J. R. Usherwood*, A. J. Channon, J. P. Myatt, J. W. Rankin und T. Y. Hubel

Structure and Motion Laboratory, The Royal Veterinary College, North Mymms, Hatfield, Herts AL9 7TA, UK

Mechanisch gesehen erfordert der ökonomischste Gang für eine langsame bipedale Fortbewegung das Gehen als „invertiertes Pendel“ mit:
I. einer impulsiven, energieauflösenden Bein-Kompression zu Beginn der Standphase;
II. einem steifen, beinahe starren „Vault“; und
III. einem impulsiven, kraftvollen Abdruck am Ende der Standphase.

Die charakteristischen „M“-förmigen vertikalen Bodenkontaktkräfte beim Gehen des Menschen spiegeln diese Impuls–Vault–Impuls-Strategie wider.

Der Mensch erreicht diesen Gang, indem in der frühen Standphase während des Übergangs von der Ferse zur Sohle Energie dissipiert wird, in der Mittelphase nahezu starr und flach am Fuß ein Vault ausgeführt wird und in der späten Standphase durch eine Plantarflexion des Sprunggelenks (bei der die Zehen nach unten gedrückt werden) der Abdruck erzeugt wird. Hier zeigen wir, dass das „M“-förmige Profil der Bodenkontaktkräfte beim Gehen weder den plantigraden menschlichen Fuß noch die Ferse–Sohle–Zehen-Standposition zwingend voraussetzt; es bleibt auch beim Gehen auf Zehenspitzen und High-Heel sowie bei Straußen erhalten.

Die ungewöhnliche, steife Struktur des menschlichen Fußes – mit der den Boden berührenden Ferse hinter dem Sprunggelenk und den Zehen vorn – ermöglicht sowohl mechanisch ökonomisches invertiertes Pendelgehen als auch physiologisch ökonomische Muskelbelastung, indem extreme Veränderungen im mechanischen Vorteil zwischen Muskeln und Bodenkontaktkräften erzielt werden. Mit einem menschlichen Fuß und der Ferse–Sohle–Zehen-Strategie während der Standphase müssen die Schienbeinmuskeln, die Energie dissipieren, oder die Wadenmuskeln, die den Abdruck erzeugen, weitgehend nicht belastet werden – was die „Kosten der Muskelkraft“ während der passiven Vault-Phase minimiert.

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