Al meer dan een eeuw verwonderen evolutionair biologen zich over het vernuftige ontwerp van de mensenvoet en de manier waarop die het ons mogelijk maakt om moeiteloos rechtop te lopen. Zo kunnen we dankzij onze korte tenen bijvoorbeeld grote afstanden rennen.
In een artikel dat onlangs verscheen in Naturewordt nu gesteld dat een ander onderdeel van onze anatomie — een boog die ter hoogte van onze middenvoetsbeentjes dwars over onze voet loopt — een grotere rol in onze voortbeweging speelt dan eerder werd gedacht. De ontdekking draagt volgens deskundigen niet alleen bij aan onze kennis over de evolutie van de biomechanica van voeten. Met deze kennis is het wellicht ook mogelijk om betere robot- en prothesevoeten te maken, betere behandelingen voor voetaandoeningen te vinden en misschien zelfs om betere schoenontwerpen te maken.
Het belang van deze zogenaamde ‘transversale voetboog’ werd eerder nooit onderkend. Hij blijkt echter verantwoordelijk voor ruim veertig procent van de stijfheid van de moderne mensenvoet, volgens het team van onderzoekers uit de Verenigde Staten, Japan en het Verenigd Koninkrijk. De boog werkt samen met zijn veel bekendere ‘collega’ die in de lengterichting aan de onderkant van de voet loopt, de zogenaamde mediale longitudinale voetboog. Samen zorgen zij voor de unieke stijfheid van mensenvoeten die er bijvoorbeeld voor zorgt dat we ons kunnen afzetten zonder om te vallen. Die eigenschap onderscheidt ons ook van andere primaten, die juist flexibeler voeten moeten hebben om zich aan takken vast te houden.
“Het verbaasde ons hoe groot de invloed van de boog is,” vertelt hoofdonderzoeker Madhusudhan Venkadesan, assistant professor werktuigbouwkunde en materiaalwetenschap aan de Yale University. “Er is al heel lang discussie over het verband tussen de vorm van de voet en stijfheid, maar daarbij ging het altijd over de mediale longitudinale boog (de lange voetboog van de bal van de voet naar de hiel aan de binnenkant van de voet).”
Als je een bankbiljet pakt, is het gemakkelijker om je voor te stellen wat het verband is tussen de buiging van een voetboog en de stijfheid van de voet. Leg het biljet plat op tafel en buig de lange zijkanten iets naar elkaar toe zodat het midden omhoog komt, alsof je een buis maakt of een tunnel. Er ontstaat een boog over de lengte van het biljet. Druk met je vinger op het midden van de boog, en je voelt enige weerstand of stijfheid. Venkadesan en zijn team wilden bewijzen dat een soortgelijk principe — dat er ook voor zorgt dat een pizza minder slap is als je hem buigt — ook opgaat voor onze voeten.
“We moesten een manier bedenken om dit idee te testen met echte voeten,” vertelt hij.
Daarom ontwierpen hij en zijn collega's een serie experimenten waarin ze buigtesten deden met de voeten van twee overledenen. Het is te ingewikkeld om de rol van de transversale boog te isoleren bij levende mensen, omdat deze nauw samenwerkt met andere delen van de voet. De onderzoekers konden bij de menselijke kadavers het elastische weefsel tussen de middenvoetsbeentjes verwijderen, zodat ze direct de invloed van de voetboog op de voetstijfheid konden meten.
De volgende stap was om uit te zoeken welke rol de transversale boog heeft gespeeld in de evolutie van de mens. Daarom ontwikkelden de onderzoekers een wiskundig model, waarmee ze de geschiedenis van de mensenvoet konden reconstrueren door onze huidige voetboog te vergelijken met die van fossielen van uitgestorven oermensen.
Hun vermoedens bleken te kloppen: het ontstaan van de transversale boog — die zich al meer dan 3 miljoen jaar vóór het ontstaan van de moderne mens ontwikkelde bij andere mensachtigen — was een belangrijke factor bij bipedalisme oftewel tweevoetigheid. De mediale longitudinale boog volgde later; zo'n 1,8 miljoen jaar geleden, om precies te zijn. De combinatie van die twee zorgde voor de stijfheid die nodig was om uiteindelijk marathons te kunnen rennen en springend op Instagram-foto’s te staan.
Volgens experts is de nieuwe studie van belang omdat hierin voor het eerst de stijfheid van de transversale boog wordt gekwantificeerd.
“We weten al heel lang dat de transversale boog bestaat, maar we konden het belang ervan niet meten en wisten niet welke invloed deze had op het functioneren van de voet,” zegt Nicholas Holowka, assistant professor antropologie van de University of Buffalo in New York, die onderzoek doet naar de evolutie van de menselijke voet. “Dit is een wezenlijke bijdrage aan onze kennis over hoe de mens zich, dankzij de vorm van zijn voeten, op zijn unieke tweevoetige wijze kan voortbewegen.”
Maar wat betekent het onderzoek voor mensen met platvoeten? De transversale boog is hun stille redder in nood.
Platvoeten door een te kleine of afwezige mediale longitudinale boog kunnen problemen opleveren voor de rest van het lichaam en de oorzaak zijn van pijnlijke voeten. Ooit was het een reden om automatisch afgekeurd te worden voor het leger.
Maar het onderzoek van Venkadesan maakt duidelijk waarom de meeste mensen met platvoeten geen last hebben van chronische pijn of blessures, vertelt Holowka.
“Het is goed denkbaar dat je platvoeten hebt vanwege een lage longitudinale boog, maar dat je, doordat je een relatief hoge transversale boog hebt, toch stijve voeten hebt.” Hij voegt daar nog aan toe dat er nader onderzoek zou moeten worden gedaan naar het verband tussen de mate waarin mensen platvoeten hebben en hun transversale boog. Bovendien stelt hij voor om de buiging van de transversale boog bij levenden te kwantificeren, in de hoop meer inzicht te krijgen in pijnlijke voeten. Daardoor zou het wellicht mogelijk zijn om corrigerende hulpmiddelen te ontwikkelen.
Daarnaast zou er nog onderzoek moeten worden gedaan naar de anatomische verschillen tussen mensen wat betreft hun transversale boog, om te achterhalen wat het verband is tussen een hoge boog en een grote mate van stijfheid, voegt Glen Lichtwark nog toe. Hij is associate professor in biomechanica van de Australische University of Queensland.
“Misschien hebben sommige mensen wel een hoge boog, maar levert dat elders problemen op. Of misschien gebruik je je spieren wel anders. We weten het allemaal nog niet.”
Volgens Lichtwark, die coauteur is van een begeleidend artikel in Nature, zijn de uitkomsten van het onderzoek praktisch toepasbaar in medische behandelingen op het gebied van voeten, bijvoorbeeld bij het ontwerp van robotica en prothesen. Daarnaast zou het kunnen verklaren waarom orthopedische ingrepen pijnverlichtend werken voor sommige patiënten, maar voor anderen niet. En wellicht zouden medewerkers van schoenwinkels in de toekomst je voet kunnen onderzoeken en je persoonlijk advies kunnen geven op basis van de bouw van je voet.
“Dit onderzoek zorgt voor een nieuwe dimensie in de complexe structuur van de voet,” aldus Lichtwark. “Het onderstreept het feit dat voeten driedimensionaal zijn, en dat we daar goed over na moeten denken.”
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
