее стабильными из плюсневых костей. Они хорошо защищены и имеют лишь незначительные прикрепления сухожилий.

Помимо фаланг и плюсневых костей, передняя часть стопы содержит две маленькие сесамовидные кости овальной формы прямо под головкой первой плюсневой кости, на подошвенной или нижней стороне стопы, которая удерживается на месте сухожилиями и связками. Передняя часть стопы соединяется со средней частью стопы в пяти предплюсневых суставах.

Середина стопы

Эта часть стопы состоит из пяти костей неправильной формы, называемых предплюсневыми костями. Клинические названия этих костей — ладьевидная, кубовидная, медиальная, промежуточная и латеральная клинопись. Вместе они образуют свод стопы. Свод стопы играет ключевую роль в устойчивости и устойчивости.

Задняя лапа

В этом отделе стопы всего две большие кости: таранная и пяточная.Самая большая из них, пяточная кость, образует пятку стопы. Таранная кость опирается на пяточную кость и образует шарнирный сустав голеностопного сустава.

Соединения

Сустав образуется на стыке двух или более костей. У каждого большого пальца ноги есть два сустава: плюснефаланговый сустав и межфаланговый сустав. Остальные четыре пальца на каждой стопе имеют по три сустава: плюснефаланговый сустав у основания пальца, проксимальный межфаланговый сустав в середине пальца и дистальный фаланговый сустав — сустав, ближайший к кончику пальца.

Мышцы

Мышцы, которые контролируют движения стопы, берут начало в голени и прикреплены к костям стопы с помощью сухожилий. Это основные мышцы, облегчающие движение стопы:

• Большеберцовая мышца задняя (поддерживает свод стопы)
• Передняя большеберцовая мышца (позволяет стопе двигаться вверх)
• Peroneus longus and brevis (контролирует движение снаружи голеностопного сустава)
• Разгибатели (поднимите пальцы ног, чтобы можно было сделать шаг)
• Сгибатели (стабилизируйте пальцы ног и загните их под)

Сухожилия и связки

Самым заметным сухожилием стопы является ахиллово сухожилие, которое проходит от икроножной мышцы к пятке.Это самая сильная и крупная сухожильная структура в теле. Ахиллово сухожилие позволяет бегать, прыгать, подниматься по лестнице и стоять на носках.

Другие важные сухожилия стопы включают заднюю большеберцовую мышцу (сухожилие задней большеберцовой мышцы), которая прикрепляет икроножную мышцу к костям на внутренней стороне стопы и поддерживает свод стопы, и переднюю большеберцовую мышцу (сухожилие передней большеберцовой кости), которая проходит от внешней большеберцовой кости до первой плюсневой кости и поверхности средней клиновидной предплюсны, что позволяет выполнять тыльное сгибание — перемещение пальцев стопы к голени.

Это основные связки стопы:

• Подошвенная фасция —Самая длинная связка стопы, подошвенная фасция, проходит вдоль подошвы стопы от пятки до пальцев, образуя свод стопы, обеспечивая силу при ходьбе и помогая сохранять равновесие.
• Подошвенная пяточно-ладьевидная связка — Это связка подошвы стопы, которая соединяет пяточную и ладьевидную кости и поддерживает головку таранной кости.
• Пяточно-кубовидная связка — Это связка, которая соединяет пяточную и предплюсневую кости и помогает подошвенной фасции поддерживать свод стопы.

Распространенные проблемы со стопами

Учитывая, сколько движущихся частей находится в стопе человека и сколько тысяч миль проходит эта удивительная часть тела за всю жизнь — по данным Американской ассоциации подиатрической медицины, средний человек проезжает 75000 миль к 50 годам — ​​это не так. удивительно, что структуры внутри него могут быть повреждены или чрезмерно использованы.

Иллюстрация Александры Гордон, Verywell

И, как любая часть тела, состоящая из костей, мышц и соединительной ткани, ступни подвержены определенным условиям, которые могут повлиять на любую другую конечность, конечность или позвоночник, в том числе:

• Растяжения, растяжения и растяжения, затрагивающие мышцы или связки
• Тендинит (когда сухожилие становится чрезмерно растянутым или разорванным)
• Переломы и переломы костей
• Остеоартрит (который особенно часто встречается в стопах, особенно в суставах, соединяющих пальцы ног с средней части стопы)
• Ревматоидный артрит

На ноги также могут влиять не специфические для них заболевания, например:

• Диабет
• Подагра (при которой кристаллы мочевой кислоты образуются в суставе)
• Инфекции, такие как микоз стопы и онихомикоз (грибковая инфекция ногтей)

И, конечно же, есть проблемы, характерные только для самой стопы:

Пяточные шпоры

Как самая большая кость стопы, пяточная кость особенно подвержена травмам из-за неправильной биомеханики — например, ходьбы неоптимальными способами.Распространенным является развитие костных наростов на нижней стороне пяточной кости, называемых пяточными шпорами, которые вызывают сильную боль при стоянии или ходьбе. Дисфункции стопы, такие как пяточная шпора, чаще всего встречаются у людей с подошвенным фасциитом (воспаление фасции на подошве стопы; см. Ниже), плоскостопием или высокими сводами стопы.

Подошвенный фасциит

Это состояние возникает в результате микротрещин в толстой фиброзной ткани на нижней стороне стопы, простирающейся от пятки до ягодиц, вызванной чрезмерным растяжением.Симптомы включают боль в пятке и своде стопы, которая часто усиливается по утрам. Подошвенный фасциит представляет особую опасность для бегунов на длинные дистанции и бегунов.

Бурсит большого пальца стопы

Косточка — это костный выступ чуть ниже пальца на внутреннем крае стопы или на стороне мизинца. (Последнее иногда называют буньонеткой.) Бурситы образуются, когда кости стопы смещены, часто из-за давления, вызванного ношением обуви, которая не подходит по размеру или которая плотно сжимает пальцы ног в течение длительного периода времени.Большой палец ноги может наклоняться настолько внутрь, что фактически пересекает соседний второй палец или над ним, вызывая вторичное смещение, называемое молотком. Обычно на верхней части второго пальца стопы образуется болезненная мозоль.

Падшие арки

Это деформация, которую иногда называют pes planus, или плоскостопие, представляет собой деформацию, при которой дуга нижней части стопы выпрямляется, часто настолько полностью, что вся подошва стопы соприкасается с полом. Результатом может быть боль в области средней части стопы, отек лодыжки и свода стопы и даже боль в бедре, колене или пояснице.Падение сводов стопы может быть врожденным (это означает, что человек рождается с этим заболеванием), но чаще всего плоская стопа развивается в результате возраста или травмы. От 20% до 30% людей в той или иной степени страдают плоскостопием.

Носок молотка

В этом состоянии сустав в середине пальца ноги становится постоянно изогнутым до такой степени, что он направлен вниз. Он развивается из-за дисбаланса мышц, сухожилий или связок, удерживающих прямые кости пальца ноги. Как и в случае с бурситом и молотковым пальцем ноги, молоток часто формируется в результате ношения неподходящей обуви, хотя это также может быть вызвано травмой или некоторыми заболеваниями.

Метатарзалгия

Это медицинское название боли под подушечкой стопы. Это часто вызвано повышенным давлением на эту область из-за определенных типов обуви или таких состояний, как артрит, сдавление нерва (так называемая неврома; см. Ниже) или переломы или разрывы связок.

Пальцы с когтями

Это деформация, при которой пальцы ног сгибаются вниз от средних суставов или даже загибаются под стопой. Мозоли или натоптыши — участки утолщенной воспаленной кожи — часто образуются на поверхности пораженных пальцев ног.Иногда мозоль может оказывать давление на нервы стопы, вызывая боль.

Неврома Мортона

Это распространенная проблема, при которой сдавление нерва на подушечке стопы вызывает жжение, покалывание и боль в районе третьего и четвертого пальцев стопы. Часто виноваты высокие каблуки.

Диагностика проблем

Чтобы диагностировать общие проблемы, связанные с анатомическими структурами стопы, врач — обычно специалист-ортопед — осматривает внешнюю часть стопы, чтобы найти такие симптомы, как отек в определенных областях и деформации в форме стопы и другие. внешние признаки.

Однако для постановки конкретного диагноза обычно необходимо заглянуть внутрь стопы с помощью какого-либо визуализирующего теста. Стандартный рентгеновский снимок может подтвердить перелом кости или повреждение артритом. Однако, если требуется больше деталей, врач-ортопед, вероятно, захочет провести магнитно-резонансную томографию (МРТ) — метод, в котором используется мощный магнит и компьютер — или сканирование компьютерной томографии (КТ), которое создает изображения путем объединения нескольких X -лучей.

Лечение

Как и при любом заболевании, лечение проблемы со стопой будет зависеть от того, что это такое.Очевидно, что инфекция, вызванная бактериями или грибком, потребует, например, антибиотика или противогрибкового лекарства. Боль в ногах от любой причины часто можно уменьшить с помощью безрецептурных лекарств, таких как Тайленол (ацетаминофен), Адвил, Мотрин (ибупрофен), Алев (напроксен) или, в случае сильного дискомфорта, рецептурные обезболивающие.

При проблемах стопы, вызванных анатомическими деформациями, такими как выпадение свода стопы, часто помогают ортопедические вставки, которые носят внутри обуви для амортизации и создания оптимальной поддержки стопы.Стандартные версии их доступны в аптеках и других магазинах, продающих товары для здоровья, но часто врач заказывает ортопедические стельки на заказ.

В некоторых случаях может помочь физиотерапия для улучшения силы и гибкости стоп и лодыжек. Иногда переломы и другие травмы требуют хирургического вмешательства, которое в конечном итоге может привести к тому, что ступни останутся в хорошем состоянии и готовы к преодолению большего количества километров.

Анатомия стопы | Структурная схема стопы

Анатомия стопы

Стопа содержит множество движущихся частей — 26 костей, 33 сустава и более 100 связок.

Стопа разделена на три части — переднюю, среднюю и заднюю.

Передняя часть стопы

Состоит из пяти длинных плюсневых костей и пяти более коротких костей, образующих пальцы (фаланги).

Средняя часть стопы

Она имеет приблизительно пирамидальную форму и состоит из трех клинописных костей, ладьевидной кости и кубовидной кости. Они образуют свод стопы. На самом деле они представляют собой настоящее чудо инженерной мысли, образующие одновременно гибкую и прочную конструкцию.

Задняя часть стопы

Состоит из таранной кости и пяточной кости. Таранная кость соединяется с большеберцовой и малоберцовой костью, образуя голеностопный сустав, а пяточная кость — это кость, образующая пятку. Пяточная кость — самая большая кость стопы.

Мышцы, сухожилия и связки

Мышцы расположены в основном на подошве стопы и делятся на центральную (медиальную) группу и группу с обеих сторон (боковую). Мышцы в верхней части стопы разветвляются, чтобы питать отдельные пальцы ног.

Сухожилия — это толстые ленты, соединяющие мышцы с костями. Когда мышцы напрягаются (сокращаются), они тянут за сухожилия, которые, в свою очередь, перемещают кости. Возможно, наиболее важным сухожилием является ахиллово сухожилие, которое позволяет икроножным мышцам двигать голеностопный сустав.

Связки представляют собой фиброзные ленты (представьте себе очень прочные резиновые ленты), которые связывают кости вместе, придавая стопе форму, гибкость и прочность. В стопе много связок. Некоторые сливаются вместе, образуя сложные сети вокруг областей, которые нуждаются в дополнительной поддержке, таких как подошва стопы, верхняя часть стопы и голеностопный сустав.

Анатомия стопы

1. Пяточная кость (пяточная кость)
2. Таранная кость (голеностопная кость)
3. Поперечный сустав предплюсны
4. Ладьевидная кость
5. Боковая клиновидная кость
6. Промежуточная клиновидная кость
7. Медиальная клиновидная кость
плюсневые кости
8. Проксимальные фаланги
9. Дистальные фаланги
10. Тарзометатарзальный сустав
11. Кубовид

Уход за ногами

Мы, вероятно, тратим больше времени на обслуживание наших машин, чем на наши ноги.Удивительно, как мало мы им уделяем внимания, учитывая, какие это сложные машины и чего мы ожидаем от них. Однако, когда что-то идет не так, они вскоре начинают жаловаться! Никогда не следует игнорировать боль в ногах, особенно если она возникает ежедневно и становится постоянной.

Есть несколько простых вещей, которые вы можете сделать, чтобы позаботиться о своих ногах.

Мойте ноги ежедневно

Простые меры гигиены помогут снизить риск заражения. Однако не замачивайте их часами, так как это повлияет на естественные масла, вырабатываемые кожей.

Высушите ноги как следует.

Не протирайте ноги небольшим полотенцем. Действительно встаньте между пальцами ног и дайте им хорошо высохнуть. Влажные поверхности тела являются идеальной средой для размножения грибковых инфекций, таких как микоз.

Увлажняйте и напильником

Если у вас сухая кожа, регулярно используйте увлажняющий крем, но не кладите его между пальцами ног, так как эту область лучше держать сухой. Удалите твердую кожу и мозоли с помощью пемзы или пилки для ног, но будьте осторожны. Энергичное растирание приведет к тому, что кожа станет более твердой, и возникнет опасность повреждения кожи, что может сделать область подверженной инфекции.

Регулярно стригите ногти на ногах

Осторожно стригите ногти на ногах, ровно поперек и никогда не опускайтесь по краям. Обрезание ногтей по углам может привести к случайной травме кожи, а также увеличить риск врастания ногтей на ногах.

Купите обувь днем ​​

Это может показаться странным, но с течением дня ваши ступни становятся немного больше. Если вы покупаете обувь утром, она может оказаться слишком тесной, поэтому лучше делать покупки днем.

Советы по обуви

Есть движение, чтобы работодатели не настаивали на том, чтобы женщины носили высокие каблуки на работе, но это требование все еще существует на некоторых должностях. Если вам нужно носить высокие каблуки, подумайте о поездках на работу и с работы в более удобной обуви и носите высокие каблуки только тогда, когда это необходимо. Ограничьте количество времени, которое вы носите на высоких каблуках, туфлях с острыми носками и любой другой обуви, которая вызывает у вас дискомфорт. Шлепанцы давят на ваши своды и пятки, поэтому лучше избегать их длительного ношения.Если вы сбалансируете моду и комфорт, ваши ноги будут вам за это благодарны.

Рекомендации для людей старше 60 лет

По мере того, как вы становитесь старше, ваша кожа истончается, и вы становитесь более предрасположенными к состояниям, поражающим стопы. Убедитесь, что вы регулярно осматриваете свои ступни на предмет инфекций, порезов, мозолей и натоптышей. Не игнорируйте постоянную боль в ногах, которая является сигналом о наличии проблемы. Колледж подиатрии рекомендует проводить ТОЗ ног каждые шесть месяцев для людей старше 60 лет.

В чем уникальность стопы человека?

Наши ноги поддерживают нас.Кости, из которых состоят ступни, составляют четверть человеческого скелета, и тем не менее, несмотря на то, что они составляют такой большой процент тела, до недавнего времени они в значительной степени ускользнули от нас в летописи окаменелостей. Это расстраивает, потому что ясно, что эта история — эволюция человеческой стопы — очаровывала нас на протяжении сотен лет. В конце концов, это связано с поворотным моментом в развитии двуногости в нашей истории. Понимание различий между нашими ногами и ногами других обезьян (как древних, так и современных) может дать нам ключ к разгадке изменений, которые были необходимы для двуногости — и, возможно, самого двуногого.То, что возникло, — это история разнообразия движений, которая поддерживает аргументы в пользу мозаичной эволюции, что делает историю стопы в целом (не только нашей) замечательной.

В недавней обзорной статье исследователей Эллисона МакНатта и его коллег прослеживается литература об эволюции стопы человека. Поиски познания себя начинаются в 1699 году с анатомической оценки современных шимпанзе Эдвардом Тайсоном, который назвал их четырехчеловеческими, что означает, что все их придатки были приспособлены для работы в качестве рук.В 1863 году Томас Х. Хаксли проводил сравнения с ногами гориллы и отмечал, что, хотя они также были перевернутыми и обладали склонностью к хватанию, они также имели сходство мускулов с ногами человека. В 1935 году профессор анатомии Дадли Мортон предположил, что современная человеческая стопа является результатом двух различных переходов. В первом случае ступня должна была бы обладать более «обезьяноподобными» качествами, с большей способностью к хватанию и гибкостью, а также с удлиненной областью средней части стопы. На более поздних стадиях ступня отошла бы от этих черт, хотя, возможно, сохранила способность «хватать» большим пальцем ноги.

Идеи были хороши, но нам нужны были окаменелости. Открытие OH 8 в 1960 году командой Лики в Олдувайском ущелье продвинуло нас вперед. ОН 8 относится к Олдувайскому гоминиду номер 8 и датируется примерно 1,8 миллионами лет. Он принадлежал представителю семейства Homo habilis и включает левую предплюсневую и плюсневую кости — предплюсны — это серия костей, которые составляют плоскость ступни, ведущую к пальцам, но не настоящие пальцы. Вместе с открытием Люси, а также следами Лаэтоли, OH 8 послужил историей о том, что человеческая ступня была адаптирована из ступни древесного шимпанзе.Однако в 1995 году ученые предположили, что анатомия голеностопного сустава и пятки (задней части стопы) существовала до анатомии передней части стопы человека, поскольку это относится к двуногому движению. Это было основано на открытии «Маленькой ноги», почти полного окаменелого скелета австралопитека , извлеченного из Стеркфонтейна, Южная Африка, датируемого 3,3 миллиона лет назад, который демонстрировал аналогичные черты задней лапы. Ученые полагали, что ступня австралопитека была приспособлена для двуногого движения, но она также позволяла этому раннему предку человека при необходимости укрываться на деревьях.Объединив эти открытия по кусочкам, стало ясно, что эволюционная история человеческой стопы не может быть объяснена линейно. Человеческая нога развивалась независимо от других процессов эволюции человека и с разной скоростью у разных видов.

Одно из фактов, которые мы можем сказать с уверенностью, заключается в том, что современная человеческая ступня не произошла от ступни шимпанзе. Как бы разумно ни казалось проводить сравнения между ними, явное расхождение между родами от последнего общего предка (LCA) означает, что гоминины и панины развили ноги в соответствии со своими потребностями.Основное различие между ними заключается в гибкости. Стопа первого приспособлена для жесткого отталкивания, необходимого для двуногого передвижения. Стопы последнего обладают большей гибкостью в целом и способностью к хватанию, что позволяет лазать по деревьям, а также двигаться на четвероногих ногах по земле. Тщательный анатомический анализ показывает, что многие различия между ними связаны с жесткостью одного по сравнению с гибкостью другого с сильными и изящными чертами, которые поддерживают разную мускулатуру и движения.Например, у людей большой палец ноги толще, чем у шимпанзе, и он совмещен с другими пальцами, что позволяет ноге отталкиваться от земли. Этот «большой палец ноги» не только более изящен у шимпанзе, но и изгибается по направлению к другим пальцам, обеспечивая более сильное сгибание. Эти характеристики относятся и к пальцам в целом. У людей эти кости более прочные и могут помочь поглощать часть давления отталкивания, в то время как у шимпанзе эти кости вытянуты и изогнуты с большей степенью гибкости.

Нога шимпанзе, скорее всего, содержит производные элементы, которые были адаптированы для поддержания их древесного образа жизни. Если мы хотим открыть «стопу предков», современная человеческая ступня может содержать подсказки. Мы еще не определили последнего общего предка, которого мы разделяли с шимпанзе, но у нас есть некоторые очень старые окаменелости гоминидов, такие как Pierolapithecus catalaunicus (11,9 миллиона лет) и ископаемые останки гомининов, такие как Ardipithecus ramidus (4,4 миллиона лет). Последний — самое древнее из имеющихся у нас ископаемых гомининов с относительно полной стопой.Между этими подставками для книг и другими обезьянами миоцена мы можем сделать то же самое, что и Мортон, и создать предложение для LCA. Мы можем предсказать, что он мог обладать грациозными чертами, облегчающими хватание и гибкостью. Он был бы перевернут, но он также мог пройти через более жесткую и прочную среднюю часть стопы, чтобы обеспечить возможность земной активности.

После перехода от Australopithecus к Homo пальцы ног уменьшились в длине и кривизне, лодыжка и соответствующая мускулатура уменьшились в размерах, и появились полные своды стопы.Большой палец ноги сместился, чтобы выровняться с другими пальцами, а не загибаться внутрь, что позволило более эффективно отталкиваться для двуногости. Есть некоторые исключения из этих разработок. У Homo naledi , например, пальцы ног более изогнуты, чем у всего рода Homo. А Homo floriensis имеет удлиненную переднюю часть стопы, которая больше всего напоминает таковую у бонобо. В подобных вариациях нет ничего необычного; пяточные кости современных человекообразных обезьян различаются в зависимости от вида. Эти случаи иллюстрируют разнообразие эволюции стопы и передвижения, которые со временем могут дать более контекстуальные подсказки о жизни этих групп.

История человеческой стопы все еще разворачивается. Он уникален, потому что лучше всего подходит для нашего стиля двуногого передвижения. Изменения, которые ученые обнаружили в костях стопы австралопитов, предполагают, что существовала разница в том, как они ходили даже между собой, что верно для людей сегодня: у нас разная длина шага и разные способы опускаться на ноги. У некоторых более сильный шаг, чем у других, не говоря уже о том, как ноги танцоров меняются с годами тренировок.В нашей истории есть дополнительная сложность, связанная с воздействием привычного ношения обуви. Это изменило то, как мы ходим, и, несомненно, изменило морфологию наших ног. При этом необходимо будет учитывать возможности протезирования и доступности. История, хотя и неполная, остается не менее увлекательной, чем это было сотни лет назад, когда все, что у нас было, было сравнительной оценкой.

Комментарии здесь отключены. Но вы можете присоединиться к сообществу на Facebook.

–

Ссылка:

McNutt EJ, Zipfel B, DeSilva JM.Эволюция человеческой стопы. Evol Anthropol. 2018; 1-21. https://doi.org/10.1002/evan.21713

–

Возможно вам понравится:

У древней девушки были денисовцы и неандертальцы.
Наши отношения с хлебом, которым уже 14 400 лет.
Почему люди хотят пить воду из саркофага?
Мы изменили наше поведение, чтобы мы могли писать и ходить.
Обертывания показывают, что мумификация в Египте началась раньше, чем мы думали.
Что зубы могут рассказать нам о наших доисторических предках?
Разгадывая правду в записях о продуктах питания

Анатомия, костный таз и нижняя конечность, суставы стопы — StatPearls

Введение

Стопа представляет собой сложную механическую структуру человеческого тела, состоящую из 33 суставов, 26 костей и более сотни мышцы, сухожилия и связки, которые работают вместе, чтобы выдерживать вес, обеспечивать движение и передавать силу.Суставы стопы образуются там, где встречаются две или более костей стопы.

Суставы между предплюсневыми костями стопы известны как межплюсневые суставы. Специфические межплюсневые суставы стопы включают подтаранный сустав, таранно-пяточно-ладьевидный сустав, пяточно-кубовидный сустав, клиновидно-ладьевидный сустав, кубоиде-ладьевидный сустав и межклинковидный сустав.

Все пальцы стопы, кроме большого пальца стопы, имеют три сустава, включая плюснефаланговый сустав (MCP), расположенный у основания пальца, проксимальный межфаланговый сустав (PIP), расположенный в середине пальца, и дистальный фаланговый сустав. сустав (DP) обнаружен около кончика пальца ноги.У большого пальца стопы есть плюснефаланговый сустав и один межфаланговый сустав. Слой хряща покрывает поверхности суставов, где встречаются кости, что позволяет им плавно скользить друг с другом при движении. Тонкая мембрана, называемая синовиальной оболочкой, окружает суставы и выделяет жидкость для их смазки.

Строение и функции

Анатомия стопы делится на заднюю, среднюю и переднюю части стопы. Задняя часть стопы состоит из двух костей: таранной кости и пяточной кости.Таранная кость имеет переднюю, среднюю и заднюю фасетки, которые снизу соединяются с пяточной костью, образуя подтаранный или таранно-пяточный сустав. Таранная кость сочленяется с ладьевидной костью дистально, а пяточная кость — с кубовидной. Две кости задней части стопы работают вместе и отвечают за выворот и выворот. Некоторое тыльное сгибание и подошвенное сгибание также происходят через эти суставы. Таранно-ладьевидный сустав представляет собой высоко конгруэнтный шарообразный сустав, образованный выпуклым передним краем головки таранной кости и вогнутым задним контуром ладьевидной кости.Пяточно-кубовидный сустав представляет собой мыщелковидный сустав, образованный вертикально ориентированной вогнутой передней фасеткой пяточной кости и поперечно ориентированной задней выпуклостью кубовидной кости. Таранно-ладьевидные и пяточно-кубовидные суставы также известны как суставы Шопарта. Из-за формы и ориентации таранно-ладьевидного сустава он отвечает за большую часть движений задней части стопы. Вместе таранно-пяточно-ладьевидный сустав, известный как вертлужная впадина стопы, и пяточно-кубовидный сустав обеспечивают движение как в продольной, так и в поперечной плоскостях.

Середина стопы состоит из пяти костей неправильной формы, включая ладьевидную, медиальную клинописную, среднюю клинописную, латеральную клиновидную и кубовидную. Средняя часть стопы соединяется с задней частью стопы через срединно-предплюсневой сустав (сустав Choparts).

Передняя часть стопы состоит из пяти плюсневых костей и соответствующих фаланг. Фаланги далее делятся на три отдельные фаланги (проксимальная, средняя и дистальная фаланги) для каждого пальца стопы, за исключением большого пальца стопы, который содержит только проксимальную и дистальную фаланги.Фаланги состоят из плюснефаланговых и межфаланговых суставов. Каждый палец ноги имеет проксимальный и дистальный межфаланговый сустав, в то время как большой палец ноги имеет только один межфаланговый сустав. Передняя часть стопы соединяется со средней частью стопы через тарзометатарзальный сустав, также известный как сустав Лисфранка. Сустав Лисфранка представляет собой сложное сочленение, включающее передние края кубовидной и трех клинописных костей с соответствующими плюсневыми костей, не более важного, чем сочленение между средней клинописью и основанием второй плюсневой кости.Суставы Лисфранка представляют собой скользящие суставы и составляют поперечный свод стопы, а их прилегание имеет первостепенное значение для устойчивости стопы во время ходьбы. [1] [2]

Суставы стопы выполняют две важные функции, включая опору и движение во время ходьбы, бега и прыжков. Стопа требует высокой степени гибкости и устойчивости, чтобы выполнять эти функции. Огромное количество суставов стопы — вот что обеспечивает эту гибкость, в то время как стабильность достигается за счет сочленения суставов и способности стопы действовать как жесткий, так и гибкий рычаг во время нормального цикла походки.Среднетарзальный сустав играет важную роль во время ходьбы, и его функция зависит от положения подтаранного сустава. Во время выворота подтаранного сустава таранно-ладьевидный и пяточно-кубовидный суставы параллельны друг другу и позволяют перемещаться между ними. Это движение важно на ранней стадии ходьбы. И наоборот, при инверсии подтаранного сустава суставы не параллельны, и движение не допускается, позволяя стопе действовать как жесткий рычаг для поздней фазы ходьбы / опускания носка.Плюсно-фаланговые суставы — это кондиллоидные суставы, которые позволяют сгибать и разгибать, а также отводить и приводить. Межфаланговые суставы — это шарнирные суставы, позволяющие сгибать и разгибать [3] [4].

Кровоснабжение и лимфатика

Кровоснабжение стопы происходит в основном от тыльной части стопы и задних большеберцовых артерий.

Дорсальная артерия стопы является продолжением передней большеберцовой артерии и образует глубокую подошвенную дугу, анастомозируя с боковой подошвенной артерией.Кости предплюсны и дорсальный аспект плюсневых костей получают кровоснабжение от тыльной артерии стопы, тогда как глубокая подошвенная дуга способствует кровоснабжению пальцев стопы.

Задняя большеберцовая артерия проходит через тарзальный канал и входит в подошву стопы, а затем разделяется на медиальную и латеральную подошвенные артерии. Эти ветви обеспечивают кровоснабжение подошвенной поверхности стопы и за счет образования глубокой подошвенной дуги способствуют кровоснабжению пальцев стопы.

Кровоснабжение суставов стопы является результатом анастомоза этих артерий вокруг суставов. Суставная капсула не имеет сосудов и получает питательные вещества из окружающих кровеносных сосудов путем диффузии.

Подколенные лимфатические узлы получают от стопы лимфатический дренаж, который затем попадает в глубокие и поверхностные паховые лимфатические узлы. [5]

Нервы

Подошвенная сторона суставов предплюсны снабжается латеральными и медиальными подошвенными нервами, тогда как глубокий малоберцовый нерв снабжает дорсальную сторону сустава.Промежуточный дорсальный кожный нерв дает ветви для питания сустава между латеральной и промежуточной клиновидными костями, тогда как подтаранный и пяточно-кубовидный суставы получают иннервацию от добавочного глубокого малоберцового нерва и латерального дорсального кожного нерва.

Подошвенная сторона тарзометатарзального сустава получает нервное питание от медиального и латерального подошвенных нервов, тогда как дорсальная сторона снабжается глубоким малоберцовым нервом. Промежуточный дорсальный кожный нерв питает кубовидно-плюсневой сустав, и такое же, но реже, питание получают межплюсневые суставы.Сустав между четвертой и пятой плюсневыми костью получает нервное питание от ветвей промежуточного дорсального кожного нерва.

Плюсно-фаланговые суставы в основном получают питание от подошвенного пальцевого нерва. Иннервация межфаланговых суставов происходит от медиальной дорсальной кожной ветви поверхностного малоберцового нерва и подошвенных межпальцевых нервов. промежуточный дорсальный кожный нерв также может иннервировать эти суставы.

Мышцы

Мышцы стопы можно разделить на две отдельные группы, известные как внешние и внутренние мышцы.

Внешние мышцы возникают из боковых, передних и задних отделов ноги и прикрепляются к стопе. Передний отдел ноги содержит мышцы длинного разгибателя пальцев, третичной малоберцовой мышцы, передней большеберцовой мышцы и длинного разгибателя большого пальца стопы, которые отвечают за инверсию стопы, тыльное сгибание голеностопного сустава и разгибание пальца ноги.Мышцы в латеральном отделе — это мышцы малоберцовой мышцы и длинная малоберцовая мышца, основная роль которых заключается в вывороте стопы. Наконец, мышцы заднего отдела включают икроножную мышцу, длинный сгибатель большого пальца, длинный сгибатель пальцев, подколенную мышцу, подошву, камбаловидную мышцу и заднюю большеберцовую мышцу. Эти мышцы управляют подошвенным сгибанием, инверсией стопы и сгибанием пальцев стопы. [5]

Внутренние мышцы стопы находятся внутри стопы и служат для управления мелкой моторикой стопы, особенно пальцев ног.На тыльной стороне стопы есть только две внутренние мышцы, которые включают короткий разгибатель большого пальца и короткий разгибатель пальцев. Подошвенная сторона (подошва) стопы содержит 10 внутренних мышц, которые расположены в следующем порядке от поверхностных к глубоким; abductor hallucis, flexor digitorum brevis, abductor digiti minimi, quadratus plantae, lumbricals, flexor hallucis brevis, adductor hallucis, flexor digiti minimi brevis и, наконец, подошвенная и дорсальная межкостные мышцы.

Клиническая значимость

Переломы и вывихи

Травмы Лисфранка подразделяются на растяжения и переломы / вывихи. Наиболее частым механизмом травмы является аксиальная компрессия на гиперплантарно согнутой стопе. Пациенты обращаются с болезненной опухшей стопой и неспособностью выдерживать нагрузку. Пациенты также обычно имеют подошвенный экхимоз средней части стопы, который очень коррелирует с травмой Лисфранка. Во время медицинского осмотра пальпируется болезненность в средней части стопы, а пассивные движения передней части стопы воспроизводят боль.Первоначальная визуализация выполняется с помощью переднезадних (ПЗ), боковых и косых рентгеновских лучей без нагрузки. Это может упустить до 50% травм, поэтому, если есть высокий показатель подозрительности, то полезно будет снять пленку для сравнения нагрузки на противоположную стопу.

Нарушение линии, проведенной от медиального основания второй плюсневой кости к средней клинописи, а также дорсальное смещение основания первой и / или второй плюсневой кости являются надежными признаками перелома-вывиха. Разделение первой и второй плюсневой кости на 2 мм и более является признаком нестабильности.Пятнистый признак является еще одним важным признаком травмы Лисфранка и указывает на отрывной перелом связки Лисфранка от основания второй плюсневой кости. Пропущенный диагноз часто встречается при травмах Лисфранка и может привести к хронической боли, дисфункции и деформации. Травмы без смещения лечатся с использованием ненагруженной повязки или ботинка в течение 6-8 недель. Если травма смещена более чем на 2 мм, то требуется хирургическая фиксация. При сильно смещенных травмах предпочтительным методом лечения является открытая репозиция и внутренняя фиксация.[6]

Переломы пяточной кости возникают в результате падения с высоты. Спектр травм может быть слегка смещен до сильно оскольчатых переломов. К часто пропущенным травмам относятся компрессионные переломы поясничного отдела позвоночника. Эти травмы могут иметь разрушительные долгосрочные последствия не только из-за повреждения подтаранного сустава, но и окружающих мягких тканей.

Переломы Джонса — это переломы основания пятой плюсневой кости, которые являются отдельными и отличными от отрывных переломов.Этот перелом представляет собой сосудистый водораздел, подверженный несращению, и требует быстрой хирургической стабилизации.

Невропатическая остеоартропатия Шарко

Невропатическая остеоартропатия Шарко — хроническое прогрессирующее заболевание, наиболее часто встречающееся при диабете. Это часто наблюдается в стопе и лодыжке в результате периферической невропатии. Это начинается как локализованный нерегулируемый воспалительный процесс, но в конечном итоге приводит к постепенной потере костной массы, вывихам суставов и деформациям.Пациенты обычно обращаются с красной, горячей и опухшей стопой. Боль может присутствовать, а может и не присутствовать. Рентгенограммы пораженного участка могут показать ряд патологий от остеопении, переломов и вывихов до тяжелого разрушения суставов. Исследование должно включать общий анализ крови, СРБ и СОЭ, чтобы исключить инфекционный процесс. МРТ также полезна и может помочь отличить инфекцию от артропатии. [7]

Подагра

Подагра обычно проявляется как острый и чрезвычайно болезненный красный опухший большой палец стопы, специфически поражающий плюснефаланговый сустав (MTP).Патогенез остается неясным, но считается, что это связано с дефектом пуринового обмена, вызывающим осаждение кристаллов мононатриевого урата в суставах. У пациентов обычно повышается уровень мочевой кислоты в крови, но диагноз ставится путем аспирации сустава для обнаружения кристаллов с отрицательным двойным лучепреломлением. Лечение острых эпизодов — отдых с приемом нестероидных противовоспалительных препаратов, глюкокортикоидов или колхицина. Аллопуринол или другие ингибиторы ксантиноксидазы используются для предотвращения подобных случаев в будущем. Кроме того, консервативное лечение, такое как снижение веса, отказ от богатой пурином пищи и алкогольных напитков, являются дополнительными мерами, помогающими облегчить симптомы.[8]

Hallux Rigidus

Hallux Rigidus — дегенеративное заболевание сустава MTP большого пальца стопы. Пациенты обычно обращаются с болезненным ригидностью пальца стопы с болезненностью при пальпации дорсального сустава MTP. Остеофиты могут быть пальпированы дорсально при физикальном осмотре. Наиболее частым обнаружением при физикальном осмотре обычно является уменьшение активного и пассивного диапазона движений, в первую очередь тыльного сгибания. На рентгенограмме — характерный дорсальный остеофит и признаки остеоартроза первого МТП.Лечение включает НПВП, активность и модификацию обуви, а также внутрисуставные инъекции. Его также можно лечить хирургическим путем. [9]

Hallux Valgus

Hallux valgus (косточка) — вальгусное отклонение проксимальной фаланги, которое способствует варусному положению первой плюсневой кости. Головка плюсны смещается кнутри, оставляя сесамоиды открытыми. Медиальная капсула утончается, а капсула бокового сустава сокращается. Факторы риска бывают как внутренними, так и внешними.Помимо биомеханических факторов, связанных с первым лучом, существует генетическая предрасположенность, которая может привести к деформации костного мозга. Туфли на высоком каблуке с узким носком также могут привести к деформации. Бурситы чаще встречаются у взрослых, в первую очередь у женщин, но также встречаются у детей, так называемая вальгусная деформация большого пальца стопы. Пациенты жалуются на боли, усиливающиеся при ношении обуви. При физикальном обследовании выявляется широкий передний отдел стопы с болезненностью над головкой первой плюсневой кости и вальгусное отклонение фаланги.Консервативное лечение заключается в модификации обуви и отказе от обуви на высоком каблуке. Ювенильную вальгусную деформацию большого пальца руки следует лечить консервативно как можно дольше. Пациентам, у которых консервативное лечение неэффективно, можно лечить хирургическим путем. Хирургическое лечение зависит от деформации. [10] [11] [12]

Деформации малых пальцев стопы

Когтистые пальцы — деформация гиперэкстензии сустава MTP с деформацией сгибания PIP и DIP. Hammertoes — это деформации сгибания суставов PIP и деформации разгибания суставов MTP и DIP.Молоток — это деформация сгибания DIP-суставов. Если какая-либо из этих деформаций становится симптоматической, их можно лечить консервативно с помощью наложения шин / прокладок. При тяжелых деформациях рекомендуется хирургическое вмешательство.

Рисунок

Суставы стопы. Изображение любезно предоставлено S Bhimji MD

Ссылки

1.

Epeldegui T, Delgado E. Acetabulum pedis. Часть I: Гнездо таранно-пяточно-ладьевидного сустава нормальной стопы. J Pediatr Orthop B. 1995; 4 (1): 1-10. [PubMed: 7719822]

2.

Hillstrom HJ, Song J, Kraszewski AP, Hafer JF, Mootanah R, Dufour AB, Chow BS, Deland JT. Биомеханика типа стопы, часть 1: строение и функция бессимптомной стопы. Поза походки. 2013 Март; 37 (3): 445-51. [Бесплатная статья PMC: PMC3594140] [PubMed: 23107625]

3.

Окита Н., Мейерс С.А., Чаллис Дж. Х., Шарки Н.А. Блокировка среднетарзального сустава: новые взгляды на старую парадигму. J Orthop Res. 2014 Янв; 32 (1): 110-5. [PubMed: 24038197]

4.

Blackwood CB, Yuen TJ, Sangeorzan BJ, Ledoux WR.Механизм блокировки среднетарзального сустава. Foot Ankle Int. 2005 декабрь; 26 (12): 1074-80. [PubMed: 163]

5.

Тан А., Бордони Б. StatPearls [Интернет]. StatPearls Publishing; Остров сокровищ (Флорида): 11 августа 2021 г. Анатомия, костный таз и нижняя конечность, нервы стопы. [PubMed: 30725977]

6.

Clare MP. Травмы Лисфранка. Curr Rev Musculoskelet Med. 2017 Март; 10 (1): 81-85. [Бесплатная статья PMC: PMC5344858] [PubMed: 28188544]

7.

Кучера Т., Шейх Х.Х., спонсор П.Невропатическая артропатия стопы Шарко: обзор литературы и опыт одного центра. J Diabetes Res. 2016; 2016: 3207043. [Бесплатная статья PMC: PMC5021483] [PubMed: 27656656]

8.

Варгас-Сантос А.Б., Неоги Т. Лечение подагры и гиперурикемии при ХБП. Am J Kidney Dis. 2017 сентябрь; 70 (3): 422-439. [Бесплатная статья PMC: PMC5572666] [PubMed: 28456346]

9.

Лам А., Чан Дж.Дж., Сураче М.Ф., Вулкано Э. Халлюкс Риггус: Как мне подойти к этому? Мир J Orthop. 2017 18 мая; 8 (5): 364-371.[Бесплатная статья PMC: PMC5434342] [PubMed: 28567339]

10.

Кафлин MJ, Smith BW. Hallux valgus и подвижность первого луча. Хирургическая техника. J Bone Joint Surg Am. Октябрь 2008 г .; 90 Дополнение 2, Пет. 2: 153-70. [PubMed: 18829930]

11.

Hecht PJ, Lin TJ. Hallux valgus. Med Clin North Am. 2014 Март; 98 (2): 227-32. [PubMed: 24559871]

12.

Цирнгибл Б., Грифка Дж., Байер С., Гетц Дж. [Hallux valgus: этиология, диагностика и принципы лечения]. Ортопад.2017 Март; 46 (3): 283-296. [PubMed: 28251259]

Функциональное значение мышц стопы человека для двуногого передвижения

Значение

Человеческие ступни эволюционировали уникальным образом среди приматов, потеряв противоположную первую цифру в пользу ярко выраженной дуги для улучшения нашей способности ходить и бегать с вертикальной позой. Недавние исследования показывают, что мышцы стопы играют ключевую роль в функционировании стопы при ходьбе и беге на двух ногах. Здесь мы приводим прямые доказательства значения этих мышц стопы в поддержке механических характеристик стопы человека.Вопреки ожиданиям, внутренние мышцы стопы вносят минимальный вклад в поддержку свода стопы во время ходьбы и бега. Однако эти мышцы действительно влияют на нашу способность производить движение вперед от одного шага к другому, подчеркивая их роль в двуногом движении.

Abstract

Человеческие ступни эволюционировали, чтобы облегчить двуногое передвижение, потеряв противоположный палец, который цеплялся за ветви, в пользу продольной дуги (LA), которая делает стопу жесткой и помогает при двуногой походке.Считается, что пассивные эластичные структуры поддерживают ЛП, но недавние данные свидетельствуют о том, что подошвенные внутренние мышцы (PIM) в стопе активно способствуют жесткости стопы. Чтобы проверить функциональное значение PIM, мы сравнили механику стопы и нижних конечностей с блокадой большеберцового нерва, предотвращающей сокращение этих мышц, и без нее. Сравнения проводились во время контролируемой нагрузки на конечности, ходьбы и бега у здоровых людей. Неспособность активировать PIM вызывала немного большее сжатие ЛП при приложении контролируемых нагрузок к нижней конечности с помощью линейного привода.Однако, когда большие нагрузки были испытаны во время контакта с землей при ходьбе и беге, жесткость ЛП не была изменена блоком, что указывает на то, что вклад PIM в жесткость ЛП минимален, вероятно, из-за их небольшого размера. При блокировке PIM дистальные суставы стопы не могли быть достаточно жесткими, чтобы обеспечить нормальный отталкивание от земли во время поздней стойки. Это привело к увеличению скорости шага и компенсирующей силы, создаваемой мускулатурой бедра, но не к увеличению метаболических затрат на транспортировку.Результаты показывают, что PIM оказывают минимальное влияние на жесткость ЛП при поглощении высоких нагрузок, но помогают укрепить дистальную часть стопы, чтобы облегчить отталкивание от земли при ходьбе или беге на двух ногах.

Выраженная длинная дуга стопы человека является ключевой структурной особенностью, которая отличает наши стопы от стоп других приматов и наших общих предков (1, 2). Его эволюцию можно проследить по самым ранним ископаемым останкам педалей гомининов Ardipithecus ramidus (ок.4,4 миллиона лет) через экземпляры австралопитеков (возраст примерно 3–4 миллиона лет) до рода Homo (3). Было обнаружено, что A. ramidus имеет сильно отведенную и противопоставленную ногу (4), которая постепенно становилась полностью аддуктивной (рис. 1) с появлением Homo habilis и Homo erectus , ~ 2,5 миллиона лет спустя (5, 6). Благодаря этому галлюкальному приведению и перестройке костей средней части стопы стали очевидными отчетливые ЛП, которые теперь выделяются на ступнях человека (рис.1). Считается, что эта сложная реструктуризация костей стопы была вызвана отбором на двуногие, а не на древесное движение (3), при этом последнее требует противопоставления большого пальца стопы для захвата ветвей. У людей ЛП укрепляет стопу, обеспечивая рычаг для приложения движущих сил к земле, и считается полезным для выполнения двуногой ходьбы и бега (2, 7).

Рис. 1.

Отличительные особенности человеческой ступни и механизма брашпиля в действии. ( A ) Медиальный вид костей стопы человека с выделением выраженной продольной дуги (LA, пунктирная линия) и схематическое изображение угла Cal-Met, который мы использовали в качестве меры динамического сжатия дуги (угол, образованный между пяточная кость и плюсневые сегменты модели стопы, как определено в исх.43). ( B ) Превосходный вид костей стопы человека с изображением большого пальца стопы человека (жирный контур) в значительной степени от противоположного большого пальца, найденного в ископаемых останках наших предков-гомининов (например, пунктирный контур). ( C ) Подошвенный вид стопы человека, показывающий самые большие поверхностные PIM, которые охватывают суставы LA и MTP: Abductor hallucis (AH) и FDB. PIM также включают в себя минимальный отводящий палец, квадратную мышцу подорожника, короткий сгибатель большого пальца стопы, червеобразные мышцы и приводящую мышцу большого пальца стопы (17), которые не были включены здесь для ясности.( D ) Изображает механизм лебедки в действии от средней до поздней позиции при ходьбе человека. Слева направо стопа вращается вокруг суставов MTP, натягивая подошвенный апоневроз (PA) и поднимая LA (уменьшая угол Cal-Met) до подошвенного сгибания пальцев стопы, когда PA отскакивает непосредственно перед отрывом.

Несмотря на очевидные преимущества жесткого ЛП для двуногости, приматы способны к двуногой походке, а ЛП человека, как известно, демонстрирует упругую механику поглощения и возврата энергии во время контакта с землей (8).Фактически, эта подпружиненная функция обеспечивает важную экономию энергии для бегающих людей (8) и считается дополнительным преимуществом ЛП для двуногости. Исторически сложилось так, что большая заслуга в эластичности ЛП придается подошвенному апоневрозу, связочной структуре, охватывающей свод от пятки до нижней части пальцев стопы, охватывающей суставы плюсне-фаланги (MTP), которые позволяют пальцам вращаться. (Рисунок 1). Та же самая конструкция хвасталась, что она отвечает за жесткость стопы с помощью механизма брашпиля (9).Этот механизм предполагает, что наматывание подошвенного апоневроза вокруг головок плюсневых костей во время поздней стойки поднимает ЛП и пассивно укрепляет стопу для движения (рис. 1). Таким образом, подошвенный апоневроз часто считается наиболее важной мягкой тканью, поддерживающей ЛП.

Однако появляется все больше данных, свидетельствующих о том, что LA также поддерживается собственными подошвенными мышцами стопы (PIMs), группой мышц, расположенных внутри стопы ниже LA (10⇓⇓ – 13). Некоторые из PIMs охватывают ЛП параллельно подошвенному апоневрозу (рис.1) и активны при контакте стопы с землей при ходьбе и беге (10, 13). Эксперименты, стимулирующие электрическую стимуляцию PIM (11) и анестезиологически блокирующую сокращение PIM (14), показали, что эти мышцы влияют на механическую функцию LA, когда люди статически переносят вес через ноги. Кроме того, степень активации этих мышц регулируется в ответ на различные механические нагрузки, оказываемые на стопу (13, 15), а антропологические данные связывают размер PIM со степенью нагрузки, испытываемой стопой в повседневной жизни ( 16).Таким образом, имеющиеся данные косвенно свидетельствуют о том, что PIM играют важную роль в укреплении стопы человека и поддержании его ЛП. Таким образом, PIM могут играть фундаментально важную роль в функционировании стопы человека и в нашей развитой специализации в отношении двуногости. Однако на сегодняшний день нет прямых экспериментальных доказательств, подтверждающих важность PIM для функции стопы при ходьбе и беге человека.

Таким образом, этот эксперимент был направлен на проверку важности PIM для придания жесткости стопе человека, обеспечения поддержки ЛП и создания толчка во время ходьбы и бега человека.Для этого мы использовали блокаду заднего большеберцового нерва, чтобы предотвратить активацию PIM в двух экспериментах. В первом случае применялась контролируемая нагрузка на голень с помощью линейного привода с блокадой большеберцового нерва и без нее. Мы предположили, что ЛП стопы будет сильнее сжиматься в ответ на приложенные нагрузки, когда нервный блок находится на месте, демонстрируя важность PIM в обеспечении активной поддержки ЛП под нагрузкой. Во втором эксперименте участники ходили и бегали по беговой дорожке с блокадой большеберцового нерва на обеих ногах и без нее.Этот эксперимент был направлен на определение важности внутренних мышц в поддержке ЛП во время принятия веса и в укреплении стопы, чтобы она действовала как рычаг от земли в поздней стойке. Мы исследовали механику нижних конечностей и стопы, а также метаболические затраты на транспорт для всего тела (CoT). Мы предположили, что неспособность активировать PIM во время ходьбы и бега будет препятствовать усилению жесткости ЛП, чтобы противостоять возрастающим силам контакта с землей в ранней стойке, подавлять отталкивание от земли во время поздней стойки и приводить к увеличению частоты шагов и работа тазобедренного сустава для компенсации отсутствия толчка (17), что приводит к увеличению расхода метаболической энергии (менее эффективная походка).

Результаты

Нервная блокада.

Измерение размаха М-волны ответа мышцы короткого сгибателя пальцев (FDB; рис. 1 C ) на чрескожную электрическую стимуляцию большеберцового нерва подтвердило эффективность нервной блокады в значительном снижении внутренней подошвенной нервной системы. активация мышц для обоих экспериментов (например, рис. 2 A ). Размах M-волны FDB уменьшился в среднем на 90 ± 9%.

Рис. 2.

Данные для эксперимента 1.( A ) Блокада большеберцового нерва резко снизила ответную М-волну FDB в среднем на 90%. Кривая набора M-волны для примера участника отображает нормализованный ток стимуляции, приложенный к большеберцовому нерву (относительно максимума), в зависимости от амплитуды размаха M-волны (относительно максимума). В состоянии нервной блокады (серый цвет) не было зарегистрировано ответа M-волны, что указывает на успешный моторный блок. ( B ) Примерные данные ( n = 1, один цикл загрузки) для 1.5 цикл статической нагрузки с весом тела, показывающий vGRF ( низ ), исходную электромиографическую активность FDB (EMG) ( средний ) и деформацию длинной дуги, измеренную по изменению угла, образованного между пяточной и плюсневой сегментами (угол Cal-Met ; Верх ). Серые линии, блокада нерва; черные линии, контрольное состояние. ( C ) Деформация длинной дуги, измеренная по пиковому изменению угла Cal-Met, была больше при эквивалентной нагрузке в состоянии нервной блокады ( n = 12; MLRT * P <0.05). Данные представляют собой групповое среднее (± стандартное отклонение) пика vGRF в зависимости от изменения угла Cal-Met во время циклов нагрузки (черный / заполненный, контроль; серый / открытый, блокада нерва).

Эксперимент 1: Контролируемая загрузка.

Компрессию ЛП измеряли по изменению угла Cal-Met, образованного между пяточным и плюсневым сегментами (показано на рис. 1 A ). Пиковая вертикальная сила реакции опоры (vGRF) во время циклов нагружения варьировалась от 0,5 до 2,5 веса тела и вызывала пропорциональные изменения угла Cal-Met (рис.2 С ). Наблюдалось значительное влияние блокады нерва на деформацию ЛП, причем изменения угла Cal-Met были больше для эквивалентных пиковых сил в состоянии нервной блокады, хотя и только в умеренных величинах (разница в средних значениях для групп <1 °; рис. С ).

Эксперимент 2: Ходьба и бег.

Несмотря на неспособность активировать собственные мышцы стопы, блокада нерва не вызвала изменений в ответе ЛП на начальную нагрузку на среднюю часть стопы, что измерялось увеличением угла Cal-Met в ответ на момент, возникающий в средней части стопы. во время ранней-средней стойки (рис.3 H ). Тем не менее, наблюдался значительный [тест отношения максимального правдоподобия (MLRT), P = 0,026] эффект нервной блокады по снижению углового импульса, генерируемого моментом среднего отдела стопы во время отдачи дуги (ходьба: 6,4 ± 2,2 Н · м. · С против 5,2 ± 1,5 Н · м · с; медленно: 9,4 ± 2,4 Н · м · с против 8,1 ± 2,3 Н · м · с; быстрее: 9,4 ± 2,5 Н · м · с против 8,7 ± 2,6 Н ·РС). Во время поздней позиции блокада нерва вызывала снижение жесткости сустава MTP, поскольку vGRF падал и пальцы ног сгибались назад (рис. 3 A, C, E и G ).Это снижение жесткости сустава MTP было связано больше с уменьшением момента сустава MTP, чем с изменениями диапазона движения тыльного сгибания MTP (рис. 3 A, C и E ).

Рис. 3.

Жесткость сустава MTP во время поздней стойки была выше в контрольном состоянии, чем в состоянии нервной блокады, но не было изменений жесткости длинной дуги. A , C и E представляют график зависимости угла MTP от момента MTP для бега ( A : Fr = 1.25; C : Fr = 1,0) и ходьба ( E , Fr = 0,2), и каждый имеет линейную посадку, чтобы проиллюстрировать жесткость сустава в поздней стойке (черный — контрольная; серый — нервный блок). G показывает гистограмму средних (± стандартное отклонение) значений жесткости (наклона) из линейных подгонок в A, , C, и E для каждой скорости и подчеркивает значительный эффект нервной блокады (N = 12; P <0,05) со звездочками. B , D и F строят график зависимости угла Cal-Met отмомент средней части стопы, приблизительно равный жесткости длинной дуги (контроль, черный; блок нерва, серый). Не наблюдалось влияния блокады нерва на жесткость длинной дуги во время нагрузки. На всех скоростях пиковая деформация длинной дуги (угол ΔCal-Met) увеличивалась с увеличением момента средней части стопы ( H ), но линейные соответствия данным показывают, что на это соотношение не повлиял нервный блок (серые / открытые символы, нервный блок; черные / закрашенные символы — контроль; треугольники — ходьба; квадраты — медленный бег; круги — более быстрый бег).

Блокада нерва значительно повлияла на способность участников генерировать положительную силу и работать через стопу и лодыжку во время поздней стойки. Из рисунка 4 видно, что положительная выработка энергии стопой была меньше в состоянии нервной блокады, что привело к значительно меньшей положительной работе стопы при ходьбе (3,3 ± 2 Дж / шаг против 5,1 ± 2 Дж / шаг, P = 0,004) и оба бегают (медленно: 9,1 ± 6 Дж / шаг против 13,6 ± 6 Дж / шаг; P = 0,002; быстрее: 9,8 ± 7 Дж / шаг vs.13,7 ± 7 Дж / шаг; P = 0,007; Рис. 5) условия. Кроме того, на рис. 5 показано, что снижение положительной работы голеностопного сустава наблюдалось для обеих скоростей бега в условиях нервной блокады (медленная: 58,6 ± 19 Дж / шаг против 67,0 ± 20 Дж / шаг, P = 0,008; быстрее; : 66,1 ± 22 Дж / шаг против 71,3 ± 20 Дж / шаг, P = 0,04). Из рис. 4 A и C , это, по-видимому, совпадает с незначительно более низкой выработкой энергии в голеностопном суставе в поздней стойке (после пиковой положительной мощности) для состояния нервной блокады.Анализ линейной смешанной модели показал, что блокада нерва также приводила к тому, что участники производили большую положительную работу с бедром (MLRT: P = 0,004; рис. 5). Апостериорные тесты показали, что эта разница была значимой для ходьбы и быстрого бега, но не для медленного бега (ходьба: 30,2 ± 8 Дж / шаг против 24,7 ± 7 Дж / шаг, P = 0,002; медленный: 68,7 ± 24 Дж / шаг против 74,9 ± 20 Дж / шаг, P = 0,1; быстрее: 90,3 ± 21 Дж / шаг против 83,1 ± 27 Дж / шаг, P = 0.045).

Рис. 4.

Положительная сила, создаваемая стопой и голеностопом в поздней стойке, снижалась из-за блокады нерва. Среднее по группе (± стандартное отклонение) данные о мощности во временном ряду для стопы ( A и B ) и голеностопного сустава ( C и D ). Левый столбец представляет данные о ходьбе (Fr = 0,2) и масштабируется иначе, чем правый столбец, который соответствует более быстрому бегу (Fr = 1,25). На всех скоростях дистальный отдел стопы давал меньше положительной мощности в поздней стойке в состоянии нервного блока (серые линии) по сравнению с контрольным условием (черные линии).Положительная сила голеностопного сустава в поздней стойке упала раньше на всех скоростях из-за состояния нервной блокады, и это было связано с уменьшением времени стойки и шага при применении нервной блокады. Данные нанесены на график от контакта ступни с землей до ипсилатерального контакта ступни с землей, а вертикальные линии представляют собой конец фазы стойки для контрольных (сплошной) и нервной блокады (пунктирная линия), соответственно. Данные о мощности для всех суставов ног при любых условиях приведены в приложении SI (приложение SI , рис.S1).

Рис. 5.

Блокада нерва привела к снижению положительной работы стопы и голеностопного сустава во время ходьбы и бега, но увеличила положительную работу, выполняемую на бедре. Среднее по группе (± стандартное отклонение, n = 12) положительная и отрицательная работа, выполненная за один шаг в стопе, лодыжке, колене и бедре для контрольных (черный) и нервного блока (серый) состояний. Данные относятся к ходьбе ( A ), более медленному бегу ( B ) и более быстрому бегу ( C ). Существенное влияние блока на объем работы было обнаружено в первую очередь путем сравнения линейных смешанных моделей с нервной блокадой и без нее в качестве фактора с помощью теста отношения правдоподобия (тест отношения правдоподобия: положительная работа дистальной части стопы, P = 0.0004; положительная работа голеностопного сустава, P = 0,01; положительная работа бедра, P = 0,004). Когда тест отношения правдоподобия был значимым, для каждой скорости использовались апостериорные тесты t , и для учета множественных сравнений применялась поправка Бонферрони ( P <0,05 считалось значимым, обозначено *).

Сравнение данных, включая все скорости, показало, что толкающий импульс, генерируемый за счет направленной вперед силы реакции земли, значительно уменьшался, когда нервный блок был на месте (MLRT: P <0.001). Сравнения в пределах скоростей дополнительно подтвердили, что блокада нервов снижает движущий импульс во время ходьбы и бега (ходьба: 15,4 ± 4 Н · с против 17,7 ± 4,2 Н · с, P = 0,003; медленная: 9,9 ± 2,5 Н · с против 11,5 ± 2,6 Н · с, P = 0,002; быстрее: 9,7 ± 2,6 Н · с против 11,5 ± 2,6 Н · с, P = 0,002).

Последним заметным эффектом нервной блокады было то, что она вызвала увеличение частоты шагов (ходьба: 1,03 ± 0,09 Гц против 0,98 ± 0,07 Гц, P = 0,01; медленная: 1.52 ± 0,09 Гц против 1,45 ± 0,08 Гц, P <0,001; быстрее: 1,59 ± 0,10 Гц против 1,49 ± 0,10 Гц, P = 0,007). Однако изменений в метаболическом CoT при ходьбе или беге с нервной блокадой не наблюдалось (ходьба: 0,24 ± 0,03 Дж · N ^-1 · м ^-1 против 0,24 ± 0,03 Дж · N ^-1 · м. м ⁻¹ , t испытание P = 0,44; медленное: 0,41 ± 0,05 Дж · N ⁻¹ · м ⁻¹ по сравнению с 0,41 ± 0,03 Дж · N ⁻¹ · м ^{— 1} , т тест P = 0.26).

Обсуждение

Длинный свод стопы человека сильно развит, чтобы соответствовать как упругому поглощению энергии, так и обеспечивать жесткую ступню, чтобы упираться в землю. Оба являются ключевыми приспособлениями для обязательной двуногой походки. Наши данные показывают, что эластичное поглощение энергии ЛП лишь в минимальной степени поддерживается сокращением собственных подошвенных мышц стопы. Однако без активного сокращения этих мышц жесткость передней части стопы во время отталкивания от земли нарушается, и это влияет на нашу способность генерировать движущую силу.Эти результаты существенно меняют наше текущее понимание функционального значения PIM и механики стопы человека во время двуногой походки.

Уникальная структура LA позволяет стопе деформироваться под нагрузкой, растягивая подошвенный апоневроз и PIMs, охватывающие его длину, и накапливая энергию в этих тканях. Арка поддерживается в сопротивлении этой деформации за счет упругого натяжения подошвенного апоневроза (8), и считалось, что она получает значительную дополнительную поддержку от активного сокращения PIMs (13).Первоначальные результаты эксперимента 1 показали, что устранение сокращения PIM действительно подавляло способность LA сопротивляться приложенной нагрузке, уменьшая изменение угла Cal-Met на 1 ° (рис. 2 C ). Однако небольшие деформации ЛП в Эксперименте 1 (изменение угла Cal-Met на 2–3 °; рис. 2 C ) подчеркнули, что нагрузка на ЛП была намного меньше, чем при ходьбе и беге, когда Cal-Met -Угол захвата изменен на ∼20 ° (эксперимент 2). При ходьбе и беге мы не наблюдали влияния нервной блокады на деформацию ЛП, ее максимальное значение, максимальный момент средней части стопы или жесткость средней части стопы (рис.3 B, D и F ). Таким образом, мы считаем, что во время ходьбы вклад PIM в поддержку ЛП во время принятия веса минимален. Этот вывод расходится с предыдущими выводами нашей группы, основанными на записях электромиографической активности с помощью PIM. Однако это можно согласовать, рассматривая силовой потенциал PIM. По данным о трупах (18), общая физиологическая площадь поперечного сечения FDB, quadratus plantae и отводящего большого пальца стопы составляет 15 см ² .Умноженное на удельное напряжение 25 Н · см ² (19⇓ – 21), общая максимальная изометрическая сила для основных PIM составляет 375 Н. Предполагая, что плечо этих мышц относительно средней части стопы (ладьевидной кости) составляет 4 см. , максимальный момент, который PIM могут создать около средней части стопы, составляет 15 Н · м. Это составляет ~ 10% от максимального момента средней части стопы во время бега (рис. 3 F ) и подтверждает мнение о том, что эти мышцы могут лишь минимально способствовать сопротивлению деформации ЛП во время промежуточной фазы ходьбы, когда ЛП подвергается наибольшему воздействию. нагрузка.

То, что эти мышцы не обеспечивают значительной поддержки ЛП, противоречило нашей гипотезе. Это предполагает, что поддерживающие мягкие ткани ЛП развивались вместе с костными структурами, чтобы нести большую часть внешней нагрузки пассивных элементов, таких как подошвенный апоневроз, как предполагали Ker et al. (8). Подошвенный апоневроз (и другие связки педали) может эластично накапливать и возвращать энергию, не потребляя напрямую метаболическую энергию, и они менее массивны, чем мышцы, производящие аналогичные силы.Таким образом, использование пассивных тканей в качестве нагрузки может помочь минимизировать энергетически затратную массу дистального отдела конечности. Ретроспективные исследования показали, что люди, которые обычно носят минимальную обувь, имеют более низкую частоту плоской стопы (22), имеют более жесткие ЛП (16) и большие PIM (16). Из таких данных можно сделать вывод, что более крупные и более прочные PIM механически связаны с нагрузкой на стопы в повседневной жизни и что их работа в раннем возрасте может защитить от развития состояния pes planus.Хотя мы не знаем, одинаковы ли относительные вклады в поддержку ЛП у детей, наши результаты показывают, что эластические свойства подошвенного апоневроза (жесткость или длина покоя) будут более влиятельными в поддержке развития более высокой и жесткой ЛП. .

Хотя PIM не вносят большой вклад в поддержку LA в середине, наши результаты показали, что PIM важны для придания жесткости передней части стопы во время поздней стойки, когда стопа используется в качестве жесткого рычага для отталкивания, первая теория предполагается Манном и Инманом (10).Мы показали, что устранение способности активировать PIM снижает положительную механическую работу, выполняемую стопой и голеностопом во время отталкивания, из-за более раннего снижения выходной мощности в поздней стойке (рис. 4). Кроме того, толкающий импульс, который участники могли генерировать около середины стопы и на земле, был уменьшен блокадой нерва. Все это произошло одновременно с уменьшением способности создавать моменты для придания жесткости соединению MTP (рис. 3 A, C и E ).

Уменьшение количества моментов, связанных с суставом MTP и нервной блокадой, согласуется с нашими оценками того, какой вклад могут вносить PIM. Мы аппроксимировали плечо момента PIM вокруг сустава MTP равным 1,5 см (23) и рассчитали потенциальный вклад момента в 6 Н · м вокруг сустава MTP (используя те же параметры мышц, что и ранее). Хотя момент небольшой, он составляет примерно половину пикового суставного момента MTP при ходьбе и 20% от пикового значения при беге (рис. 3 A, C и E ).Это также сравнимо по величине с падением момента MTP, наблюдаемым при блокаде нерва (рис.3 A, C и E ), и разумно констатировать, что PIM оказывают значительное влияние на механику сустава MTP. . Активация PIM в поздней стойке необходима для создания достаточного сопротивления вокруг сустава MTP для эффективного отталкивания за счет толкающих импульсов и работы голеностопного сустава. Таким образом, роль стопы как жесткого рычага в поздней стойке поддерживается за счет активного мышечного вклада.Раньше большая часть заслуг в жесткости стопы в поздней стойке приписывалась механизму брашпиля, впервые обнаруженному Хиксом (9), а с тех пор считается, что он возникает в походке за счет тыльного сгибания пальцев стопы в поздней стойке, вызывая напряжение подошвенного апоневроза и жесткость. ступня. Наши данные свидетельствуют о том, что этот механизм сам по себе недостаточен и требует активного силового вклада со стороны PIM. Вклад PIM принципиально отличается от механизма лебедки, потому что PIM, которые охватывают суставы LA и MTP (например,g., abductor hallucis и FDB) либо изометричны, либо укорачиваются во время поздней стойки, когда создается толчок (13). Это связано с тем, что эффект укорочения LA превышает эффект тыльного сгибания пальца на длину PIM. Следовательно, PIM не натягиваются из-за наматывания пальцев ног, а активно создают напряжение изометрически или при укорачивании, чтобы придать жесткость соединению MTP.

Тот факт, что жесткость сустава MTP активно регулируется, представляет большой интерес с эволюционной точки зрения и может иметь значение для конструкции протезов.Суставы MTP первых двух лучей стопы допускают вращение вокруг поперечной оси (перпендикулярно направлению движения), но оси трех боковых суставов MTP ориентированы более наклонно (24). Вращение ступни вокруг поперечной оси считается ключевым моментом для сильного отталкивания, поскольку считается, что это более эффективно задействует механизм брашпиля (7). Интересно, что усиление жесткости первого сустава MTP может быть связано с производством силы отводящим палец большого пальца стопы, самым большим из PIMs (18).Эта мышца также была больше у людей, которые обычно носят минимальную обувь (16). Возможно, уникальное приведение большого пальца стопы у людей облегчило использование самой большой внутренней мышцы стопы для придания жесткости передней части стопы для эффективного отталкивания в синергии с механизмом брашпиля и ЛП. С другой точки зрения, наши результаты подтверждают мнение о том, что активная регуляция жесткости суставов MTP может быть необходима при протезировании стопы с помощью биоиндуцирования. Недавний эксперимент по настройке протеза стопы показал, что работа, выполняемая над центром масс тела во время отталкивания, очень чувствительна к жесткости сустава MTP протеза (25).Это открытие также подтверждает наши результаты относительно каскада механических изменений, которые были инициированы нарушенным толчком с нервной блокадой.

Важность генерирования толкающих импульсов и работы голеностопного сустава для отталкивания в поздней стойке была хорошо известна (17, 26), при этом стопа играет решающую роль (27⇓⇓ – 30). Без эффективного отталкивания во время ходьбы энергия теряется при переходе между шагами и должна компенсироваться повышенной работой мышц бедра (17).В соответствии с этим, нарушение отталкивания в состоянии нервной блокады привело к компенсаторному увеличению положительной работы тазобедренного сустава в поздней стойке и ранней фазе поворота при ходьбе и беге (рис. 5 и SI Приложение , рис. S1). , наряду с повышенной частотой шагов. Ожидается, что все изменения в механике походки, обсуждаемые здесь, увеличат метаболический CoT (26, 31–35), но мы не наблюдали изменений в метаболическом CoT при ходьбе или беге. Объяснение этому может заключаться в том, что изменение частоты шагов, вызванное блокадой нерва, было недостаточным для значительного увеличения CoT.Связь между CoT и частотой шага U-образная, с предпочтительной скоростью шага, близкой к метаболическому минимуму CoT (26, 31–33). Область вокруг минимума имеет неглубокую кривизну, и нужно будет существенно повлиять на скорость шага человека, чтобы вызвать измеримое увеличение метаболического CoT. Блокада нервов привела к умеренному увеличению частоты шагов на 5–6%, и сравнение с существующими данными (33, 36) предполагает, что увеличение частоты шагов на 5–6% по сравнению с предпочтительной не приведет к заметному повышению метаболического CoT.Следовательно, хотя удаление активации PIM значительно повлияло на механику отталкивания, это не увеличило заметно энергетические затраты на передвижение.

Следует отметить, что блокада нерва также влияет на сенсорную обратную связь с подошвенной поверхностью стопы, что приводит к изменению ощущений во время ходьбы и бега. Хотя это не может быть показано на основании настоящих данных, исследования, отделяющие влияние нарушенной кожной подошвенной обратной связи от таковой при моторном блоке, не показали влияния нарушенной кожной обратной связи на механику походки (37, 38) или равновесие стоя (39).Таким образом, мы считаем маловероятным, что результаты настоящего исследования были связаны с измененной сенсорной обратной связью. Вполне возможно, что некоторый недостающий вклад активной силы PIM в поддержку LA мог быть компенсирован повышенной активацией внешних мышц стопы или пассивным напряжением, развивающимся за счет удлинения PIM. PIMs, поддерживающие LA, в основном представляют собой коротковолокнистые перистые мышцы. Преимущество пеннатной структуры состоит в том, что вращение волокон может приспособиться к изменению длины всей мышцы, а не к удлинению самого волокна (40).Кроме того, волокна также должны быть растянуты намного больше их длины покоя, чтобы создать какое-либо значительное пассивное натяжение, которое могло бы соперничать с их нормальным активным вкладом. Таким образом, мы считаем, что компенсация за счет пассивного напряжения была маловероятной. Также возможно, что внешние мышцы стопы (например, задняя большеберцовая мышца, передняя большеберцовая мышца и малоберцовые кости) могли оказывать некоторую поддержку ЛП и потенциально могли компенсировать внутренние мышцы в состоянии нервной блокады.Однако анатомический путь сухожилий внешних мышц стопы им больше подходит для обеспечения опоры во фронтальной плоскости стопы. Более того, их легкие руки вокруг Лос-Анджелеса мешают им создавать поддерживающие моменты. Поэтому сомнительно, чтобы внешние мышцы стопы могли компенсировать это, но это требует дальнейшего исследования. Исследование могло быть улучшено включением условия более высокой скорости бега. На более высоких скоростях PIM более активны для поддержки свода (13), и, следовательно, мог наблюдаться больший эффект блока.Однако из-за ограниченной продолжительности нервной блокады и первоначальных опасений, что участники не смогут безопасно выполнить более высокую скорость бега, мы не смогли добавить условие более быстрого бега. Наши расчеты максимальной отдачи силы показывают, однако, что более высокие скорости бега вряд ли будут иметь существенное значение.

В заключение мы показали, что PIM активно способствуют укреплению сустава MTP в поздней стойке во время ходьбы и бега, помогая отталкивать толчок, и что механизм брашпиля не может поддерживать эту функцию без них.Однако эти же мышцы не вносят значительного вклада в поддержку длинной дуги стопы во время фазы принятия веса во время походки, и эта функция должна в значительной степени относиться к эластичным структурам, таким как подошвенный апоневроз и связки внутри свода стопы. Человеческая ступня эволюционировала в течение нескольких тысячелетий и приобрела жесткую длинную арку, приведенную большую ногу и короткие пальцы ног, которые значительно улучшают нашу двуногую походку, образуя жесткий рычаг. Собственные подошвенные мышцы стопы активно помогают этой функции.

Методы

Два отдельных эксперимента были одобрены Комитетом по этике исследований на людях Bellberry при Университете Квинсленда. За исключением протоколов, методы сбора и анализа данных были схожими и описаны здесь только один раз. Эксперимент 1 включал 12 участников (восемь мужчин, четыре женщины; средний возраст ± стандартное отклонение = 28 ± 5 лет; масса = 72 ± 11 кг), как и эксперимент 2 (девять мужчин, три женщины; среднее ± стандартное отклонение возраста = 30 ± 6 лет). ; масса = 77 ± 12 кг), все они дали письменное информированное согласие.В обоих экспериментах сравнивали состояние нервной блокады с контрольным состоянием. Для блокады нерва анестезирующая блокада большеберцового нерва была применена к лодыжкам, чтобы предотвратить сокращение PIM (подробности в SI Приложение ). Блок был подтвержден записью внутримышечных сигналов тонкопроволочной электромиографии от FDB ( SI Приложение ) во время электростимуляции большеберцового нерва (рис. 2). В контрольном состоянии блокада нерва не применялась.

Протоколы.

В эксперименте 1 участники сидели с согнутыми коленями и одной ногой на силовой платформе (AMTI).Изготовленный на заказ линейный двигатель (LinMot) прикладывал контролируемые вертикальные силы к бедру непосредственно проксимальнее колена, эквивалентные весам тела 0,5, 1,0, 1,5 и 2,0, для статической нагрузки на ногу (подробная схема представлена ​​в Приложении SI. , рис. S2). Наборы из пяти циклов при каждой нагрузке применялись в случайном порядке. Участников проинструктировали нести нагрузку наиболее естественным образом. Все условия нагрузки были выполнены для нервной блокады и контрольных условий.В эксперименте 2 каждый участник шел с одной скоростью [число Фруда (Fr) = 0,25] и бежал с двумя скоростями (Fr = 1,00, Fr = 1,25) на беговой дорожке с инструментами (AMTI Tandem, AMTI). Для сбора механических данных участники ходили или бегали в течение 60 секунд, а к концу 60-секундного периода собирали 15-секундное испытание. Метаболические данные регистрировались в течение 5 минут непрерывных испытаний, но только для условий ходьбы и медленного бега. Уровни потребления кислорода и производства углекислого газа измерялись во время испытаний с помощью портативной системы спирометрии (MetaMax 3B; Cortex), и уравнения Броквея (41) использовались для расчета метаболического CoT (Дж · кг ^-1 · м ⁻¹ ) для ходьбы и бега в условиях контроля и нервной блокады.

Биомеханические измерения.

Трехмерные данные захвата движения были записаны с помощью оптоэлектронной системы (Qualysis). Светоотражающие маркеры были прикреплены к тазу, правой ноге и правой стопе участников в соответствии с моделью походки Istituto Ortopedico Rizzoli (IOR) (42) и моделью стопы IOR (43). Используя положения маркеров из статического испытания, модель твердого тела, как определено в справочниках. 42 и 43 сегменты таза, бедра, голени, пяточной кости, средней части стопы, плюсневой кости и большого пальца стопы были построены и масштабированы для каждого участника в программном обеспечении Visual 3D (C-Motion).Это же программное обеспечение использовалось для моделирования движения сегментов при ходьбе и беге. В качестве меры динамического положения ЛП стопы мы вычислили ориентацию плюсневого сегмента в системе отсчета пяточной кости и извлекли угол Эйлера относительно медиолатеральной оси пяточной кости (угол Cal-Met; рис.1). Положительное изменение этого угла (Cal-Met) представляет собой тыльное сгибание плюсневых костей относительно пяточной кости, компрессию ЛП и растяжение подошвенного апоневроза и PIMs.Угол MTP сустава рассчитывали как ориентацию сегмента большого пальца стопы относительно плюсневого сегмента. В соответствии с недавними рекомендациями (29), углы голеностопного сустава рассчитывались как ориентация пяточной кости по отношению к сегменту голени. Углы колена и бедра были ориентацией голени и бедра относительно сегментов бедра и таза, соответственно. Моменты суставов были рассчитаны в Visual 3D с использованием анализа обратной динамики, при этом момент в сегменте средней части стопы рассчитывался только после того, как центр давления переместился вперед к проксимальному концу средней части стопы.Момент средней части стопы считался оценкой нагрузки на ЛА. Моменты MTP в суставах рассчитывались только тогда, когда центр давления находился перед дистальным концом плюсневого сегмента. Сила суставов (бедра, колена и голеностопного сустава) рассчитывалась как скалярное произведение суставных моментов и скоростей. Сила стопы рассчитывалась согласно Takahashi et al. (28) и представляет мощность, возникающую в результате свободного движения на 6 ° между пяточной костью и землей, обеспечивая оценку совокупной мощности от всех структур стопы дистальнее пяточной кости (29), включая структуры ЛП.Значения работы для стопы и других суставов выражаются в джоулях на шаг и представляют собой интеграл по времени либо всех периодов положительной мощности (положительная работа), либо всех периодов отрицательной мощности (отрицательная работа) для этого сустава на шаге.

Анализ данных для эксперимента 1.

Линейная смешанная модель была подобрана с использованием функции fitlme в Matlab (The Mathworks) с изменением угла Cal-Met в качестве зависимой переменной, фиксированные эффекты для нервной блокады (контрольная или нервная блокада). ), интегрированной электромиографической активности FDB и пикового GRF (в массе тела), а также случайных эффектов на наклон и пересечение для участника.Чтобы проверить влияние блокады нерва на компрессию ЛП, была подобрана вторая модель без блокады нерва в качестве фактора, и две модели сравнивались с MLRT с помощью встроенной в Matlab функции compare . Значение P для MLRT <0,05 было принято, чтобы показать значительный эффект нервной блокады.

Анализ данных для эксперимента 2.

Механические данные были собраны в течение 15-секундных испытаний и разделены на отдельные шаги (контакт с землей и ипсилатеральный контакт с землей) на основе вертикального GRF.Данные временного ряда для каждого шага были нормализованы до 101 балла и усреднены для каждого участника, а затем для группы. Все представленные данные (временные ряды и другие переменные результата) представляют собой средние значения групп и стандартное отклонение, если не указано иное. Чтобы проверить влияние нервной блокады на каждую переменную результата, мы снова использовали линейное смешанное моделирование и MLRT. Модель включала фиксированные эффекты для скорости (Fr = 0,25, 1,0, 1,25), блокады нерва (контроль или блокировка), походки (ходьба или бег) и случайные эффекты участника на уклоне и перехвате.Затем из модели удалили нервную блокаду и сравнили две модели, как в эксперименте 1. Значение P для MLRT менее 0,05 было взято, чтобы показать значительный эффект нервной блокады. В эксперименте 2, чтобы проверить эффект нервной блокады на каждой скорости, в качестве апостериорного теста использовали парный тест t с поправкой Бонферрони ( P <0,05 как значимое). При тестировании влияния блокады нерва на изменение угла Cal-Met изменение момента в средней части стопы было включено как дополнительный фиксированный эффект.

Выражение признательности

Эта работа была поддержана грантом DP160101117 Австралийского исследовательского совета (для G.A.L., L.A.K. и A.G.C.) и стипендией 1111909 (для Л.А.К.) Национального совета по здравоохранению и медицинским исследованиям.

Сноски

• Вклад авторов: D.J.F., L.A.K., A.G.C. и G.A.L. спланированное исследование; Д.Дж.Ф. и L.A.K. проведенное исследование; D.J.F., L.A.K. и G.A.L. проанализированные данные; и D.J.F., L.A.K., A.G.C. и G.А.Л. написал статью.

• Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS. Б.Л. Приглашенный редактор по приглашению редакционной коллегии.

• Размещение данных: данные, относящиеся к этому документу, размещены по адресу https://doi.org/10.14264/uql.2019.3.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1812820116/-/DCSupplemental.

• Copyright © 2019 Автор (ы). Опубликовано PNAS.

Окаменелость предполагает, что у Люси была первая современная ступня: NPR

Эта кость стопы, четвертая плюсневая кость, соединяет пятку с четвертым пальцем. Окаменелость возрастом 3 миллиона лет предполагает, что Australopithecus — Люси и ей подобные — могли быть первыми прямоходящими людьми. Кэрол Уорд и Элизабет Харман / Science / AAAS скрыть подпись

переключить подпись Кэрол Уорд и Элизабет Харман / Science / AAAS

В человеческой эволюции рождение современной стопы имело большое значение.Благодаря высокому изгибу и жесткости он стал причиной ходьбы, бега на длинные дистанции и, в конечном итоге, подиатрии.

Спор идет только о том, когда возникло это анатомическое чудо. Теперь ученые обнаружили кость, которая, по их мнению, может ответить на этот вопрос. Но это спорно — другие эксперты настроены скептически, и это открытие несет в себе начало еще одной ископаемой вражды.

Видео: визуализация следов для понимания того, как мы ходим

Если бы человеческая нога была зданием, это был бы собор: двадцать шесть костей и более 100 мышц и сухожилий образуют дугообразную конечность, жесткую, но также эластичную.Это тот тип ноги, который вам нужен, чтобы перестать жить на деревьях и устроить себе дом на стрельбище.

«Это своего рода окно в человечество», — говорит Уильям Юнгерс, палеоантрополог из Университета Стоуни-Брук в Нью-Йорке. Фактически, современная стопа, вероятно, появилась раньше, чем современный мозг.

Но когда и как?

Отказаться от жизни на деревьях?

Теперь у ученых есть кость из Эфиопии, которая, по их словам, несет радикальное послание — что первые ходящие на полную ставку с первой современной ногой вообще не были людьми, а были австралопитеками .Это была бы Люси, полуобезьяна-получеловек, которая жила за пару миллионов лет до того, как появились люди.

Кость — это четвертая плюсневая кость — длинная кость, соединяющая пятку с четвертым пальцем ноги. Ему немногим более 3 миллионов лет.

Антрополог Кэрол Уорд из Университета Миссури — одна из ученых, изучавших это. «Эта окаменелость показывает нам, что ступня австралопитека полностью походила на человека», — говорит она. «Он был выгнут спереди назад и из стороны в сторону, а ступня была очень жесткой и негибкой в ​​середине.«

Запись в журнале Science, Уорд говорит, что кость показывает, что Люси и ей подобные отказались от жизни на деревьях.« Если бы они пошли на деревья, они бы сделали это намного лучше, чем вы или я », она говорит.

Но достаточно ли одной кости, чтобы это доказать? Юнгерс, например, говорит «нет». Конечно, у родственников Люси была по крайней мере частичная дуга, и мог ходить , но новая кость не доказывает, что большой палец ноги и другие части стопы, такие как решающая внутренняя часть арки — неф кафедрального собора, если хотите. — был похож на наш.

Он говорит, что это также не доказывает, что Australopithecus поменяли деревья местами на твердую землю.

«Знаете, если вы делали ставку на современного человека и австралопитека в соревнованиях по скалолазанию, я скажу вам, на кого поставить ваши деньги», — говорит Юнгерс.

Другие ученые были настроены так же скептически. Они говорят, что потребуется больше внимания, чтобы решить, действительно ли это переписывает историю, или это просто еще одна сноска к окаменелостям.

Переосмысление эволюции стопы человека: выводы экспериментальных исследований | Журнал экспериментальной биологии

Глоссарий

Древесное передвижение

Двигательное поведение, такое как лазание, которое связано с путешествием по веткам, стволам деревьев и другим растительным структурам.

Australopithecines

Ископаемые виды гомининов (см. Ниже), принадлежащие к роду Australopithecus , который существовал примерно 2–4 миллиона лет назад в Африке и предшествовал роду Homo .

Cercopithecines

Таксономическая группа, включающая большинство азиатских и африканских видов обезьян, включая макак и бабуинов. Они более тесно связаны с людьми и человекообразными обезьянами, чем южноамериканские обезьяны.

Потеря энергии при столкновении

Поскольку поддержка веса передается с одной ноги на другую во время двуногой ходьбы, скорость центра масс тела направляется вперед и вниз, а затем должна быть перенаправлена ​​вперед и вверх.Потеря энергии при столкновении описывает механическую работу, которая должна быть выполнена для изменения скорости центра масс тела во время этого поэтапного перехода.

Бег на выносливость

Бег у людей, поддерживаемый в течение длительного периода времени в умеренном темпе при аэробном метаболизме.

Hallux

Первый луч педали, включая плюсневую кость и фаланги. У людей это то, что называется «большим пальцем ноги», а у нечеловеческих приматов большой палец ноги противопоставлен другим пальцам на педали, как большой палец с пальцами.

Гоминины

Люди и все ископаемые виды, которые более тесно связаны с людьми, чем шимпанзе.

Ударная сила

Всплеск силы реакции опоры после первоначального контакта стопы, вызванный сохранением количества движения при быстром замедлении конечности.

Внутренние мышцы стопы

Мышцы, берущие начало и прикрепляющиеся к костям стопы, включая отводящий большой палец, короткий сгибатель пальцев и квадратную мышцу подошвы.

Последний общий предок

Термин, используемый для описания последнего общего предка шимпанзе и человека, вида, от которого произошли линии, ведущие к шимпанзе и человеку, существовавшие примерно 6–9 миллионов лет назад. Обычно сокращенно LCA.

Продольный свод стопы

Уникальный для человека приподнятый участок стопы, проходящий в продольном направлении от пятки до пальцев ног. Он определяется костной структурой костей предплюсны и плюсны и поддерживается связками и мышцами.На медиальной стороне стопы он выше, чем на боковой.

Плюсно-фаланговые суставы

Суставы между головками плюсневых костей и проксимальными фалангами (костями пальцев).

Средняя часть стопы

Область стопы дистальнее пятки и голеностопа, включая все суставы проксимальнее плюснефаланговых суставов. У людей продольный свод охватывает всю среднюю часть стопы.

Midtarsal break

Явление, наблюдаемое во время ходьбы по земле у человекообразных обезьян сразу после подъема пятки.Когда пятка отрывается от земли, стопа сгибается в области средней части стопы, так что часть средней части стопы на короткое время остается в контакте с землей.

Подошвенный апоневроз

Широкий лист связочной соединительной ткани с характерными боковыми и центральными частями, который прикрепляется проксимально к подошвенным клубням пяточной кости и дистально к основанию проксимальных фаланг и структурам мягких тканей под головками плюсневых костей.

Plantigrady

Поза стопы, используемая во время движения, когда вся подошвенная поверхность стопы, включая пятку, соприкасается с землей.

Отталкивание

Период второй половины фазы опоры шага ходьбы или бега у людей, начинающийся, когда пятка начинает подниматься от земли, и заканчивается, когда пальцы ног отрываются от земли.

Стойка

Фаза походки, когда ступня стоит на земле.

Поперечная дуга

Поднятая область стопы в поперечной плоскости сегмента, определяемая проксимально конформацией кубовидной и клиновидной костей, а дистальнее — плюсневыми костей.