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才不是亂 P 的!古生物復原圖可是有憑有據

果殼網_96
・2017/07/20 ・6741字 ・閱讀時間約 14 分鐘 ・SR值 507 ・六年級

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日本有一位漫畫家村田雄介(對,就是畫《一拳超人》的那個村田雄介),去年某一天,他不知哪個腦洞豁然大開,突然畫了一系列「未來人類根據骨骼想象動物們的長相」圖,然後和動物們真正的樣子放在一起。謎一樣的畫風令人瞠目結舌……

從上到下,分別是抹香鯨的骨架、「未來人類的想象復原圖」、和真實的抹香鯨。
而這個,則是河馬的頭骨、河馬的「復原圖」,和現實中的河馬。

等一下!如果對著骨架做出來的復原圖,和現實情況可以差那麼多,那豈不是說……我們對著恐龍骨骼做出來的復原圖,其實也有可能……

由上至下:滄龍骨骼,村田雄介想象出的滄龍,科學家復原出的滄龍。到底哪個對呀??

或者,一直被我們嘲笑的「小短手」霸王龍,會不會其實……

霸王龍表示:………………

古生物復原圖到底是不是胡亂畫的?會不會我們復原的形象完全是錯誤的??

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……並不會。

因為村田雄介畫中表現出來的「復原」其實並不符合復原師們平時的工作邏輯,或許它更像是一種可愛的空想。

我就是一個古生物繪師。儘管人們常常幻想古生物復原繪師的工作是很浪漫、很自由的,可以發揮全部創造力和想像力從紙張上復活一類滅絕的生物……但事實上,這一工作並沒有人們想像的那麼奇幻。古生物復原圖的繪畫,本質上是對於古生物學研究的一個綜合展示。我們要把那些複雜、枯燥、大眾無法直接領會的學術研究對象和研究成果,盡量直觀、完整地呈現出來。所以,雖然「古生物復原圖」的繪製過程、手法和結果是藝術的,但這種藝術必須要給學術和科學性讓位。

作為一個目前專職的古生物繪師,我不久前曾受徐星老師之邀為楊氏鐘健龍(Zhongjianosaurus yangi)做復原。接下來,我就以這次復原的過程為例,向大家介紹一幅復原作品是如何完成的。

第一步:先把骨架找回來

這是楊氏鐘健龍的化石石板:

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楊氏鐘健龍的化石石板。圖/寧靜海的菊石君

對,這就是一開始我僅有的東西。由於保存不全,所以我首先要通過觀察,逐一確定並描繪出化石石板上保存的全部骨骼,同時對其中的一些骨骼進行形態修正,然後通過計算比例、參考親緣關係接近的馳龍類等方法逐一補完骨骼。

經過這些工作,我重塑出了楊氏鐘健龍的站立骨架形態,它是這樣的:

楊氏鐘健龍的站立骨架復原。 圖/寧靜海的菊石君

在這一步中,如果被復原生物的化石保存比較完好,是可以直接測量比例,建立該生物的站立姿態的骨架草圖的。但是如果像這次一樣,遇到了化石保存並不完整,或者缺乏足夠的顱後骨骼化石材料,比如只有殘破的部分頭骨、下頜或者零碎的肢體骨骼的情況,就需要擴大參考範圍,利用所有可能的資源——無論是同屬內的其它物種,還是親緣關係較近的物種或者形態最為接近的生物——以求最大限度還原生物的骨架形態。

記得居維葉曾經說過一句話,大意是「利用一顆牙齒,就可以恢復一個動物的全貌,乃至更多訊息」,這話雖然有一些誇張,但大體上是差不多的。一個關於他的軼事中說,一次居維葉的幾個學生準備對他這個老師搞搞惡作劇,其中一個學生穿上魔鬼的衣服、帶著有角的面具,穿上像蹄子一樣的鞋子,深夜闖進居維葉的卧室,恐怖的叫著「居維葉!居維葉!我來吃你了!」,被驚醒的居維葉看了一眼,安然地說:「有蹄子有角的動物都是吃素的,你是不可能吃我的!」然後倒頭繼續睡覺。

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喬治.居維葉,被譽為「古生物學之父」。圖/By Mattheus Ignatius van Bree, Public Domain, wikimedia commons

為什麼只看到動物的一部分就能對動物整體做出判斷呢?

這其實應用了古生物研究中一個非常重要的定律——器官相關律,即生物體是一個整體的結構,各個組成部分的結構和相關機能是緊密的相互聯繫在一起的,一部分發生變化,其它部分也會相應地發生變化。根據這一點即可以在化石保存不佳的情況下,對研究對象進行整體評論、復原並推測其生態習性。

同樣的,針對不同的動物的不同部位,我們所能得到的訊息也是不同的。典型一例是哺乳動物的牙齒——通過一顆爪獸的牙齒,我們可以得到它的食性、體型體態、棲息環境等諸多訊息,然而如果你得到的是它的骨骼,或是爬行類動物的牙齒,那麼你就無法得到這麼多的訊息的。

鼬科動物的牙可以使我們瞭解很多東西。圖/By MAKY_OREL @ pixabay, CC0 Public Domain

這也就是為什麼在沒能得到楊氏鐘健龍的全部骨骼的情況下,我還是順利地復原出了它的站立骨架形態。

第二步:填入血肉,重現豐盈生命

由於在楊氏鐘健龍的復原當中肌肉的情況更多的會被羽毛所掩蓋,所以我在這一步是參照了現代鳥類,大致在草稿紙上確定肌肉復原輪廓,由此就製作出了相關的前期工作的結構參考示意圖。

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楊氏鐘健龍的肌肉復原圖。圖/寧靜海的菊石君

雖然這次復原的肌肉的部分比較簡單,但顯而易見的是,肌肉的復原就是引發開頭分歧的主要原因。所以我將在這裡為大家拓展更多的內容:

事實上,肌肉復原的專業性非常強,因為它的方法主要是依賴於現代動物解剖學知識的,也就是說,根據肌肉和韌帶在骨骼上留有的附著痕跡,和不同動物身上不同肌肉的功能與發達程度來進行判斷。

馬頭骨上三處明顯的肌肉附著痕跡。圖/寧靜海的菊石君

比如觀察現代的馬是我們可以發現:越是強大有力的肌肉、韌帶附著痕跡越明顯,但一些細小的比如面部肌肉或者手腳的小肌肉組則隱秘得多。

除此之外,當然也有一些相對巧妙易懂的方法,比如說通過運動的需求來反推肌肉的樣子:為了支撐鯨魚頭部的上下活動,它必須要有一組強大的肌肉,來從頭骨枕部連接到它的到脊椎上。而這塊肌肉大概就長這樣——

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海豚的後頸肉。圖/《鯨和海豚》中國工信出版

這就是為什麼鯨絕對不可能長成蝌蚪形!這組巨大的肌肉是負責牽引頭部的,畢竟頭骨那麼沉重,如果沒有,那麼動物就根本抬不起頭了……

缺這麼一大塊肌肉,這位抹香鯨同學會頸椎勞損的……

再比如,依賴骨骼和肌肉的相互作用來進行判斷。

當人們發現利齒豬亞科的門齒的時候,他們發現了非常有趣的一點:這種生物幼年時剛剛萌發的門齒上有著細密的褶皺,而當他們長大後,門齒齒尖就會被磨損,唇面琺琅質則變得光滑。毫無疑問,這是成長過程中唇齒的摩擦帶來的結果。

利齒豬亞科幼年與成年後的門齒。圖/寧靜海的菊石君

當我們帶著這樣的結論去看河馬的時候,有些東西就變得顯而易見了:門齒和嘴唇緊密摩擦的部分已經光滑,但是犬齒的唇面紋理還在。如果說門齒外側的光滑還能說是上下門齒摩擦的結果,那麼內測的光滑幾乎就可以判定是來自舌頭和嘴唇共同的摩擦了。

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河馬的牙齒及骨骼。圖/boneclones.com

所以,我們就可以做出判斷:河馬的牙並沒有被暴露在外,而是被厚厚的嘴唇包了起來。

河馬的牙並沒有被暴露在外,而是被厚厚的嘴唇包了起來。

當然啦,雖然化石中往往隱藏著非常多的訊息,但是那些對肌肉解剖結構要求較高的復原,通常還是要在學者的嚴格指導之下才能完成——因為它們的專業需求實在是太強了。

第三步:用想像力,填上綺麗色彩

在添加上大致的肌肉確定了整體輪廓後,就到了或許是古生物復原當中最為複雜、繁瑣的一步了——為動物復原出一個合理的、令人信服的體色和紋理。

在楊氏鐘健龍復原過程中,徐星老師在這個時期針對四肢羽毛長度做了非常仔細的叮囑,此外還有國家地理張瑜先生、南川伍德鳳梨先生就羽毛結構、形態等方面問題也給了我一些幫助,綜合了他們的意見、並參考其它小盜龍類標本、以及一隻被飼養的眼鏡球胸鴿的運動形態和足部覆羽結構,我最終繪出瞭如下的羽毛覆蓋結構參考示意圖:

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楊氏鐘健龍的羽毛復原圖。 圖/寧靜海的菊石君

由於徐星老師已經在前期研究中為這種小恐龍定下了基礎顏色和紋理大體模式,所以接下來就是複雜的繪畫和電腦製作過程,最終得到的就是下面這個小家夥了。

楊氏鐘健龍最終復原圖。 圖/寧靜海的菊石君

實際上,影響這一步的因素非常多,除了少數我們可以還原真實的體色和紋理的情況外,大多時候都只能是復原繪師發揮自己的想象力和相關知識儲備來完成這一步。

而且,在完成這一階段的工作室時不僅要考慮動物和環境本身關係和相關影響,還需要考慮個體發育、系統發育等其它因素,為復原的動物努力營造一種「熟悉的陌生感」或者「真實的陌生感」。

那麼我首先簡略的介紹一下它的做法和依據吧。

關於羽毛和體色,我們還能參考什麼?

(一)真實的證據

最直接、也最可靠的復原方法,就是直接依賴現有的實證,主要對象是重新現世的哺乳動物和部分鳥類。

證據之一是實體保存的屍體,包括波蘭瀝青湖裡保存的披毛犀、俄羅斯和阿拉斯加凍土層中保存的動物屍體等,這其中以真猛獁的凍屍最為豐富和著名,保存個體從出生後不久的幼年個體到成年個體都有。這些實體保存下來的化石不僅提供瞭解剖學的完美材料,也為復原其體態和皮毛顏色等等提供了非常直接的證據。

西伯利亞凍土層發現幼年猛獁屍體。圖/FRANCIS LATREILLE

證據之二則以歐洲地區早期的洞穴岩石壁畫為主,也包括部分人工雕刻製作的工藝品,這一時期的南非和澳洲其它岩石壁畫或者岩石雕刻也提供了非常多的線索。歐洲的岩石壁畫內容非常豐富,對於物種的針對性描繪非常精緻,表現出了大量物種的特有特徵。由於其中的部分動物一直延續到了近代才滅絕,使我們得以驗證了這些特徵的準確性。

大角鹿的岩石壁畫。左圖可能為雌性或者鹿角脫落的雄性,右圖為雄性。圖/blogspot.com

(二)動物與環境因素關係

一般來說這一步需要聯繫前面得到的骨骼形態等內容,以尋找類似的結構和生存環境的動物作為參考。這一依據主要是直接參考現代動物,比如:

犀、象、河馬等笨重有蹄類群的動物體色普遍性的單調,以灰、棕色為主要色調,那麼我們可以推測形態上非常類似的其它大型笨重有蹄類,如重腳獸、閃獸、焦獸、冠齒獸等也會擁有類似的體色模式;如果是一些茂密森林活動的小型的有蹄類,那麼我就要考慮適當鮮艷的體色和斑點、斑塊;高緯度和高海拔地區的哺乳動物,我們就要準備復原的體色單調和暗淡一些,等等……

但具體情況具體分析,這一點上也不算有統一的固定標準。

以環境因素為參考的古生物表皮顏色復原。圖/寧靜海的菊石君

(三)個體發育過程(主要依賴於現生部分爬行動物和哺乳動物)

現代動物當中,很多爬行動物、哺乳動物在幼年和成年個體階段都存在不同的體色和紋理模式。一般來說幼年動物的體色要更鮮艷、紋理更復雜,動物成年後體色趨於暗淡、紋理會模糊或者趨向整體黑化(也有部分動物成年後仍然會保持比較鮮艷的體色和紋理,印度星龜、輻射陸龜等)。

幼年科摩多巨蜥和成年科摩多巨蜥。圖/picturenew.com

很容易發現的是,這些帶斑點、條紋的幼年動物往往比成年動物更喜歡茂密復雜的林地環境,擁有更復雜紋理的幼年動物實際擁有更好的保護色,可以幫助這些幼年動物更好的融入林地、森林環境當中保護自己。以此為根據,那麼我們在復原推論一些幼年生活在森林環境,而成年後可能生活在更開闊環境的動物時,這種紋理樣式就成為了完全合理的一個理論依據。

根據可能生存環境及個體發育體色、紋理變化復原的蘇氏巧龍。 圖/寧靜海的菊石君

(四)系統發育關係

這一部分的依據實際就比較薄弱、或者說幾乎無從下手了,更主要的是發揮復原繪師的個人觀點和想象力。如果說之前幾點都是「為復原圖的體色、紋理提供依據」,那麼系統發育學在這裡只能算是「提供更多可能」。實際上,這一變化過程的速度差異非常大,或快或慢我們都無法通過化石研究來驗證。

筆者傾向認可的真馬系統發生樹。 圖/寧靜海的菊石君

這一時候,復原繪師通常還會利用作品表達自己所傾向、支持的學術觀點。我在這裡展示的一張部分馬的演化圖就表達了在馬類分類和演化關係上的觀點——我贊成埃森曼將真馬屬劃分為四個屬的研究結論,而沒有採納這些是真馬亞屬的傳統觀點。

最後,我們來談談羽毛

羽毛有什麼用?它的實用性功能主要是飛行、滑翔、禦寒和性展示。所以,在判斷一種不會飛動物有沒有羽毛的時候,環境溫度是一個重要因素——對於霸王龍來說,顯然,散熱是比禦寒更大的問題——事實上對於大多數大型動物來說都是這樣,像是喜歡泡澡的變溫巨型龜類。這就是為什麼霸王龍不可能長成一個毛球:總不至於為了好看而熱死自己吧?

村田雄介的胡亂畫「霸王龍復原圖」——然而對於霸王龍來說,羽毛可能是非常累贅的東西。 * 羽毛方面,其實也有例外,比如華麗羽王龍。它體型很大,但身體表面仍然覆蓋著毛髮,這種毛髮的功能性目前很難解釋。另外一點就是,或許在霸王龍等恐龍年幼時期它們身上或局部會有一些毛髮,而這些毛髮可能跟隨成長逐漸脫落。

第四步:幫牠們重建家園吧

最後,雖然在本次復原中沒有涉及,但依舊非常值得一提的是,動物生態環境的復原——也就是復原圖中的背景。它的存在使得復原圖更加完整,也使得讀者更容易將復原後的動物帶入想象。

對於生態場景復原來說,通常需要採納是環境訊息。一般來說,根據動物化石所表現的訊息,我們就可以大致推斷出動物的生活環境,額外的一些訊息還包括沉積環境、植物孢粉等。

準噶爾將軍龍和多枝真枝角鹿生態場景復原。 圖/寧靜海的菊石君

除此之外,有趣的一例是利用動物的行為學訊息為某種三趾馬進行的復原。

那要從坦尚尼亞的一處足跡化石說起:在坦尚尼亞利特里地區,人們曾經發現了大量的上新世的古哺乳動物腳印化石,其中之一就是是某種三趾馬的行進足跡化石。這一串足跡顯示一匹幼馬正在一匹母馬前方一起小跑前進。可能是幼馬頑皮,它突然從母馬身前橫向穿過。這一行為可能讓在較快速度中行動的母馬出現了晃動,為了保持平衡,母馬被迫停頓了一下,於是在本來都是單一腳趾腳印的行進路程中,這匹母馬的右後足留下了一個清晰保留了左右側趾的足跡!

坦尚尼亞利特里地區保留的三趾馬行進腳印化石。圖/《Fossil Horses: Systematic, Paleobiology and Evolution of the Family Equidae》

這串足跡不僅顯示了三趾馬的側趾在平時行動中並不接觸地面,而且也顯示了在某些情況下三趾馬的側趾會起到一定的輔助支撐作用。最關鍵的一個行為學訊息就是與真馬在演化上處於完全不同支系的三趾馬竟然和真馬存在相同的攜帶幼馬行為模式,即它們都會在運動狀態時,讓幼馬走在自己前面。

利用以上足跡反應行為學訊息繪制的晚更新世的庫比佛勒馬。 圖/寧靜海的菊石君

冗雜的訊息綜合諸多學科的知識,讓我們可以最大程度的豐富畫面,同時提升復原圖本身攜帶的訊息門類。所以你看到一張簡單的復原圖時,它背後可能隱藏著研究者無數複雜的推演、修正和繪製者們查閱的海量資料。

儘管你也許永遠也注意不到它。

本文版權屬於果殼網(微信公眾號:Guokr42),原文為〈形形色色的古生物复原图,是怎么画出来的?〉,禁止轉載。如有需要,請聯繫sns@guokr.com

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果殼網_96
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習慣彎腰駝背、長期姿勢不良——一天學一招,兩週練出好體態!
careonline_96
・2023/10/10 ・3348字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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總覺得自己全身非常緊繃,這裡痛那裏痛嗎?還是你的姿勢明顯不良,總被人家說站沒站相、坐沒坐相,習慣彎腰駝背站三七步,或癱在椅子上嗎?請下定決心做些改變吧。

當然,體態、姿勢是習慣累積出來的身體語言,無法一夕之間改變。我們建議用兩周的時間,每天多學會做一個動作,並花個約十分鐘上下練習,放鬆自己緊繃的肌肉,增加對身體姿勢的理解和自覺,並鍛鍊核心與背部的肌力。十四天後,你會看到不同的自己,更有自信,更舒服,也更不會亂痛一通。

接下來,就先看看每天要學習的部分,最後會有統整的練習表供大家參考。

第一天:檢查站姿

這天的重點在於保持好站姿,練習站姿站直的時候,可以先靠著牆站好,像要量身高那樣。背部打直並維持自然的弧度,下巴微收,肩膀往後,雙手自然垂放,收進肚子,膝蓋打直,注意重量平均分布於兩腳,且不要翹出臀部。

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這一天,你除了要練習站好,更要養成每小時檢查自己姿勢的習慣。

第二天:嬰兒式

第二天的功課是早晚各練「嬰兒式」五分鐘。嬰兒式都是非常適合的全身舒展,對頸部、背部、髖部、核心、至腳踝都有放鬆的效果。

先採四足跪姿,臀部往後坐,與腳跟愈近愈好,手掌繼續撐地,胸膛緊靠近大腿,雙手打直感覺後背及身體側邊的伸展。停留數個呼吸。你也可以試著將手掌往上翻,感覺不同的伸展。這天就好好的感受嬰兒式帶來的全身舒展感覺吧。

第三天:挺胸伸展

第三天的功課是將胸膛打開,先站好、兩腳打開約與肩同寬,雙手在背後交握,肩胛往後內夾,藉機挺出胸膛,停留的過程維持良好的呼吸。

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第四天:貓牛式

因為我們的目標是練出好姿勢與體態,剛開始做的練習都會以背部的延展練習為主,這天來練習非常棒的姿勢:貓牛式。

先採四足跪姿,背部先打平,吸氣讓胸部往前方下壓,順勢抬頭,放鬆肩膀,開始吐氣時收腹部、尾椎內捲,讓脊椎往上拱,反覆練習。

第五天:早安式

早安式是個讓我們練習下背、髖部、與腿後側的動作。在抬頭挺胸站好之後,雙手往上平舉,保持背部打直的狀況,髖關節(臀部)往後移動,讓軀幹往前傾。

練到第五天的時候,把嬰兒式、挺胸伸展、貓牛式、早安式都練過一輪,對背部與姿勢都會帶來良好的感覺。

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第六天:站姿貓牛式

站姿貓牛式與四足跪姿的貓牛式感覺很像,都是讓挺胸與縮腹動作交替進行,像由脊椎活動創造身體波浪般。先站直,兩腳打開與肩同寬,接著放鬆肩膀使其往前自然垂下,微微往下蹲,臀部尾椎往內捲,肚子內縮。接著挺出胸膛,吸氣脖子往上延展,站起身,肩膀往後方中間夾,再往前垂下回到起始動作,連續練習。

第七天:仰躺跨腿伸展

第七天加的動作是仰躺跨腿的伸展動作,躺在床上或墊子上,雙手打開平放身體兩側,一腳跨向對側,過程中保持上背部和雙側肩膀、手臂貼在地面上,感覺背部髖部的伸展。這個動作可以舒緩軀幹的肌肉。

你也可以試試看兩隻腳彎起來,同樣上背、肩膀平貼在地,雙腳一起倒向左側或右側,感覺下背髖部的伸展。注意此時膝蓋不該感到疼痛。

第八天:跪姿平衡

經過了一個星期的練習,我們的脊椎已經更穩定,能讓我們保持良好姿勢,減少背痛。我們進一步再來練練核心肌力。

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採四足跪姿,以雙手和雙膝著地。雙手的距離與肩膀同寬,剛好落在肩膀下方,而膝蓋剛好落在髖部下方。收緊腹部的肌肉,右手離開地面舉至與肩膀同高度,手心向下,穩定後左腳向後伸直舉起,收緊臀部和大腿的肌肉,這時先維持右手、軀幹背部、到左腳都是同一水平高度。僅有左手和右膝著地。停留一下後再回到四足跪姿,反覆練習後換邊練習。

第九天:下犬式

下犬式是伸展大腿後側、小腿後側、至腳弓處的好方式。一定要好好練習。

從四足跪姿開始,雙手撐地,雙腳踩地,撐起身體往上抬,讓身體以手掌、臀部、腳掌三個頂點呈三角形,或想成抬起身體收肚子呈現倒 V 型。如果剛開始練習腳掌無法平貼地面,可以然後雙腳輪流彎曲膝蓋再踩地。

第十天:頂天立地

第十天的練習要多個道具。可以拿一把長桿子,先雙手握好桿子保持桿子與地面平行,雙腳與肩同寬,然後屁股往後做深蹲,起身時往上推桿子到手伸直。

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深蹲本身就能訓練到背部,加強脊柱旁的肌肉收緊,再加上往上推桿子的動作能更動到上背部。

第十一天:鴿式

鴿式的動作可由下犬式開始,左腳往前,把腳掌放到右手掌的後方,彎曲,雙手繼續撐地,下降身體高度坐下。左小腿此時橫躺於前方,右腳(後腳)伸直於地墊上。腰椎頸椎打直,感覺脊椎和髖部的充分伸展。停留 30 秒。再換邊練習。

你也可以再把身體往前傾,直到趴到地上,充分感覺加上下背部的延展。

第十二天:棒式

先採四足跪姿,手掌位在肩膀正下方,臀部、核心用力撐起身體,僅剩腳尖與手肘手臂是和地面相連的。不要低頭或仰頭,眼睛看向約 20~30 公分前方的地墊。可以停留 30 秒,休息一下,再繼續練習。

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第十三天:英雄一式

兩腿前後展開,形成弓步,前腳膝蓋彎曲成九十度,後腿伸直。雙臂往上伸直,掌心相對,感覺髖部的伸展,停留約 30 秒。再換邊練習。

第十四天:抬臀

抬臀算是鍛鍊臀大肌最基本的動作。臀肌是身體很大的肌肉群,練好的話,對體態影響很大。請先躺在地板或地墊上,雙手平放於身體兩側,膝蓋彎曲,兩腳腳掌踩在地板上。

收緊臀部,由臀部發力抬高髖部,不要拱背,直到肩膀到膝蓋呈現一直線。這時要以腳跟為支點,不是腳尖,不要變成墊腳尖(只有腳尖貼地)的狀況。可以停留在臀部收緊的姿勢,也可以做動態的練習。

我們在十四天內,每天學會一個動作,並且複習之前的動作,以下是你可以參考的十四天體態養成的方式。每天大概撥出個 10 分鐘左右,好好地讓自己的背肌、核心獲得肌力並充分伸展,改善姿勢。

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你的腿部肌肉夠嗎?無精打采、腿軟無力都是警訊!健身不練腿,遲早會後悔!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/07/24 ・2634字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 TANITA 委託,泛科學企劃執行。

上下公車時感到有點吃力、爬上兩層樓就得小喘一段時間、蹲下去站起來覺得費勁……,如果你有其中一項徵兆,當心再不關心「第二個心臟」,吃力會變沒力,小喘會變大喘。不只未來容易跌倒受傷,還會導致更深層的全身性問題。

許多人聚焦鍛鍊核心肌群,苦練出吸睛的人魚線、馬甲線、狗公腰,但是另一群不光鮮耀眼,默默撐起你整個身體機能的肌肉,卻常無意間被忽視,那就是腿部肌群。

先說目前一個對於腿部肌肉最言簡意賅的看法:腿是第二個心臟。用維繫生命的心臟來比擬兩腿,腿肌的重要性不言而喻。

圖一、腿部肌肉又有「第二個心臟」之說

為什麼會有這種說法?這種說法有道理嗎?

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人體的血液由心臟輸出,通過動脈送到全身,接著由靜脈回流輸回心臟,再送進肺部充分吸取氧氣,含氧血重回心臟後,再進入下一輪循環。兩腿有密集的血管,腿部靜脈儲藏流動到下半身的血液,並且靜脈內壁也有特別的瓣膜構造,就像水管的逆流閥,阻擋血液受重力拉扯再向下流。

《Phlebology(靜脈學)》期刊 2014 年的一項研究揭露了腓腸肌(相當於小腿肚)和比目魚肌(位在小腿肚深層的肌肉)如何擠壓血管將大量血液向上送。走動或鍛鍊時肌肉收縮,將血液往上灌入位於膝窩的靜脈,再由大腿肌肉接力,推送進入臀腿交界的總股靜脈。

換句話說,因為重力的關係,下半身會積存很多血液,腿肌的功能就如同幫浦般不斷將血液往上打。萬一血液回流不足,氧氣和營養輸送到全身的效率就會變差,讓你一整天昏昏沉沉。要將液體推回心臟,平均需垂直上攀一公尺左右的長距離,因此腿肌必須具備相當強勁的力道,才能充分供應全身血液循環所需。用「第二個心臟」來形容腿的重要性,可說並不為過。

另一方面,腿部肌力不只有支援心臟和肺部的功效,讓你整個身體跟著變輕快、行動自如,緊急狀況下還可能救你一命。2023 年 5 月在歐洲心臟醫學會(European Society of Cardiology)年會上發表的最新研究顯示,萬一發生心肌梗塞,腿力強健的人後續也比較不容易發生心臟衰竭。

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然而,如果綜觀全身上下的肌肉,兩腿肌群也是最容易一不留神就縮水的地方之一。

圖二、哪些是肌肉不足的高風險群

你是腿肌弱的候補者嗎?三大族群需特別注意

三種族群需要加倍留心腿部肌肉量,第一是因工作長時間坐著的久坐族,例如白領上班族、司機、公務人員等;第二是平時沒有運動習慣的人;第三是 60 歲以上的熟齡族群。

久坐、動得少,將導致「用進廢退」效應,身體自行判斷不必刻意合成腿肌,把寶貴的能量移作他用。以及年紀漸長,肌肉的蛋白質流失速度也會愈來愈快。如果三種條件你佔了其二或全都有,那麼下半身肌肉恐怕已敲響警報。

大致來說,身體肌肉的巔峰期是 20~30 歲左右,過了這段時間,人體每年都會流失 0.5~1% 的肌肉;60 歲以後,肌肉量更加速以每年 1~2% 的速度流失。不管哪個年紀,腿腳的肌肉又縮減得比上半身更快。

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為何比起軀幹和手臂,腿部肌肉一下子就萎縮了?因為腿腳為了支撐全身重量和活動所需,由具有強收縮力和爆發力的大肌群組成,然而,這在力量上是優勢,對留住肌肉來說卻是弱點。

肌肉有個特性,想要某個部位變強壯,必須施加略高於該處肌肉平常負荷的力道,也就是動起來要有點吃力的感覺,否則至多維持原樣,更常見的是不進反退。腿腳的負荷原本就大,要施加更強的力道必須靠刻意地鍛鍊,如果放著不管,腿腳肌肉自然相對流失得更快。

圖三、如何強化腿部肌肉?重訓、鍛鍊保養、補充蛋白質

如何強化腿部肌肉?單靠走路不夠

腿需要強度稍高的活動,這也是為什麼不少上班族和長輩每天散步,兩條腿還是持續變鬆垮或細瘦的其中一個原因。

想鍛鍊腿部肌群,可以由調整飲食和每週排出一些運動時間雙管齊下。

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蛋白質是肌肉的主要原料,不過牛、豬等紅肉不是最好的選擇,因為油脂含量偏高。一般建議以雞、魚、蛋、豆類(例如黃豆和豆製品)為主,並且少鹽、減少油炸。蛋白質如果分散在三餐吃,讓身體有充分消化吸收和利用的餘裕,效果會比一餐吃下大量蛋白質好。

還有三種不用特殊器材就可以做的運動,也能幫忙練出一雙好腿。

  1. 快步走:光是輕鬆走路不夠,必須加快步伐,到有點喘的程度,便有鍛鍊的效果。
  2. 爬樓梯:爬樓梯相當於借用身體的重量來鍛鍊肌肉。上樓梯時,重心放在前腳,像是用前腳力量登上一階的感覺,可以強化腿肌。
  3. 動腳尖:坐在椅子上,兩腿打開與骨盆同寬,小腿與地面垂直,接著抬起腳尖(腳跟不離地),放下後換成抬起腳跟(腳尖不離地),重覆 20~30 次,做兩到三輪。
圖四、測量腿部肌肉量,培養好飲食運動習慣!

大多數市面產品難以幫使用者算出腿肌量

鍛鍊腿部肌肉的原點,是必須先掌握自身情況,才能對症下藥。但是很可惜,目前市面上絕大多數的家用型體組成計,都是偵測全身的肌肉量,想得知腿部肌肉夠不夠,就像隔著毛玻璃看景物。

日本體組成計品牌 TANITA 推出「為腿部肌肉量打分數」的產品,八合一腳點體組成計 BC-771,只要站上機器,5 秒內提供全身體組成數據,除了體脂率、內臟脂肪、身體年齡等,還有全球首創的「腳點」功能,為腿部肌肉量評分,並提供三階段標準判定,讓你在家就能輕鬆掌握腿部肌肉的變化。

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有了充足的資訊,鍛鍊便有了具體、可衡量的目標。一台優質便利的體組成計就相當於一件順手好用的健身器材,可以協助你練出一雙能獲得高分的好腿。

參考資料

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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你知道肌肉和牛肉一樣有分等級嗎?油花比例高 = 肌肉品質差,小心增加受傷與罹病風險!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/05/04 ・2329字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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現代人越來越注重健康,而測量身體組成也成為了趨勢。

你有使用過體脂計嗎?只要站在機器上面,就能夠測量你的體脂率、肌肉量……等數值,近期有些體脂計,也開始提供「肌肉品質」的數據,據說這「肌肉品質」與「相位角」有關,也是了解身體狀態的關鍵數據。

究竟「肌肉品質」代表什麼意思?又跟「相位角」有什麼關係?讓我們來一起來看看吧!

肌肉量與肌肉品質的差別

第一次看到「肌肉品質」,很可能會把它當作「肌肉量」,但這兩個是不一樣的!

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肌肉是由肌肉纖維、脂肪、水和結締組織組成的。肌肉纖維是肌肉中最重要的組成部分,它們是由肌細胞形成的。脂肪和水也是肌肉中的成分,它們主要是提供能量和保持身體水分平衡。而結締組織就是我們俗稱的筋膜。

我們以這盤和牛肉為例,紅色部分是肌肉纖維,白色部分是脂肪、水和筋膜(結締組織)的混合物。這就是為什麼肉類中有些部分營養價值比較高。例如,一般牛肉中的瘦肉部分含有更多的肌肉纖維,而脂肪含量較低。相反,和牛肉含有更多的脂肪和水,肌肉纖維含量較低。

所以,「肌肉量」與「肌肉品質」到底有什麼差別呢?

「肌肉量」是指全身肌肉的總量,也就是紅肉的總和,而「肌肉品質」則測量肌肉中,紅肉與白色部分的比例。

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為什麼要看肌肉品質?

在 2017 年的期刊論文中,研究者們提出了「肌肉品質」的概念,強調肌肉量的多寡,並不直接等同於實際的力量大小,作者們指出,當人體老化時,在還沒偵測到肌肉量變少前,就已經有力量下滑的趨勢。[1]

加上近期有品牌研究指出,沒有運動習慣的人,肌纖維比例較低,細胞周圍的水分、脂肪和結締組織比例高,不僅日常許多動作會覺得吃力,更容易增加跌倒、拉傷與罹患代謝症候群的風險!

為了更好地評估肌肉的健康狀態和力量,需要對肌肉品質進行標準評估,評估方法包括測量肌肉密度和肌肉品質,以及使用生物電阻抗分析(Bioelectrical Impedance Analysis, BIA)的體組成計進行監測。

什麼是生物電阻抗分析(Bioelectrical Impedance Analysis, BIA)?

  • 身體組成及肌肉品質是怎麼測出來的?

生物電阻抗分析(Bioelectrical Impedance Analysis, BIA)其實就是讓微弱電流通過身體,來測量身體電阻,推算身體的組成,前面提到的「肌肉量」也是這樣算出來的;但是,要怎麼從肌肉的電阻,分析出肌肉品質呢?

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BIA 生物電阻抗分析技術,同時使用高頻與低頻兩種測量頻率進行精準測量。測量時低頻訊號不容易穿過有細胞膜的肌肉細胞,因此會量到細胞外組織的電阻,高頻訊號則因為能通過細胞,可以同時量到肌肉與細胞外組織並聯後的電阻。高頻與低頻訊號雙比較,就能推算出肌纖維比例,判斷肌肉品質囉!

  • 肌肉品質與「相位角」的關聯

「相位角」其實就是上面提到的「高頻率與低頻率的比較」。因為一些電學上的特性,我們會把整塊肌肉的電阻(虛線箭頭),分成代表「富含水分」的肌肉纖維電阻 Xc,與「缺少水分」的周圍組織電阻 R。從圖中我們可以看到,如果肌肉纖維越多的話,Xc 就會越高。

另外,從下圖中我們也可以看到, Xc 越大,虛線箭頭與 R 軸的夾角就會越大,這個夾角,就是我們所說的「相位角」,相位角越大,也就代表肌肉纖維越多越密。

第一列是肌肉狀態,圓圈是肌肉纖維,四周灰色是周圍組織。圖/參考資料 2

另外,坊間常說的「肌肉富含水分,所以電阻小」這說法不太對,正確說法是「不同組織間的含水量有差異,讓他們的電阻特性有差異」,而用 BIA 測量的,正是利用這種電阻特性的差異,才能夠明確地理解身體組成,而這就是相位角的實際狀況。

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保持健康,從提高肌肉品質開始

為了維持肌肉品質和相位角,我們需要適當的運動。在日常生活中,我們可以透過規律運動來提高肌肉緊密程度,例如世界衛生組織建議標準運動需符合「533」原則(一週運動 5 天,每次至少 30 分鐘,心跳達 130 下)。或是選擇伸展、瑜珈等運動,提高細胞健康度及肌肉活動度。透過這些運動,我們可以增強身體的肌肉品質和功能,提高身體的代謝率,進而改善身體健康。

隨著年齡的增長,肌肉品質會逐漸下降,相位角也會逐漸降低。這是因為身體的代謝率下降,肌肉組織的細胞結構和功能也會出現不同程度的退化。老年人可以多出去走走,做自己適合的運動,而不是一味地要求自己要跟年輕人一樣強,這樣會更有利於保持健康,避免受傷!透過適當的運動和生活方式的改變,我們可以有效地提高身體的肌肉品質和相位角,促進身體健康。

簡單來說,為了保持身體健康,肌肉品質和相位角的維護非常重要。透過適當的運動來鍛鍊肌肉,以及注意營養攝取和休息恢復等生活習慣,我們可以積極地促進身體健康和幸福感。讓我們從現在開始,注重健康,積極保持肌肉品質和相位角,享受健康的生活!

參考資料

  1.  (PDF) The Need for Standardized Assessment of Muscle Quality in Skeletal Muscle Function Deficit and Other Aging-Related Muscle Dysfunctions: A Symposium Report | Iva Miljkovic-Gacic – Academia.edu
  2. 鍾承穎、洪啟智、黃尚志、陳鴻鈞(2012)。生物阻抗分析於內科學之應用。內科學誌,23(4) 245-253。