用于体能测试的陆地与水上反向跳跃的等效性

《The Journal of Aquatic Physical Therapy》：Equivalence Between Land and Water Countermovement Jump for Physical Performance Testing

　　背景与目的：垂直跳跃被广泛用于评估人的身体表现和力量。研究人员认为，反向跳跃测试可作为那些能够承受水中冲击但无法在陆地上进行该测试的运动员康复时的评估工具。为此，首先需要确定在水中的垂直跳跃表现是否与陆地上的相当。方法：79名健康志愿者（28名女性，51名男性；平均年龄29.58±10.6岁）在陆地上和水中进行3次有效的反向跳跃测试，上肢可自由活动。每种环境下的3次尝试中最高的跳跃高度被选出来进行分析。结果：水中的平均跳跃高度（41.39±9.94厘米）明显高于陆地上的高度（34.30±12.76厘米）。为了便于进行等效性分析，研究者计算出了调整后的水中分数。陆地分数与调整后水中分数的比较显示出中等偏高的一致性相关系数（0.80；95%置信区间：0.71-0.86），且存在显著等效性（P<0.001）。讨论：我们的研究结果表明，水中反向跳跃与陆地上的反向跳跃具有很高的一致性和等效性，这证明了其作为身体表现评估工具的有效性。结论：鉴于水环境的独特特性，对于那些能够承受水中反向跳跃测试的康复中的运动员来说，该测试可作为一种评估其身体功能的合适替代方法。引言：身体表现测试旨在评估人在特定时间点的身体状况。这些测试与身体活动指标一起，能为了解一个人的身体功能提供重要信息。身体功能指的是人体系统执行日常任务以及更复杂或较少出现的活动，如体育运动或具有挑战性的休闲活动的能力。身体表现测试因其良好的内部一致性和可靠性而被认可，因此成为临床环境中评估身体功能重要方面的有效筛查工具。在临床环境中广泛应用的一个例子是单腿垂直跳跃测试，该测试具有较好的测量性能。尽管这种测试常用于活跃人群和运动员，包括一些有残疾的人，但在非运动人群或存在功能限制的人群中应用较少。单腿垂直跳跃涉及人体所有主要肌肉群的运动，要求在短时间内发挥出最佳表现。这一特点能更全面地反映一个人的功能能力和限制，因此可能是一种更好的身体表现评估方法。最初的单腿垂直跳跃测试被称为萨金特跳跃测试，要求受试者面对墙壁站立，从最大伸展姿势开始跳跃。跳跃高度是通过站立时的伸展距离与跳跃达到的最高点之间的距离来计算的，通常使用固定在墙上的标记板来记录数据，该测试在文献中被广泛使用并得到验证。另一种常见的单腿垂直跳跃测试是反向跳跃测试，有大量证据表明它是一种可靠且实用的替代方法。在我们团队进行的一项初步研究中，发现对于非运动人群中的女性而言，尤其是上肢没有限制的情况下，反向跳跃测试是最舒适且最容易进行的选项。反向跳跃测试是从站立姿势开始，快速进行膝关节屈伸动作，接着是飞行阶段和着陆阶段。这些跳跃测试在非运动人群或存在功能限制的人群中应用较少的原因之一可能是着陆阶段所面临的地面冲击力，这可能导致受伤，从而引发人们的回避行为。在初步研究中，比较陆地跳跃和水中跳跃时，参与者在水中的表现更好，这表明他们更愿意在水中进行此类跳跃测试。水独特的机械特性，如流体阻力和浮力，可能在跳跃着陆阶段起到作用，从而降低峰值冲击力、冲量以及力量产生速度约26%。水环境还有助于提高肌肉的激活程度和运动速度，同时增加运动的阻力。这些适应性变化常被用于减少受伤运动员康复期间的运动压力。研究人员认为，更高的肌肉激活程度和运动速度，再加上更舒适安全的着陆条件，使得在水中的测试结果可能优于在陆地上进行反向跳跃测试的结果。为了确认这些跳跃测试是否适用于这类人群，首先需要确定陆地和水中测试结果的等效性。虽然预计两种环境下的跳跃高度和舒适度会有差异，但我们认为跳跃高度的测量结果是等效的，这就支持将基于水的跳跃测试，如反向跳跃测试，作为身体表现评估的可行替代方法。方法：参与者：来自葡萄牙里斯本卢索福纳大学体育教育与运动学院的79名身体活跃的成年志愿者（28名女性，51名男性；平均年龄29.58±10.6岁）被纳入研究，入选标准包括：（1）没有关节或肌肉损伤；（2）没有腰痛史或其他可能影响研究的健康问题；（3）有游泳或水中健身等水上活动习惯，每周至少两次。不符合以下条件的志愿者被排除在外：（1）年龄在18岁以下或65岁以上；（2）体重指数超过30千克/平方米；（3）怀孕。样本特征见表1。该研究已获得葡萄牙里斯本卢索福纳大学体育教育与运动学院伦理委员会的批准。表1：样本特征性别百分比男性51人，64.5%女性28人，35.5%年龄（岁）18-30岁53人，67%31-45岁13人，16.5%46-62岁13人，16.5%身高（厘米）小于160厘米10人，12.7%160-175厘米35人，44.3%大于175厘米34人，43%流程：为了评估陆地和水中的跳跃差异，研究人员采用了我们团队之前在一般人群中进行的初步研究中所使用的测试方案。该方案包括先在陆地上进行3次反向跳跃测试，然后在水中进行相同次数的测试。为了测量跳跃高度，我们采用了萨金特跳跃测试中的方法。参与者在中指上戴一个顶针，然后使用一根垂直放置在地上的宽尺子来测量跳跃高度。尺子上固定了一张化学纸，用来记录跳跃高度。首先测量站立时的最大伸展距离，然后让参与者进行3次跳跃，要求他们用顶针尽可能高地触碰尺子，并在化学纸上留下痕迹。与萨金特跳跃测试方案一样，3次跳跃中的最高成绩被记录为每种环境（陆地和水中）的跳跃高度，同时确保所有参与者的上肢关节活动范围都在正常范围内。水中跳跃测试的流程如图1所示。水温保持在27.5℃到28.5℃之间，每位参与者都要进行5分钟的热身，内容包括低强度到中强度的自由泳。所有人的水中跳跃都在同一个游泳池中进行，水池深度在1.20米到2.00米之间，倾斜角度为3.5°。这样的设置能让参与者将水线调整到剑突位置，从而优化跳跃时的着陆效果。统计分析：据我们所知，目前还没有关于水中反向跳跃测试分数的数值或标准差的数据。考虑到样本可能存在异质性，以及需要确保结果的代表性，我们使用了G*Power 3.1软件来确定样本大小。我们设定的效应量为0.5，错误概率为0.05，统计功效为0.95，据此得出的最小样本量为42人。陆地和水中跳跃分数的差异是通过配对样本t检验来分析的。水中和陆地跳跃分数之间的一致性则是通过一致性相关系数和布兰德-阿尔特曼图分析来评估的。分数之间的等效性则是通过配对样本的双单侧检验来评价的。除了配对样本的双单侧检验外，其他所有检验都采用了95%置信区间，而该检验则按照文献建议采用了90%置信区间。统计分析是使用社会科学统计软件包（SPSS版本29，IBM公司，美国）和Jamovi软件（版本2.3）来完成的。结果：陆地和水中跳跃的平均分数分别列在表2中。正如预期的那样，两种环境之间存在差异，水中的跳跃高度更高。表3展示了比较陆地和水中分数的配对t检验结果，结果显示两者存在显著差异（P<0.01）。由于本研究的目标是评估一致性和等效性，因此有必要考虑这些由环境因素而非跳跃本身导致的差异。为了解决这个问题，我们计算了陆地和水中跳跃高度的平均差异值，为7.06厘米。这个数值从水中分数中减去，得到了调整后的水中分数。调整后水中分数的描述性统计数据也列在表2中。将陆地分数与调整后的水中分数进行比较后，没有发现显著差异，详见表3。表2：陆地和水中跳跃的描述性统计数值平均值标准差陆地分数7934.3012.76水中分数7941.399.94调整后水中分数7934.229.91表3：配对样本t检验结果参数值自由度P值95%置信区间下限上限陆地与水中?8.7678.00<.001?1.25?0.71调整后陆地与水中0.1178.000.914?0.210.23表4显示了一致性相关系数，相应的关联图和布兰德-阿尔特曼图则见图2。图2：CMJ测试的陆地分数与调整后水中分数之间的一致性关联图（左）和布兰德-阿尔特曼图（右）。表4：一致性相关系数一致性95%置信区间下限上限0.800.710.860.8的一致性相关系数表明陆地分数与调整后水中分数之间存在中等偏高的相关性，这一结论也得到了图2中图表的支持。该图表展示了陆地和水中评估结果之间的对应关系，实线代表完全一致的情况，而拟合在观测数据上的直线则反映了两者之间关系的实际趋势。这种中等偏高的相关性表明，基于水的测试是陆地测试的可靠替代方法，因为它同样能够反映一个人的身体表现。布兰德-阿尔特曼图是一种散点图，它将两次测量结果之间的差异与它们的平均值进行对比，从而可以直观地看出CMJ测试的陆地分数与调整后水中分数之间的一致性。这些图表也表明，基于水的测试是陆地测试的可靠替代方法，因为它同样能够反映一个人的身体表现。表5展示了TOST配对样本t检验的结果，效应量图见图3。图3：TOST配对样本t检验效应量图。表5：TOST配对样本t检验参数值自由度P值效应量陆地与调整后水中0.1178.00.914科恩d值0.50TOST下限4.3478.00<.001TOST上限?4.5578.00<.001从结果来看，TOST检验的下限和上限值都表明，两组所测量的跳跃高度几乎相同。效应量图进一步支持了这一结论，因为各项数值都落在设定为0.5的科恩d区间内，这说明这两种测量方法是等效的。讨论：这些结果如预期般显示，陆地和水中的跳跃高度存在差异。这一差异的产生是由于水的特性可能影响了跳跃表现。不确定的是，当比较陆地和水中测试的结果时，这种差异会是更大还是更小。由于水中的跳跃高度更高，可以推断水可能为人们进行像反向跳跃这样的身体表现测试提供了更有利的条件。这些结果与现有研究相符，那些研究分析了水的特性如何影响跳跃动作的生物力学机制，其中也包括了Louder等人的研究，他们的研究对象中也包含了年轻参与者。水环境中的浮力在反向跳跃测试的执行过程中起着重要作用。Louder等人指出，浸入水中可能会形成一个新的浮心，从而对身体产生旋转效应，导致姿势稳定性下降。这一观察结果似乎与我们最初的假设相矛盾，因为姿势稳定性下降理论上会降低表现。然而，Heywood等人则认为，水施加的侧向压力能够提供更好的稳定性，在跳跃之前、期间和之后都能给予更好的支撑，相比陆地环境更为有利。此外，现有研究还表明，在水中进行的跳跃其推进阶段的时间明显缩短，这也进一步证明了水为跳跃动作的执行创造了有利条件。其他影响因素可能包括体重减轻的感知、由于冲击力减小和稳定性提升而导致的表演恐惧降低，或是这些因素的综合作用。对于那些能够在水中进行这项测试但无法在陆地上进行的受伤运动员而言，水中垂直跳跃测试似乎是评估其爆发力的有效替代方法。在参加水中健身操的老年人中，进行水中垂直跳跃相当常见。虽然我们知道垂直跳跃并非人们在陆地日常活动中的常见动作，但鉴于该测试涉及多组肌肉及其之间的运动协调性，且内容较为全面，我们仍决定在研究中使用它。此外，水环境还有助于以较低的冲击力增加训练量。为弥补陆地与水环境中跳跃高度的差异，我们从水中测试的成绩中扣除了7.06厘米的平均差值。这一调整使得两种测量方式能够直接比较。研究结果表明，陆地测试与水中测试的结果具有一致性且相当，这为将水中跳跃作为爆发力评估的替代方法提供了依据。水环境有助于顺利完成测试，同时不会影响测量精度，从而更准确地反映个体的爆发力水平。如果这一方法得到验证，就能为制定个性化的健康干预方案、监测干预效果以及提升对受伤运动员的护理质量提供帮助。

研究局限性
本研究的一个局限性在于跳跃顺序的安排。所有受试者都是先在陆地上进行跳跃，然后再在水中跳跃，且在陆地跳跃之前会有5分钟的自由泳热身时间。尽管已采取了必要的安全措施，但仍有一些人在陆地跳跃时可能会感到恐惧或犹豫，这可能影响了他们的最佳表现，从而导致两种环境下的跳跃高度存在差异。另外，有些人在水外进行垂直跳跃测试时会因身体暴露而感到尴尬，这进一步可能影响他们的表现。为解决这些局限性，未来的研究可以考虑在诸如健身房等其他环境中进行陆地跳跃测试，这样人们可能会感觉更舒适，也不那么拘谨。尽管存在这些挑战，但这些局限性也凸显了水中跳跃测试的一些优势。水环境本身具有更高的安全性、更小的冲击力以及更好的隐私保护，因此非常适合用于受伤运动员的爆发力评估。

结论
本研究结果表明，水中垂直跳跃与陆地垂直跳跃具有较高的一致性及等效性，这说明该测试可作为爆发力评估的有效工具。鉴于水环境的辅助作用，该测试有望被用于那些目前还无法在陆地上进行此类测试的受伤运动员身上。未来的研究应着重于在这类人群中应用该测试，进一步评估其可行性和有效性。了解该测试对爆发力评估和监控的影响，有助于优化干预措施，提升对受伤运动员的护理质量。