淺談人體重心與槓鈴訓練 - 健身

※ [本文轉錄自 MuscleBeach 看板 #1TaQLCkn ]

作者: kin19941008 (愷Kin) 看板: MuscleBeach
標題: [討論]淺談人體重心與槓鈴訓練
時間: Mon Sep 30 14:48:41 2019

哈囉，大家午安大家好，我是文大大隻馬。
在文章開始前，先來一杯咖啡配上輕音樂吧～
https://www.youtube.com/watch?v=F8DN2XyPESo

上回和大家分享了關於胸肌解剖的冷知識之後，很高興得到大家不少的反饋以及回響。
今天想和大家聊點不一樣的內容─重心，透過解剖學的角度來看看重心與我們的關係吧！
本篇文章依然是透過我們陽明舉重團隊的肌力與體能助教─林教練所著!
有任何問題歡迎討論，不吝素賜教!!!

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以下正文─

https://imgur.com/AS7fSL2

　這篇文章沒有要帶大家找到重心，只是從不同的角度檢視槓鈴運動時的重心分布和身
體位置的關係，讀完後能讓正常人了解維持身體平衡的方法及原因。

　　「重心 (center of gravity) 」是一個假想的中心{圖1.}，作為支點時能使各質點
相對於該點的位置向量乘上各質點的重力之和(合力矩)為零；重心的存在是因為能方便科
學家找到物體的平衡點。 前面這句話我也似懂非懂，那是在網路百科上的定義，白話來
說，我們生活在地球提供的重力場下，重心是物體受到重力影響後重量平均分布的點，從
身體上來看，身體會將它受到的力反映在重心上，使人體達到力學平衡幫助我們「站」得
更穩。 要講人的重心，那就不能不說「站立」這回事了。
https://imgur.com/9bljPUc


與人一樣能雙足行走的動物
　　自然界的生物有多少是能雙足(bipedalism)站立或是行走的呢? 從古老的主龍類
(Archosaurs)恐龍開始發展出雙足站立的雛形(依舊需要靠尾巴平衡)，到現今的鳥類，其
他有雙足行走能力的物種還包括袋鼠、猩猩 {圖2.} 等等的生物，非常多樣，甚至許多四
足動物在特定情況下也能站立行走呢。
https://imgur.com/rEhTjRr

　　哪怕這些生物可以雙足站立，但是雙足行走對於這些生物來說是不經濟的，拿跟我們
同是靈長目的猩猩來說，能看到他們能雙足行走的時間都不長，雖然針對猩猩的研究有比
較過，猩猩在四肢並用的指背行走(Knuckle-walking)與雙足行走這兩種行走方式對猩猩
來說在許多參數上沒有顯著差異 [1]，包含了: 單位時間氧氣消耗量、肌肉的使用量。
但此篇研究的黑猩猩存在超大的個體差異與樣本數不高的缺點，讓證據稍微有點無力，目
前也沒有證據能說明站著的黑猩猩會否感到不舒服； 可是所有參數(data)與人類的比起
來，人在行走過程的耗氧量與肌肉使用量都比雙足行走時的黑猩猩節省非常多，對關節的
力矩也相對分散至脊椎與下肢各關節，這麼看來，人類似乎是完全適合雙足站立的生物，
並且能在站立時取得身體的平衡。


人與靈長目的比較
　　人類的雙足站立要歸咎於很多生物力學的特殊之處，且我們解放了雙手可以在各種環
境狀態使用，因此才能做特殊的運動，像是去健身房操作槓鈴、壺鈴，但也因此無法像靈
長目的動物能協調的使用雙手幫助行走! 我們雙足站立使得壓力集中在下肢，對比四足動
物，我們需要有更不同的骨骼結構來應對這種雙足站立的態勢，像是我們的整體骨骼是直
立的，也有比例上較修長的股骨(femur)且與地面垂直 {圖3.}，而髖關節與膝關節的連線
也大抵上垂直地面 [2]。
https://imgur.com/M8MTVoh

[註1.]: 這類比較兩種不同生物的骨骼、機體等等結構的學門叫做比較解剖學
(comparative anatomy)喔! 透過這些跨物種的比較讓學者能判斷物種的演化關係，也能
協助物種的分類。

1.骨盆結構
　　與其他靈長目動物最明顯不同的地方就在於我們的骨盆(Pelvis)，先參照 {圖4.}認
識骨盆的結構後會比較好理解以下內容。
https://imgur.com/uXQG0QN

　　人類的骨盆為高度矮但左右寬廣的型態，且在髂骨(ilium)和坐骨(ischium) 對比靈
長類有顯著的向外展開，增加兩支股骨銜接上骨盆的水平距離，更加大了基底面積(base
of support)，髂股上也有較寬且圓弧的wing of ilium(髂骨翼)，限制住身體肌肉橫向發
展的可能性 {圖5.}，對比於猩猩的髂骨翼為片狀外展結構 [3]； 黑猩猩較高的骨盆雖然
能增加身高，但是因為骨盆限制住腰椎的活動性，使其比例更加修長且偏重較多的上半身
較難平衡和穩定。
https://imgur.com/YHvQPIU

　　人類的直立須要有強壯的骨盆，畢竟骨盆承接上半身的壓力並透過下肢傳到地面。
作為重要的樞紐，人類有相對低矮且寬廣的骨盆，讓各臀肌增加附著空間使髖關節變得強
壯，好處是我們直立時在冠狀面(coronal plane)和矢狀面(sagittal plane)的下肢穩定
性和運動能力都有顯著提升 [3，5]，人類的骨盆還有特殊的向前傾斜角度，平均為13?
? 6? [4]，若骨盆有過度的前傾和後傾發生都會影響到腰椎的位置和活動度。骨盆傾斜
的角度來自連接骨盆與脊椎的薦椎(sacrum)，薦椎是融合成一體的骨頭，因此在本篇都會
以薦骨來稱呼，人類的薦椎在最頂端與腰椎的接合處叫做薦骨平台(sacral plateau)，薦
骨平台是向前傾斜的 {圖6.}，因為該角度使得腰椎也要向前傾斜才得以接上，這個角度
與人類的脊椎呈現蜿蜒的曲線有非常密切的關係 [3，4，5]。 而有趣的是猩猩的薦骨平
台在直立時是與地面接近平行的，導致他們的脊椎在腰椎部分是沒有曲線的(文獻說非常
有關連性)，在他們比較常見的四足行走時，薦骨平台會與地面呈現垂直，非常適合傳遞
後腳提供的向前推力，而猩猩的前肢長且壯，能支撐(counterbalance)他們向前傾倒的身
軀，並幫助他們前進 [5]，這種種的因素也讓生物學家認為猩猩是不適合雙足行走的。
https://imgur.com/hjb9F5j


2.脊椎(vertebral column or spine)的曲線
　　人類發展出了有曲線的脊椎，在解剖學上我們定義頸椎與腰椎為前凸(lordosis)而胸
椎及薦骨整段則為後凸(kyphosis)，在前段有提到人類的薦骨平台向前傾斜，這與人類的
脊椎在腰椎區段呈現前凸結構有密切關聯，也與脊椎呈現蜿蜒曲線有關係；而猩猩的薦骨
平台在直立時沒有傾斜，也導致他們的脊椎在腰椎區段無前凸產生，並且在他們的整體脊
椎上也是沒有前凸存在的 {圖7.}，使得他們的脊椎不像人類一樣能將壓力透過脊椎分散
開來 [5]。
https://imgur.com/MNxXz7K


3.股骨(femur)的排列
　　人體相當寬闊的骨盆對於骨盆維持行走時的穩定是不利的，原因在於行走中的站立期
(stance phase)會有一隻腳離開地面，這讓全身的重量壓在與地面接觸的腳上，聽起來這
會讓上半身向腳離地的那一側歪斜或是跌倒 {圖8.}，但是我們非但不會跌倒，還能在這
樣的情況下移動和跑步，非常穩定的骨盆與肩帶也能維持與地面幾近平行且幾乎沒有歪斜
產生。
https://imgur.com/JQBk802

　　比較解剖學家的解釋非常有趣，儘管人的左右髖關節因為相對寬矮的骨盆而水平距離
較遠，可是我們的股骨(femur)並非是完全與地面垂直的，兩根股骨以向內八的姿態在遠
端靠攏，這通常稱為膝外翻(knee valgus，膝外翻角度又稱為Q angle)，在正常情況下的
膝外翻幫助我們能夠穩定活動，不正常的膝外翻角度容易讓人不舒服! 膝外翻角度讓人體
的小腿能平行靠攏，這近一步拉近下肢與重心的距離，使得我們在移動時能比較穩定且有
效率； 另外，人體的下肢有強壯的臀中肌在行走時拉住骨盆來讓我們的骨盆維持水平穩
定{圖9.}。 而黑猩猩的兩支股骨並沒有以內八的姿態在遠端靠攏，而是幾乎與地面垂直
著，這意味這黑猩猩的膝蓋是沒有膝外翻的(Q angle非常小)，讓黑猩猩的兩隻小腿平行
站立時離得非常遠，就是骨盆寬度；搭配黑猩猩因為較高窄的骨盆而導致相對較沒力學效
率的臀中肌，這使得黑猩猩走路時的骨盆會在水平面上擺動，因此黑猩猩在走路時才會像
8+9一樣左右搖擺和雙腳開開，這種雙足走路方式對於他們來說是比較不經濟的 [6, 7]。
https://imgur.com/sBhL3ms


4.腳掌 (sole)
　　我們再來把注意力放在腳掌上。讓人達成直立的要件還有腳掌，人的腳掌結構跟猴子
猩猩有著完全不同的功能性，在人類離開森林尋找適居地時，人就放棄爬樹討生活的能力
了，這因果關係當然不是我說得算，但是猩猩和猿猴們的後腳都保留著基本的抓握能力，
他們的腳掌外觀類似我們的手掌 {圖10.}，這樣子當然是幫助他們在垂直行走(爬樹)時可
以牢牢抓住支點；另外，從參考資料一1. 的內容能發現雙足行走的猩猩腳掌的觸地時間
顯著少於人類 [1]，這與骨骼結構有關連 {圖11}。
https://imgur.com/6o334TG

https://imgur.com/RGvxwPb

　　人的腳掌主要有兩個方向的足弓，分別為兩個內外縱弓與一個橫弓，搭成穩固的拱橋
結構，而足弓的結構穩定不只是由骨骼搭建而成 {圖12.}，也包含了足底肌肉及筋膜所提
供的張力一起達成，但是這相當穩定的結構卻也讓我們的腳底非常僵硬，沒辦法像手掌一
樣有柔軟的活動度，而腳掌不能抓握，因為不像手掌一樣有對掌(opposition)的結構，反
正都因為有足弓而變得僵硬了，那還要抓握能力幹嘛呢? 足弓的穩定性讓人在行走時能將
前進的推力完整地傳導，達到減少耗能的效果 [1、8]。
https://imgur.com/hP20sgC

　　足弓的穩定跟接下來要提到的重心有很大的關連性，為了能讓大家理解人類的不同之
處和為何我們能做出動物不能做到的運動才講這麼多 (相對來說，我們也無法做到很多動
物的動作)。
　　因為上述種種的不同，人類的重心與猩猩的重心位置會是截然不同的 {圖13.}，請大
家有耐心繼續看下去吧!
https://imgur.com/ZxgRFCY

人的重心
　　接著我們來看看身體的重心(Center of gravity)，假設有一位超級健康無傷病史的
人，他在站立時的重心位置大約是在薦椎(sacrum)或最後一節腰椎(L5, lumbar spine)上
* {圖14.}，當此假想人站立在完全水平的地面上，且重力垂直向下是不變的真理，我們
將他的身體重心與地面畫出一條鉛垂線(Line of gravity)代表重力的方向，這條假想線
會通過腳底板的中央偏後 {圖15.} [9]，而線在矢狀面會通過的其他部位包含了耳道
(acoustic meatus)、肩峰(acromion)、股骨大轉子(greater trochanter)、膝關節
(knee joint)等等地方。
https://imgur.com/gGsi7Xn

　　在解剖學上重心垂線通過的位置可以說是腳底骨骼的中足(mid-foot)部分，依照各版
本解剖學、肌動學教科書和論文給的假想人體範例，從矢狀面來看垂線大致上都會通過足
底骨骼的距骨(Talus)或舟狀骨(navicular) {圖15.} [11]，也提醒大家，教科書給的人
體範例是理想化的，很少人能呈現那種姿態，但是也相去不遠喔!
https://imgur.com/slXzUJA

*[註2.]: 每個人的重心位置會因身體比例及習慣姿勢等等的原因而有不同，但位置都沒
差很多。

　　這是系列的第一篇，簡單地用解剖學和比較解剖學講述人體的重心位置，並解釋為何
人體與其他靈長類動物差這麼多，但還是要聲明一下，以上這些研究都是人類拿其他種類
動物與自己比較的結果，很多都看似有極強的關聯性和演替性，可是在我們真正解開生物
之謎之前，還是不能妄下定論喔!
　　這篇的目的就是讓大家簡單理解重心，並沒有要宣揚人是最獨特的物種，希望大家看
完這篇少點砲轟，並謹記：動物儘管不能成人之能，人更無法成動物之能。 Senpai(林教
練)相信各位讀者理解之後肯定能對自己甚至是自己喜愛的運動有更進一步的認知。


參考資料：
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. [圖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.
[註]: 想看此文獻的朋友，此篇文獻提到的參數是給比較解剖學家和古生物學家研究骨盆
的角度，定義會與醫學上提到的許多角度不太相同，讀起來會辛苦許多，建議別抱著原有
的觀念去看待這些未知領域才能理解。
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. [圖7.]
6. T Rogan. (2013). Standing upright - Part III. AnthroAnatomica. [圖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
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the human foot and evolution of the transverse arch.
9. Tomycz ND, Okonkwo DO. (2015). Diagnosis and Management of Thoracic Sp
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Fractures. Clinical Gate. [圖14. 左]
10. Gilroy AM,acPh鑅匾

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