李大银/吕小军下蹲式挺举关键技术生物力学分析——2019年世界举重锦标赛破世界纪录动作诊断

吴紫莹，李建设*，刘功聚，应姗姗，邵国强

举重是我国奥运优势项目之一，长期保持世界领先水平。李大银和吕小军是现役男子81 kg级中国男子举重运动员，两人的“上挺”动作体现了两种完全不同的技术风格特点：李大银身体重心较高，上肢力量强，杠铃支撑高度高，采用“高挺”接铃技术；吕小军身体重心较低，深蹲力量强，杠铃支撑高度低，采用“下蹲挺”接铃技术。本研究采用三维运动解析系统，对两类典型技术的关键环节进行生物力学诊断及技术特征比较，揭示动作结构与运动功能的生物力学关系。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

2019年世界举重锦标赛男子81 kg级挺举冠军吕小军（以下简称“吕”）和亚军李大银（以下简称“李”）吕小军以抓举171 kg、挺举207 kg和总成绩378 kg包揽3金；李大银以抓举171 kg、挺举206 kg和总成绩377 kg包揽3银。其中，李大银、吕小军先后以206 kg和207 kg的成绩打破81 kg级挺举世界纪录。

1.2 研究方法

1.2.1 定点定焦摄像

2019年世界举重锦标赛比赛现场，采用2台专业摄像机（SONY DCRHC52E）同步采集运动员完整挺举技术动作。2台摄像机分别固定于举重台前方的左右两侧，距离举重台中心约15 m，2台摄像机在水平面上通过举重台中心主光轴之间的夹角约90°，拍摄频率为25帧/s。比赛开始前，采用PEAK三维标定框架对比赛场地进行三维空间坐标标定，定标后保持摄像机位置和焦距等拍摄条件不变（图1），视频记录格式为AVI。

图1 摄像机设置示意图Figure 1.Camera Setting Schematic Diagram

1.2.2 三维录像解析

采用德国Simi Motion 7.50三维运动解析系统，对李和吕打破世界纪录的挺举技术动作视频进行解析，解析采样频率为50 Hz，运用截断频率为6 Hz的低通滤波方法，对原始数据进行平滑处理，使用DLT计算空间坐标（图2）。解析系统中确立17个环节标记点，分别为15个人体环节标记点（头、左右肩、左右肘、左右腕、左右髋、左右膝、左右踝和左右脚尖）和杠铃2个端点。

图2 三维运动分析直角坐标系Figure 2.Rectangular Coordinate System of Three-Dimensional Motion Analysis

1.2.3 对比分析

比较两人的挺举动作，揭示关键技术环节的生物力学特征，有利于把握动作结构与运动功能的力学关系。

2 动作阶段划分

完整挺举动作由提铃至胸和上挺两个阶段组成（陈锐等，2014）。在有关挺举技术动作的生物力学研究中，通常根据下肢关节角度、杠铃垂直高度和杠铃垂直速度变化，将提铃至胸阶段和上挺阶段细分为12个时段，这种划分方式符合生物力学原理，并被广泛应用于举重研究。

2.1 提铃至胸阶段划分

1）伸膝提铃时段M1（图3A～图3B）：杠铃离地瞬间至第1个伸膝最大时刻；2）引膝提铃时段M2（图3B～图3C）：引膝开始时刻至膝关节角降至最小时刻；3）发力时段M3（图3C～图3D）：引膝结束至杠铃垂直上升速度最大时刻；4）惯性上升时段M4（图3D～图3E）：杠铃上升速度最大至杠铃垂直高度达第1个峰值时刻；5）下蹲接铃时段M5（图3E～图3F）：杠铃垂直高度第1个峰值至杠铃下落至最低时刻；6）站立时段M6（图3F～图3G）：杠铃高度最低时刻至杠铃垂直高度达第2个峰值时刻（图3）。

图3 提铃至胸阶段各时段划分Figure 3.The Division of Clean Stage

2.2 上挺阶段划分

1）过渡时段M7（图3G～图4H）：提铃至胸阶段末至上挺阶段开始时刻；2）预蹲时段M8（图4H～图4I）：预蹲开始至屈膝最小时刻（主动预蹲时段M8-1：预蹲开始至杠铃垂直下降速度最大；预蹲制动时段M8-2：杠铃垂直下降速度最大至屈膝最小时刻）；3）发力时段M9（图4I～图4J）：膝关节角度最小至杠铃垂直向上速度最大时刻；4）惯性上升时段M10（图4J～图4K）：杠铃垂直向上速度最大至上挺阶段杠铃垂直高度第1个峰值时刻；5）下蹲接铃时段M11（图4K～图4L）：杠铃惯性上升高度最大至下一个杠铃速度为0时刻；6）起立站稳时段M12（图4L～图4M）：杠铃速度为0至上挺阶段第2个杠铃垂直高度峰值（图4）。

图4 上挺阶段各时段划分Figure 4.The Division of Jerk Stage

3 结果与分析

提铃和上挺动作的主要动力源是伸膝肌群和伸髋肌群，提铃以伸髋肌群为主，伸膝肌群为辅；上挺以伸膝肌群为主，伸髋肌群为辅；深蹲则主要依靠股后肌群。李的“高挺”和吕的“下蹲挺”是两种不同挺举技术的典型代表，比较两者的关键技术特征及差异，有助于明晰力学原理在挺举技术中的合理运用。李的身高较高，翻站相对困难，由于其上挺阶段杠铃送至高度较高，采用高挺（浅蹲）可减小杠铃上升高度，从而节约做功；吕的身高较矮，翻站相对容易，由于其上挺阶段杠铃送至的高度相对较低，采用下蹲（深蹲）的技术更有利于完成接铃。在2019年世界举重锦标赛上，这两种技术均创造出了世界级的运动水平，说明需要运动员根据自身条件选择适合的技术和方法，将速度、力量、灵敏、协调和柔韧完美结合。

3.1 提铃至胸阶段分析

3.1.1 准备姿势分析

合理的准备姿态是成功试举的前提，有利于最大程度发挥人体骨骼杠杆作用和主要肌群发力。握距与运动员躯干和上肢长度有关，较宽的握距可以降低下蹲重心，减小做功，增加运动员上体前倾度，体现技术的经济性和举重技术“低”的生物力学原理（朱厚伟等，2017）。调整握距，有利于腰背部大肌肉群充分参与提铃，但增加握距对运动员固肘肌群力量和上肢肌群力量提出了较高要求。数据显示，李的握距显著大于吕，这固然与李的上肢较长有一定关系，但更与李的腰背肌群、固肘肌群和上肢力量更强有关（表1）。

表1 吕小军、李大银提铃至胸阶段准备姿势技术参数Table 1 The Postural Technical Parameters while Preparation during Clean Stage

对比准备姿势的站距、膝角和躯干角，两位运动员并没有明显差异，但他们的“两心”位置及距离差异显著，李的身体重心位于杠铃前2 cm，吕的身体重心位于杠铃后9.6 cm。“两心”位置及距离的反差，体现出两人的不同技术风格，根据生物力学原理，“两心”距离较近有利于减小力臂，更符合举重动作“近”的技术要求（朱厚伟等，2017）。

3.1.2 运动学参数分析

在杠铃上升阶段，两者时间结构均表现为伸膝提铃阶段最长，引膝提铃阶段最短；在整个提铃至胸阶段，吕的总用时为2.54 s，李为3.64 s，表明从杠铃离地至完成接铃，吕的用时小于李，这与吕发力时段提铃上升速度较快（吕1.5 m/s，李1.4 m/s）有一定关系，但李的主要问题是站立阶段的调整时间过长（李2.20 s，吕1.16 s）。显然，提铃至胸阶段用时短，更有利于身体能量储存，继而完成后续上挺动作，反之亦反（表2）。

表2 提铃至胸阶段各时段杠铃运动学参数Table 2 The Kinematic Parameters of Barbells during Clean Stage

杠铃上升阶段存在两种速度曲线模式：模式1为杠铃垂直速度在M1—M3过程中持续上升（被认为是较好的速度曲线模式）；模式2为杠铃垂直速度在M2阶段有较小下降（Baumann et al.，1988）。李的速度曲线与模式1相同，吕与模式2一致（表2），主要由于吕在M2阶段用时较长。有研究表明，优秀运动员在M2阶段具有快速屈膝的特征（Gourgoulis et al.，2000，2009）。当杠铃处于膝关节上方时，屈膝越快越有利于屈膝肌群储存弹性能量，从而在紧接的反向运动中利用这种拉伸反射快速释放能量（Garhammer et al.，1992）。

吕在完成接铃时的膝角和髋角均显著小于李，表现出较典型的“屈膝屈髋”接铃特点。进一步分析膝关节和髋关节角速度变化发现，吕在发力时段的最大伸膝角速度（439.04 °/s）显著大于李（346.01 °/s），但该时段李的最大伸髋角速度（315.72°/s）却显著大于吕（282.12°/s）。两组数据对比可知，吕在发力阶段更注重下肢的蹬伸力量，李则更注重伸髋发力。但在紧接的杠铃惯性上升和接铃时段，李的膝关节主动屈角速度均大于吕，尤其是接铃时段的屈膝和屈髋角速度远大于吕，表明李具有更快的下蹲接铃技术。进一步比较下肢主要关节角度及角速度的变化特征发现，吕在站立时段结束时保持较小的膝角和髋角，有利于在后续上挺阶段完成“下蹲挺”；李则保持较大的膝角和髋角，有利于完成“高挺”。站立时段结束时的身体姿势，既是提铃至胸阶段的结束，又是上挺阶段的开始，不同动作结构取决于不同的身体和技术特点，又决定不同的运动功能，这是动作技术生物力学原理所决定的（表3）。

表3 提铃至胸阶段各时段下肢运动学参数Table 3 The Kinematic Parameters of Lower Limbs during Clean Stage

3.1.3 下肢主要关节“时变图”

膝关节和髋关节“时变图”（图5）显示，两者均表现为“双波峰单波谷型”（李建英等，2010a，2010b；朱厚伟等，2017），波谷出现在引膝提铃时段，膝和髋关节角度均屈至最小，目的是为了后续发力时段的腿部蹬伸配合腰背肌群发力（Akkus，2012）。有研究表明，引膝提铃时段膝关节屈膝越快，引膝幅度越小越有利（Gourgoulis et al.，2000，2009）。发力时段的主要做功肌群为下肢股四头肌和腓肠肌，以及上肢斜方肌、三角肌、肱二头肌和腕伸肌（蒋清，2018）。研究显示，在引膝提铃时段，吕膝关节屈的角速度是李的1.52倍，至惯性上升时吕的膝角（84.04°）和髋角（115.86°）均小于李的膝角（91.14°）和髋角（124.48°），表明吕的引膝速度及下蹲接铃速度更快，伸膝肌群抗离心能力更强（表3）。吕更早更快地下蹲接铃，有助于降低杠铃最大垂直下降速度，有利于提高接铃完成的成功率。

图5 提铃至胸阶段关节角度“时变图”Figure 5.Time-Course Angles during Clean Stage

杠铃达最大速度时所处的高度，是评价提铃及发力效果的重要指标（刘学贞等，1999）。根据力学原理，发力时段结束时，杠铃上升速度达最大，此后，杠铃上升依靠杠铃的初速度和运动员的甩臂翻腕力量，在借助杠铃惯性上升的同时，迅速下蹲以对抗杠铃下落，完成接铃。此外，躯干角表示躯干的仰俯程度（艾康伟等，1992）。研究显示，在伸膝提铃至杠铃惯性上升过程中，吕和李的躯干角度随着伸膝、引膝和发力使髋关节持续增大直至躯干接近直立；在完成接铃时，吕的躯干倾角减小了6.29°（89.57°→83.28°），而李则基本保持不变（83.45°→83.77°）（表3）。两人在完成接铃时，均呈现出躯干适度前倾的身体姿态，这有利于在完成站立时使身体重心尽可能与杠铃重心在同一垂直轴上。

3.1.4 杠铃重心、人体重心及“两心”距离

举重技术中，“近快低准”的技术原则是基于杠铃重心、人体重心和“两心”距离等运动学时空指标而提炼的，可以反映技术的经济性和稳定性（任景萍等，2006；秦硒1998；朱厚伟等，2019）。李和吕的身体重心和杠铃重心轨迹的上升趋势基本相同（图6）。不同的是，吕在完成下蹲支撑后立即开始下肢蹬伸，故“两心”未做调整就迅速上升，表明其接铃技术稳定；李的“两心”则出现明显波动，表明李对身体重心和杠铃重心均进行了调整，接铃动作不够稳定，该时段杠铃晃动是导致挺举失败的重要因素，也是其站立时段耗时过长的根本原因。

图6 提铃至胸阶段重心轨迹Figure 6.The Center of Gravity Trajectory during Clean Stage

“两心”距离在X轴（前后方向）、杠铃重心在Y轴（左右方向）的偏移，通常可以作为反映技术稳定性的重要参数（Nejadian et al.，2007；Potop et al.，2014）。研究显示，吕和李的“两心”距离变化范围分别为16.80 cm（15.20～1.60 cm）和22.50 cm（-19.20～3.30 cm），吕的“两心”距离变化幅度较小，表明吕从引膝提铃阶段开始，体现了更“近”的特征（表4）。吕的“两心”距离曲线处于X轴上方，动作表现形式为身体重心在前，杠铃重心在后，躯干呈前倾；李的“两心”距离曲线处于X轴下方，动作表现形式为杠铃重心在前，身体重心在后，躯干呈后倾（图7）。两人在站立完成时的“两心”距离完全相等（3.30 cm），表明两人均具有很强的“两心”距离控制能力。

图7 提铃至胸阶段“两心”距离Figure 7.The Distance between the Bell Center of Gravity and the Body Center of Gravity during Clean Stage

杠铃重心左右方向的偏移量，是衡量技术稳定性的重要指标之一，上下肢双侧力量（或发力）不平衡和技术原因都可能造成杠铃在Y轴方向上的偏移，较大的Y轴偏移将可能导致杠铃和身体重心在垂直轴上的偏移，进而增大支撑难度，导致试举困难，甚至失败。本研究中，杠铃重心在左右方向的横移距离显示，吕控制在3.80 cm的极小范围内，李在站立阶段向右横移16.20 cm，这与其身体重心在该阶段出现较大波动相一致，表明吕控制杠铃重心稳定性的技术优于李，提示，有必要对李的双侧力量及发力进行测试评估，查找造成杠铃横向偏移过大的原因，并加以改进。

表4 吕小军、李大银提铃至胸阶段技术稳定性参数Table4 The Technical Parameter of Stability during Clean Stage

3.2 上挺阶段分析

3.2.1 准备姿势分析

吕的握距从提铃至胸阶段的66.40 cm（表1）增大至上挺阶段的69.50 cm，增大握距有利于减小上挺高度，减少做功，体现技术经济性，符合“低”的基本原则；“两心”距离由提铃至胸结束时的3.30 cm减小至2.50 cm，使身体重心更靠近杠铃重心，体现了“近”的基本原则。李的握距未作任何调整，两个准备阶段均为79.10 cm；“两心”距离由提铃至胸结束时的3.30 cm变化为-1.60 cm，即身体重心由杠铃前移至杠铃后，表现出与吕不同的上挺准备姿势。从站距考察，吕在两个阶段的站距几乎没有变化，李则从提铃至胸阶段的48.30 cm大幅调整为上挺阶段的61.20 cm，增大站距有利于降低杠铃所需的上挺高度，但对下肢肌群上挺发力阶段的要求更高（表5）。研究表明，吕和李在上挺阶段对准备姿势都进行了相应调整，但两人的调整方式截然不同：吕调整握距，为了改变其腰背肌群的参与方式和程度；李调整站距，为了改变其下肢肌群的参与方式和程度。不同的调整方式体现了两人不同的技术特点，其目的都是为了调动更关键的肌群参与上挺动作，并都有利于降低杠铃所需送达的高度，减小做功。

表5 上挺阶段准备姿势技术参数Table 5 The Postural Technical Parameters while Preparation during Jerk Stage

3.2.2 “杠铃”运动学参数分析

上挺过渡时段，运动员通过屈膝调整身体与杠铃间的距离，进而调整杠铃位置和身体姿态（Korkmaz et al.，2015）。有研究表明，上挺阶段最关键环节是由俯仰到发力的过渡，即从预蹲制动时段（M8-2）结束至发力时段（M9）开始的过渡阶段（艾康伟等，1993）。理论上，这种转变越快，能够储存和利用的势能就越大。由此，作用于杠铃的力越大，杠铃速度改变就越大（艾康伟等，1993）。

研究表明，李在准备上挺过渡时段耗时4.48 s，几乎是吕（1.56 s）的3倍。显然，耗时过长将消耗更多体能，不利于后续发力上挺。吕下蹲接铃至起立站稳耗时2.68 s，是李（1.30 s）的2倍多，主要差异出现在下蹲接铃阶段和站立阶段，这是深蹲与浅蹲不同的动作结构所决定的，但耗时过长给极限重量下支撑杠铃和起立增加了难度。杠铃垂直速度变化显示，发力时段李获得的杠铃最大垂直向上速度为1.78 m/s，远大于吕（1.58 m/s），鉴于两人的发力时间几乎相等，显然李的下肢爆发力更大。杠铃重心高度变化显示，在发力上挺使杠铃惯性上升至最大高度后，紧接进入下蹲接铃的关键时段，吕采用“深蹲”，杠铃下落达34.00 cm，李采用“浅蹲”，杠铃下落仅6.20 cm，相比吕承受了更大的杠铃下落冲量，表明吕具有极强的深蹲能力（表6）。

表6 上挺阶段“杠铃”运动学参数Table 6 The Kinematic Parameters of Barbells during Jerk Stage

有研究认为，影响上挺效果的因素是预蹲制动时间和发力阶段输出的最大功率（艾康伟等，1994；顾鸿泉等，1997；卢德明等，1992）。其中，预蹲阶段的制动时间是反映上挺效果的重要指标，在合理技术动作的前提下，制动时间越短，上挺效果越好（刘凯等，1996）。因此，制动时间可以作为运动员在极限负荷条件下肌肉由离心收缩快速转为向心收缩的能力指标。有研究表明，合理的制动时间应约占预蹲时间的1/3（艾康伟等，1992）。然而研究显示，吕的下蹲、制动和预蹲的时间分别为0.16、0.14和0.30 s，李为0.16、0.10和0.26 s，两人制动时间占预蹲时间的比值分别为46.67%和38.46%（表6）。不同的上挺技术，尤其是关键环节的不同，其动作结构“三阶段”时间比不同，“下蹲挺”所占制动时间更长，这符合动作结构的生物力学规律。

3.2.3 下肢运动学参数分析

下蹲接铃体现了吕和李在关键技术上的不同，吕“下蹲挺”的技术特征是深下蹲，完成接铃时的膝角和髋角分别达33.12°和52.96°；李“高挺”的技术特征是浅下蹲，完成接铃时的膝角和髋角分别为94.26°和98.95°。进一步分析膝关节和髋关节角速度变化发现，吕的最大屈膝角速度（421.36°/s）和屈髋角速度（312.50°/s）显著大于李的最大屈膝角速度（162.27°/s）和屈髋角速度（143.45°/s），表明吕具备极强的伸膝伸髋肌群抗离心收缩能力。但在起立站稳时段，李的伸膝角速度（256.14°/s）和伸髋角速度（144.46°/s）又显著大于吕的伸膝角速度（130.97°/s）和伸髋角速度（109.93°/s），表明李的伸膝伸髋肌群向心收缩能力更强（表7）。

表7 上挺阶段下肢运动学参数Table 7 The Kinematic Parameters of Lower Limbs during Jerk Stage

3.2.4 技术稳定性分析

研究显示，吕和李“两心”距离的变化幅度分别为10.90 cm和4.60 cm，最大“两心”距离均出现在下蹲接铃时段，但存在很大反差。吕将其身体重心由杠铃后调整至杠铃前，由“下蹲挺”动作技术结构所决定的，其杠铃双向横移距离最大至3.70 cm，单向横移均控制在2.00 cm内。李将其身体重心由杠铃前调整至杠铃后，但调整幅度很小，杠铃双向横移距离达到17.20 cm，其中向右横移达16.00 cm。可见，吕控制杠铃重心的能力更强，技术稳定性更好。李在提铃至胸（向右偏移16.20 cm）和上挺阶段杠铃重心位置均出现较大波动（表5），说明李在前后两个阶段对杠铃重心轨迹垂直向上的控制均不理想，再次提示需对李进行双侧力量平衡评估，查找造成杠铃横向偏移过大的原因（表8）。

表8 上挺阶段技术稳定性参数Table 8 The Technical Parameter of Stability during Jerk Stage

4 结论与建议

1）“高挺”和“下蹲挺”均可以达到极高水平，需要运动员基于自身身体结构特点和身体各部肌群力量特点选择合适的技术。2）提铃至胸阶段和上挺阶段的关键技术是完成“接铃”时段的姿态控制环节，尤其是膝角和髋角控制，两次接铃相互衔接，“高挺”接铃呈浅蹲姿态，需具备强大的上肢及腰背爆发力，“下蹲挺”接铃呈深蹲姿态，需具备强大的深蹲能力。3）在下蹲接铃时段，吕小军的屈膝和屈髋角速度显著大于李大银，表明其具有较强的下肢伸膝伸髋肌群抗离心收缩能力；在起立站稳时段，李大银的伸膝和伸髋角速度显著大于吕小军，表明其具有较强的伸膝伸髋肌群向心收缩能力。4）准备姿势：两人在过渡阶段均对上挺准备姿势进行了调整，李大银握距不变、站距变宽，吕小军站距不变握距变宽。不同的调整方式体现了不同的技术特点，但都有利于降低杠铃所需送达的高度，以减小做功。5）技术稳定性：在提铃至胸和上挺两个阶段，吕小军对杠铃重心轨迹控制较好，杠铃横移距离极小；李大银则控制不理想，杠铃横移距离过大，容易导致失败，乃至受伤。

基于上述结论，建议：1）李大银较为年轻，竞技成绩提升空间较大，需要提高技术稳定性；吕小军在如何保持实力和避免伤病方面将面临极大挑战。2）李大银控制杠铃重心轨迹垂直向上的技术尚不稳定，杠铃重心横移距离过大，提示其双侧力量或发力可能存在不平衡，需要进行双侧动力学测试和力量评估，查找非技术性原因。