抱得美人歸幾乎是每個男人的夢想，無論是電視劇還是電影中，都不乏霸氣男主抱得美人歸的場景。

圖1：電視劇中白敬亭的公主抱

在銀幕上，男主角抱得美人歸時都是輕松自如的。例如，電視劇《夏至未至》中白敬亭抱著美女還能步履輕盈（圖 1），電影《情圣》中星爺肩扛美女時還能從容地叼煙借火（圖 2）。

圖2：電影中周星馳肩扛美女嘴叼煙

實際上抱得美人歸并不是那么輕而易舉的事情，影視劇中呈現(xiàn)的抱得美人歸場景大多并不真實。例如，在電視劇《南方有喬木》的拍攝花絮中，陳偉霆在公主抱秦海璐時幾乎閃到了腰（圖 3）。

圖3：陳偉霆公主抱秦海璐差點閃到老腰

通常，影視劇在拍攝過程中都會借助一些技巧和道具來完成這種抱得美人歸的場景（圖 4）。

圖4：你以為的公主抱和實際上的公主抱

抱得美人歸看似輕松浪漫，實際上它要求男性具備一定的體能和力量。從生物力學(xué)角度看，抱得美人歸可以分為兩個階段：發(fā)力和維持。發(fā)力階段包括伸出雙臂、輕微下蹲，將手臂圍繞在美人背和腿下，并將她抱起或扛起，這類似于杠鈴硬拉中的提鈴動作。維持階段則需要男性保持抱著或扛著美人的狀態(tài)，這類似于拉起或扛起杠鈴后的停頓。抱得美人歸需要依賴大臂肌肉群、肩部肌肉群、核心肌肉群和大腿肌肉群。因此，為了輕松地抱得美人歸，男性平時要多鍛煉這些肌肉。

圖5：杠鈴硬拉

然而，很多兄弟們并沒有一個可以天天用來陪練的美人，同樣是中間細(xì)兩頭粗的杠鈴成為了完美的替代品。杠鈴硬拉（圖 5）和深蹲（圖 6）是非常有效的全身綜合性鍛煉動作，能夠鍛煉抱得美人歸所需的所有肌肉。杠鈴硬拉主要鍛煉腰背肌群和臀大肌，使男性能夠更輕松地承受美人的重量。杠鈴深蹲可以增強(qiáng)大腿肌肉群的力量，同時提升腹肌和背部肌肉的穩(wěn)定性。通過這兩種杠鈴訓(xùn)練，男性可以實現(xiàn)輕松抱得美人歸的愿望。即使沒有真實的美人在身邊，這些訓(xùn)練也能提升健康和魅力，為未來的浪漫時刻做好準(zhǔn)備。

圖6：杠鈴深蹲

在進(jìn)行杠鈴硬拉和深蹲訓(xùn)練時，不正確的動作可能會導(dǎo)致腰部受傷。此外，掌握一些發(fā)力和調(diào)整姿態(tài)的技巧也是成功抱得美人歸的關(guān)鍵。為此，本文建立了生物力學(xué)模型，研究了這兩種杠鈴訓(xùn)練過程中的姿態(tài)和技巧，為杠鈴訓(xùn)練者們提供參考，并助力廣大男性輕松抱得美人歸！

模型

考慮到杠鈴深蹲和硬拉運動過程中人體肢體的加速度較小，本文采用靜態(tài)力學(xué)平衡假設(shè)來簡化分析。這種假設(shè)允許將動態(tài)運動視為一系列靜態(tài)姿態(tài)。首先，本文將建立一個三維姿態(tài)分析模型，根據(jù)運動過程中的重心約束確定特定姿態(tài)下人體各關(guān)節(jié)位置和肢段角度。然后應(yīng)用二維重物提拉模型，計算特定姿態(tài)下 L5/S1 椎間關(guān)節(jié)的受力情況，以此評估潛在的損傷風(fēng)險并對技術(shù)動作進(jìn)行優(yōu)化。

三維姿態(tài)分析模型

本文將杠鈴運動的過程視為一系列靜態(tài)姿態(tài)。在這些姿中，各關(guān)節(jié)的位置和肢體的角度并不是相互獨立的。這不僅受到身體結(jié)構(gòu)的約束，還必須保證整體平衡，即重心在矢狀軸方向上的位置需保持在腳尖和腳跟之間，以防整個身體失去平衡。因此，這種重心位置的約束有助于在已知某些關(guān)節(jié)位置或肢體角度的情況下推斷其他關(guān)節(jié)或肢體的位置。

圖7：描述杠鈴硬拉的三維坐標(biāo)系

為了精確描述人體在特定姿態(tài)下各關(guān)節(jié)和肢體的位置，首先需要建立一個適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。以地面作為 – 平面，運動員的矢狀面為 – 平面，并以通過腳中心垂直于矢狀面的方向為 軸，構(gòu)建出如圖 7 和 8 所示的三維直角坐標(biāo)系。

圖8：描述杠深蹲拉的三維坐標(biāo)系

在杠鈴硬拉和深蹲的運動過程中，假設(shè)人體始終保持關(guān)于 – 平面對稱，且小腿始終圍繞過踝關(guān)節(jié)的固定軸轉(zhuǎn)動。該軸的方向 由腳的朝向和人體直立時小腿的朝向共同確定。人體直立時小腿的朝向可能并不完全豎直，這是由于站姿角以及雙腳間距會導(dǎo)致小腿呈現(xiàn)一定的傾斜。定義腳與 軸的夾角為 （站姿角），腳的朝向可用向量 = [ , , 0] 表示。若人體直立時小腿的朝向為向量 ，則小腿旋轉(zhuǎn)軸可通過以下向量積確定： 已知踝關(guān)節(jié)屈曲角（相對于直立狀態(tài)，小腿向下彎曲接近腳面時，足部與小腿前側(cè)之間減小的角度），就可以通過向量的旋轉(zhuǎn)確定出膝關(guān)節(jié)位置。由于人和杠鈴的總重心始終在 – 平面內(nèi)，保持整體站立平衡只需確保總重心在 方向的位置不要超出腳尖或腳跟。為簡化分析，本文假設(shè)在每個姿態(tài)下，身體各部分及杠鈴相對于 軸的總力矩為零，即： 其中 是人體各肢段的質(zhì)量（參考圖 9 左）， 是各肢段重心的水平位置。上式作為重心約束條件，確保了人和杠鈴的總重心在 方向上位于腳的中心位置，從而保持身體平衡。實際上，對于給定兩腳間距和站姿角的運動員，若已知其踝關(guān)節(jié)屈曲角度，便可確定膝關(guān)節(jié)位置。由于杠鈴硬拉和深蹲過程中，手臂在 – 平面要么保持豎直，要么與軀干方向一致，如果還知道其他一個關(guān)節(jié)的坐標(biāo)（例如肩膀的高度）或肢段的角度（例如軀干的傾斜角度），就可以利用重心約束條件和人體幾何約束確定其他關(guān)節(jié)和肢段的位置信息。在后續(xù)的杠鈴硬拉模擬中，只需提供一系列踝關(guān)節(jié)屈曲角和肩膀的高度，就可以依據(jù)重心約束條件，通過二分法完全確定出所有關(guān)節(jié)和肢段的位置，從而確定出一系列杠鈴硬拉的姿態(tài)。類似地，在后續(xù)的杠鈴深蹲模擬中，只需提供一系列踝關(guān)節(jié)屈曲角和軀干傾斜角度，同樣可以依據(jù)重心約束條件完全確定出所有關(guān)節(jié)和肢段的位置，從而再現(xiàn)杠鈴深蹲每個動作的姿態(tài)變化。

二維重物提拉模型

當(dāng)運動過程中某個姿態(tài)所有關(guān)節(jié)的位置都確定下來后，由于問題的對稱性，該姿態(tài)的力學(xué)平衡都可以簡化為 – 平面內(nèi)的二維問題。本文應(yīng)用 Chaffin 等人提出的二維重物提拉模型 [1]和相關(guān)的幾何關(guān)系計算出杠鈴運動過程中每個姿態(tài) L5/S1 關(guān)節(jié)的受力，進(jìn)而評估不同動作對 L5/S1 關(guān)節(jié)的損傷風(fēng)險。

圖9：重物提拉靜態(tài)力學(xué)平衡模型

在二維重物提拉模型中，如圖 9 左所示，以 L5/S1 關(guān)節(jié)為原點建立坐標(biāo)系，人體軀干方向為 軸。其中 、 、 、 、 、 、 分別為小腿、大腿、軀干、頭頸、上臂、前臂和手的質(zhì)量， 為重物質(zhì)量； ( = s, t, k, n, u, f, h, b) 表示身體各肢段和重物所受重力對于 L5/S1 關(guān)節(jié)的力臂， 表示 L5/S1 關(guān)節(jié)到原點（ ）的距離，因此重心約束條件中的 = – ； 為背部棘脊肌的張力， 為腹壓等效力， 和 則為它們的力臂； 和 分別為 L5/S1 關(guān)節(jié)所受的壓力和剪力， 為 與水平方向的夾角。以 L5/S1 關(guān)節(jié)以上的身體部分為研究對象，根據(jù)力系的平衡條件有：

其中 = {k, n, u, f, h, b} 表示 L5/S1 關(guān)節(jié)以上的上半身各肢段和重物， 表示重力加速度。由以上三式可以解得背部棘脊肌的張力、L5/S1 關(guān)節(jié)所受壓力和剪力：

腹壓等效力 可通過腹壓 與橫隔膜面積 的乘積來估計，即 = 。 文獻(xiàn)研究[1,2]顯示，男女橫隔膜平均面積為 = 465 cm ，而 、 都和軀干與兩大腿所在平面的夾角 (圖 9 右) 有關(guān)，表達(dá)式分別為

其中 的單位為度，其他物理量均為國際單位制。研究表明 的極限值為 20000 N/m （超過此值時按此值計算），最小值為 0（低于 0 時按 0 計算）[3] 。

除了 和 角外，重物提拉模型包括多個特征角度（圖 9 右），這些角度也并非完全獨立[4] ，其中 角是 角的線性函數(shù)： 而 角又取決于身體的其他特征角度：

這里， 為軀干與豎直方向夾角， 為膝關(guān)節(jié)角。至此，就可以根據(jù)具體姿態(tài)確定出 和 ，進(jìn)而計算出 ，最終得到用于計算 L5/S1 關(guān)節(jié)所受壓力和剪力的 角。

參數(shù)

為了應(yīng)用上述建立的模型模擬杠鈴硬拉和深蹲過程，需要給出運動員各肢段的長度、質(zhì)量和重心位置。比例常數(shù)是最早用于預(yù)測人體的測量學(xué)方法之一。通常，通過收集大量人體測量數(shù)據(jù)，計算感興趣的每個測量值的長度或重量與身高或體重之間的平均比例。本研究中的通用人體比例主要來源于文獻(xiàn)[5,6]中對廣泛人群的統(tǒng)計平均結(jié)果，包括人體各肢段長度占身高的比例、各肢段質(zhì)量占體重的比例以及各肢段重心的位置，具體數(shù)據(jù)如圖 10 所示。

圖 10: 各肢段長度、質(zhì)量比例和重心位置

利用這些比例，可以通過輸入一個人的身高和體重，快速生成這個人的各肢段長度、質(zhì)量和重心位置的估算值。例如，對于一個身高為 = 180 cm，體重為 = 75 kg 的成年人，可以估算出其小腿的長度為 = 0.246 = 44.28 cm，小腿的質(zhì)量為 = 0.046 = 3.45 kg，而小腿的重心位置相對于膝關(guān)節(jié)的距離為 0.4374 = 19.37 cm。通過同樣的方法，可以快速估算出這個人其他肢段的相關(guān)信息，如大腿、軀干、上臂等的長度、質(zhì)量及其重心位置，為模型提供必要的輸入數(shù)據(jù)。需要注意的是，對于本文的模型，圖 10 顯示的所有身體尺寸參數(shù)并非都是必需的。例如，在杠鈴硬拉和深蹲過程中，由于肩關(guān)節(jié)始終平行于 – 平面運動，肩寬這一參數(shù)并不是必要的。

結(jié)果

在接下來的部分，本文將使用建立的模型進(jìn)行杠鈴硬拉和深蹲的模擬。模擬設(shè)置中有一些共通的參數(shù): 運動員身高 180 cm，體重 75 kg，身體各肢段的信息由圖 10 中提供的通用人體比例計算得到；站姿角設(shè)定為 20 ；杠鈴重量為 50 kg，杠鈴盤半徑為 22.5 cm；兩腳相對于正常站立姿態(tài)側(cè)向偏移 6 cm，以使兩腳間距與肩寬大致相等。每種動作模擬 100 個不同的姿態(tài)。在初始姿態(tài)時，踝關(guān)節(jié)處于最大屈曲角度，并隨著姿態(tài)數(shù)的增加線性減小。在最終姿態(tài)中，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)將完全伸直。

在杠鈴硬拉的模擬中，踝關(guān)節(jié)的最大屈曲角度設(shè)定為 25 ，設(shè)置過大的踝關(guān)節(jié)最大屈曲角會導(dǎo)致初始姿態(tài)杠鈴橫桿在小腿后側(cè)。模擬過程中，初始姿態(tài)時杠鈴恰好接觸地面，杠鈴的高度隨著姿態(tài)數(shù)的增加而線性上升。圖 11 和 12 展示了模擬得到的三維視角和二維視角下杠鈴硬拉的一系列姿態(tài)。

圖 11: 杠鈴硬拉三維模擬動畫

起始姿態(tài)，膝關(guān)節(jié)彎曲，身體前傾，手臂下垂，雙手握住杠鈴，臀部位置高于膝蓋但低于肩膀。中間姿態(tài)，通過髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的同步伸直來提升杠鈴。最終姿態(tài)，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)完全伸直，整個身體微向前傾，以確保重心落在腳的中心位置。模擬給出的姿態(tài)與實際杠鈴硬拉過程中的動作吻合。

圖 12: 杠鈴硬拉二維模擬動畫

在杠鈴深蹲的模擬中，踝關(guān)節(jié)的最大屈曲角度設(shè)定為 30 。模擬過程中，初始姿態(tài)大腿位于水平位置，大腿在 – 平面投影與豎直方向的夾角隨著姿態(tài)數(shù)的增加從 90 線性上升至接近 0 。其他參數(shù)設(shè)置與杠鈴硬拉模擬中的相同。圖 13 和 14 是模擬得到的三維視角和二維視角下杠鈴深蹲的一系列姿態(tài)。

圖 13: 杠鈴深蹲三維模擬動畫

起始姿態(tài)，小腿向前彎曲，大腿水平，雙手握住杠鈴壓在肩上。中間姿態(tài)，通過髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的同步伸直來提升杠鈴。最終姿態(tài)，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)完全伸直，整個身體微向前傾，以確保重心落在腳的中心位置。模擬得出的姿態(tài)與實際杠鈴深蹲過程中的動作吻合。

圖 14: 杠鈴深蹲二維模擬動畫

模型可以計算出杠鈴硬拉和深蹲過程中每個姿態(tài)下 L5/S1 關(guān)節(jié)受到的壓力和剪力。計算表明，在硬拉和深蹲過程中，L5/S1 關(guān)節(jié)所受剪力僅在 600-700 N 的范圍變化，變化幅度小于 20%。因此，本文不關(guān)注于 L5/S1 關(guān)節(jié)所受剪力。圖 15 展示了杠鈴硬拉和深蹲過程中 L5/S1 關(guān)節(jié)受到的壓力。可以觀察到，杠鈴硬拉過程中 L5/S1 關(guān)節(jié)所受的壓力在起始階段較大，并緩慢上升，在杠鈴高度上升至 47 cm 時達(dá)到最大峰值 5888 N。隨著杠鈴高度的進(jìn)一步上升，壓力開始下降，并且下降速度逐漸加快，最終姿態(tài)下壓力降至 1463 N。杠鈴深蹲過程，L5/S1 關(guān)節(jié)所受的壓力隨著杠鈴高度的上升也呈現(xiàn)先緩慢上升后快速下降的模式，在杠鈴高度為 111 cm 時達(dá)到最大峰值 5616 N，最終姿態(tài)下為 1174 N。

圖 15: 運動過程中 L5/S1 受到的壓力

杠鈴運動中，過重的負(fù)荷或不正確的動作都可能導(dǎo)致或加劇腰椎損傷。本文的模型可用于評估杠鈴運動中的損傷風(fēng)險并優(yōu)化動作。模型能夠計算出杠鈴運動過程中 L5/S1 關(guān)節(jié)所受的壓力峰值，這一壓力峰值直接與腰椎盤損傷風(fēng)險相關(guān)。為了評估杠鈴重量對腰椎損傷的風(fēng)險影響，本文計算了不同重量的杠鈴對 L5/S1 關(guān)節(jié)造成的壓力峰值，結(jié)果如圖 16 所示。從圖中可以看出，無論是杠鈴硬拉還是深蹲，L5/S1 關(guān)節(jié)所受的壓力峰值均隨杠鈴重量的增加而線性增長。同時，我們發(fā)現(xiàn)相同重量的杠鈴在進(jìn)行硬拉時對 L5/S1 關(guān)節(jié)的壓力峰值高于深蹲。

圖 16: 杠鈴重量對壓力峰值的影響

根據(jù)美國職業(yè)安全衛(wèi)生研究的報告 [7]，當(dāng) L5/S1 關(guān)節(jié)的壓力超過 6.4 kN 時，對大多數(shù)人會造成傷害。從圖 16 可見，當(dāng)杠鈴重量超過 59.1 kg 和 66.2 kg 時，分別在進(jìn)行硬拉和深蹲的過程中，L5/S1 關(guān)節(jié)的壓力將超過 6.4 kN。這提示我們：普通人應(yīng)避免嘗試抱起或扛起 60 kg 以上的美人。

為了優(yōu)化杠鈴硬拉和深蹲的技術(shù)動作，本文還考慮了站姿角和踝關(guān)節(jié)最大屈曲角對 L5/S1 關(guān)節(jié)所受壓力峰值的影響。不同的站姿角度會影響杠鈴提拉過程中大腿和小腿的彎曲方向，而不同的踝關(guān)節(jié)最大屈曲角度則會影響大腿和小腿的彎曲程度。這兩個角度的變化都會影響運動過程中人體的質(zhì)量分布，進(jìn)而影響重心位置的動態(tài)變化。

圖 17: 站姿角對壓力峰值的影響

圖 17 展示了不同站姿角下 L5/S1 關(guān)節(jié)所受壓力的峰值。結(jié)果表明，兩種動作下 L5/S1 關(guān)節(jié)的壓力峰值都是隨著站姿角的增大先降低后上升。對于硬拉，站姿角為 40 時，壓力峰值達(dá)到最小值 5859 N。而對于深蹲，當(dāng)站姿角為31 時，壓力峰值達(dá)到最小值 5601 N。無論是硬拉還是深蹲，都存在一個最優(yōu)站姿角使得 L5/S1 關(guān)節(jié)所受的壓力峰值最小，但站姿角對壓力峰值的影響并不顯著：在站姿角從 0 變化到 60 的過程中，兩種杠鈴運動中 L5/S1 關(guān)節(jié)所受的壓力峰值變化幅度均小于 3%。

圖 18: 踝關(guān)節(jié)最大屈曲對壓力峰值的影響

圖 18 展示了不同踝關(guān)節(jié)最大屈曲角下 L5/S1 關(guān)節(jié)所受壓力的峰值。兩種杠鈴運動的模擬結(jié)果均表明，踝關(guān)節(jié)最大屈曲角越大，L5/S1 關(guān)節(jié)所受壓力的峰值就越小。這些結(jié)果提示我們：在抱起或扛起美人時，兩腳應(yīng)呈 60-80 的夾角，并盡可能的彎曲小腿，壓低臀部，以減小背部棘脊肌對腰椎施加額外的壓力，降低腰椎損傷風(fēng)險。

結(jié)論

“抱得美人歸”需要男性具備良好的體力和力量，而杠鈴深蹲和硬拉運動能有效鍛煉到完成此動作所需的核心肌群。然而，過重的負(fù)荷或不正確的動作都可能增加腰椎間盤的壓力，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)p傷。本文基于二維重物提拉模型，建立了以踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖等關(guān)節(jié)為節(jié)點的三維人體運動模型，并成功應(yīng)用此模型模擬了杠鈴硬拉和深蹲運動。該模型能夠計算不同運動姿態(tài)下各關(guān)節(jié)所承受的力，為運動技術(shù)的優(yōu)化提供了重要的量化數(shù)據(jù)支持。本文特別分析了 L5/S1 關(guān)節(jié)所承受的壓力，并評估了杠鈴重量對腰椎損傷風(fēng)險的影響，同時對站姿角度和踝關(guān)節(jié)最大屈曲角度進(jìn)行了優(yōu)化。研究結(jié)果表明，對普通人而言，60 kg 以上的杠鈴容易造成傷害。雖然存在一個最優(yōu)站姿角可以使 L5/S1 關(guān)節(jié)的壓力峰值最小化，但通過調(diào)整站姿角并不能顯著降低壓力峰值。相比之下，增大踝關(guān)節(jié)的最大屈曲角度可以顯著減少壓力峰值。因此，本研究建議：普通人應(yīng)避免嘗試抱起或扛起體重超過 60 kg 的美人；在抱起或扛起美人時，應(yīng)保持兩腳呈 60-80 的夾角，并盡可能彎曲小腿及壓低臀部。

盡管本模型能動態(tài)模擬和分析杠鈴硬拉及深蹲運動，但它仍有局限性。主要限制在于，該模型基本上還是一個靜力學(xué)模型，沒有考慮動力學(xué)的影響。因此，對于速度過快的杠鈴運動，如奧林匹克舉重，可能并不適用。后續(xù)研究中可考慮引入動力學(xué)分析。總的來說，本研究不僅為理解和優(yōu)化杠鈴運動提供了堅實的科學(xué)依據(jù)，也為輕松抱得美人歸提供了數(shù)字化指導(dǎo)。

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作者：大饅頭

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