人体脊椎S曲线与步行姿势

以男性匀称体型为例，计算在摆动过程中θ1和θ2之间的最大差值，并取y=0.29（此时频率取得极值）。

在自由摆动的过程中，人体会自然形成反弓姿势（图1-15），其腰椎处反弓的角度随着初始摆角的增加而增加，其计算结果如图1-14所示，当初始摆角θ1达到70°时，腰椎反弓角度（θ1-θ2）也达到了约32.7°。另外，身体在摆动中形成反弓的过程也是储存势能的过程，可以增加摆动后半程相关肌肉的收缩力量和幅度。

表1-4 腰椎反弓角度与初始摆角关系计算结果^[21]

图1-14 腰椎反弓角度随初始摆角的变化^[22]　

图1-15 下摆过程^[23]

解释人体腰椎S曲线的形成原因：在运动过程中的双臂摆动初始角度较小（约30°～45°），而由静止状态开始的单次摆动则可以有很大的初始摆动角度（约70°～90°），这就要求腰椎形成的反弓角度超过35°，这足以形成人体腰椎的S曲线。腰椎曲线对于直立行走来说是非常关键的，因为如果没有S曲线，就像黑猩猩半直立的时候一样，上半身重力将在腰椎处形成一个较大的重力矩，从而使得长时间直立或行走时，下背部肌腱必须持续对抗上半身重力矩而导致疲劳。

直立人（与现代人接近）与其他物种运动能力相比较，其优势在于长跑能力，他们的特点在于：（1）完全直立，行走和长距离奔跑时跟骨着地，身体重量由主要下肢骨骼支撑，减轻了肌肉的负荷。（2）躯干无须像其他四足动物一样在每一个步伐过程中参与伸展和收缩，而是仅需左右小幅度扭转即可，这样使得其内脏不易在奔跑中发生过快的升温。南方古猿显然并不具备长跑的能力，但是他们下肢关节小而灵活，臀部宽大强壮，并且同样具备足弓，所以估计他们的短跑能力是较强的。短距离奔跑和长跑最大的差异在于着地方式不同，短跑是前脚掌触地，为软着陆方式，长跑则是足跟先着地，然后向前滚至前脚掌。所以，我们估计南方古猿行走时的姿势是微屈膝和屈髋，身体微前倾（图1-16），以前脚掌支撑为主，其脚掌承受的应力比较平稳，但是步宽较大，左右摇摆。其短距离冲刺速度较快，长距离行走则效率降低。

图1-16 南方古猿与现代人直立行走方式对比^[24]

为了适应双臂摆动运动方式，古人类的上肢要短于下肢，而且上下肢的长度都要长于躯干，这种体型如果依然采用一般四足类动物用手掌行走的方式，其效率无疑会非常低。古人类也无法像黑猩猩一样用指背行走，因为双臂摆动要求手腕要具备很好的背曲能力，而指背行走又要求手腕固定不能背曲。双臂摆动过程中借助重力的作用将髋、膝关节打开，而且腰椎也很容易形成特殊的S曲线，这样的话，人类直立行走也就很容易了。(www.xing528.com)

（一）现代人身体结构测量

虽然现代人已经远离树栖生活，也不再以双臂摆动为运动方式，但是我们估计现代人身体长度比例结构并没有很大的变化，根据南方古猿化石特征推测，早期人类的上肢按比例而言稍长于现代人，但早期人类脚趾也比现代人长得多。测量结果显示：男性和女性L1和L2的比值均值分别为0.998和1.001，男女两个数据差值的均值为1.45厘米和0.95厘米。

图1-17 人体测量姿势图示

图1-18为达·芬奇所绘的人体比例图，若我们将图中人体的脚尖向下绷直，手臂上举，则其肚脐刚好为脚尖和手指尖的中点。艺术家达·芬奇深刻地洞察了人体的这一特点，而其解释则必须依赖于人体演化与运动力学，这是艺术与科学的奇妙结合。

表1-5 现代人（男生）身体结构比例测量结果^[25]

续表

注：L1为人体仰卧并向上伸展手臂时，肚脐到指尖的距离；L2为人体仰卧并伸展脚趾时，肚脐到脚趾尖的距离。

图1-18 达·芬奇人体比例图^[26]