直立行走是人类的独有特征吗（直立行走起源与人类肢体疾病解析）

秦泗河

纵观亿万年的生物进化，新物种的出现与种群分化，人类个体从胎儿、婴儿、少年、青年、中年、老年的演变过程，首要表现的是有机体“肢体形态与功能重建”的变化。出生于俄国的美国著名生物学家杜布赞斯基（T.Dobzhansky）曾说：“若无进化之光，生物学毫无道理可言”。

截止到2020年12月，秦泗河矫形外科手术治疗各类肢体畸形残疾36109例（已建立手术病例数据库），其中救治了数千例经典外科手术难以治疗的重度四肢畸形残缺、骨科疑难与罕见肢体疾病，使680多例术前仅能爬行、蹲移，依靠轮椅代步的残疾病人，术后恢复了站立行走的能力，重获做人的尊严。秦泗河矫形外科团队很少用昂贵的手术器械，手术方法简单，医疗费低廉，极少发生严重手术并发症，优良的治疗效果吸引了境外12个国家的肢体残疾病人来就医手术。为何能用简单方法治愈上万例肢体畸形残缺、骨科疑难杂症？原因之一是秦泗河医生近20年来对人类进化与矫形骨科临床之间进行了多角度的贯通思考与临床验证，解析了从生物骨骼的起源与演变阐述人类肢体损伤与重建的历史规律。自觉用达尔文进化—自然选择、适者生存以及遗传与变异等本源理论看待生命现象、健康与疾病，解析医术、医器与医道之间的关系，形成能用简单方法解决复杂问题的临床思维主线。因此，介绍脊椎动物骨骼演化史，人类直立行走的身体结构特点、行为方式与其他灵长类动物的差异，探索直立行走与人类肢体畸形骨科疾病发生的一些内在联系，期望指导临床医生对生命本源与肢体修复重建的本源性思维。

一、从原始生命到人的进化历程

约700万年前人类与黑猩猩分手，直立起来用双足行走，开始走向属于人的大道。而人类的脑量快速膨胀约在不足200万年前才开始，比人类直立行走晚了几百万年。因此，直立行走引发了人类解剖学上的巨大改变，比如上肢和下肢长度比例变小以及随之而来脊柱，骨盆和整个下肢的力学适应性改变等，这为其它方面的天择演化奠定了基础。

从单细胞生物进化到脊椎动物经过了20多亿年的时间，占了整个进化史的2/3。从生物进化的时间跨度上也说明了脊椎动物结构的复杂性。脊椎动物进化成灵长类动物用了约3亿年，而灵长目进化到成人猿超科动物仅用了2000多万年的时间。与38亿年的生物进化史比较，仅是短短的瞬间。大约在15万年前智人在地球上出现了，从此人类的形态与脑的重量就基本没有改变。由此昭示出一个奇特的现象，就是脊椎动物的进化速度越接近人的阶段，其变成新物种的“转型周期”越短。文化繁荣与科技发展使得绝大多数人过上了较富裕生活，社会选择的进化驱动力大于自然选择力，由此产生了与直立行走相关的结构缺陷与“失配性疾病”，如膝关节与足踝畸形，颈椎病、腰腿痛、股骨头坏死塌陷、脊柱侧凸、高血压病、内脏下垂、阑尾炎、痔疮、难产、近视眼、肥胖病、糖尿病等。

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二、脊椎动物的出现为人类的诞生打下了基础

脊椎动物是生物进化史上低级迈上高级的分水岭。以脊椎骨为轴心机体形成完美的对称结构，脊椎是身体运动中轴和中枢神经的保护屏障。背神经管分化成脑和脊髓，中枢神经系统两元化结构，低级中枢拥有一定程度的自主反应能力，能够根据环境的变化，发出更准确的神经指令，加上头骨就形成了动物的头部。嗅、听、视觉等感觉器官集中于头部，增加了对外界感知的敏感度与广度，完成了中枢神经系统对全身运动与生理的调节，为陆生爬行纲、哺乳纲动物的诞生奠定了基础。

低级脊椎动物（如鱼）脊椎全由肋骨包绕，爬行类仅颈椎出现，故身体的灵活性运动受到很大限制。进化首先表现在颈椎、腰椎部的肋骨退化，到哺乳动物形成了灵活的颈部与腰部两个躯体的多自由度的旋转中心（图1），从此人类管状骨的生长、发育过程与其它哺乳动物基本相同（图2）

图1脊椎动物骨骼的进化图（脊椎动物越进化到高级阶段颈部和腰部的肋骨退化，最终出现颈椎和腰椎两个灵活的运动枢纽） A 鱼；B 蝾螈类；C 爬行动物；D 地球上已消失的雷赛兽；E 陆地哺乳动物

图2 人类和其它陆地哺乳动物管状骨的形成、生长、重建和发育成熟过程。人类肢体发育开始于妊娠的第4周，第6周出现软骨细胞与血液循环，第8周形成初级骨化中心伴随着血管侵入，在中心的两端软骨区域变成生长区域，出生后才形成次级骨化中心。

组成人体脊椎的33块骨头中，每一块骨头又有6个关节，向6个不同的方向旋转，这个现代机械自动化控制的“六维自由度”相互验证，证实了进化之完美，6个自由度可以形成无数个不同转动方向的排列组合，但其中任何一种非正常的组合都有可能造成身体的不适。所有哺乳动物都有7个颈椎，颈椎牺牲稳定性，增加了灵活性，可以给人以更好的视觉和听觉空间，更好适应复杂的自然环境；人的腰椎由其他脊椎动物的6-7个减少至5个，牺牲了灵活性，增加了稳定性，平衡脊椎运动的尾巴消失，骶椎融合在一起，从腰椎向下的肢体进化，无不以稳定性为最高目标，颈椎水平的上肢进化，则以灵活性为最高境界，这是直立行走，自然选择的结果，也是腰椎疾病与腰背痛进化不完善的根源，也是秦泗河四肢矫形的灵魂所在，大道至简，秦泗河矫形外科之所以能够化繁为简，就在于他深深植根于进化论的理论基础上，并且在中国乃至全世界范围内，进行了迄今为止最大样板的实践探索。

在其它灵长目动物，脊柱原本起到拱顶的作用，一旦人类直立起来它就只好充当承重的立柱了。为了支撑我们的脑袋并平衡髋关节和下肢以上的体重，幼儿在发育过程中脊柱演化成S形弯曲（图3），从而维持了人体平衡和省力的双足运动，使我们的直立行走成了节能杠杆。但也为人类颈背部疼痛、脊柱多发性疾患留下了隐患。

图3 脊柱弯曲的形成过程，婴儿坐位时脊柱弯曲弧出现，具备抬头能力后，颈曲出现；直立后逐渐形成与下肢持重力线相符合的脊柱矢状位“S”形弯曲。

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三、人手的诞生过程

人类在运动行为上最特有的物种区别是两只手得到完全解放与自由自在的运动，肢体进化的终极目的是将手放到能够发挥其功能的最佳位置。某些灵长类动物的前爪正在向手的方向演变，但从结构看，他们的前爪还不能运用自如，大拇指不能完成与其它四指的对掌动作，奔跑时常常需要前爪辅助。由灵长目前爪演化成人手的基本过程可能是：灵长目攀缘、采摘的树栖生存方式，使上肢的功能与结构逐渐发生有利于灵活运动的变化与相应神经系统的复杂调控。环境的变化迫使下到地面生存的猿类，为了能眼睛平视远方逃避风险，更好的采摘食物，不定期的直立或半直立行走。胳膊变短，腿变长，如此，能腾出前肢并在前肢的辅助下进食，学会对同类拥抱、抚摩、用胳膊携带幼儿等温情行为，这些行为都增加了前爪进化成人手的内在动力需求。灵活、复杂的行为需求世代积累，便可能促成个体的微小变异或基因突变，使运动器官结构的改变与功能升级，这就是内因的累积进化。从不同种的哺乳动物与人前肢的比较解剖学，可以证明人手的演化过程（图4）。

图4 哺乳动物前肢经过选择和适应导致的变化，人类、猫、鲸和蝙蝠的同源性骨骼构成，已具备了各自物种的特定功能，但都有5个趾（指）骨 （选自恩斯特.迈尔著.进化是什么.第25页）

目前生活在地球上的250多个灵长类物种，大猩猩、黑猩猩与人的血缘最近，人与黑猩猩的基因98.87%是相同的,远小于黑猩猩与其它灵长目的基因差异，而形态的主要差异在骨骼与皮肤。手与舌头在人的大脑皮层功能代表区所占的区域最大。脑科学研究发现，手在进行精细运动时如弹钢琴，会促使脑血流量明显增加，证明了手的劳动与语言的形成促使了人脑的发展，手的精细运动必然与人类的心理活动联系在一起，这是进化论角度理解“心灵手巧”的功能解剖学基础。

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四、人类的“幼胎持续”现象

人是所有哺乳动物中“幼胎持续”或生长发育期最长的动物，幼儿从10～15个月学会站立行走，20岁以后，行走的方法（步态）才基本定型（图5）。从幼年到成年，身体的骨骺一般于22～25岁才完全闭合。生长期几乎占整个生命周期的30%。而其他哺乳动物幼儿的生长期一般约占生命周期的1/5~1/6。如此漫长的运动系统发育过程，使人类出现比其它高等脊椎动物多的骨关节发育障碍性疾病。大自然之所以给人类规定这么长的生长、发育周期，主要原因是由于直立行走、股骨头迫使双髋臼内陷，骨盆缩窄，难产率增加，迫使婴儿只能在未发育成熟之前（幼胎阶段）即降生（图6），一岁左右才学会基本的站立和行走（图7）。且人类属于社会性动物，身体发育与智能发育必须同步，且必须经过长期的教育和实践经验，才能成为合格的具有独立生活与善于劳动的社会人（表1-1-1）。

图5 幼儿初期行走脚掌是平的，双膝关节轻度内翻。

图6 直立行走使人类的双髋臼窝加深，减少了小骨盆的直径，迫使婴儿在未发育成熟之前降生。直立行走是造成人类早产、难产、婴儿窒息的主要原因。

图7 幼儿、成年人与黑猩猩站立状态的比较，显示初期学习站立、行走的幼儿与黑猩猩的站立姿态相似（摄于纽约自然博物馆）。

表1 此图显示人的运动生理功能，25岁发育成熟，55岁即开始下降，而心理和社会智能（学习）的发育于60岁才达到顶峰，70岁以后开始下降

（摘自《人体发育学》第1章13页）

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五、人类直立行走的代价

（一）运动障碍性疾病

四足行走的脊椎动物快速演变为两足行走的人，赢得了双手的自由和大脑的智慧，但形成了并不完善的人体结构。为了支撑身体的重量并缓冲直立移动所形成的冲击应力，四肢的关节和脊椎骨都变大了，足部也演化出了足弓，关节与肌肉的总数增多，全身约282个关节，639条肌肉，还有无数的按规律分布的韧带，使人体的灵活、精细运动与平衡功能达到高等动物的顶峰。但双足着地直立行走终究是一个不稳定的结构，人体不管采用什么样的站立行走方式（包括走钢丝的杂技演员），必须维持身体的平衡，即从头到足的着地着力部位必须保持动态的相对垂直的持重力线，如此，人体才能完成在各种不同的地面行走。一个看似简单的站立、行走运动，需要内耳的平衡器官，深浅感觉、无数条神经、肌肉的参入调节，如果其中有一个环节出现问题，就会产生运动与行走功能障碍有关的疾病。

（二）颈椎病

枕骨大孔是颅骨连接脊柱的位置。在四足行走的哺乳动物，枕骨大孔朝后，头位于脊柱的前方，扑获食物与生存斗争主要靠牙齿的撕咬和头部（牙齿）的强力运动，且需要克服头下垂的垂直剪力，颈椎比腰椎强壮、粗大（图1-1-8）。人类的脑袋增大，枕骨大孔朝下使头颅位于脊柱的顶端，枕骨大孔的横断面与眼窝的横断面几乎相交成直角（图1-1-9）。头的重量相对垂直的压在躯干上，头能后仰，基本脱离了头下垂的剪力。不需要强壮的椎骨与颈部的肌肉支持，更需要颈部的柔软自如的运动与美学要求，由此使人类的颈部较之于相同体重的其它哺乳动物明显变细（自幼不从事体力劳动的女性脖颈更细软）。这个进化上的优点也就成了颈椎间盘应力增加的弱点，证明了人的脖子不能长时间一个姿势或长期低头位置下工作，也不能经受快速、暴力的剪切运动，否则很容易发生颈肌劳损、损伤和各种类型的颈椎病。

图8 人类与大猩猩脊柱、骨盆结构的比较，人的脊柱呈“S”形，椎体从颈椎到腰椎逐渐变大，大猩猩的脊柱呈弧状，颈椎椎体>腰椎，骨盆呈划船木浆样形状。

图9 灵长目动物进化成人类脊椎角度与眼眶角的变化，是某些先天性眼部畸形、眼睫毛内翻倒睫病的根源

（三）脆弱的腰部

在胚胎发育过程中，脊索是原始的中枢支架，胎儿在第10周才形成完整的软骨性脊椎，后逐渐发生骨化，至青春期后在每一节脊椎上就出现5个二次骨化中心，直到25岁左右腰椎的骨化中心才能完全融合。

现代科学对人类腰部的结构、生理、类型、协调运动轨迹与老化过程，腰部疾病对全身健康的影响等，还有许多未知数。但有一些观点已经得到科学界与社会界的公认，如男人普遍喜爱细腰肥臀的女性,奥斯汀大学的辛格教授认为细腰、肥臀的女性运动的灵活性与生育能力都高于同龄腰粗的女性，最迷人的腰臀比例在0.6-0.7之间，它维护腰椎灵活性运动的存在，是个体健康与生活质量的一个重要指标。因为，从事任何运动都几乎不同程度的有腰椎的参入，腰部是机体的重心，名副其实的人类运动枢纽，是脊椎动物进化成人类后，最突出的薄弱点。

人类的脊柱结构除了尾椎退化之外，颈椎、腰椎的个数和结构，基本保持了四足哺乳动物的特征，尤其是椎间盘的结构并不太适应于长期的站立和高强度劳动，腰椎间盘约在30岁左右就开始退变。腰椎的急性扭伤与慢性劳损非常多见，如腰肌劳损、椎间盘疾患、腰骶部疼痛等。若腰围≥臀围者，必然影响了腰椎的灵活性，容易继发许多代谢性与心、脑血管性疾病，平均寿命会缩短。因此骨科医师临床上制定腰椎疾病治疗策略时，应首先考虑如何尽量保留腰椎的灵活性运动，具备进化解剖学和功能解剖学的理念，不轻易进行融合性手术。如椎间盘脱出的治疗从直立行走的要求看，治疗的基本原则是消除对神经根的压迫，恢复腰部的灵活运动，而不应该固定，甚至融合其关节。

（四）脊柱、髋、膝关节畸形

特发性脊柱侧凸、发育性髋关节脱位、股骨头缺血性坏死、膝内、外翻畸形继发骨性关节炎等，也属于人类直立行走的代价，尚未发现其它的哺乳动物患有以上类似的骨科疾病。如果从脊椎动物进化的角度探讨这些疾病的发生原因与病理转化过程，有助于我们跳出纯技术的圈子看问题，提出更符合生物学和人性化的预防和治疗方法。如特发性脊柱侧凸至今病因不清，但目前的矫正与融合脊柱关节的治疗原则，不符合脊柱灵活性运动的生理要求，从进化骨科学理念看待，脊柱的进化过程乃至亿万年进化的缩影，进化的终极目的是从最初的僵硬性脊柱转向功能强大的灵活性脊柱，这种灵活性是建立在稳定性基础上的一个动态平衡，从而完成更多的生理功能。一旦这种进化过程出了问题，动态平衡被打破，脊柱则不可逆转的重回僵硬的老路，生理运动机能大打折扣，强制性脊柱炎就是一个典型的例子，因为未来能否用生物进化这个大统一场的理论，分析脊柱侧凸畸形的发生、发展与人类直立行走之间的个体关系，探讨脊柱的平衡运动与头颅的位置，分析不同个体的生存环境、躯干类型以及与步态之间的关系。采用不融合或尽可能少的融合脊柱关节而矫正脊柱畸形的方法，尽量为患者重新建立一个获得最大收益的动态平衡， 可能是脊柱侧凸畸形矫正的最有价值的研究方向。股骨头缺血性坏死与扁平髋目前研究的重点集中在股骨头血液循环的障碍，而其真正的发病原因是人类直立行走、生活方式改变与医源性因素。

（五）与行走有关的足疾病

树栖生活的猴类，手和足的外形与骨关节结构相似。前足向内旋转，足内缘凹陷，外缘凸起。足跟不负重，故跟骨较小。美国人类学家曾研究比较体重160公斤的雄性大猩猩比体重45公斤的女人的跟骨还小。为适应人体直立行走的需要，跟骨发育成足最大的骨骼，且皮质骨较薄，松软的网状海绵骨很多，如此，可减少跟骨着地时震荡。具有弹簧作用的纵弓和横弓在幼童发育过程中形成；踇趾与第二趾靠近平行，足的跖屈内翻肌力明显大于足的背伸外翻肌力，足部韧带发育壮大，而足的内在肌萎缩退化。这些足的结构和形态变化适应了足的稳定站立、行走、跑跳时的弹性推进与节省运动能量的效应。

由猿猴灵活的具有抓握等功能的后爪，变成“只能推动身体前进与缓冲前进中震动的人足” （图10），结构演化的并不完美，如足的稳定与灵活之间的平衡还不协调；经常发生足的内翻性扭伤，足内翻畸形的发生率远多于足的外翻畸形，足踝骨间韧带演化的强度尚达不到人类长期站立的承重要求。先天性马蹄内翻足、爪形趾、踇外翻畸形以及平足症、疼痛性鸡眼、踝关节退变性疾病十分常见。若用生物进化的思想和人类直立行走的代价，解释足踝疾病的成因，会启示我们对这些疾病提出更合理的预防和治疗原则。例如，促进成为智人的六大运动原始行为—游泳、爬树、唱歌（包括舞蹈）、跑步、祭祀（神灵与先祖）与手艺目前有多少青少年还在坚持以上运动戏耍行为？世界上流行的潘塞提（Dr.Ignacio Ponseti）马蹄足矫正方法，将手法、石膏、矫形器与有限矫形手术结合在一起，凡两岁以内的松驰性畸形足患儿，可以不开刀、仅需要很少的医疗费就能治愈。本方法的理论基础就是利用足的生物学和功能解剖学，认为马蹄内翻足畸形的发生并非是先天性原因，而是与足的结构和进化有关的发育性原因。

图10 人足与猿足的比较，人足专司站立、行走的功能。

上图：A 猿猴树栖生活足无纵弓，第一跖骨向内张开。

B 人直立行走，形成足弓，跟骨发达，第1、2跖骨靠拢足专司站立行走。

下图：猿猴的手和足都具有相同的抓握功能。

图11 类似马蹄足样畸形改变，是人类最常见的足病

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六、从进化论和自然重建角度认识骨科疾病

生命的起源、人类的诞生与演化以一种我们尚难以理解的自然过程在继续发展着。大自然是生命机体创造、发展、分化、摧毁、重建的魔术师，而我们仅仅是地球演化史上新近出现的过客，“自然大学”的小学生。任何科学研究、发现发明、技术创新、临床医疗等过程，都根源于自然的智慧与能量的供给，人类所知道的知识（包括对人体自我的认识）只是宇宙大学知识库的很小一部分，有些知识，如宇宙、生命的起源与演化、基本粒子的存在与运动方式、人类大脑的诞生及精神现象等，由于不能复制演化过程可能永远不能真实了解。

每个人都应该自知我们的身体有个进化故事，解释了为什么我们的身体是现在这个样子？从而使我们获得如何避免生病保持健康的常识！这就要求临床医生将思路回溯到祖先从猿类分化出来并开始直立行走的过程，从人体过去的故事中吸取经验教训，并将其应用到现在和未来。信息—智能化时代，我们最有力的进化动力不是生物学进化，而是科学与经济影响下的文化进化）。

人体运动系统对创伤、疾病、肢体残缺的巨大自然修复机制与代偿能力，现代科学尚没有充分了解，骨科医生可以在活体上进行各种操作、治疗，用显微外科等技术进行组织移植，但不能创造人体的任何生命组织。因此，临床决策应从大宇宙观的角度，依据自然的规律驱动生命之力调动组织细胞再生的潜能，修复或部分修复残缺的组织，改善运动功能。用人工产品替代或重建肢体的形态与功能，也必须从生命起源与运行的本质、个体生活的模式思考、论证替代重建的利弊。

科技的快速发展与生活模式的改变，使得人类上百万年进化出的直立行走功能又回到坐位看电脑工作的状态，行走奔跑运动与体力劳动减少大量适配性疾病涌现如，糖尿病、血管性疾病、平足症、骨性关节炎等。如果能把关爱健康的医学思维引伸到大自然界的深层结构，则能容易解释这些系统性疾病的发生发展与提出适宜的防治办法。例如，青年女性为了性感美穿戴露肩衣、超短裙、高跟鞋，是颈椎病、肩关节疾患、膝关节骨关节炎、踇趾外翻畸形的重要原因，超出生理的持续运动与竞技训练，容易继发关节软骨的慢性损伤与腰肌劳损，孩童期间就穿硬底皮鞋，有碍足弓的发育与重塑。

21世纪的医学最欠缺的不是高科技，而是欠缺医学界失去了走向自然的诗意生活，必然消磨了医生的哲学思考智慧。医学工作者如果不了解进化的某些方面，就无法理解我们身边的生物世界；无法理解人类的独特性、个体的差异性；无法理解众多的遗传、免疫性疾病及其可能的治疗办法；无法理解细菌的抗药性、某些人的过敏体质、机体的结构层次及内外环境的和谐调节等问题。直立行走使人类得到了高效率的直立移动能力,却换来髋、膝、踝、足关节众多的特有疾病和潜在问题，秦泗河团队用“进化医学”中关于遗传、免疫，自然选择与社会选择进化的等思想指导临床，较容易洞悉生命运行的本质（疾病也是一种生命现象），从而能用用简单方法解决医学上的许多复杂问题。

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