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Jun 08, 2023

Los humanos evolucionaron para caminar con un resorte adicional en nuestro paso

Un nuevo estudio ha demostrado que los humanos pueden haber desarrollado un arco similar a un resorte para ayudar

Un nuevo estudio ha demostrado que los humanos pueden haber desarrollado un arco similar a un resorte para ayudarnos a caminar sobre dos pies. Los investigadores que estudian la evolución de la marcha bípeda han asumido durante mucho tiempo que el arco elevado del pie nos ayuda a caminar al actuar como una palanca que impulsa el cuerpo hacia adelante. Pero un equipo global de científicos descubrió ahora que el retroceso del arco flexible reposiciona el tobillo en posición vertical para caminar de manera más efectiva. Los efectos al correr son mayores, lo que sugiere que la capacidad de correr de manera eficiente podría haber sido una presión selectiva para un arco flexible que también hizo que caminar fuera más eficiente. Este descubrimiento podría incluso ayudar a los médicos a mejorar los tratamientos para los problemas de los pies de los pacientes actuales.

"Originalmente pensamos que el arco con forma de resorte ayudó a elevar el cuerpo al siguiente paso", dijo la Dra. Lauren Welte, primera autora del estudio en Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, quien realizó la investigación mientras estaba en la Universidad de Queen y ahora es afiliado a la Universidad de Wisconsin-Madison. "Resulta que, en cambio, el arco similar a un resorte retrocede para ayudar al tobillo a levantar el cuerpo".

La evolución de nuestros pies, incluido el arco medial elevado que nos diferencia de los grandes simios, es crucial para la marcha bípeda. Se cree que el arco les da a los homínidos más fuerza cuando caminan erguidos: el mecanismo no está claro, pero cuando el movimiento del arco está restringido, correr exige más energía. El retroceso del arco podría potencialmente convertirnos en corredores más eficientes al impulsar la masa central del cuerpo hacia adelante o al compensar el trabajo mecánico que los músculos tendrían que hacer de otra manera.

Para investigar estas hipótesis, el equipo seleccionó a siete participantes con movilidad de arco variable, que caminaron y corrieron mientras sus pies eran filmados por cámaras de captura de movimiento de rayos X de alta velocidad. Se midió la altura del arco de cada participante y se realizó una tomografía computarizada del pie derecho. Los científicos crearon modelos rígidos y los compararon con el movimiento medido de los huesos del pie para probar el efecto de la movilidad del arco en las articulaciones adyacentes. También midieron qué articulaciones contribuyeron más al retroceso del arco y la contribución del retroceso del arco al centro de masa y la propulsión del tobillo.

Aunque los científicos esperaban encontrar que el retroceso del arco ayudaba a la palanca rígida del arco a levantar el cuerpo, descubrieron que un arco rígido sin retroceso hacía que el pie se levantara antes del suelo, lo que probablemente disminuía la eficiencia de los músculos de la pantorrilla, o inclinó los huesos del tobillo demasiado hacia adelante. La inclinación hacia adelante refleja la postura de los chimpancés que caminan, en lugar de la postura erguida característica de la marcha humana. El arco flexible ayudó a reposicionar el tobillo en posición vertical, lo que permite que la pierna se levante del suelo con mayor eficacia. Este efecto es aún mayor cuando se ejecuta, lo que sugiere que la ejecución eficiente puede haber sido una presión evolutiva a favor del arco flexible.

Los científicos también encontraron que la articulación entre dos huesos en el arco medial, el navicular y el cuneiforme medial, es crucial para la flexibilidad del arco. Los cambios en esta articulación podrían ayudarnos a rastrear el desarrollo del bipedalismo en el registro fósil de los homínidos.

"La movilidad de nuestros pies parece permitirnos caminar y correr erguidos en lugar de agacharnos hacia adelante o dar el siguiente paso demasiado pronto", dijo el Dr. Michael Rainbow de la Universidad de Queen, autor principal.

Estos hallazgos también sugieren vías terapéuticas para las personas cuyos arcos están rígidos debido a una lesión o enfermedad: apoyar la flexibilidad del arco podría mejorar la movilidad general.

"Nuestro trabajo sugiere que permitir que el arco se mueva durante la propulsión hace que el movimiento sea más eficiente", dijo Welte. "Si restringimos el movimiento del arco, es probable que haya cambios correspondientes en el funcionamiento de las otras articulaciones".

"En esta etapa, nuestra hipótesis requiere más pruebas porque necesitamos verificar que las diferencias en la movilidad del pie en la población conducen a los tipos de cambios que vemos en nuestra muestra limitada", dijo Rainbow. "Dicho esto, nuestro trabajo prepara el escenario para una nueva y emocionante vía de investigación".

- Este comunicado de prensa se publicó originalmente en el sitio web de Frontiers