走路用腿走啊，甩胳膊有啥用吗？

出处 | 果壳（Guokr42）

坐在街边，常能看到背着手慢慢踱步的大爷、用力甩着胳膊快走的大妈，不过更多见的走路姿势是随着迈步轻轻前后摆动手臂。

走路的时候，直接推动身体向前的是腿脚，可多数人还是会自然而然地甩起胳膊。那么，步行时摆臂是为了什么，又是怎么摆起来的呢？

用手摆动模型小人的腿，它的胳膊会自动跟着甩，我们走路也是这样吗？| 参考文献[1]

摆臂省力

除非猛甩或顺拐

关于摆臂的用途，可能的解释包括减少能量消耗及增加身体稳定性等等，甚至有研究者认为这只是四足行走的进化遗物，根本没用。现在科学家们还没有把所有机制理清，不过观点一致的是，走路时自然摆臂比较省力。

一项研究对比了7种不同摆臂方式下走路的能量消耗，其中包括自然摆臂、大爷的不摆臂、大妈的用力甩以及顺拐（同手同脚）[2]。

各种步行摆臂方式：左上-自然摆臂，右上-手臂被固定在身体上，左下-手臂前摆到与肩同高，右下-顺拐 | 参考文献[2]

结果显示，以每小时4.5公里的速度步行时，相对于自然摆臂，顺拐或很用力甩手的姿势明显更费力，能量消耗分别增加了15.3%和17.5%。不摆臂的走路姿势也更费力，刻意让手臂垂在身体两侧比自然摆臂多消耗12%的能量。

看到这些数据，就知道想省力和想增加能耗时分别该怎么摆臂了吧（不要打顺拐的主意）。

步行相同距离，不同摆臂方式下的能量消耗对比（以耗氧量衡量）| 参考文献[2]

如果比较大爷和大妈走路姿势的能量消耗，在速度相同的条件下，结果主要取决于大妈甩手有多用力。摆臂幅度比自然走路稍大的话，大妈走路更省力，但把手甩到与肩同高时反而比大爷的姿势费力。

除了节能之外，摆臂的其他作用目前还不十分明确。在平稳步行的状态下，有研究认为手臂摆动有助于维持身体侧向稳定性以及头部稳定，也有研究认为没有作用，甚至有负面影响。不过，多数研究者认为，因磕绊等失去平衡时，摆动手臂有助于身体重新恢复稳定[1, 3]。

图 | giphy

胳膊抵消腿旋转

为下肢省劲

摆臂本身会消耗一定的能量，走路的全身总能耗却可能因此降低，这是因为手臂为下肢节省了更多能量[4]。

人走路不摆臂的时候，脚蹬地面的方向并不指向正前方，而是存在一定的旋转。比如右脚向前迈步时，从头顶向脚下看，身体有一个逆时针方向的角动量，下一步迈左脚时角动量变为顺时针。这个由逆时针至顺时针的方向改变，需要人消耗能量蹬地产生。

而自然摆臂会在前迈右脚时产生顺时针的角动量，几乎可以抵消下肢在这个平面上的角动量，也就减少了迈步所需要的能量（关于角动量与步行的更多内容）。

右脚前迈时，下肢存在逆时针角动量，摆臂提供顺时针角动量将其基本抵消 | 参考文献[4]

抵消下肢角动量是摆臂让走路省力的最主要原因，其他机制如减少身体质心上下移动等可能也有一定作用。

另外，很少的能量就足以维持步行中的手臂自然摆动，活动肩部和肘部所需的力只有腿部关节的百分之几[5]。这时，摆臂为下肢节省的能量明显大于摆臂本身的成本，从全身总能量消耗来看，自然摆臂比不摆臂省力。

但如果太用力甩胳膊，让其能量成本超过了为下肢节省的能量，摆臂反而比不摆更费力。至于顺拐，这时手臂摆动产生的角动量与下肢方向相同，因此让下肢蹬地更加费力，比不摆臂走路消耗能量更多[2]。

不同摆臂方式下的全身、手臂及下肢角动量对比 | 参考文献[2] 

即使不用力

胳膊也会自动甩

这样看，走路摆臂确实是可以省力的，接下来回到第一张图片的问题，人的胳膊是随着迈腿自动甩的，还是被肩部肌肉收缩拉动的？

近两百年来，科学家一直在研究摆臂是被动还是主动的。最初，研究者记录了步行中身体各部位的运动，分析后认为手臂摆动只是胸肩运动、重力和惯性的结果，完全是被动的，就像文章开头那个模型小人。

近期一项研究将人手臂绑在身上，肩上连接可以自由摆动的“假臂”，发现“假臂”也会随着迈腿前后摆动（左图为摆动的硬木棍，中图为软绳子，右图示肩连接处）| 参考文献[5]

一百年后，有研究者重新分析了之前记录的数据，认为作用在肩关节上的力不止有躯干带动和手臂重力，还有其他力参与了摆臂，比如肌肉收缩、肌腱或韧带等结构的牵拉。

几十年后，人们通过肌电图检查发现，步行时控制手臂的肩背肌肉确实在用力，支持了摆臂存在主动成分这个想法。之后研究者建立的模型也显示，虽然没有肌肉活动时手臂也可以摆动，但会出现令人不舒服的急速运动，不像人自然摆臂时那么平顺[3, 4]。

到现在，步行时手臂摆动的机制仍没有得到确切解释，多数研究者认为，摆臂很大程度上是被动的，只有一小部分来自肌肉收缩，这种主动控制可能帮助调整摆臂幅度、保持平顺和四肢配合默契[6]。

看完这些再站起来走几步，仔细去体会胳膊与腿的配合，你大概能感觉到……不会走路了。步行时四肢的运动及其配合非常精巧，但过程主要由脊髓中的神经元网络自动控制，而不是大脑皮层。不用集中注意力控制动作，我们的身体自己就可以协调好上下肢，找到最省力的步调。

忘记怎么走路了？别急，想点别的事，身体会带你好好走丨giphy

参考文献

[1] Pontzer H, Holloway JH 4th, Raichlen DA, Lieberman DE. Control and function of arm swing in human walking and running. J Exp Biol. 2009;212(Pt 4):523-534.

[2] de Graaf ML, Hubert J, Houdijk H, Bruijn SM. Influence of arm swing on cost of transport during walking. Biol Open. 2019;8(6):bio039263.

[3] Meyns P, Bruijn SM, Duysens J. The how and why of arm swing during human walking. Gait Posture. 2013;38(4):555-562.

[4] Park J. Synthesis of natural arm swing motion in human bipedal walking. J Biomech. 2008;41(7):1417-1426.

[5] Collins SH, Adamczyk PG, Kuo AD. Dynamic arm swinging in human walking. Proc Biol Sci. 2009;276(1673):3679-3688.

[6] Goudriaan M, Jonkers I, van Dieen JH, Bruijn SM. Arm swing in human walking: what is their drive? Gait Posture. 2014;40(2):321-6.

作者：代天医

编辑：odette