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以进化的视角看腿型:人的腿为何不是完全笔直的?女性的大转子为何更加外突?

康复医学网 2022-5-25 14:20 48290人围观 康复资讯

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王昊Crescdim 解构体态 ID Sportphysio
很多人希望自己的双腿是笔直的,但现实中每个人的大腿和小腿之间却多少都有些角度,通常会存在一定的生理性膝外翻(下图),也就是轻微的X形腿外观。
有人问这是为什么?网上有回答说:是因为存在Q角(上图)。
Q角是解剖学里的一个概念,听起来好像很专业很有道理。
但如果再问,为什么会存在Q角?又有的回答说:因为人通常都有一定的生理性膝外翻(X形腿)……
确实,Q角和膝外翻是相关的。但这两种解释其实都没有真正回答问题,如果两个回答出自同一个人,那就陷入了循环论证的谬误。
真是听君一席话,如听一席话。
像Q角、生理性膝外翻等等很多概念只是因为我们最初是这么学的,所以便默认了其存在,而不会去想为什么。
当某天忽然升起好奇心,想到这些问题,上网搜一搜却发现找到的也大都是敷衍且不经思考的答案。
那么,人的腿到底为何不是完全笔直的?Q角究竟为何会存在?女性为何更倾向于出现X形腿且大转子更向外突?
下面就来探讨这些问题。我们琢磨这些不仅是为了满足好奇心,也希望在思考的过程中能对人体结构与功能间的关联多一点理解。

先从Q角说起。

Q角的Q是Quadriceps——股四头肌的缩写。它反映了股四头肌产生的拉力对髌骨运动有何影响

有人说,股四头肌肌腱和髌腱之间的夹角即为Q角。

也有人说,在仰卧位或站立位,用一条线连接髂前上棘和髌骨中心,另一条线连接髌骨中心与胫骨粗隆,二者相交而成的夹角即为Q角大小(下图)。

解剖书上说,正常情况下人都有一定的Q角。所以股四头肌收缩时除了能上拉髌骨,也天然具有把髌骨向外侧拉的效果。(下图)

不过幸好,为了应对股四头肌对髌骨向外的拉力,人体在结构上也具备相应特点,例如股骨外侧髁相对内侧髁更加靠前,这样从形状上对髌骨向外偏移能起到一定的限制作用(下图)。此外,也需要依赖肌肉和支持带等结构的稳定作用。
理论上来讲,当Q角越大,股四头肌向外侧拉动髌骨的作用也会越强。
所以Q角过大更容易引起髌骨轨迹向外偏移,相应地患髌股关节综合征的风险也会更高。除此之外,膝内侧副韧带和前十字韧带受到的负荷也会更高

解剖书上还说,正常情况下Q角大致范围在13-18°,女性较男性通常Q角更大。

所以女性相对男性而言,出现上述几种问题的风险可能会更高
那么,Q角的大小由什么因素决定?

首先,X形腿(结构性膝外翻)的程度越严重,Q角相应也会越大此外,其他的结构异常也能使Q角更大,例如股骨扭转角过大、胫骨外旋等。

当然,日常姿势或动作中,下肢关节位置变化同样会改变Q角。例如过度髋内收与内旋,屈膝时小腿外旋,或者过度足外翻向上传导,都可以形成功能性X形腿,从而使Q角增大(下图)。
小结:下肢骨骼形态和实际关节位置都会影响Q角,Q角并不是固定不变的
所以,要是用“人通常有一定的膝外翻”来解释Q角为何存在,也能说得过去。毕竟根据Q角的定义,它确实是基于膝外翻等下肢排列而形成的。
但是反过来,用“人体存在Q角”来解释“为何有膝外翻、腿为何不直”,那就没有任何逻辑了

那么,正常的腿部为何不是一根直杆?女性为何大转子更加外突?接下来就探讨这些问题。


解剖书上只告诉我们,人体的结构是什么样的,但并没有讲清为何会有这样的结构形态

当然,有些问题本来也不是人类自己能够回答的。但我们至少能从表象出发,再稍稍推理和猜想几步。
要解释人体为何具备现有的结构特点,以进化过程中的适应作为讨论的起点,也许能行得通。
最近我正在翻译一本足踝的书,里面刚好提到了人类进化到直立行走的过程中骨骼关节发生了哪些适应。
直立行走解放了我们的双手,使人获得了更好的视野,而且和四足着地相比,步幅变得更大。但是消耗的能量却更少了。
要达成这些目标,人体在结构与功能上必定会有所改变。
首先,下肢各关节处于相对伸直的位置,能在脚着地时让骨骼和其他软组织承担更多负荷并储存一定的势能,从而减少肌肉的发力,这有利于减少能耗。
另外,跟骨变得更粗大并且让脚跟先着地,则有利于增大步幅。
此外,脚趾、踝、膝和髋关节的排列都更贴近矢状面,大脚趾更为内收以贴近足中线这一系列结构上的改变则有利于维持行走时向前的动量,让重心在足踝上的过渡也更为流畅。
以上都是适应性改变所带来的好处。
但同时,这些变化也给人体带来了新的挑战
脚变得更长更窄使得人单腿站立时的支撑面减小了,因而在各种动作中身体对稳定能力的需求会变得更高,尤其是侧向的稳定
然而,想在侧方稳定身体,光靠足踝产生的那点力矩是远远不够的,所以这个任务就不得不落到了髋关节上
换句话说,髋关节的肌肉要拥有足够的外展力矩
而力矩取决于力量强弱和力臂大小两方面。

想要拥有更强的力量,离不开更粗壮的肌肉,因此骨盆需要变得更宽(上图右为人类,左侧为黑猩猩),好让更大体积的肌肉能附着于其上
同时髂骨的背面得朝向外侧更多,这样才能让更多的肌肉有髋外展的作用,比如臀中、小肌(下图)。夸张地讲,要是髂骨完全朝向后方,那么臀肌就只能有伸髋的功能了。
而人类的近亲黑猩猩或大猩猩等,主要用指背行走(松握拳头,以指骨背面接触地面),且大脚趾更外展、脚掌更宽,重心低且双脚分开的距离更大,相应地对髋关节侧向稳定的需求也就更低
所以它们拥有宽肩窄髋的倒三角,想必不会为胯宽而烦恼。
另一方面,在骨盆发生适应之后,尽管髋外展肌的体积可以更大、发力方向也更合适,但是跟臀大肌和股四头肌这些负责推进的肌群相比,力量终究还是不够强
因此,髋外展肌还得有更大的力臂才行,而这就需要股骨也发生适应。
为了增加髋外展肌的力臂(上图紫色线段D),人的股骨颈就得更长、好让大转子(髋外展肌附着点)更靠外侧,这样才有能力制衡自身体重在髋关节处明显更大的阻力臂(线段D1)。
换句话说,如果骨盆更宽,相应股骨颈也得更长来让大转子更靠外,这两者要水涨船高、相互配套。否则,从力学上来讲就是不均衡的。
因此也不难理解,为何骨盆相对更宽的女性,大转子向侧方突出的程度通常也更大。而这自然使胯部也更宽。
接下来,再解释为何大腿和小腿不能成一条直线,就像下图这样?
首先,当人直立运动时,下肢各关节受到的纵向压力也更大,为了让关节受压均衡,最理想的方式自然是让力线穿过各个关节的中心。(下图)
当股骨颈已经向外侧伸出去、大转子也更加靠外,那么相应地大腿的主干就要向内倾斜,这样才能让膝关节位于髋关节(股骨头)正下方。(见上图)
同时,为了更好地承重,膝关节(股骨与胫骨间)的关节面又需要位于水平面。
为此人体也有相应的设计,那就是让股骨远端的内侧髁要比外侧髁更靠下。这样一来,当股骨向内倾斜之后,其远端的内外侧髁基本上就位于同一水平面了(上图)。
再继续往下。小腿(胫骨)得跟地面垂直,这样才能让踝关节位于膝关节正下方,也有利于膝关节均衡承重。

这样一来,小腿就不可能在大腿的延长线上,而是会和大腿形成一定夹角。这也是为什么正常情况下,人体存在一定程度的膝外翻(上图)。
这种适度的膝外翻其实有利于各关节均衡受力,能让压力大致穿过髋膝踝中心。
骨盆越宽、越需要更靠外的大转子来使髋外展力臂更大,所以股骨向内倾斜的程度往往也得越大,小腿相对大腿也容易向外侧撇出去,由此形成了X形腿(上图右)。O形腿则是相反的表现(上图左)。
因此,也不难理解为何X形腿(结构性膝外翻)更多出现于骨盆相对更宽的女性。
而黑猩猩却普遍有O形腿,这又是为何?
首先,黑猩猩的骨盆更为狭窄、大转子也相对更靠内,这一点已经提到和解释过。另外,黑猩猩行走时双脚间分开距离更大。因此其股骨不需要向内倾斜,而是应当向外倾斜。而小腿为了承重又要尽量垂直地面,由此便形成了结构上的膝内翻,也就是O形腿
而黑猩猩大多时候会是四足着地,所以下肢承受来自纵向的压力相对更小,且后腿总是弯曲着的,因而肌肉要更多参与缓冲。这些因素都使O形腿构不成问题,不必担心力线没穿过其髋膝踝中心。
总结:人类在朝直立行走进化的过程中,足踝、膝、髋乃至骨盆与脊柱都在结构与功能上发生了一系列的适应和改变,在此期间形成了多种多样的复杂现象。想要更好地理解这一切,从功能的角度出发会是条更快捷的路。
END


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原作者: 运动康复
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