30-15间歇性体能测试在男大学生足球运动员中的可靠性、有效性及最大摄氧量预测模型的再验证：一项试点研究

《Frontiers in Physiology》：Re-examining the reliability and validity of 30-15IFT for VO2max prediction in male collegiate soccer players: a pilot study

本试点研究重新评估了30-15间歇性体能测试（30-15IFT）在男大学生足球运动员这一半职业化群体中应用的信效度。结果表明，30-15IFT在监测运动专项表现（如最大间歇跑速VIFT）方面具有高可靠性（ICC = 0.81–0.92），但由于存在显著的系统性偏差和宽泛的一致性界限，其与实验室标准连续跑台测试（CT）在评估最大摄氧量（VO2max）时不可互换。研究进一步开发了针对该人群的特异性预测方程，其预测误差（SEE = 2.90 mL/kg/min）显著低于通用方程（SEE = 4.91 mL/kg/min），强调了建立群体特异性模型对于提升场测精准性的重要意义。

　　

1 引言

足球是一项典型的间歇性团队运动，其特点是重复的高强度活动，包括冲刺、加速、减速和快速变向。由于比赛中高强度动作频繁出现，球员需要在关键阶段反复进行此类努力，同时保持高水平的有氧耐力以支持比赛过程中的强度调节和恢复。值得注意的是，高强度跑的持续时间和可重复性与运动员的有氧能力（最大摄氧量VO₂max）密切相关，这种关系在比赛后期阶段（尤其是最后15分钟）变得尤为明显。因此，准确评估球员的有氧能力是足球有效身体准备的基石。

基于跑台或自行车测功计的增量实验室测试被广泛用于评估心肺适能。然而，这些测试耗时、需要昂贵设备，并且由于需要重复实验室访问，常常干扰运动员的常规训练计划。因此，间接评估方法作为实用替代方案受到越来越多的关注。为了解决运动背景下传统实验室评估的局限性，Buchheit及其同事开发了30-15间歇性体能测试（30-15_IFT），这是一种具有更高生态效度的场测方法。30-15_IFT是一项间歇性、递增的折返跑测试，包含变向动作，能够同时评估有氧和无氧适能、努力间恢复能力、无氧速度储备和变向能力。近期研究已证实30-15_IFT在各种团队运动（包括手球、篮球、足球、冰球和橄榄球）中具有高可靠性。30-15_IFT的一个关键优势在于其输出变量——最大间歇跑速（V_IFT）——可用于制定个体化的高强度间歇训练（HIIT）方案。这一特性有效克服了传统连续测试的局限，后者往往无法捕捉比赛中的运动专项需求。此外，基于V_IFT的HIIT处方已被证明能显著降低团队内训练强度的个体间变异性（变异系数CV约为3%），从而提高了团体训练课的同质性和标准化程度。这为在运动科学实践中实施精确的身体 conditioning 干预提供了更有效的策略。

尽管30-15_IFT与团队运动的生理和动作需求高度契合，但其预测VO₂max的能力与金标准测量值存在显著差异（效应量ES = 0.84–1.10）。30-15_IFT估算的VO₂max（VO₂max-IFT）是使用Buchheit (2008)建立的公式计算的，该公式基于59名青年运动员（年龄16.2 ± 2.3岁）的样本。将这样一个特定方程普遍应用的有效性是值得怀疑的，因为心肺适能受多种因素影响，包括性别、种族、训练状态和生活方式。现有文献中更广泛的样本偏差加剧了这种普适性问题，这些研究主要集中在职业或青年运动员身上。与青年或职业运动员相比，大学生运动员表现出独特的方法学和实践特征。一方面，他们通常处于半职业状态，需要参加高水平比赛，但缺乏系统性的训练、监测和康复资源。另一方面，他们的训练负荷和恢复条件常常受到学业承诺的显著限制，导致运动表现和体能评估结果变异性更大。此外，大学生运动员通常生物发育更成熟，不再表现出青年学院球员典型的生长和发育特征，这种区别可能影响他们的体能适应和训练反应。相比之下，青年运动员主要在集中的学院体系内管理，而职业运动员则受益于完善的训练和医疗支持结构。因此，关注大学生运动员不仅填补了现有文献的关键空白，也为大学和半职业人群的训练监控和体能评估提供了基于证据的见解。

因此，本试点研究的主要目的是评估30-15_IFT在男大学生足球运动员中预测VO₂max的可靠性和有效性。次要目的是开发一个新的、针对特定人群的VO₂max预测方程，并将其预测效度与Buchheit (2008)公式进行直接比较。研究假设是，虽然30-15_IFT是可靠的，但新的人群特异性方程将显示出比通用公式更优的准确性和一致性。

2 方法

2.1 参与者

20名训练有素的男大学生足球运动员自愿参与本研究。所有参与者均来自中南大学足球队，在中国大学生足球联赛（CUFA）中表现出色，多次获得省级冠军。球员每周训练5.5 ± 1.2次（每周11.8 ± 2.1小时），测试在竞赛期进行。守门员因足球位置上有氧能力差异被排除。所有球员均无心血管或呼吸系统疾病，测试时无伤病。研究经武汉体育大学伦理委员会根据赫尔辛基宣言指南批准。参与者被充分告知并签署知情同意书，表明他们可以随时退出研究。

2.2 设计

本研究采用重复测量设计。在主实验方案前一周，参与者进行一次适应性训练，以熟悉实验者、实验室、材料和运动测试，从而最小化学习效应并确保运动测试的可靠性。所有三次测试 sessions 在一天中的同一时间（下午4:00至5:00）进行，每次间隔7天。第一次 session 在实验室环境下使用电动跑台进行，以确定最大摄氧量（VO₂max）和最大心率（HRmax）作为参考指标。第二次和第三次 sessions 在参与者通常训练的外场草地球场进行，使用30-15间歇性体能测试（30-15_IFT）作为测试方案。在每个测试日，参与者穿着标准足球比赛服装，并在30-15_IFT前完成标准化的热身活动，包括5-10分钟的中等强度慢跑，随后进行5分钟的静态和动态拉伸。为最小化疲劳影响，所有参与者在每次测试前至少48小时内被要求避免任何剧烈体力活动。在整个研究期间，参与者保持其常规训练计划。所有测试在相似的环境条件下进行，环境温度在20°C至25°C之间，以确保各 sessions 间的一致性。

2.3 跑台连续增量跑步测试

所有参与者在受控实验室环境（环境温度约25°C）下进行连续跑台测试（CT）。测试在电动跑台上进行，坡度设置为1°。测试前，参与者完成针对下肢的标准动态热身，包括摆腿、行走弓步、侧向弓步、踝关节跳跃和单腿跳跃。测试方案以5 km/h的速度开始，每分钟速度增加1 km/h，直至力竭。使用便携式代谢分析仪实时收集呼吸气体交换数据，记录的参数包括摄氧量（VO₂）、二氧化碳产生量（VCO₂）、潮气量（VT）、每分钟通气量（VE）、呼吸交换率（RER）以及氧和二氧化碳分压（PO₂和PCO₂）。所有值均以5秒间隔平均。CT中的最大摄氧量（VO₂max-CT）定义为测试期间任何四个连续20秒间隔内观察到的最高平均VO₂。使用 Polar 心率监测器以1 Hz频率连续监测心率，与VO₂max-CT对应的心率记录为最大心率（HRmax-CT）。在VO₂max-CT点达到的最终跑台速度记录为最大跑台速度（V_CT）。每次测试前，气体分析系统均根据制造商说明进行校准以确保测量准确性。

2.4 30-15间歇性体能测试

30-15间歇性体能测试（30-15_IFT）按照Buchheit (2008)描述的方案进行。30-15_IFT的场地设计如图所示。测试包括交替的30秒折返跑和15秒被动恢复期。参与者遵循预录的音频提示（APP: 30-15IFT），从8 km/h的速度开始，每级增加0.5 km/h。他们在30秒的运动期间以一定速度在相距40米的两条线之间来回奔跑，随后是15秒的恢复期，走回最近的3米区域和最近的标记线（A/B/C），之后开始下一级测试。鼓励参与者完成尽可能多的级别。当满足以下任一标准时终止测试：（1）参与者自愿停止，或（2）连续三次未能在音频信号前到达3米缓冲区。最后完成的级别速度记录为参与者的最大间歇跑速（V_IFT）。30-15_IFT中的最大摄氧量（VO₂max-IFT，单位 ml·min^-1·kg^-1）使用Buchheit的预测方程（2008）估算：VO₂max-IFT = 28.3–(2.15 × 性别)–(0.741 × 年龄)–(0.0357 × 体重) + (0.0586 × 年龄 × V_IFT) + (1.03 × V_IFT)，其中性别编码为男性1，女性2。参与者在30-15_IFT中的心率（HR_max-IFT）使用 Polar Team Pro 系统在整个测试过程中测量。

2.5 统计分析

数据以均值±标准差或均值及95%置信区间（95% CI）表示。通过Shapiro-Wilk统计量评估数据正态性，并通过Levene检验验证方差齐性。使用组内相关系数（ICC）、测量典型误差（TE）（以变异系数CV表示）和最小有价值变化（SWC）检验30-15_IFT的可靠性。为评估ICC的大小，阈值设定为0.1、0.3、0.5、0.7、0.9和1.0，分别对应低、中、高、很高、近乎完美和完美。SWC计算为0.2 × 受试者间标准差。根据先前研究，如果TE高于SWC，则测试的评估为边缘；如果TE与SWC相似，则评估为“尚可”；如果TE小于SWC，则给予测试“良好”的评估。

使用Pearson相关系数（r）评估最大摄氧量（VO₂max）、最大心率（HR_max）和30-15_IFT的最终跑速与CT之间的效度，当数据不符合正态分布时使用Spearman相关。相关系数值表示变量与测试之间的关联程度为小（r = 0.1–0.3）、中（r = 0.3–0.5）、大（r = 0.5–0.7）、很大（r = 0.7–0.9）和近乎完美（r = 0.9–1.0）。连续试验间差异的实际显著性以及30-15_IFT与CT之间差异的大小也以标准化均值差（Cohen效应量；ES）表示。ES分类为微不足道（<0.19）、小（0.20–0.59）、中（0.60–1.19）、大（1.20–1.99）和很大（2.0–4.0）。此外，使用多元线性回归模型建立VO₂max-CT与Buchheit方程中所有变量之间的联系。我们排除了年龄与V_IFT的交互项，因为它主要与发育中的青少年相关，并且在我们大学生样本的狭窄年龄范围内不是显著预测因子。为比较两个方程的效度，使用Pearson的r评估相关强度，并使用估计标准误（SEE）和Bland-Altman分析分析预测误差。所有统计分析使用R版本4.4.2进行。统计学显著性水平设定为p < 0.05。

3 结果

3.1 可靠性

30-15_IFT期间获得的测试-再测试可靠性统计量如表2所示。在测试-再测试试验之间，估计的VO₂max-IFT（p = 0.12, ES = 0.36）、HR_max-IFT（p = 0.37, ES = 0.21）和V_IFT（p = 0.13, ES = 0.35）均无显著差异。两次试验间VO₂max-IFT（ICC = 0.91, CV = 1.43%）、HR_max-IFT（ICC = 0.81, CV = 1.46%）和V_IFT（ICC = 0.92, CV = 1.69%）的可靠性评级为高和很高。TE结果（VO₂max-IFT = 0.77；HR_max-IFT = 2.76；V_IFT = 0.35）高于SWC（VO₂max-IFT = 0.56 mL/kg/min；HR_max-IFT = 1.28 bpm；V_IFT = 0.27 km/h），其有用性评估为边缘。

3.2 效度

图3至图5显示了每个指标的30-15_IFT效度分析结果。相关性分析证明了标准效度，表现为30-15_IFT与CT在VO₂max（r = 0.62, p = 0.003）上存在大相关性，在HR_max和最终跑速（r = 0.71–0.77, p < 0.001）上存在很大相关性。然而，与CT相比，30-15_IFT中的所有变量均存在中到很大的差异（ES = ?0.96–2.44）。这表明尽管存在强相关性，但存在系统性偏差，30-15_IFT持续高估生理能力并低估最大心率。

Bland-Altman图显示了30-15_IFT与CT之间的一致性界限。与CT相比，30-15_IFT高估了最终跑速2.0 km/h（95% LoA: 0.39–3.61 km/h），高估了VO₂max 4.08 mL/kg/min（95% LoA: ?1.41–9.56 mL/kg/min）。相反，HR_max被低估了平均-3.9 bpm（95% LoA: ?11.89 至 4.09 bpm）。

3.3 多元线性回归

对于20名受试者，VO2max-CT与所有变量显著相关，并可总结为以下回归方程：VO2max-CT (mL/kg/min) = ?8.85 + 2.35 * V_IFT + ?0.13 * 体重（BM）+ 1 * 年龄（r = 0.72, p = 0.007, SEE = 2.90 mL/kg/min）。Bland-Altman图显示，与CT相比，新模型在VO₂max上表现出较小的偏差（95% LoA: ?5.21 至 5.21 mL/kg/min）。

4 讨论

本试点研究旨在验证30-15间歇性体能测试（30-15_IFT）在大学足球运动员中的可靠性和有效性，并探讨有氧能力的预测是否需要针对不同群体的不同预测公式。初步研究结果显示，30-15_IFT对V_IFT、VO₂max和HR_max表现出高的测试-再测试可靠性（ICC = 0.81–0.92, CV% = 1.43–1.69%）。尽管30-15_IFT与金标准连续跑台测试（CT）存在大到很大的相关性，但由于存在偏差（ES = 0.96–2.44），其效度有限。我们的结果还表明，30-15_IFT对所有结果指标的有用性均为边缘。此外，我们为大学生运动员开发的新的人群特异性方程显著减少了偏差并提高了预测准确性。这些试点研究结果关键地凸显了通用预测模型应用于特定人群时的固有局限性。

可靠性是评估测量误差的关键指标，通常分为绝对可靠性（即同一个体重复测量的变异程度）和相对可靠性（即个体在群体中排序跨重复评估的一致性）。相对可靠性常用组内相关系数（ICC）评估，而绝对可靠性则反映在变异系数（CV）和典型误差（TE）上。这些指标在横断面和纵向研究中具有很高的实用价值。本研究结果显示V_IFT具有高的绝对可靠性和相对可靠性，并且高于Buchheit等人（2011）设定的标准（ICC>0.69且CV<5%）。两次测试试验间未观察到显著差异——表明测试结果稳定，无学习效应证据。我们的研究与先前针对不同运动员群体（包括女子篮球运动员、室内足球运动员、青年橄榄球运动员和女子足球运动员）的研究显示出相似的可靠性。30-15_IFT观察到的高可靠性使其与足球运动员其他成熟的场测（如广泛使用的Yo-Yo测试）相媲美。此外，Buchheit报告了30-15_IFT表现与Yo-Yo间歇恢复水平1（IR1）测试之间的强相关性（r = 0.75），表明两种评估之间存在一定程度的收敛效度。尽管这些测试可能针对略有不同的生理能力，但两者对训练引起的变化表现出相似的敏感性。综上所述，30-15_IFT可被视为评估男大学生足球运动员有氧适能的一种可靠且可重复的场测工具。

尽管连续增量跑台测试（CT）被广泛认为是评估有氧耐力的“金标准”，但其实际应用常受环境条件、成本、时间要求和技术复杂性的限制。相比之下，本研究为30-15_IFT建立了良好的标准效度。主要结果指标与连续跑台测试的相应指标表现出大到很大的相关性（r = 0.62–0.77），支持30-15_IFT在评估男大学生足球运动员有氧适能方面的实用性。先前的研究也支持这一观点。?ovi?等人报告在精英女子足球运动员中，30-15_IFT与CT在VO₂max（r = 0.67）和HR_max（r = 0.77）上存在中到强的线性相关。Jeli?i?等人在女子篮球运动员中报告了30-15_IFT与CT结果指标之间相似的相关性（r = 0.69–0.74）。值得注意的是，尽管强相关性表明30-15_IFT是一种有效的测量方法，但它是否真正反映运动员能力的问题需要仔细考虑。我们的研究揭示了一个显著结果：尽管存在强相关性，但测试间的均值差异具有实际显著性，证据为中到很大的效应量（ES = 0.96–2.44）。此外，Bland-Altman图显示了宽泛的一致性界限和可见的偏差线。这表明30-15_IFT的结果指标存在大的随机误差，限制了30-15_IFT作为真实有氧能力直接替代指标的效用。先前研究也在不同人群（女子篮球运动员、女子足球运动员、步兵成员）中报告了这种显著差异。一方面，先前研究报道两种测试之间存在2–5 km/h的典型差异，并已在多项实证研究中得到证实。较高的V_IFT值可能归因于30-15_IFT的方案，因为其间歇性结构和持续的180°变向对无氧能力和高效变向能力提出了显著要求。在本研究中，VO₂max是使用Buchheit结合V_IFT、年龄和体重的修正公式估算的。结果显示较高的V_IFT值导致了更大的VO₂max估计值。此外，Jeli?i?等人报告熟悉的训练环境可能使运动员比实验室连续跑台跑步更能达到更高速度，导致VO₂max的高估。相比之下，30-15_IFT期间观察到的较低HR_max-IFT可能与测试环境有关。实验室跑台测试的陌生和限制性可能引发心理压力并升高心率，而30-15_IFT熟悉的场地设置可能引发更生态有效的生理状态。另一方面，两种测试间观察到的差异可能在于将单一通用预测方程应用于人口统计学上不同人群的局限性。原始的Buchheit (2008)公式是基于不同的队列开发的，可能无法准确捕捉我们样本的具体特征。为了研究这一点，我们尝试开发了一个人群特异性模型，并将其预测性能与Buchheit (2008)方程进行了直接比较。模型的直接比较显示，我们的方程表现出显著更低的系统性偏差（偏差≈0 对比 4.08 mL/kg/min）和更小的估计标准误（SEE = 2.90 对比 4.91 mL/kg/min）。虽然这种提高的准确性可能部分归因于模型是针对我们特定且同质的男大学生足球运动员队列进行校准的，但观察到的预测误差减少突出了一个关键要点。它表明将通用预测方程应用于特定人群可能导致显著的不准确性。因此，我们的研究结果强烈主张开发和使用人群特异性模型以提高场测生理评估的精确性。

此外，研究通过比较TE与SWC评估了30-15_IFT的有用性。这种比较可以帮助教练判断因训练干预或其他因素导致的性能变化的意义。结果表明VO₂max-IFT、HR_max-IFT和V_IFT的有用性为边缘，TE > SWC。然而，对于V_IFT，TE为0.35 km/h，而SWC为0.27 km/h，导致性能变化小于运动的一个阶段（±0.5 km/h）。这表明个体性能变化小于一个阶段（±0.5 km/h）可被认为是“真实且有意义的”。这些发现表明，虽然30-15_IFT不应作为实验室评估最大有氧能力的直接替代品，但其高可靠性和V_IFT方面的有用性使其成为监测运动专项性能有意义纵向变化的优秀且实用的工具，并协助教练做出明智决策。

5 局限性

虽然我们的研究为30-15_IFT的可靠性和有效性提供了有价值的见解，但应承认几个局限性。首先，可靠性仅来自两次试验。虽然这对于计算ICC是可接受的，但更稳健的典型误差（TE）和变异系数（CV）等重要实用价值的估计通常需要通过三次或更多次试验实现。其次，我们的效度分析，特别是Bland-Altman图，揭示了宽泛的LoA，表明大的随机测量误差可能限制测试在个体评估中的互换性。未来研究应考虑使用更大的样本来更好地量化这种变异性。本研究最显著的局限性是小样本量（n = 20），这限制了研究结果的统计功效和普适性。

作为一项试点研究，这项工作突出了未来研究的几个关键方向。首先，提出的预测方程需要在更大、更多样化的大学生运动员队列中进行外部验证，以确定其稳健性和普适性。其次，后续研究应调查其他不同人群（如女大学生运动员或不同运动的运动员）是否存在类似的预测偏差。最后，未来的模型可以纳入额外的变量（例如无氧速度储备或变向指标），以确定它们是否能进一步提高VO₂max预测的精确度。

6 结论

由于样本量小，最终结论必须谨慎表述。30-15间歇性体能测试是评估男大学生足球运动员运动专项体能的一种可靠工具。V_IFT变化小于运动的一个阶段（±0.5 km/h）很可能代表性能的有意义变化。然而，由于显著的系统性偏差和大的随机误差，它不能与连续跑台测试互换用于评估最大有氧能力。此外，本研究证明，通用预测方程在应用于特定人群时可能引入相当大的误差。因此，未来研究应侧重于在更大、更多样化的人群中开发和验证这些预测模型，以提高其预测准确性和普适性。