女子青少年短跑運動員下肢反應力量測試類型與手段的有效性研究

周 彤，章碧玉，呂歡歡，許文鑫

快速力量或爆發(fā)力主導的運動項目都具有明顯的反應力量特征。反應力量（reactive strength），是指肌肉在完成拉長-縮短周期活動中，利用彈性能量在肌肉中的儲存與再釋放，以及神經(jīng)反射性調(diào)節(jié)所釋放出的力量[1]。自1964 年G.A.CAVAGNA 等[2]首次提出反應力量以來，研究者對該種力量素質(zhì)的研究熱情已持續(xù)了半個多世紀。1972 年，J.V.WERSCHOSHAN‐SKIJ[3]對反應力量重要性的強調(diào)也得到多位知名學者[4-7]的理論與實踐支持。近年來，反應力量與沖刺表現(xiàn)的關(guān)系[8-9]，及反應力量測試在神經(jīng)肌肉系統(tǒng)疲勞監(jiān)測[10-11]和對側(cè)力量強弱鑒別[12-13]等領(lǐng)域的應用，得到更加廣泛和深入的研究。

反應力量的測試指標較多，除基本測試指標如高度、遠度外，反應力量指數(shù)（reactive strength index）、反應力量修正指數(shù)（reactive strength index-modified）也被證實能夠準確反映運動員相關(guān)肌群完成拉長-縮短周期動作的能力[14-16]。B.W.SNYDER 等[17]認為，與年齡相關(guān)的發(fā)育因素可能會影響測試者的反應力量水平，如神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動的剛性會隨兒童年齡的增加而提升[18-19]。但陳小平[20]指出，某些對反應力量具有重要影響的神經(jīng)-肌肉指標定型后難以改變，應在少年兒童競技訓練初期就重視反應力量訓練。近期一項元分析也顯示，年齡對抗阻訓練和反應力量的可訓練性影響不同，前者在青少年身體發(fā)育突增期中及之后都具有較大適應性，但后者在青少年身體發(fā)育突增期之前有更好的訓練適應性[21]。

快速力量和爆發(fā)力主導的項目選材體系中，力量和速度素質(zhì)一直受到重視。從動作形式看，沖刺、跳躍、變向等動作都具備明顯的下肢伸肌群拉長-縮短周期特征。一般運動表現(xiàn)測試手段（如短距離跑、水平和垂直方向跳躍等）可通過位移、時間等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)反映受試者水平。這類測試多用于選材的初選階段，操作簡單，測試結(jié)果即時獲知，但無法深入體現(xiàn)運動生物力學方面的詳細信息。在國外，反應力量研究通常結(jié)合精密的運動生物力學測試儀器展開。目前，學術(shù)界較為公認的下肢反應力量測試儀器的“金牌標準”是三維測力臺，基于三維測力臺數(shù)據(jù)能從不同角度反映受試者的下肢反應力量水平。

但是，運用運動生物力學測試儀器存在價格昂貴、實地測試困難、數(shù)據(jù)處理復雜等缺點，在青少年選材階段不具備全面推廣的條件。而一般運動表現(xiàn)測試雖然常用，但對下肢反應力量的體現(xiàn)程度和準確度極少有研究涉及。本文通過分析不同測試類型間的相關(guān)性，結(jié)合一般運動表現(xiàn)與運動生物力學測試的優(yōu)點，提升運動員實地選材時下肢反應力量測試的效率和準確度?；诖?，本研究擬以短跑項目的女子青少年運動員為研究對象，設(shè)計能夠反映下肢反應力量的一般運動表現(xiàn)及運動生物力學測試，旨在：（1）調(diào)查我國短跑及跳躍項目后備人才的下肢反應力量水平；（2）分析一般運動表現(xiàn)與運動生物力學測試對反應力量展現(xiàn)的有效性；（3）通過相關(guān)性分析，提出反應力量測試手段的建議。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究選取的85 名女子受試者均來自全國田徑短跑單項奧林匹克高水平后備人才訓練基地，根據(jù)受試者主項的運動等級分為優(yōu)秀組（達二級水平）與普通組（達三級水平），其中優(yōu)秀組16 人，普通組69 人。目前，全國現(xiàn)有25個短跨單項奧林匹克高水平后備人才基地，本研究受試者來自于其中21 個單位，能夠在一定程度上反映我國目前短跑項目女子青少年后備人才的整體水平（見表1）。

1.2 研究方法

整體測試開始前，集中各單位受試者，對研究目的、流程、方法、時間等內(nèi)容進行詳細介紹，記錄受試者的個人情況、運動等級和最好成績等信息，并匯總編號以備測試所用。整體測試分為一般運動表現(xiàn)和運動生物力學測試兩類，前者采用短跑項目選拔常用的普通測試手段及方法，后者則運用運動生物力學儀器對特定動作的完成情況進行分析。

1.2.1 一般運動表現(xiàn)測試 經(jīng)過慢跑和動態(tài)拉伸后，受試者按照預先編定的序號依次進行測試。動態(tài)拉伸內(nèi)容以受試者日常訓練流程為主。一般運動表現(xiàn)測試內(nèi)容包含30 m 跑、60 m 跑、立定跳遠、立定三級跳、30 m 單足跳（雙側(cè)）、5 m 繩梯跑和欄架跑等，其中30 m 與60 m 測試一同進行，工作人員分別位于30 m和60 m 處記錄成績；5 m 繩梯跑分為一類（一步一格）與二類（一步兩格）；小欄架共10 個，兩兩間隔50 cm。測試工具包括皮尺、鋼卷尺、5 m 繩梯和18 cm 欄架等。測試均由相同工作人員負責并記錄成績，每人2次測試機會，取較優(yōu)成績，每項測試間隔20 min以上。

1.2.2 運動生物力學測試 本部分測試與一般運動表現(xiàn)測試間隔12 h 以上。測試內(nèi)容及順序為半蹲跳、40 cm 跳深和連續(xù)5 次跳，測試儀器采用Kistler 三維測力臺和Tendo Power測試儀。熱身內(nèi)容與一般運動表現(xiàn)測試保持一致。正式測試前，由工作人員講解標準測試動作，并帶領(lǐng)測試者完成2～3次原地試跳（見表2）。測試時對受試者進行語言鼓勵。

表2 運動生物力學測試要求Table 2 Sports Biomechanics Testing Requirements

每項測試重復2次，2次間隔休息1 min，根據(jù)工作人員現(xiàn)場和后期數(shù)據(jù)處理判斷選取完成效果較好的1次。如受試者在測試中出現(xiàn)前后位移過大、明顯二次發(fā)力、落地緩沖時間過長及膝關(guān)節(jié)緩沖角度過大等情況，則需重復測試直至達到測試要求。測試中，存在個別受試者反復測試不達標，故放棄該受試者數(shù)據(jù)。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 利用BioWare 軟件導出半蹲跳和40 cm 跳深測試的結(jié)果，對Fz方向力值變化情況進行分析，可得到騰空時間Ft、觸地時間Lt和峰值力值等數(shù)據(jù)，并根據(jù)公式H=1/2gFt2計算得出半蹲跳和40 cm跳深的騰空高度Fh，F(xiàn)t為騰空時間。根據(jù)公式：反應力量指數(shù)=Fh/Lt，計算并判斷受試者完成40 cm 跳深時的反應力量表現(xiàn)。

運用Tendo Power 自帶藍牙配件，將測試儀與筆記本電腦連接，并更新自帶分析軟件至5.0 版本。測試開始時，將每名受試者的身高體重輸入系統(tǒng)，記錄并導出連續(xù)5 次跳測試的結(jié)果，從導出的測試結(jié)果“summary”以及每次跳躍的“raw data”收集本研究所需的功率和速度指標，且均包含平均和峰值指標。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 錄入所有受試者的一般運動表現(xiàn)測試和運動生物力學測試數(shù)據(jù)，利用SPSS17.0統(tǒng)計軟件，所有描述性分析結(jié)果均以平均值±標準差表示。主要包括：（1）統(tǒng)計分析受試者基本情況，包括身高、體重、運動等級等；（2）采用K-S 正態(tài)檢驗法對數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗，在數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布的條件下，采用獨立樣本T檢驗對2 組受試者各測試指標的差異性進行檢驗，顯著性水平定為P≤0.05；（3）采用Pearson 相關(guān)系數(shù)進行線性相關(guān)性檢驗，分析一般運動表現(xiàn)測試與運動生物力學測試數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。

2 結(jié) 果

一般運動表現(xiàn)測試方面，2 組在多項測試中存在顯著性差異，僅有繩梯跑、小欄架跑和左腿單腿跳成績無顯著差異（見表3）。在運動生物力學測試指標上，2 組在半蹲跳的所有指標上均存在顯著差異，而40 cm 跳深測試則在第一峰值和反應力量指數(shù)存在顯著性差異（見表4）；連續(xù)5次跳測試方面，2組在第4跳的全部指標和第5 跳的峰值功率、平均功率和峰值速度存在顯著性差異（見表5、表6）。

相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，一般運動表現(xiàn)測試中跑、跳測試得到的時間和遠度數(shù)據(jù)，與運動生物力學測試得到的功率、力值等指標存在較多顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），其中有26對指標的相關(guān)系數(shù)達到中度相關(guān)（0.5≤|r|＜0.8）（見表7）。

表3 2組受試者一般運動表現(xiàn)測試情況（M±SD）Table 3 General Performance Test of Different Genders and Groups

表4 2組受試者半蹲跳及40 cm跳深測試情況（M±SD）Table4 Countermovement Jump and 40cm Drop Jump Tests of Different Genders and Groups

表5 2組受試者連續(xù)5次跳測試功率表現(xiàn)情況（M±SD）Table5 Power Performance of 5 Continuous Vertical Jump Test of Different Groups

表6 2組受試者連續(xù)5次跳測試速度表現(xiàn)情況（M±SD）Table6 Speed Performance of 5 Continuous Vertical Jump Test of Different Groups

表7 一般運動表現(xiàn)測試與運動生物力學測試指標存在中度顯著相關(guān)性的數(shù)據(jù)（M±SD）Table7 Moderate Significant Correlation Between General Per‐formance and Biomechanics Tests

3 分析與討論

3.1 青少年短跑運動員下肢反應力量的特征分析

從測試結(jié)果看，2 組在半蹲跳測試的各項指標均出現(xiàn)顯著性差異。半蹲跳的騰起高度是以往研究中最常用的指標[22-24]，也有部分研究將半蹲跳的功率、沖量納入考量，以期得到更多力學機制方面的信息。J.J.MCMAHON 等[25]通過計算半蹲跳反應力量修正指數(shù)，將排名最高與最低的20 人分組，比較包括騰起高度在內(nèi)的多項指標差異，發(fā)現(xiàn)2 組受試者除騰空高度外，在峰值力值、峰值功率和沖量等指標上均存在顯著性差異（P＜0.001），這與本研究一致。需要指出的是，該研究將半蹲跳劃分為離心與向心兩個階段，離心階段峰值指標與本研究峰值指標相應。此外，W.P.EBBEN 等[26]提出的反應力量修正指數(shù)得到部分專家的認可[16]，但B.W.SNYDER 等[17]研究認為反應力量修正指數(shù)不能反映半蹲跳在地面接觸階段的力學機制變量變化，可能無法在跳躍任務中提供反應力量的準確評估，本研究沒有采用。

優(yōu)秀組與普通組在跳深騰起高度對比上沒有顯著性差異，但峰值力值和反應力量指數(shù)出現(xiàn)顯著性差異。周家穎[27]認為，在40～100 cm 跳深動作中，峰值力值的差異能在一定程度上體現(xiàn)下肢各關(guān)節(jié)肌肉群抵抗沖擊力的區(qū)別。而反應力量指數(shù)這項起源于澳大利亞體育學院[28]的力量素質(zhì)評估指標，是量化快速伸縮復合訓練或拉長-縮短周期運動表現(xiàn)的有效方法[29]。與K.BEATTIE等[24]的研究相比，本研究的反應力量指數(shù)值在40 cm 的跳深高度下均較低，這可能與該研究選取的受試者在性別、年齡（23.70±4.00）歲、身高（1.80±0.08）m 和體重（87.50±16.10）kg 均明顯高于本研究，其力量訓練背景也相對更好有關(guān)。

在連續(xù)5次跳測試中，出現(xiàn)一個明顯的趨勢，雖然優(yōu)秀組幾乎每一跳的均值都高于普通組，但僅第4、5次跳的指標對比具備統(tǒng)計學意義，說明其下肢伸肌群的肌肉耐力或下肢連續(xù)完成快速拉長-縮短周期動作的能力更強，可能是造成專項成績差距的原因之一。與以往研究不同，本研究著重對比各跳之間的對比與變化。R.RAMíREZ-CAMPILLO 等[15]在7 周干預前、后對比包括連續(xù)5 次跳在內(nèi)的多項跳躍、變向、速度、耐力和次最大力量等表現(xiàn)，但研究中僅提供了連續(xù)10次跳的平均騰起高度數(shù)據(jù)。R.HEALY 等[30]分別采用測力臺和Optojump 系統(tǒng)測試，但也僅提供了2 種測試儀器測試的連續(xù)5次跳平均觸地時間和騰空時間。

本研究選用的一般運動表現(xiàn)測試手段全部以水平方向展開，符合短跑項目基本規(guī)律。從發(fā)力特點來看，這些測試手段呈現(xiàn)明顯的下肢伸肌群完成拉長-縮短周期特征。不同的是，30 m、60 m 等項目體現(xiàn)快速拉長-縮短周期特征。有研究顯示，高水平短跑運動員的觸地時間僅為0.088～0.104 s[31]，而立定跳遠、立定三級跳的觸地時間更長，下肢三關(guān)節(jié)緩沖幅度更大，表現(xiàn)為慢速拉長-縮短周期特征。

以往研究中，較少采用繩梯跑和小欄架跑，運動學角度符合快速拉長-縮短周期特征，因此作為短跑等項目的專項訓練經(jīng)常被采用。本研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀組與普通組在速度和跳躍測試中出現(xiàn)顯著性差異，但在快速跳躍項目上較少拉開差距。雖然，單側(cè)快速跳、繩梯跑與小欄架跑都能反映受試者完成快速拉長-縮短周期的能力，但對測試的熟悉程度、器材的限制等容易弱化受試者間下肢反應力量的差別。以往研究也證實快速伸縮復合訓練的專項性對測試結(jié)果存在重要影響[21，32]。繩梯跑和小欄架跑并不僅體現(xiàn)反應力量，也反映了受試者在固定距離內(nèi)的步頻能力或動作速率的控制能力。

3.2 下肢反應力量測試方案的分析與建議

運用運動生物力學測試儀器量化下肢反應力量水平，能夠提供更多深層運動表現(xiàn)信息。本研究選取的受試者能夠體現(xiàn)全國田徑后備人才水平，涉及人數(shù)和訓練背景較為全面，能夠整體反映青少年階段女子下肢反應力量情況。以往研究者對受試者特征、測試動作、儀器等方面各有側(cè)重。

從受試者特征看，C.KOTZAMANIDIS 等[33]在研究中招募的實驗組和對照組成員處于Tanner 標準的青春期前（10～11 歲）階段，且2 組受試者均無訓練背景。R.S.LLOYD 等[34]在年齡（分為9、12和15歲組）和人數(shù)（129 人）設(shè)置上更進一步，并通過隨機分組的方式得到下肢反應力量指數(shù)（reactive strength index）和剛性與年齡相關(guān)的結(jié)論，但所有受試者也均不具備訓練背景。J.M.RADNOR 等[35-36]的研究與之類似。相較之下，T.J.GABBETT 等[37]將少年橄欖球運動員與無訓練背景同齡者進行對比；J.MORAN 等[38]則在此基礎(chǔ)上將有訓練者與無訓練者的年齡段分開，以期雙重比較。B.W.SNYDER 等[17]與J.MORAN[38]的研究思路有所差別，其成年組具備業(yè)余訓練背景，而青少年組也具備至少1 年的系統(tǒng)訓練背景。與此相比，本研究受試者具備系統(tǒng)的專業(yè)訓練背景，不僅對不同類型測試結(jié)果的相關(guān)性研究提供良好的數(shù)據(jù)來源保證，同時也是對我國女子短跑后備人才下肢反應力量的調(diào)查，所選取的人數(shù)也超過國外其他同類型研究。

從測試儀器看，以往多項研究認為三維測力臺是測量下肢反應力量的“金牌標準”[31，39-40]，實地測量中運用接觸墊測量也得到美國體能協(xié)會的支持[33]。此外，基于光電原理制作的測試儀，如Optojump 測試系統(tǒng)更為廉價輕便。C.CASTAGNA等[41]認為，三維測力臺與Optojump 系統(tǒng)在測量騰空時間中僅存在均值為0.000 6 s 的誤差。D.J. BYRNE 等[42]在研究中就采用這一系統(tǒng)比較19 名愛爾蘭曲棍球運動員在4 個跳深高度下（30～60 cm）的反應力量指數(shù)及最佳跳深高度的日間測試可靠性。M.PATTERSON等[43]則在受試者踝部固定加速度計這種可穿戴測量設(shè)備，實現(xiàn)反應力量的測量，但傳感器固定的不穩(wěn)定及識別騰空、落地階段的困難性，導致測試結(jié)果偏差較大。結(jié)合以上研究特點和結(jié)果，本研究采用Kistler 三維測力臺對半蹲跳和40 cm 跳深進行測試。但測力臺面積較小，實地測量時發(fā)現(xiàn)，部分青少年運動員難以在多次跳躍中準確保持重心，跳出測力臺區(qū)域及由此產(chǎn)生的畏懼心理極易導致測試數(shù)據(jù)偏差。因此，采用實踐訓練中常用的Tendo Power測試儀負責連續(xù)5次跳測試，這在以往研究中也較為鮮見。

在測試動作的選擇上，以0.25 s 觸地時間作為分界點[6]，半蹲跳、跳箱等被普遍認為是慢速拉長-縮短周期動作，而跳深、跳躍小欄架和連續(xù)跳則為快速型。T.J.SUCHOMEL等[16]招募了106名NCAA一級聯(lián)盟運動員，在無負重和負重20 kg情況下分別測試2次最大努力程度半蹲跳，每次跳躍間隔30 s。R.HEALY 等[30]著重在多次和對側(cè)跳躍中獲得拉長-縮短周期的更多信息，因此采用連續(xù)10 次跳和單、雙腿30 cm 跳深。B.W.SNYDER 等[17]則兼顧快、慢拉長-縮短周期2種類型，測試半蹲跳和40 cm 跳深?；诎攵滋从诚轮磻α克哂械莫毺貎?yōu)勢[22，44]，本研究可測試受試者完成慢速拉長-縮短周期動作的能力。跳深的起跳策略變化將導致觸地時間改變，本研究要求受試者落地迅速跳起，減少髖和膝關(guān)節(jié)屈曲角度，在觸地后迅速將下降速度轉(zhuǎn)為上升速度，更好反映下肢完成快速拉長-縮短周期的能力，40 cm 也常被用于評估和訓練青少年以及成年人的下肢反應力量水平[45-46]。此外，連續(xù)多次跳相較于單次跳躍，能夠更加全面地反映受試者持續(xù)完成快速拉長-縮短周期動作的能力，在耐力項目的研究中也曾運用連續(xù)跳躍提升奔跑經(jīng)濟性[47]，本研究也將連續(xù)5次跳加入測試。

但需要注意的是，盡管運動生物力學測試儀器能夠提供關(guān)于下肢反應力量更為詳細而深入的信息，其設(shè)備購置成本高、測試方案復雜、數(shù)據(jù)處理緩慢、知識儲備要求高等特點增加了實地研究和一線訓練測試的困難程度。較大規(guī)模的體育人才選拔也多用一般運動表現(xiàn)進行測試篩選。在下肢反應力量的研究中，國外學者傾向運動生物力學儀器測試，對比實驗干預前后速度、跳躍、力量、耐力等一般運動表現(xiàn)差異；而國內(nèi)選材實踐中多采用一般運動表現(xiàn)，較少結(jié)合能夠反映更多運動機制信息的運動生物力學測試，這些信息極易被肉眼忽略。

本研究涉及的9 項一般運動表現(xiàn)測試與28 項運動生物力學指標的相關(guān)性數(shù)據(jù)中，高達82.9%的數(shù)據(jù)存在顯著相關(guān)關(guān)系，其達到中度顯著相關(guān)（|r|＞0.5，P＜0.05）的共有26 對，從一般運動表現(xiàn)測試來看，全部集中在30 m、60 m、立定跳遠和立定三級跳4 項測試中（見表7）。單足跳、繩梯跑一類、繩梯跑二類和小欄架跑測試未與運動生物力學測試的任何指標產(chǎn)生顯著相關(guān)性，這可能與單足跳等測試的側(cè)重點有關(guān)。除下肢反應力量外，單足跳、繩梯跑一類、繩梯跑二類和小欄架跑測試對受試者的協(xié)調(diào)性和靈敏性等也有較高要求，因此對相關(guān)性研究結(jié)果產(chǎn)生了一定影響。

下肢反應力量水平對青少年運動表現(xiàn)及專項成績具有重要影響，從而影響運動員競技生涯所能達到的整體高度。反應力量的某些神經(jīng)-肌肉系統(tǒng)指標一旦鞏固定型，后期極難改變，其可訓練性也會隨運動員的生理成熟度而改變。因此，在快速力量項目的選材與育才實踐中，應提升對下肢反應力量的重視程度。陳小平[20]指出，應在選材初選階段加強對反應力量的監(jiān)測。初選階段主要任務是了解兒童少年運動能力的天賦條件，其內(nèi)容主要圍繞遺傳和發(fā)育水平展開，而復選階段則注重對兒童少年的可訓練性及潛力進行甄別[48]。以上2個選材階段均應注重對反應力量的考察，但測試方法可各有側(cè)重。初選階段，需要對較大基數(shù)人群進行觀測，適用一般運動表現(xiàn)測試快速篩選，且應采用受試者較為熟悉的、運動技術(shù)要求較低的量化指標，并結(jié)合多種方向、要求等進行，還應對運動員的質(zhì)心位移距離、地面接觸時間等速度與時間性指標給予更多關(guān)注，而不過分注重騰起高度等運動表現(xiàn)輸出指標，這樣能夠在一定程度上保證選材的成功率。復選階段，著重深入評價，適合運用運動生物力學測試進行小范圍的細致分析，提升運動員培養(yǎng)的科學化水平，彌補教練員的經(jīng)驗和認知疏漏，采用受試者熟悉、適合年齡特點的測試手段與方案，可將信息反饋快但結(jié)果不夠精確的儀器與測試結(jié)果精準但反饋速度較慢的儀器結(jié)合。前者可多用于日常訓練或快速選拔，后者則在深入測試中使用。

4 結(jié) 論

（1）采用一般運動表現(xiàn)測試時，應選用30 m、立定跳遠等更為常見的測試項目，更易于反映女子青少年運動員下肢反應力量差別；（2）半蹲跳與40 cm跳深測試的功率、沖量指標與騰起高度均能反映下肢反應力量的差別，這種差別在連續(xù)5 次跳中更為明顯；（3）30 m、60 m、立定跳遠和立定三級跳，與半蹲跳、40 cm 跳深和連續(xù)5 次跳在多項指標上存在顯著相關(guān)性，在下肢反應力量測試中可以結(jié)合條件選擇使用。