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作者: kin19941008 (恺Kin) 看板: MuscleBeach
标题: [讨论]浅谈人体重心与杠铃训练
时间: Mon Sep 30 14:48:41 2019
哈囉，大家午安大家好，我是文大大只马。
在文章开始前，先来一杯咖啡配上轻音乐吧～
https://www.youtube.com/watch?v=F8DN2XyPESo
上回和大家分享了关于胸肌解剖的冷知识之后，很高兴得到大家不少的反馈以及回响。
今天想和大家聊点不一样的内容─重心，透过解剖学的角度来看看重心与我们的关系吧！
本篇文章依然是透过我们阳明举重团队的肌力与体能助教─林教练所著!
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以下正文─
https://imgur.com/AS7fSL2
　这篇文章没有要带大家找到重心，只是从不同的角度检视杠铃运动时的重心分布和身
体位置的关系，读完后能让正常人了解维持身体平衡的方法及原因。
　　“重心 (center of gravity) ”是一个假想的中心{图1.}，作为支点时能使各质点
相对于该点的位置向量乘上各质点的重力之和(合力矩)为零；重心的存在是因为能方便科
学家找到物体的平衡点。 前面这句话我也似懂非懂，那是在网络百科上的定义，白话来
说，我们生活在地球提供的重力场下，重心是物体受到重力影响后重量平均分布的点，从
身体上来看，身体会将它受到的力反映在重心上，使人体达到力学平衡帮助我们“站”得
更稳。 要讲人的重心，那就不能不说“站立”这回事了。
https://imgur.com/9bljPUc
与人一样能双足行走的动物
　　自然界的生物有多少是能双足(bipedalism)站立或是行走的呢? 从古老的主龙类
(Archosaurs)恐龙开始发展出双足站立的雏形(依旧需要靠尾巴平衡)，到现今的鸟类，其
他有双足行走能力的物种还包括袋鼠、猩猩 {图2.} 等等的生物，非常多样，甚至许多四
足动物在特定情况下也能站立行走呢。
https://imgur.com/rEhTjRr
　　哪怕这些生物可以双足站立，但是双足行走对于这些生物来说是不经济的，拿跟我们
同是灵长目的猩猩来说，能看到他们能双足行走的时间都不长，虽然针对猩猩的研究有比
较过，猩猩在四肢并用的指背行走(Knuckle-walking)与双足行走这两种行走方式对猩猩
来说在许多参数上没有显著差异 [1]，包含了: 单位时间氧气消耗量、肌肉的使用量。
但此篇研究的黑猩猩存在超大的个体差异与样本数不高的缺点，让证据稍微有点无力，目
前也没有证据能说明站着的黑猩猩会否感到不舒服； 可是所有参数(data)与人类的比起
来，人在行走过程的耗氧量与肌肉使用量都比双足行走时的黑猩猩节省非常多，对关节的
力矩也相对分散至脊椎与下肢各关节，这么看来，人类似乎是完全适合双足站立的生物，
并且能在站立时取得身体的平衡。
人与灵长目的比较
　　人类的双足站立要归咎于很多生物力学的特殊之处，且我们解放了双手可以在各种环
境状态使用，因此才能做特殊的运动，像是去健身房操作杠铃、壶铃，但也因此无法像灵
长目的动物能协调的使用双手帮助行走! 我们双足站立使得压力集中在下肢，对比四足动
物，我们需要有更不同的骨骼结构来应对这种双足站立的态势，像是我们的整体骨骼是直
立的，也有比例上较修长的股骨(femur)且与地面垂直 {图3.}，而髋关节与膝关节的连线
也大抵上垂直地面 [2]。
https://imgur.com/M8MTVoh
[注1.]: 这类比较两种不同生物的骨骼、机体等等结构的学门叫做比较解剖学
(comparative anatomy)喔! 透过这些跨物种的比较让学者能判断物种的演化关系，也能
协助物种的分类。
1.骨盆结构
　　与其他灵长目动物最明显不同的地方就在于我们的骨盆(Pelvis)，先参照 {图4.}认
识骨盆的结构后会比较好理解以下内容。
https://imgur.com/uXQG0QN
　　人类的骨盆为高度矮但左右宽广的型态，且在髂骨(ilium)和坐骨(ischium) 对比灵
长类有显著的向外展开，增加两支股骨衔接上骨盆的水平距离，更加大了基底面积(base
of support)，髂股上也有较宽且圆弧的wing of ilium(髂骨翼)，限制住身体肌肉横向发
展的可能性 {图5.}，对比于猩猩的髂骨翼为片状外展结构 [3]； 黑猩猩较高的骨盆虽然
能增加身高，但是因为骨盆限制住腰椎的活动性，使其比例更加修长且偏重较多的上半身
较难平衡和稳定。
https://imgur.com/YHvQPIU
　　人类的直立须要有强壮的骨盆，毕竟骨盆承接上半身的压力并透过下肢传到地面。
作为重要的枢纽，人类有相对低矮且宽广的骨盆，让各臀肌增加附着空间使髋关节变得强
壮，好处是我们直立时在冠状面(coronal plane)和矢状面(sagittal plane)的下肢稳定
性和运动能力都有显著提升 [3，5]，人类的骨盆还有特殊的向前倾斜角度，平均为13?
? 6? [4]，若骨盆有过度的前倾和后倾发生都会影响到腰椎的位置和活动度。骨盆倾斜
的角度来自连接骨盆与脊椎的荐椎(sacrum)，荐椎是融合成一体的骨头，因此在本篇都会
以荐骨来称呼，人类的荐椎在最顶端与腰椎的接合处叫做荐骨平台(sacral plateau)，荐
骨平台是向前倾斜的 {图6.}，因为该角度使得腰椎也要向前倾斜才得以接上，这个角度
与人类的脊椎呈现蜿蜒的曲线有非常密切的关系 [3，4，5]。 而有趣的是猩猩的荐骨平
台在直立时是与地面接近平行的，导致他们的脊椎在腰椎部分是没有曲线的(文献说非常
有关连性)，在他们比较常见的四足行走时，荐骨平台会与地面呈现垂直，非常适合传递
后脚提供的向前推力，而猩猩的前肢长且壮，能支撑(counterbalance)他们向前倾倒的身
躯，并帮助他们前进 [5]，这种种的因素也让生物学家认为猩猩是不适合双足行走的。
https://imgur.com/hjb9F5j
2.脊椎(vertebral column or spine)的曲线
　　人类发展出了有曲线的脊椎，在解剖学上我们定义颈椎与腰椎为前凸(lordosis)而胸
椎及荐骨整段则为后凸(kyphosis)，在前段有提到人类的荐骨平台向前倾斜，这与人类的
脊椎在腰椎区段呈现前凸结构有密切关联，也与脊椎呈现蜿蜒曲线有关系；而猩猩的荐骨
平台在直立时没有倾斜，也导致他们的脊椎在腰椎区段无前凸产生，并且在他们的整体脊
椎上也是没有前凸存在的 {图7.}，使得他们的脊椎不像人类一样能将压力透过脊椎分散
开来 [5]。
https://imgur.com/MNxXz7K
3.股骨(femur)的排列
　　人体相当宽阔的骨盆对于骨盆维持行走时的稳定是不利的，原因在于行走中的站立期
(stance phase)会有一只脚离开地面，这让全身的重量压在与地面接触的脚上，听起来这
会让上半身向脚离地的那一侧歪斜或是跌倒 {图8.}，但是我们非但不会跌倒，还能在这
样的情况下移动和跑步，非常稳定的骨盆与肩带也能维持与地面几近平行且几乎没有歪斜
产生。
https://imgur.com/JQBk802
　　比较解剖学家的解释非常有趣，尽管人的左右髋关节因为相对宽矮的骨盆而水平距离
较远，可是我们的股骨(femur)并非是完全与地面垂直的，两根股骨以向内八的姿态在远
端靠拢，这通常称为膝外翻(knee valgus，膝外翻角度又称为Q angle)，在正常情况下的
膝外翻帮助我们能够稳定活动，不正常的膝外翻角度容易让人不舒服! 膝外翻角度让人体
的小腿能平行靠拢，这近一步拉近下肢与重心的距离，使得我们在移动时能比较稳定且有
效率； 另外，人体的下肢有强壮的臀中肌在行走时拉住骨盆来让我们的骨盆维持水平稳
定{图9.}。 而黑猩猩的两支股骨并没有以内八的姿态在远端靠拢，而是几乎与地面垂直
著，这意味这黑猩猩的膝盖是没有膝外翻的(Q angle非常小)，让黑猩猩的两只小腿平行
站立时离得非常远，就是骨盆宽度；搭配黑猩猩因为较高窄的骨盆而导致相对较没力学效
率的臀中肌，这使得黑猩猩走路时的骨盆会在水平面上摆动，因此黑猩猩在走路时才会像
8+9一样左右摇摆和双脚开开，这种双足走路方式对于他们来说是比较不经济的 [6, 7]。
https://imgur.com/sBhL3ms
4.脚掌 (sole)
　　我们再来把注意力放在脚掌上。让人达成直立的要件还有脚掌，人的脚掌结构跟猴子
猩猩有着完全不同的功能性，在人类离开森林寻找适居地时，人就放弃爬树讨生活的能力
了，这因果关系当然不是我说得算，但是猩猩和猿猴们的后脚都保留着基本的抓握能力，
他们的脚掌外观类似我们的手掌 {图10.}，这样子当然是帮助他们在垂直行走(爬树)时可
以牢牢抓住支点；另外，从参考资料一1. 的内容能发现双足行走的猩猩脚掌的触地时间
显著少于人类 [1]，这与骨骼结构有关连 {图11}。
https://imgur.com/6o334TG
https://imgur.com/RGvxwPb
　　人的脚掌主要有两个方向的足弓，分别为两个内外纵弓与一个横弓，搭成稳固的拱桥
结构，而足弓的结构稳定不只是由骨骼搭建而成 {图12.}，也包含了足底肌肉及筋膜所提
供的张力一起达成，但是这相当稳定的结构却也让我们的脚底非常僵硬，没办法像手掌一
样有柔软的活动度，而脚掌不能抓握，因为不像手掌一样有对掌(opposition)的结构，反
正都因为有足弓而变得僵硬了，那还要抓握能力干嘛呢? 足弓的稳定性让人在行走时能将
前进的推力完整地传导，达到减少耗能的效果 [1、8]。
https://imgur.com/hP20sgC
　　足弓的稳定跟接下来要提到的重心有很大的关连性，为了能让大家理解人类的不同之
处和为何我们能做出动物不能做到的运动才讲这么多 (相对来说，我们也无法做到很多动
物的动作)。
　　因为上述种种的不同，人类的重心与猩猩的重心位置会是截然不同的 {图13.}，请大
家有耐心继续看下去吧!
https://imgur.com/ZxgRFCY
人的重心
　　接着我们来看看身体的重心(Center of gravity)，假设有一位超级健康无伤病史的
人，他在站立时的重心位置大约是在荐椎(sacrum)或最后一节腰椎(L5, lumbar spine)上
* {图14.}，当此假想人站立在完全水平的地面上，且重力垂直向下是不变的真理，我们
将他的身体重心与地面画出一条铅垂线(Line of gravity)代表重力的方向，这条假想线
会通过脚底板的中央偏后 {图15.} [9]，而线在矢状面会通过的其他部位包含了耳道
(acoustic meatus)、肩峰(acromion)、股骨大转子(greater trochanter)、膝关节
(knee joint)等等地方。
https://imgur.com/gGsi7Xn
　　在解剖学上重心垂线通过的位置可以说是脚底骨骼的中足(mid-foot)部分，依照各版
本解剖学、肌动学教科书和论文给的假想人体范例，从矢状面来看垂线大致上都会通过足
底骨骼的距骨(Talus)或舟状骨(navicular) {图15.} [11]，也提醒大家，教科书给的人
体范例是理想化的，很少人能呈现那种姿态，但是也相去不远喔!
https://imgur.com/slXzUJA
*[注2.]: 每个人的重心位置会因身体比例及习惯姿势等等的原因而有不同，但位置都没
差很多。
　　这是系列的第一篇，简单地用解剖学和比较解剖学讲述人体的重心位置，并解释为何
人体与其他灵长类动物差这么多，但还是要声明一下，以上这些研究都是人类拿其他种类
动物与自己比较的结果，很多都看似有极强的关联性和演替性，可是在我们真正解开生物
之谜之前，还是不能妄下定论喔!
　　这篇的目的就是让大家简单理解重心，并没有要宣扬人是最独特的物种，希望大家看
完这篇少点砲轰，并谨记：动物尽管不能成人之能，人更无法成动物之能。 Senpai(林教
练)相信各位读者理解之后肯定能对自己甚至是自己喜爱的运动有更进一步的认知。
参考资料：
1. Sockol MD, Raichlen DA, Pontzer H. (2007). Chimpanzee locomotor energe
ti
and the origin of human bipedalism. Proc Natl Acad Sci U S A., 104(30),
12265-12269.
2. Berge C. (1998). Heterochronic processes in human evolution: an
ontogenetic analysis of the hominid pelvis. Am J Phys Anthropol. 105(4), 441–
459.
3. Gruss LT, Schmitt D. (2015). The evolution of the human pelvis: changi
ng
adaptations to bipedalism, obstetrics and thermoregulation. Philos Trans R
Soc Lond B Biol Sci, 370(1663), 20140063. [图6.]
4. Le Huec JC, Aunoble S, Philippe L, Nicolas P. (2011). Pelvic parameter
s:
origin and significance. Eur Spine J, 20 Suppl 5, 564-571.
[注]: 想看此文献的朋友，此篇文献提到的参数是给比较解剖学家和古生物学家研究骨盆
的角度，定义会与医学上提到的许多角度不太相同，读起来会辛苦许多，建议别抱着原有
的观念去看待这些未知领域才能理解。
5. Le Huec JC, Saddiki R, Franke J, Rigal J, Aunoble S. (2011). Equilibri
um
of the human body and the gravity line: the basics. Eur Spine J, 20 Suppl 5,
558-563. [图7.]
6. T Rogan. (2013). Standing upright - Part III. AnthroAnatomica. [图9.]
http://anthroanatomica.blogspot.com/2013/05/standing-upright-part-iii.html
7. Tardieu C. (2010). Development of the human hind limb and its importan
ce
for the evolution of bipedalism. Evolutionary Anthropology, 19, 174-186.
8. Venkadesan M ,Dias MA, Singh DK, Bandi MM, Mandre S. (2017). Stiffness
o
the human foot and evolution of the transverse arch.
9. Tomycz ND, Okonkwo DO. (2015). Diagnosis and Management of Thoracic Sp
in
Fractures. Clinical Gate. [图14. 左]
10. Gilroy AM,acPh鑅匾