女子青少年短跑运动员下肢反应力量测试类型与手段的有效性研究

周 彤，章碧玉，吕欢欢，许文鑫

快速力量或爆发力主导的运动项目都具有明显的反应力量特征。反应力量（reactive strength），是指肌肉在完成拉长-缩短周期活动中，利用弹性能量在肌肉中的储存与再释放，以及神经反射性调节所释放出的力量[1]。自1964 年G.A.CAVAGNA 等[2]首次提出反应力量以来，研究者对该种力量素质的研究热情已持续了半个多世纪。1972 年，J.V.WERSCHOSHAN‐SKIJ[3]对反应力量重要性的强调也得到多位知名学者[4-7]的理论与实践支持。近年来，反应力量与冲刺表现的关系[8-9]，及反应力量测试在神经肌肉系统疲劳监测[10-11]和对侧力量强弱鉴别[12-13]等领域的应用，得到更加广泛和深入的研究。

反应力量的测试指标较多，除基本测试指标如高度、远度外，反应力量指数（reactive strength index）、反应力量修正指数（reactive strength index-modified）也被证实能够准确反映运动员相关肌群完成拉长-缩短周期动作的能力[14-16]。B.W.SNYDER 等[17]认为，与年龄相关的发育因素可能会影响测试者的反应力量水平，如神经肌肉系统活动的刚性会随儿童年龄的增加而提升[18-19]。但陈小平[20]指出，某些对反应力量具有重要影响的神经-肌肉指标定型后难以改变，应在少年儿童竞技训练初期就重视反应力量训练。近期一项元分析也显示，年龄对抗阻训练和反应力量的可训练性影响不同，前者在青少年身体发育突增期中及之后都具有较大适应性，但后者在青少年身体发育突增期之前有更好的训练适应性[21]。

快速力量和爆发力主导的项目选材体系中，力量和速度素质一直受到重视。从动作形式看，冲刺、跳跃、变向等动作都具备明显的下肢伸肌群拉长-缩短周期特征。一般运动表现测试手段（如短距离跑、水平和垂直方向跳跃等）可通过位移、时间等基础数据反映受试者水平。这类测试多用于选材的初选阶段，操作简单，测试结果即时获知，但无法深入体现运动生物力学方面的详细信息。在国外，反应力量研究通常结合精密的运动生物力学测试仪器展开。目前，学术界较为公认的下肢反应力量测试仪器的“金牌标准”是三维测力台，基于三维测力台数据能从不同角度反映受试者的下肢反应力量水平。

但是，运用运动生物力学测试仪器存在价格昂贵、实地测试困难、数据处理复杂等缺点，在青少年选材阶段不具备全面推广的条件。而一般运动表现测试虽然常用，但对下肢反应力量的体现程度和准确度极少有研究涉及。本文通过分析不同测试类型间的相关性，结合一般运动表现与运动生物力学测试的优点，提升运动员实地选材时下肢反应力量测试的效率和准确度。基于此，本研究拟以短跑项目的女子青少年运动员为研究对象，设计能够反映下肢反应力量的一般运动表现及运动生物力学测试，旨在：（1）调查我国短跑及跳跃项目后备人才的下肢反应力量水平；（2）分析一般运动表现与运动生物力学测试对反应力量展现的有效性；（3）通过相关性分析，提出反应力量测试手段的建议。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究选取的85 名女子受试者均来自全国田径短跑单项奥林匹克高水平后备人才训练基地，根据受试者主项的运动等级分为优秀组（达二级水平）与普通组（达三级水平），其中优秀组16 人，普通组69 人。目前，全国现有25个短跨单项奥林匹克高水平后备人才基地，本研究受试者来自于其中21 个单位，能够在一定程度上反映我国目前短跑项目女子青少年后备人才的整体水平（见表1）。

1.2 研究方法

整体测试开始前，集中各单位受试者，对研究目的、流程、方法、时间等内容进行详细介绍，记录受试者的个人情况、运动等级和最好成绩等信息，并汇总编号以备测试所用。整体测试分为一般运动表现和运动生物力学测试两类，前者采用短跑项目选拔常用的普通测试手段及方法，后者则运用运动生物力学仪器对特定动作的完成情况进行分析。

1.2.1 一般运动表现测试 经过慢跑和动态拉伸后，受试者按照预先编定的序号依次进行测试。动态拉伸内容以受试者日常训练流程为主。一般运动表现测试内容包含30 m 跑、60 m 跑、立定跳远、立定三级跳、30 m 单足跳（双侧）、5 m 绳梯跑和栏架跑等，其中30 m 与60 m 测试一同进行，工作人员分别位于30 m和60 m 处记录成绩；5 m 绳梯跑分为一类（一步一格）与二类（一步两格）；小栏架共10 个，两两间隔50 cm。测试工具包括皮尺、钢卷尺、5 m 绳梯和18 cm 栏架等。测试均由相同工作人员负责并记录成绩，每人2次测试机会，取较优成绩，每项测试间隔20 min以上。

1.2.2 运动生物力学测试 本部分测试与一般运动表现测试间隔12 h 以上。测试内容及顺序为半蹲跳、40 cm 跳深和连续5 次跳，测试仪器采用Kistler 三维测力台和Tendo Power测试仪。热身内容与一般运动表现测试保持一致。正式测试前，由工作人员讲解标准测试动作，并带领测试者完成2～3次原地试跳（见表2）。测试时对受试者进行语言鼓励。

表2 运动生物力学测试要求Table 2 Sports Biomechanics Testing Requirements

每项测试重复2次，2次间隔休息1 min，根据工作人员现场和后期数据处理判断选取完成效果较好的1次。如受试者在测试中出现前后位移过大、明显二次发力、落地缓冲时间过长及膝关节缓冲角度过大等情况，则需重复测试直至达到测试要求。测试中，存在个别受试者反复测试不达标，故放弃该受试者数据。

1.2.3 数据处理 利用BioWare 软件导出半蹲跳和40 cm 跳深测试的结果，对Fz方向力值变化情况进行分析，可得到腾空时间Ft、触地时间Lt和峰值力值等数据，并根据公式H=1/2gFt2计算得出半蹲跳和40 cm跳深的腾空高度Fh，Ft为腾空时间。根据公式：反应力量指数=Fh/Lt，计算并判断受试者完成40 cm 跳深时的反应力量表现。

运用Tendo Power 自带蓝牙配件，将测试仪与笔记本电脑连接，并更新自带分析软件至5.0 版本。测试开始时，将每名受试者的身高体重输入系统，记录并导出连续5 次跳测试的结果，从导出的测试结果“summary”以及每次跳跃的“raw data”收集本研究所需的功率和速度指标，且均包含平均和峰值指标。

1.2.4 数据统计分析 录入所有受试者的一般运动表现测试和运动生物力学测试数据，利用SPSS17.0统计软件，所有描述性分析结果均以平均值±标准差表示。主要包括：（1）统计分析受试者基本情况，包括身高、体重、运动等级等；（2）采用K-S 正态检验法对数据进行正态性检验，在数据服从正态分布的条件下，采用独立样本T检验对2 组受试者各测试指标的差异性进行检验，显著性水平定为P≤0.05；（3）采用Pearson 相关系数进行线性相关性检验，分析一般运动表现测试与运动生物力学测试数据之间的相关性。

2 结 果

一般运动表现测试方面，2 组在多项测试中存在显著性差异，仅有绳梯跑、小栏架跑和左腿单腿跳成绩无显著差异（见表3）。在运动生物力学测试指标上，2 组在半蹲跳的所有指标上均存在显著差异，而40 cm 跳深测试则在第一峰值和反应力量指数存在显著性差异（见表4）；连续5次跳测试方面，2组在第4跳的全部指标和第5 跳的峰值功率、平均功率和峰值速度存在显著性差异（见表5、表6）。

相关性分析发现，一般运动表现测试中跑、跳测试得到的时间和远度数据，与运动生物力学测试得到的功率、力值等指标存在较多显著相关关系（P＜0.05），其中有26对指标的相关系数达到中度相关（0.5≤|r|＜0.8）（见表7）。

表3 2组受试者一般运动表现测试情况（M±SD）Table 3 General Performance Test of Different Genders and Groups

表4 2组受试者半蹲跳及40 cm跳深测试情况（M±SD）Table4 Countermovement Jump and 40cm Drop Jump Tests of Different Genders and Groups

表5 2组受试者连续5次跳测试功率表现情况（M±SD）Table5 Power Performance of 5 Continuous Vertical Jump Test of Different Groups

表6 2组受试者连续5次跳测试速度表现情况（M±SD）Table6 Speed Performance of 5 Continuous Vertical Jump Test of Different Groups

表7 一般运动表现测试与运动生物力学测试指标存在中度显著相关性的数据（M±SD）Table7 Moderate Significant Correlation Between General Per‐formance and Biomechanics Tests

3 分析与讨论

3.1 青少年短跑运动员下肢反应力量的特征分析

从测试结果看，2 组在半蹲跳测试的各项指标均出现显著性差异。半蹲跳的腾起高度是以往研究中最常用的指标[22-24]，也有部分研究将半蹲跳的功率、冲量纳入考量，以期得到更多力学机制方面的信息。J.J.MCMAHON 等[25]通过计算半蹲跳反应力量修正指数，将排名最高与最低的20 人分组，比较包括腾起高度在内的多项指标差异，发现2 组受试者除腾空高度外，在峰值力值、峰值功率和冲量等指标上均存在显著性差异（P＜0.001），这与本研究一致。需要指出的是，该研究将半蹲跳划分为离心与向心两个阶段，离心阶段峰值指标与本研究峰值指标相应。此外，W.P.EBBEN 等[26]提出的反应力量修正指数得到部分专家的认可[16]，但B.W.SNYDER 等[17]研究认为反应力量修正指数不能反映半蹲跳在地面接触阶段的力学机制变量变化，可能无法在跳跃任务中提供反应力量的准确评估，本研究没有采用。

优秀组与普通组在跳深腾起高度对比上没有显著性差异，但峰值力值和反应力量指数出现显著性差异。周家颖[27]认为，在40～100 cm 跳深动作中，峰值力值的差异能在一定程度上体现下肢各关节肌肉群抵抗冲击力的区别。而反应力量指数这项起源于澳大利亚体育学院[28]的力量素质评估指标，是量化快速伸缩复合训练或拉长-缩短周期运动表现的有效方法[29]。与K.BEATTIE等[24]的研究相比，本研究的反应力量指数值在40 cm 的跳深高度下均较低，这可能与该研究选取的受试者在性别、年龄（23.70±4.00）岁、身高（1.80±0.08）m 和体重（87.50±16.10）kg 均明显高于本研究，其力量训练背景也相对更好有关。

在连续5次跳测试中，出现一个明显的趋势，虽然优秀组几乎每一跳的均值都高于普通组，但仅第4、5次跳的指标对比具备统计学意义，说明其下肢伸肌群的肌肉耐力或下肢连续完成快速拉长-缩短周期动作的能力更强，可能是造成专项成绩差距的原因之一。与以往研究不同，本研究着重对比各跳之间的对比与变化。R.RAMÍREZ-CAMPILLO 等[15]在7 周干预前、后对比包括连续5 次跳在内的多项跳跃、变向、速度、耐力和次最大力量等表现，但研究中仅提供了连续10次跳的平均腾起高度数据。R.HEALY 等[30]分别采用测力台和Optojump 系统测试，但也仅提供了2 种测试仪器测试的连续5次跳平均触地时间和腾空时间。

本研究选用的一般运动表现测试手段全部以水平方向展开，符合短跑项目基本规律。从发力特点来看，这些测试手段呈现明显的下肢伸肌群完成拉长-缩短周期特征。不同的是，30 m、60 m 等项目体现快速拉长-缩短周期特征。有研究显示，高水平短跑运动员的触地时间仅为0.088～0.104 s[31]，而立定跳远、立定三级跳的触地时间更长，下肢三关节缓冲幅度更大，表现为慢速拉长-缩短周期特征。

以往研究中，较少采用绳梯跑和小栏架跑，运动学角度符合快速拉长-缩短周期特征，因此作为短跑等项目的专项训练经常被采用。本研究发现，优秀组与普通组在速度和跳跃测试中出现显著性差异，但在快速跳跃项目上较少拉开差距。虽然，单侧快速跳、绳梯跑与小栏架跑都能反映受试者完成快速拉长-缩短周期的能力，但对测试的熟悉程度、器材的限制等容易弱化受试者间下肢反应力量的差别。以往研究也证实快速伸缩复合训练的专项性对测试结果存在重要影响[21，32]。绳梯跑和小栏架跑并不仅体现反应力量，也反映了受试者在固定距离内的步频能力或动作速率的控制能力。

3.2 下肢反应力量测试方案的分析与建议

运用运动生物力学测试仪器量化下肢反应力量水平，能够提供更多深层运动表现信息。本研究选取的受试者能够体现全国田径后备人才水平，涉及人数和训练背景较为全面，能够整体反映青少年阶段女子下肢反应力量情况。以往研究者对受试者特征、测试动作、仪器等方面各有侧重。

从受试者特征看，C.KOTZAMANIDIS 等[33]在研究中招募的实验组和对照组成员处于Tanner 标准的青春期前（10～11 岁）阶段，且2 组受试者均无训练背景。R.S.LLOYD 等[34]在年龄（分为9、12和15岁组）和人数（129 人）设置上更进一步，并通过随机分组的方式得到下肢反应力量指数（reactive strength index）和刚性与年龄相关的结论，但所有受试者也均不具备训练背景。J.M.RADNOR 等[35-36]的研究与之类似。相较之下，T.J.GABBETT 等[37]将少年橄榄球运动员与无训练背景同龄者进行对比；J.MORAN 等[38]则在此基础上将有训练者与无训练者的年龄段分开，以期双重比较。B.W.SNYDER 等[17]与J.MORAN[38]的研究思路有所差别，其成年组具备业余训练背景，而青少年组也具备至少1 年的系统训练背景。与此相比，本研究受试者具备系统的专业训练背景，不仅对不同类型测试结果的相关性研究提供良好的数据来源保证，同时也是对我国女子短跑后备人才下肢反应力量的调查，所选取的人数也超过国外其他同类型研究。

从测试仪器看，以往多项研究认为三维测力台是测量下肢反应力量的“金牌标准”[31，39-40]，实地测量中运用接触垫测量也得到美国体能协会的支持[33]。此外，基于光电原理制作的测试仪，如Optojump 测试系统更为廉价轻便。C.CASTAGNA等[41]认为，三维测力台与Optojump 系统在测量腾空时间中仅存在均值为0.000 6 s 的误差。D.J. BYRNE 等[42]在研究中就采用这一系统比较19 名爱尔兰曲棍球运动员在4 个跳深高度下（30～60 cm）的反应力量指数及最佳跳深高度的日间测试可靠性。M.PATTERSON等[43]则在受试者踝部固定加速度计这种可穿戴测量设备，实现反应力量的测量，但传感器固定的不稳定及识别腾空、落地阶段的困难性，导致测试结果偏差较大。结合以上研究特点和结果，本研究采用Kistler 三维测力台对半蹲跳和40 cm 跳深进行测试。但测力台面积较小，实地测量时发现，部分青少年运动员难以在多次跳跃中准确保持重心，跳出测力台区域及由此产生的畏惧心理极易导致测试数据偏差。因此，采用实践训练中常用的Tendo Power测试仪负责连续5次跳测试，这在以往研究中也较为鲜见。

在测试动作的选择上，以0.25 s 触地时间作为分界点[6]，半蹲跳、跳箱等被普遍认为是慢速拉长-缩短周期动作，而跳深、跳跃小栏架和连续跳则为快速型。T.J.SUCHOMEL等[16]招募了106名NCAA一级联盟运动员，在无负重和负重20 kg情况下分别测试2次最大努力程度半蹲跳，每次跳跃间隔30 s。R.HEALY 等[30]着重在多次和对侧跳跃中获得拉长-缩短周期的更多信息，因此采用连续10 次跳和单、双腿30 cm 跳深。B.W.SNYDER 等[17]则兼顾快、慢拉长-缩短周期2种类型，测试半蹲跳和40 cm 跳深。基于半蹲跳反映下肢反应力量所具有的独特优势[22，44]，本研究可测试受试者完成慢速拉长-缩短周期动作的能力。跳深的起跳策略变化将导致触地时间改变，本研究要求受试者落地迅速跳起，减少髋和膝关节屈曲角度，在触地后迅速将下降速度转为上升速度，更好反映下肢完成快速拉长-缩短周期的能力，40 cm 也常被用于评估和训练青少年以及成年人的下肢反应力量水平[45-46]。此外，连续多次跳相较于单次跳跃，能够更加全面地反映受试者持续完成快速拉长-缩短周期动作的能力，在耐力项目的研究中也曾运用连续跳跃提升奔跑经济性[47]，本研究也将连续5次跳加入测试。

但需要注意的是，尽管运动生物力学测试仪器能够提供关于下肢反应力量更为详细而深入的信息，其设备购置成本高、测试方案复杂、数据处理缓慢、知识储备要求高等特点增加了实地研究和一线训练测试的困难程度。较大规模的体育人才选拔也多用一般运动表现进行测试筛选。在下肢反应力量的研究中，国外学者倾向运动生物力学仪器测试，对比实验干预前后速度、跳跃、力量、耐力等一般运动表现差异；而国内选材实践中多采用一般运动表现，较少结合能够反映更多运动机制信息的运动生物力学测试，这些信息极易被肉眼忽略。

本研究涉及的9 项一般运动表现测试与28 项运动生物力学指标的相关性数据中，高达82.9%的数据存在显著相关关系，其达到中度显著相关（|r|＞0.5，P＜0.05）的共有26 对，从一般运动表现测试来看，全部集中在30 m、60 m、立定跳远和立定三级跳4 项测试中（见表7）。单足跳、绳梯跑一类、绳梯跑二类和小栏架跑测试未与运动生物力学测试的任何指标产生显著相关性，这可能与单足跳等测试的侧重点有关。除下肢反应力量外，单足跳、绳梯跑一类、绳梯跑二类和小栏架跑测试对受试者的协调性和灵敏性等也有较高要求，因此对相关性研究结果产生了一定影响。

下肢反应力量水平对青少年运动表现及专项成绩具有重要影响，从而影响运动员竞技生涯所能达到的整体高度。反应力量的某些神经-肌肉系统指标一旦巩固定型，后期极难改变，其可训练性也会随运动员的生理成熟度而改变。因此，在快速力量项目的选材与育才实践中，应提升对下肢反应力量的重视程度。陈小平[20]指出，应在选材初选阶段加强对反应力量的监测。初选阶段主要任务是了解儿童少年运动能力的天赋条件，其内容主要围绕遗传和发育水平展开，而复选阶段则注重对儿童少年的可训练性及潜力进行甄别[48]。以上2个选材阶段均应注重对反应力量的考察，但测试方法可各有侧重。初选阶段，需要对较大基数人群进行观测，适用一般运动表现测试快速筛选，且应采用受试者较为熟悉的、运动技术要求较低的量化指标，并结合多种方向、要求等进行，还应对运动员的质心位移距离、地面接触时间等速度与时间性指标给予更多关注，而不过分注重腾起高度等运动表现输出指标，这样能够在一定程度上保证选材的成功率。复选阶段，着重深入评价，适合运用运动生物力学测试进行小范围的细致分析，提升运动员培养的科学化水平，弥补教练员的经验和认知疏漏，采用受试者熟悉、适合年龄特点的测试手段与方案，可将信息反馈快但结果不够精确的仪器与测试结果精准但反馈速度较慢的仪器结合。前者可多用于日常训练或快速选拔，后者则在深入测试中使用。

4 结 论

（1）采用一般运动表现测试时，应选用30 m、立定跳远等更为常见的测试项目，更易于反映女子青少年运动员下肢反应力量差别；（2）半蹲跳与40 cm跳深测试的功率、冲量指标与腾起高度均能反映下肢反应力量的差别，这种差别在连续5 次跳中更为明显；（3）30 m、60 m、立定跳远和立定三级跳，与半蹲跳、40 cm 跳深和连续5 次跳在多项指标上存在显著相关性，在下肢反应力量测试中可以结合条件选择使用。