「Stiffness of the human foot and evolution of the transverse arch」
▶発表年：2020年
▶著者：Madhusudhan Venkadesan, Ali Yawar, Carolyn M. Engほか
人類の足は、進化の過程や環境変化のなかで形づくられ、履くものによって変わってきた器官です。その働きをめぐっては、力学、解剖学、進化人類学から臨床の現場まで、さまざまな角度から研究が重ねられてきました。「フットコンディショニング」はこうしたエビデンスに支えられています。このコラムでは理解を深めるために知っておきたい研究や論文を紹介していきます。
歩いたり、走ったりするときに推進力を生み出す足の硬さはどこからくるのか。長いあいだ、答えは「土踏まず」だとされてきました。ところが土踏まずがほとんどない人でも、歩くことに困難を感じないことがあります。この論文が示したのは、まったく別の場所、足の甲を横切る「横アーチ」でした。力学モデル、バネと蝶番で組んだ模型、ご遺体の足を使った曲げ試験、そして化石の計測。４つの方法を積み重ねた著者らは、足を横から見た平面ばかりを重視してきた従来の視点に、新たな観点を提案しました。
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足の甲を横切るように走る「横アーチ」が、足の硬さの４割以上を担っている。2020年に「Nature」誌に載ったこの論文は、力学モデルの計算、バネと蝶番で組んだ足の模型、実際のご遺体の足を使った曲げ試験、そして化石の計測という４つの方法を積み重ねて、それを示しました。
そもそも、なぜ足の硬さが問題になるのでしょうか。歩行時、走行時に地面を押し込むとき、足には体重を超える力がかかります。このとき足がぐにゃりと曲がってしまうと、せっかくの地面からの反力が分散してしまい、推進力を得ることができません。足が硬ければ、その力を地面に伝えられます。チンパンジーなど他の霊長類の足は平らで、中央部が大きく曲がります。人類が二本足で立ち、歩き、走るうえで、足の剛性は欠かせない条件でした。
ではその硬さはどこからくるのでしょうか。長いあいだ、答えは「土踏まず」だとされてきました。ところが、土踏まずがほとんど、あるいはまったくない人でも、かかとからつま先へ移る歩き方に困難を感じないことがあるのです。土踏まずの高さと足の柔らかさの関係を調べた研究も、結論が食い違ってきました。
薄い紙を端から持ち上げると、先はだらんと垂れてしまいます。ところが横に少し丸めてから持つと、まっすぐピンと保てる。著者らは、くたっとした紙幣を横に丸めると硬くなるのと同じことだと書いています。研究チームは、人の足にも同じことが起きているのではないかと考えました。
じつは、足には縦と横のアーチがあります。よく知られた土踏まず（内側の縦アーチ）のほかに、足の甲を横切る向きに走る「横アーチ」があるのです。これまでの研究も、扁平足という言葉の定義も、ほとんどが土踏まずのほうだけを見てきました。横アーチが硬さにどう関わっているのかは、調べられていなかったのです。
チームはまず、湾曲した薄い板や、バネで組んだ模型で、横方向の丸みが強いほど縦に曲がりにくくなることを確かめました。次は本物の足です。ただ、横アーチだけを平らにすることはできません。そこでチームは、足の甲の骨どうしをつないでいる組織を切るという方法をとりました。骨の形はそのままに、横アーチの機能だけを無効にしてみた結果、足の硬さは半分程度まで低下してしまいました。こうした研究の結果、横アーチが、足の剛性を大幅に高めることに寄与しているということが判明したのです。
さらにチームは、横アーチの丸みの度合いを表す指標をつくり、化石の足にあてはめました。サル、チンパンジー、ゴリラの足は、この数値が２未満。人間は10を超え、だいたい15前後です。ホモ・エレクトスやホモ・ハビリスといったホモ属の化石は、いずれも人間と同じ範囲に収まりました。驚くべきは、約340万年前の「ブルテレの足」と呼ばれる人類祖先のひとつとされる種の化石です。足の親指が横に開いた、人間とは違う形をしているのに、横アーチの数値は現代人の範囲に入っていたのです。
足の硬さを決めているのが土踏まずだけではないとすれば、従来の知識は足の機能の半分しか見ていないことになります。著者らは、バイオメカニクスも人類進化の研究も臨床の現場も、足を横から見た平面ばかりを重視してきたと指摘し、そこに直交する横方向の視点を加えるべきだと述べています。
縦と横のアーチが歩いているときにたがいにどう影響し合うのかは、まだ未解明です。とはいえ、足を横からだけでなく、横断する方向からも見る。その視点は、フットコンディショニングを考えるうえで欠かせないもののひとつと言えるでしょう。
＜出典＞
Venkadesan M, Yawar A, Eng CM, Dias MA, Singh DK, Tommasini SM, Haims AH, Bandi MM, Mandre S. Stiffness of the human foot and evolution of the transverse arch. Nature. 2020;579(7797):97-100. DOI: 10.1038/s41586-020-2053-y
