「為了測試我的心的容積,他在裡面傾倒眼淚,直到滿溢以後測得,我的心的容積是89公升。」——林婉瑜〈一些精密的測量〉[1]
自古以來,人類就像天生的探險家,不斷探索著各種奧秘。仰望星空時,我們想知道宇宙的邊界在哪裡;俯視大地時,了解生命的起源為何;我們深入海洋,想發現未曾見過的物種;我們剖析物質,想理解原子的結構。 在這些無數的探索中,有一個問題始終跟隨著我們:「我們自己——這個會思考、能感受、會創造的存在,究竟是由什麼組成的?」
這個問題看似簡單,卻蘊含著深刻的哲學和科學意義。古埃及人將身體當作靈魂的容器,發展出精密的木乃伊技術,在一次次的實作中慢慢認識了人體的構造。古希臘的哲學家們提出「四元素說」[2],認為一切物質,包括人體,皆由火、氣、水、土所組成。中國古代的醫學家則用金、木、水、火、土來理解人體[3],以同一套語言來解釋天地與人身。

這些早期的探索雖然充滿哲學的色彩,其實都指向同一個根本的追問:我們究竟是什麼?隨著解剖學、化學、物理學的發展,這個古老的問題開始從思辨走向實證。我們不再只是猜測,而是開始測量、分析,一點一點地理解這個與我們如此親近卻又陌生的存在。
現代科學家如何精確測量我們身體裡有多少脂肪、肌肉和骨骼的?這個延續了數千年的問題,在近一個多世紀裡有了革命性的答案。
1896年,科學家發現可以透過測量魚的密度來判斷魚油含量。密度越低,油脂越多。這個看似不起眼的觀察,竟然成為現代身體組成分析的起點。 到了1942年,科學家Behnke將這個概念應用到人體上,發明了「水下秤重法」。他讓人完全沉入水中測量體重,再利用阿基米德原理計算身體密度。由於脂肪密度較低(約0.9 kg/L),肌肉密度較高(約1.1 kg/L),便能藉此推算出身體的脂肪比例[4]。
當時這樣的體組成分析,將複雜的人體簡化成脂肪組織和去脂肪組織。這個模型在身體組成分析的領域裡用了超過四十年,它簡單、實用,在當時的技術條件下也相當準確。但這個兩成分模型建立在一個前提上:假設所有人的去脂肪組織組成皆相同——水分含量73.2%、蛋白質20%、礦物質7%左右。但現實當然沒這麼簡單,不同年齡的人身體的水分含量不同;男性和女性的肌肉比例不同;不同種族的骨密度也有差異。
1960年代,科學家開始發展「三成分模型」,加入了總體水分的測量。透過讓受試者喝下含有特殊同位素的水(比如氘水),接著測量這些水在全身的分布情況。
到了1980年代,雙光子吸收測定法出現了,後來發展成我們現在知道的DXA,科學家開始能夠測量骨礦物質的含量。於是「四成分模型」誕生了,將人分為脂肪、總體水分、蛋白質和礦物質等四部分。
隨著科技進步,科學家測量身體組成的方式也愈來愈細緻:
中子活化分析可以說是其中最精密的一種,它利用中子撞擊原子核產生的輻射來分析身體成分,能夠測量人體內十一種主要元素的含量,包括氧、碳、氫、氮、鈣、磷、鉀等。像是把人體當作化學樣本來分析,精確度極高,但也由於設備昂貴複雜,僅有少數研究中心能使用。
雙能量X光吸收測定法(DXA)在1990年代開始普及,它可以測量骨密度,並可區分脂肪、肌肉、骨骼,輻射劑量也不高。如今,DXA主要應用於醫院的骨密度檢測。
1995年,空氣置換體積測定法[5]為身體組成測量提供了新的可能。這項技術基於波以松定律的物理原理,透過測量人體在密閉艙室中所排擠的空氣體積,精確計算出身體密度。測試過程中,受試者僅需穿著緊身衣物,在艙室中靜坐片刻。相較於水下秤重法,這種方式對於懼水者、年長者、兒童、孕婦及行動不便的人群而言,提供了一個更為友善的測量選擇。
現代科學將身體組成拆解成四個不同的層次,每一層都有自己的故事要說:
原子層次
從最基本的化學組成來看,人體主要由11種元素組成,其中氧、碳、氫、氮佔了絕大部分。
分子層次
從原子往上一層是分子的領域,包括:脂肪、蛋白質、水分、礦物質等。這是科學家們最常使用的分析角度,也是我們最容易理解的語言。
細胞層次
細胞內及細胞外的空間各自運作著不同的生命程序。了解這個層次,我們就能窺見新陳代謝的奧秘。
組織系統層次
組織系統是我們最熟悉的身體樣貌,肌肉、骨骼、內臟的實際大小和形狀。它們提供了最直觀的身體組成資訊。
無論是水下秤重、中子活化分析,還是DXA掃描,這些精密的測量技術像是身體的考古學,準確而細緻。但它們需要昂貴的設備,複雜的程序,對於想要了解自己身體組成的一般人而言,始終帶著某種距離感。於是科學家們開始尋找另一種可能:有沒有更日常、更簡便的方式來理解身體的秘密?答案藏在一個早已被發現卻尚未充分運用的現象裡——人體的電學特性。下一篇,讓我們來看看生物電阻抗分析如何悄然誕生。
參考資料
[1] 林婉瑜(2017)。《愛的24則運算》。台北:聯合文學出版社。
[2] Stanford Encyclopedia of Philosophy. (n.d.). Empedocles. Stanford University. Retrieved June 12, 2025, from https://plato.stanford.edu/entries/empedocles/
[3] GingerChi. (2024, November 15). What are the five elements. GingerChi Blog. https://gingerchi.com/blogs/journal/what-are-the-five-elements
[4] Pietrobelli, A., Heymsfield, S. B., Wang, Z. M., & Gallagher, D. (2001). Multi-component body composition models: Recent advances and future directions. European Journal of Clinical Nutrition, 55, 69-75.
[5] Measurement Toolkit. (n.d.). Air displacement plethysmography. Retrieved June 12, 2025, from https://www.measurement-toolkit.org/anthropometry/objective-methods/plethysmography