【文獻分享】俯卧撐的生物力學

03-06

註：本文是文獻期刊，讀起來會有點晦澀，請耐心一點。文章標題和作者如上圖，由我翻譯整理髮表。

介紹

一直以來，俯卧撐都被作為一種評估局部上肢肌耐力的方法。各種各樣限時與不限時的俯卧撐測試通常也被用來作為健身評估的一個部分，並且這些測試已經在廣泛的人群中得到驗證（23）。此外，研究顯示俯卧撐能力與平板卧推的重複次數（以自身體重的百分比來完成）相關性非常高[1]，因此俯卧撐可作為一種有效且不昂貴的自由重量測試選擇。

在健身計劃中，俯卧撐被廣泛用來發展上肢力量、爆發力以及肌耐力，可謂是計劃中的主要動作。俯卧撐也被力量與體適能專業人士用來訓練棒球運動運（10）、拳擊運動員（22）以及武術運動員（13），並且也是美國軍事基礎訓練計劃中的主要動作（18）。超等長俯卧撐（增強式訓練的一種）也被認為能夠最優化上肢牽張縮短循環帶來的適應。

雖然俯卧撐中的負重會由於個體的體重和人體測量學而受到限制，但是該動作有很多生物力學上的變式，可以通過給目標肌群帶來較少或者較大的刺激來改變肌肉活性。這些變式通常包含了改變手和腳的位置，這就會影響肌肉募集模式以及關節壓力（3,15）。其他的變式還有使用不同的工具，比如不穩定平面，懸掛設備以及特殊制定的俯卧撐器械。然而，就個體需求以及客戶目標而言，這些變式的影響通常都沒有被很好地理解。因此，本專欄的目的有兩點：首先，查閱有關俯卧撐生物力學方面的研究；其次，對其在運動表現上的應用給出實際的建議。

俯卧撐的生物力學

標準的俯卧撐要求從頭到腳膝關節，髖關節，骨盆以及脊柱保持在一條直線上，同時屈曲和伸展肩膀和手肘來使身體上下活動，並且肩胛骨前伸後縮來加大盂肱關節的活動範圍。

下表展示了在文獻中發現的標準俯卧撐動作中的生物力學數據：

俯卧撐可以通過各種各樣的形式完成，以此帶來不同的肌肉募集模式。跪姿俯卧撐縮短了力臂，在頂部負重降低至自身體重的54%，在底部負重降低至自身體重的62%（19），並且很大程度上降低了主動肌（9）和核心肌群的要求（11）。

可能最流行的變式就是改變手的位置了。雖然可以有很多種手的位置，但是最常見的分類是寬距（150%肩寬）、正常握距（肩寬）、窄距（50%肩寬）（9）。通常都認為寬距會比其他的位置對於胸大肌的激活程度更高，而窄距最大化了肱三頭肌的激活程度（8）。這與應用解剖學的基礎原則是一致的。胸大肌是主要的水平屈肌，將手肘打開就會改善肌肉的長度張力關係，因此提高產生更大力量的能力（12）。另一方面，窄距並且手肘靠近身體會讓胸大肌處於生物力學的不利位置，這樣就會對肱三頭肌的要求更高。然而，評估俯卧撐中肌肉募集模式的肌電圖（EMG）研究發現窄距俯卧撐不僅比寬距對於肱三頭肌的激活更高，而且同樣對胸大肌的胸骨部激活更高（4,9）。

在這些研究中還不太清楚的是動作是在水平面（手肘打開）進行的，還是矢狀面（手肘靠近身體）。與常規認知相反的是，當手處於非常窄的位置時，手肘就比較容易打開，將動作導向至水平面。如果這些研究確實發現了在矢狀面內胸大肌胸骨部激活更高，那麼就需要更多的研究來解釋這個悖論。此外，由於胸大肌鎖骨部是主要的肩膀屈肌（17），我們就能猜測在矢狀面內的俯卧撐能最大化的激活這塊肌肉。就作者所了解的知識而言，這還沒有被研究過。

此外，將軀幹相對於手向前或者向後也會影響肌肉募集模式。將軀幹相對於手向前移會增加胸大肌的激活程度並且降低肱三頭肌的激活程度；將軀幹相對於手向後移會導致胸大肌和肱三頭肌的激活程度輕微提高（9）。

腳的位置通常也被用來改變肌肉募集模式。Ebben et al.（5）評估了俯卧撐變式的垂直於地面的峰值反應力，包含了標準俯卧撐，跪姿俯卧撐，腳分別抬高30.5cm和60.5cm的俯卧撐以及手分別抬高30.5cm和60.5cm的俯卧撐。腳抬高式俯卧撐比其他的俯卧撐變式產生了更高的地面反應力。當以全身體重百分比來表達時，負重從最低到最高的順序是手抬高60.5cm的俯卧撐（自身體重的41%）、跪姿俯卧撐（49%）、手抬高30.5cm的俯卧撐（55%）、常規俯卧撐（64%）、腳抬高30.5cm的俯卧撐（70%）、以及腳抬高60.5cm（74%）的俯卧撐。

另外一種俯卧撐變式就是使用不穩定平面。與標準俯卧撐相比，BOSU球俯卧撐能夠提高一些肩胛骨穩定肌的激活程度，有斜方肌上中下束，但是前鋸肌的活性卻降低了（20）。Lehman et al.（15）的研究發現腳的位置比手的位置高的俯卧撐與將手放在不穩定平面上（穩定球）的俯卧撐相比，對於肩胛胸椎穩定肌群的刺激更大。從訓練的角度來看，與手放在穩定球腳放在地上做俯卧撐相比，做腳抬高式的俯卧撐對於肩帶穩定肌的挑戰以及要求更大。

Lehman et al.（14）還發現手在穩定球上做俯卧撐會顯著提高肱三頭肌的激活程度。與相同角度在板凳上做俯卧撐相比，穩定球俯卧撐還能提高胸大肌、腹直肌、腹外斜肌的激活程度，而與腳放在相同角度板凳上做俯卧撐相比，腳放在穩定球上做俯卧撐並不影響肌肉活性。另外，Marshall和Murphy（16）發現在穩定球上做俯卧撐會比穩定平面有更高的肱三頭肌和腹部肌電圖活性。這些結果表明只有當不穩定平面是主要支撐點時才會增加動作中的肌肉激活程度。從肌肉激活的角度來看，只要軀幹角度保持一致並且手（而不是腳）放在不穩定平面設備上，做穩定球或者BOSU球俯卧撐似乎就會比穩定平面俯卧撐更高效。

俯卧撐還能在懸吊設備上完成，並且專門用來改變手的位置。Beach et al.（2）發現懸吊俯卧撐比標準俯卧撐對於核心肌群的刺激更大。有一種設備，就是我們常見的俯卧撐把手，被認為能從生物力學上給俯卧撐帶來更好的結果。Youdas et al.（24）做研究調查了該說法的有效性，他用肌電圖檢測了在寬距、中等距離和窄距下用這種把手做俯卧撐和標準俯卧撐的肌肉活性。被研究的肌肉有肱三頭肌、胸大肌、前鋸肌以及三角肌後束。兩組之間的肌電圖分析並沒有什麼顯著性差異，因此研究者們認為這種把手與標準俯卧撐相比似乎不能增加肌肉的募集。

最後，還可以調整動作的速度來改變俯卧撐的生物力學。就胸大肌和肱三頭肌活性而言，擊掌俯卧撐比標準，慢速離心，一手在葯球上，手一前一後，手在兩個球上，兩隻手在一個球上，單臂，交替增強式的俯卧撐變式都要好（6）。進階形式的增強式俯卧撐對背部有問題的人可能不太好，因為使用藥球的交替增強式俯卧撐被發現能夠給腰椎帶來6224N的壓縮力（6）。

也還有其他的方法能用來降低或者提高動作的難度。比如，牆壁俯卧撐（手放在牆上做）和跪姿俯卧撐對於上肢力量有限的人就比較合適，而單臂或者單腿俯卧撐就可以讓動作挑戰性變高。另外，負重背心、彈力帶、鐵鏈以及各種不穩定平面也可以被用來進一步挑戰上肢肌肉。下表展示了一些俯卧撐變式，以動作難度水平來分類：