Poštovné do České republiky ZDARMA pro objednávky nad 1000 Kč. We ship to all EU countries, check our rates HERE

Forma ovlivňuje funkci: platí to i u nohou?

Napsal Mick Wilkinson, PhD a Lee Saxby, BSc

Internetový časopis The Foot and Ankle Online Journal 9 (2): 5

O pozitivních a negativních aspektech bosého a minimalistického běhu se vedlo a vede mnoho debat. Výzkumy příčin zranění způsobených během jsou charakteristické dvojznačnými výsledky. Aspekt společný oběma pólům je struktura a funkce chodidla, jimž se zdaleka tolik pozornosti nevěnuje. Z tohoto úhlu pohledu vyplývá, že funkce chodidla a zvláště to, jak tvar chodidla ovlivňuje funkci, bylo navzdory základním principům fyziky, jež ovlivňuje jak spojení mezi strukturou a funkcí, tak význam funkce pro rovnováhu v pohybu, z velké části přehlížena. Doporučujeme, aby tvar chodidla a jeho funkce byly součástí jak interpretace stávajících poznatků, tak budoucích výzkumů zabývajících se jak mechanikou běhu, tak mechanikou zranění a vlivu, jež na ně obuv má.

-------------

Jak pravil evoluční biolog E. O. Wilson: „V biologii je vše předmětem zákonů fyziky a chemie, vše vzniklo evolucí díky přirozenému výběru.“[1] Tato logika aplikovaná na studium lidského pohybu, a zvláště na stavbu a roli chodidla, může objasnit interpretaci mnoha starších i novějších studií srovnávajících bosý pohyb s pohybem v normální a minimalistické obuvi a s tím souvisejícími přínosy a úskalími. Použití zákonů a neoddiskutovatelných teorií jakožto filtrů, jimiž budeme výsledky studie vykládat, umožní nahlédnout výsledky v odpovídajícím kontextu a taktéž načrtnout plodné linie budoucích výzkumů.

„Účel“ chodidla

Připisovat účel biologickému uspořádání bývá často kritizováno jakožto teleologické. Nicméně nositel Nobelovy ceny Szent-Gyorgyi[2] napsal „teleologie představuje přitažlivou slečnu pochybné pověsti, jejíž přítomnosti si vážíme, ale nechceme v ní být spatřeni.“ Účel je kontextem, bez něhož mnohá pozorování v přírodě nedávají smysl.  Teleologický pohled je proto nahlížen v tomto smyslu.

U vzpřímeného dvojnožce je účelem chodidla udržovat a řídit směr tělesné váhy, jež přepadává dopředu během stojné fáze pohybu. [3-5] Na základě tohoto předpokladu a zákonů fyziky zpětnou analýzou dojdeme k závěru, že je výhodnější mít větší plochu základny, jež je nejširší vpředu a poslouží oběma účelům.

Proto není překvapivé, že výsledkem srovnání obuté a neobuté populace neustále bývá, že neobuté populace mají v souladu se základními principy [6-10] zmíněnými výše nohy širší (zejména v přední části). Studie bosých populací také ukazují výhody široké základny v podobě rovnoměrnějšího rozložení tlaku na celé chodidlo při chůzi [9] a snížení bodového tlaku a času, během kterého působí, na přední část chodidla při běhu. [11]

Forma ovlivňuje funkci

V nedávné době byla věnována pozornost roli vnitřního osvalení chodidla [12] a tomu, jak by mohlo nošení bosé či minimalistické obuvi ovlivnit jeho sílu a funkci. [13] Nicméně je třeba mít na paměti, že tyto svaly jednoduše odpovídají na síly, jež na ně působí. [3,12] Velikost a směr těchto sil bude částečně určena tvarem chodidla a zvláště polohou palce. [14,15] Výsledky naznačují, že velikost, délka a poloha palce představuje evoluční adaptaci na pohyb po dvou nohách na zemi. [14,16-19] Vliv tvaru chodidla na kontrolu přenosu váhy těla je znám již delší dobu a je vysvětlen jednoduchou fyzikou. [14] To zpochybňuje zaměření výzkumů na sílu a/nebo trénink vnitřních svalů chodidla bez ohledu na tvar nohy, jelikož je nepravděpodobné, že by síla svalů na zdeformovaném chodidle mohla překonat zemskou přitažlivost a sílu na ni odpovídající stejně efektivně jako zdravé, pevné chodidlo.

Z konstrukčního pohledu by pak ideální noha měla logicky být  široká, aby umožnila stabilnější základnu pro přenos tělesné váhy a větší plochu, na niž se rozprostře tlak. Palec zde hraje velmi významnou úlohu. [15] Morton [14] ukázal, že poloha palce, druhotná oproti správně postavené první nártní kosti, přenáší váhu těla v předozadní (sagitální) rovině osou působení mezi prvním a druhým nártním kloubem.

Taktéž ukázal, že nesprávná poloha palce vede k nadměrné pronaci, jelikož palec nemá správnou pozici, aby kontroloval a řídil přenos tělesné váhy v sagitální rovině. To vede k přenosu pohybu do transverzální a frontální roviny. Chou a spol. [15] uvádějí, že se rovnováha na jedné noze a přenos váhy zhoršily, když byl palec omezen dlahou vyrobenou k tomuto účelu. Nedávná studie také zdůraznila, že mezera mezi palcem a ukazovákem na noze charakterizuje zpravidla neobutou populaci Indiánů [10] a odlišuje ji tím od zpravidla obuté čínské populace. Byl prokázán vztah mezi Mortonovým palcem a bodovým tlakem na první nártní kloub při chůzi, což podporuje tvrzení, že tvar statického chodidla je směrodatný pro výkon jeho funkce, konkrétně schopnost řídit přenos tělesné váhy v sagitální rovině při pohybu. [20] V nedávné době Mei a spol. [11] prokázali důležitost rovného palce u zpravidla bosých účastníků výzkumu při běhu. Palec se podílí na dopadu a snižuje tak zatížení přední části chodidla, pravděpodobně díky širší ploše základny.

Vzhledem k mechanickým vlivům nepohyblivého tvaru chodidla je přínosné jej pojímat jakožto mechanismus, který je základem únavových zranění tkání a kloubů, jež se nacházejí výše na pohybovém řetězci. Pokud síla není odpovídajícím způsobem vedena v sagitální rovině, je nasnadě, že dle zákonů základní fyziky budou takový pohyb kompenzovat jiné svaly, aby vyrovnaly nechtěný pohyb v transverzální a frontální rovině. Zejména je tím ohrožen kolenní kloub, který má jen velmi nízkou schopnost pohybu v mimo sagitální rovinu. Vhledem k tomu, že chůze a běh jsou odvozené schopnosti člověka a že člověk je přizpůsoben oběma typům pohybu s minimálním výdejem energie [21], je logické předpokládat, že kloub sagitální roviny (jako je koleno) nachází největší oporu právě v širokém chodidle, které kontroluje a řídí přenos tělesné váhy tak, že pohyb v koleni zůstává v rovině, pro který se kloub vyvinul.

Vliv obuvi na tvar a funkci chodidla

Proměnnost tvaru chodidla byla velmi dobře známa a zneužívána již ve staré Číně při kulturním zvyku svazování chodidel. [6,22] Časové rozpětí strukturálních změn se zdá být malé, zejména u mladých osob, kdy kosti ještě zcela neosifikovaly. Hoffman [6] vysledoval deformity palce u dospívajícího člověka zpravidla chodícího naboso, jenž byl požádán, aby nosil obuv po dobu pouhých šesti týdnů. V případové studii zkoumající dospělé ukázal Knowles [23] opětovné napřímení palce po dvou letech nošení anatomicky tvarované obuvi (tj. obuv se špičkou ve středové linii palce). Jiné pozorovací studie [7] vykázaly u obutých komunit vysoce důležitou souvislost mezi dobou nošení obuvi a úhlem vbočeného palce. Úhel se s dobou nošení bot lineárně zvětšuje. Pozorovaná adaptace tvaru chodidla podle tvaru obuvi je v souladu s Wolfovým zákonem, jelikož je opakem deformity pozorované Knowlesem. [23]

Vliv obuvi na tvar chodidla a jeho funkci se odvíjí od původu obuvi. Nejstarší zmínky o ní sahají do doby před více než 10 000 lety [24], kdy měla tvar sandálů. Otevřené sandály nosily a stále nosí populace lovců a sběračů. [25] U takové obuvi není pravděpodobné, že by ovlivňovala funkci či tvar nohy, spíše jí jednoduše chrání zespodu. Oproti tomu moderní běžecká obuv, jež je vysoce vyztužená, úzká, tuhá a má zvednutou špičku pravděpodobně tvar a funkci chodidla ohrožuje. U dětí, které běhaly v běžné běžecké obuvi, byl vskutku oproti dětem běhajícím naboso zaznamenán jiný vzorec chůze, zvýšený tlak při dopadu, zhoršení pohybu klenby a ohybu prstů. [26,27] Navíc srovnání obutých a neobutých populací předpokládá, že nošení běžné západní obuvi vede k tužším a ochablým chodidlům. [28] Longitudinálních studií vlivu dlouhodobého nošení obuvi na funkci chodidla je ovšem nedostatek. Řízené longitudinální studie vlivu obuvi na tvar a funkci chodidla jsou zajisté žádoucí, ovšem nejsou prosty metodologických obtíží. Vzhledem k neexistenci těchto informací platí předpoklad vytrácení schopnosti, kterou neprocvičujeme: nepoužívání klenby a prstů časem vede ke zhoršení jejich funkce.

Vztahu mezi ztrátou funkce a změnou tvaru chodidla by měl být věnován zvláštní zájem, ale pozorování a základní mechanické zásady takový vztah skutečně naznačují. Z evoluční perspektivy obuv smysl dává, obzvláště v řadě prostředí, kde člověk prosperuje. Nicméně na základě mechaniky a evoluce chodidla by taková obuv měla být anatomicky tvarovaná, palci by měla umožňovat přirozenou polohu a správné fungování, měla by být plochá a dostatečně ohebná, aby umožnila volný pohyb chodidla a prstů během pohybu. Tyto vlastnosti byly naznačeny již výše.[22]

Souhrn a doporučení

Základní fyzikální a mechanické zákony a evoluční biologie poskytují kontext, jak porozumět tvaru a funkci lidského chodidla a jejich ohrožení používáním nesprávné obuvi. Vlastnosti, které by chodidlo mělo mít, aby mohlo být zatíženo, pružnost a stabilitu, je možné pozorovat u chodidel zpravidla bosých populací. Stejně tak deformovaný tvar a zhoršenou funkci je možné vidět u nohou v klasické obuvi. Budoucí studie faktorů, které souvisejí s výkonem a poraněními, a akutní a chronické biomechanické průzkumy srovnávající běh naboso a v obuvi by se měly snažit zkoumat údaje s ohledem na tvar a stavbu lidského chodidla. Mimo to je třeba, aby výběru obuvi byla věnována péče obzvláště u dětí, kde byl vliv klasické obuvi na pohybové vzorce a funkci chodidla již dokázán. Vykládat výzkum ve světle fyzikálních zákonů a evoluční perspektivy může osvětlit pole bádání, jež se vyznačuje nejasnými závěry.

Toto je volně šiřitelný článek podle oprávnění Creative Commons Attribution. Povoluje neomezené užívání a šíření jakýmkoliv způsobem v případě, že je řádně citován. ©The Foot and Ankle Online Journal (www.faoj.org), 2016. Všechna práva vyhrazena.

https://faoj.org/2016/06/30/form-determines-function-forgotten-application-to-the-human-foot/

-------------

1. Wilson, E. O. Consilience: The unity of knowledge. New York: Vintage Books; 1998.

2. SzentGyorgyi, A. The Living State, with observations on cancer. New York: Academic Press; 1972.

3. Mann, R. and V. T. Inman, Phasic Activity of Intrinsic Muscles of the Foot. J Bone Joint Surg. 1964; 46: 469481. [PubMed]

4. Reeser, L.A., R.L. Susman, and J.T. Stern, Electromyographic Studies of the Human Foot: Experimental Approaches to Hominid Evolution. Foot Ankle. 1983; 3: 391407. [PubMed]

5. Rolian, C., et al., Walking, running and the evolution of short toes in humans. J Exp Biol. 2009; 212: 713721. [Link]

6. Hoffman, P., Conclusions drawn for a comparative study of the feet of barefooted and shoewearing peoples. J Bone Joint Surg. 1905; 3: 105136. [Link]

7. Shine, I.B., Incidence of hallux valgus in a partially Shoewearing community. Br Med J. 1965; 1: 16481650. [PubMed]

8. Morioka, M., T. Miura, and K. Kimura, Morphological and functional changes of feet and toes of Japanese forestry workers. J Hum Ergol. 1974; 3: 8794. [PubMed]

9. D'Aout, K., et al., The effects of habitual footwear use: foot shape and function in native barefoot walkers. Footwear Sci. 2009; 1: 8194. [Link]

10. Shu, Y., et al., Foot morphological difference between habitually shod and unshod runners. PLoS ONE. 2015; 10: e0131385. [Link]

11. Mei, Q., et al., A comparative biomechanical analysis of habitually unshod and shod runners based on foot morphological difference. Hum Mov Sci. 2015; 42: 3853. [PubMed]

12. Kelly, L.A., et al., Intrinsic foot muscles have the capacity to control deformation of the longitudinal arch. J R Soc Interface. 2014; 11: 20131188. [Link]

13. Miller, E.E., et al., The effect of minimal shoes on arch structure and intrinsic muscle strength. J Sport Health Sci. 2014; 3: 7485. [Link]

14. Morton, D.J. The Human Foot: its evolution, fysiology and functional disorders. New York: Columbia University Press; 1935.

15. Chou, S., et al., The role of the great toe in balance performance. J Orthop Res. 2009; 27: 549554. [PubMed]

16. Weidenreich, F., Evolution of the human foot. Am J Phys Anthropol. 1923; 6: 110. [Link]

17. Elftman, H. and J. Manter, Chimpanzee and human feet in bipedal walking. Am J Phys Anthropol. 1935; 20: 6979. [Link]

18. Mann, R.A. and J.L. Hagy, Function of toes in walking, jogging and running. Clin Orthop Relat Res. 1979; 142: 2429. [PubMed]

19. Hughes, J., P. Clark, and L. Klenerman, The importance of toes in walking. J Bone Joint Surg. 1990; 72: 245251. [Link]

20. Cavanagh, P.R., et al., The relationship of static foot structure to dynamic foot function. J Biomech. 1997; 30: 243250. [PubMed]

21. Bramble, D. and D. Lieberman, Endurance running and the evolution of Homo. Nature 2004; 432: 345352. [PubMed]

22. Stewart, S.F., Footgear Its history, uses and abuses. Clin Orthop Relat Res. 1972; 88: 119130. [PubMed]

23. Knowles, F.W., Effects of shoes on foot form: An anatomical experiment. Med J Aust. 1953; 1: 579581.  [PubMed]

24. Pinhasi, R., et al., First direct evidence of chalcolithic footwear from near eastern highlands. PLoS ONE. 2010; 5: e10984. [Link]

25. Lieberman, D.E., Strike type variation among Tarahumara Indians in minimal sandals versus conventional running shoes. J Sport Health Sci. 2014; 3: 8694. [Link]

26. Wegener, C., et al., Effects of children's shoes on gait: a systematic review and meta analysis. J Foot Ankle Surg. 2011; 4: 113. [PubMed]

27. Hollander, K., et al., Effects of footwear on treadmill running biomechanics in preadolescent children. Gait Posture. 2014; 40: 381385. [PubMed]

28. Kadambande, S., et al., Comparative anthropometric analysis of shod and unshod feet. Foot. 2006; 16: 188191. [Link]

-------------

This is a translation of an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. It permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. ©The Foot and Ankle Online Journal (w ww.faoj.org ), 2016. 

https://faoj.org/2016/06/30/form-determines-function-forgotten-application-to-the-human-foot/


Daniel Visser
Daniel Visser

Autor



Size Guide