水平与垂直深蹲跳的生物力学及神经肌肉比较

《The Journal of Strength & Conditioning Research》：Biomechanical and Neuromuscular Comparison of Horizontal and Vertical Squat Jumps

　　

Trama, S, Macchi, R, Paris, B, Bertin, D, Regnaud, J, Nicol, C, 和 Hays, A. 水平与垂直深蹲跳的生物力学及神经肌肉比较。J Strength Cond Res XX(X): 000–000, 2026—与垂直深蹲跳（VSJ）相比，水平深蹲跳（HSJ）提供了一种更安全的替代方案，因为跳跃者在执行动作时处于仰卧位，这也消除了落地时的冲击力。本研究旨在调查每项测试的机械输出，以指导未来在训练和康复项目中的应用。16 名男性运动员在体重（BM）下进行了 VSJ，并在无摩擦雪橇上以 0、20、40、60、80 和 100% BM 进行了 HSJ。使用测力台和线性编码器测量峰值力/BM、平均力/BM、平均净力、净冲量、力量发展速率（RFD/BM）、达到峰值力的时间、起跳速度（Vto）、平均线性速度（Vmean）、峰值功率/BM 和蹬伸距离（Hpo）。髋、膝和踝关节角速度与 7 块下肢肌肉的表面肌电图（EMG）活动平行记录。所有 HSJ 条件均显示 Vto、Vmean 和峰值功率/BM 低于 VSJ（p < 0.001），主要是由于 Hpo 较短（p < 0.001）。在力量产生方面，与 VSJ 相比，HSJ 的平均净力、RFD/BM、Fmax/BM（40–100% BM）和 Fmean/BM（80–100% BM）数值更高（p < 0.05）。无论负载如何，所有下肢伸肌的 EMG 活动斜率在 HSJ 中都比 VSJ 增加得更陡峭，尤其是臀大肌（GMax）。在康复或训练情境中，应优先选择 HSJ 以增强爆发力和运动单位募集，而 VSJ 可能更适合提高比 HSJ 更高速度下的力量产生。此外，HSJ 似乎是一种激活 GMax 的有前景的运动。

引言

在许多运动中，执行弹道运动并在最短时间内达到最大起跳速度（Vto）的能力对于最大化表现至关重要 (34)。在这些运动中，垂直深蹲跳（VSJ）是一项基本技能，因其在不同情境下的实用性而受到认可，并被力量与体能专业人员、教练和医疗保健专业人员广泛使用 (6,16,38)。例如，负重和无负重深蹲跳常用于评估个体在不同速度下产生力量的能力 (29)，这也有助于检测下肢不对称性 (23)。

VSJ 中产生力、速度和功率的能力取决于个体的肌肉特征以及起始位置和肌肉间协调等特定因素。虽然 VSJ 在速度 (40) 和功率 (25) 方面与其他跳跃测试（例如，向心深蹲跳）相关性良好，但它与涉及水平身体位移的任务（如冲刺或向前跳跃深蹲）显示出弱相关性 (15)。此外，某些人群在 VSJ 期间可能会遇到关节不适 (1)，由于膝盖和下背部 strain，负重 VSJ 可能是禁忌 (38)。为解决这些限制并提高表现，已提出替代方法 (35)，例如负重小于体重的垂直跳跃（例如，通过橡皮筋辅助 (4,36) 或低气动阻力 (9)）。

一个有前景的替代方案是水平深蹲跳（HSJ），它是在滚轮装置 (35) 或雪橇设备 (8,19,27) 上以仰卧位进行的，适用于各种负载条件。该方法消除了克服体重的需要，使其技术需求较低 (32)，并增强了包括青少年和新手举重者在内的各种人群的安全性 (27,30,35)。它还促进了起始位置的标准化 (19) 并实现了可靠的性能测量 (18,27)。然而，HSJ 与 VSJ 之间的直接比较仍然有限 (8,35)。Samozino 等人 (35) 发现，在滚轮装置上进行的无负重 HSJ 比无负重 VSJ 具有更高的平均速度但更低的平均力。同时，Ferley 等人 (8) 在相似相对负载条件（1 次最大重复次数的 20–60%）下比较雪橇 HSJ 和 VSJ 时，报告称峰值速度较低但峰值力相似。此外，Samozino 等人 (35) 证明，当无负重 HSJ 与负重 VSJ（60% 体重 [BM]）相比时，测试之间的差异比与无负重 VSJ 相比更为明显。相反，随着负载增加，平均力增加而平均速度减少 (19)，负重 HSJ 可能更接近无负重 VSJ。

本研究旨在通过以下方式解决这一空白：(a) 比较经典无负重 VSJ 的动力学、运动学和肌电图（EMG）变量与在水平无摩擦雪橇测力计上执行的弹道 HSJ 的变量；以及 (b) 评估 HSJ 测试中增加负载如何影响两者之间的神经力学差异。首先，假设由于没有体重阻力，无负重 HSJ 条件将具有最高的峰值和平均线性速度值（Vto, Vmean），但具有最低的峰值和平均相对力值（Fmax/BM, Fmean/BM），与 VSJ 相比。第二个假设是，在 HSJ 测试中增加负载将减少 2 项测试之间速度和力量产生的差异。

方法

问题实验方法

文献中众所周知，深蹲跳的起始位置会影响力、速度和功率的产生，因为肌肉肌腱单元的长度不同 (10)。因此，Samozino 等人 (35) 是首批，也是迄今为止唯一使用相似躯干和下肢起始位置来比较 HSJ 和 VSJ 的作者。然而，由于 HSJ 的仰卧姿势，VSJ 是以直立躯干进行的，以标准化起始位置。Kopper 等人 (17) 证明，与躯干倾斜角度更大的 VSJ 相比，以直立躯干进行的 VSJ 使跳跃高度减少了约 50%。因此，大多数使用 VSJ 的研究将初始位置标准化为躯干倾斜角度更大且膝关节屈曲 90° (20,34)。此外，大多数使用 HSJ 的研究将初始位置标准化为髋、膝和踝关节屈曲 90° (8,18,19,24)。因此，在我们这项研究中，决定比较这些常用报告的 HSJ 和 VSJ 位置。因此，预计生物力学（例如，最大和平均力及速度）和 EMG 变量会有差异。为评估这些差异，将无负重 HSJ 与无负重 VSJ 进行比较。随后，为评估这些差异如何随负载增加而演变，将无负重 VSJ 与负重 HSJ（20–100% BM）进行比较。

受试者

16 名健康男性运动员（年龄 = 23.9 ± 3.3 岁 [范围：20–32]，体重 = 70.9 ± 7.4 kg，身高 = 1.77 ± 0.05 m）自愿参加本研究。如果受试者在前 3 个月内没有报告肌肉肌腱或骨关节损伤，并且参与规律的身体活动，则纳入受试者。受试者的背景如下：健身（4 名受试者），足球（3 名受试者），公路自行车（2 名受试者），以及网球、舞蹈、美式足球、游泳、橄榄球、跑步和攀岩各 1 名受试者。练习水平特征为休闲活跃受试者 (n = 9) 和受过训练/发展的受试者 (n = 7)。在对研究程序进行详细解释后，获得所有受试者的书面知情同意。本研究遵循《赫尔辛基宣言》和运动与运动科学研究国际标准。获得了国家体育活动与运动科学技术研究伦理委员会（CERSTAPS, IRB00012476-2022-21-01-149）的伦理批准。

程序

本研究在一次测试会话期间进行。指示受试者在测试前 24 小时内休息，并避免剧烈运动和饮酒。这在会话开始时通过基于自我报告的问卷进行评估，但没有直接量化。受试者的优势下肢通过标准化的优势侧问卷确定 (39)。人体测量包括身高和 BM，使用 Tanita MC980MA 秤（Tanita Corporation, Tokyo, Japan）。受试者完成了 5 分钟的通用热身，包括中等强度踩踏（≈100 瓦），随后在自行车测力计上（WattBike Ltd, Nottingham, United Kingdom）以自选强度和踏频进行三次 30 秒的渐进加速，组间休息 30 秒主动恢复。

无线表面 EMG（Cometa Pico; COMETA, Milan, Italy, 2 kHz）按照 SENIAM 指南 (13) 附着在优势下肢上。放置电极前，对传感器部位的皮肤进行剃毛、打磨并用酒精擦拭。七个传感器（40 × 34 mm）放置在臀大肌（GMax）、股内侧肌（VM）、股外侧肌（VL）、股直肌（RF）、股二头肌（BFlh）、腓肠肌内侧头（GAM）和腓肠肌外侧头（GAL）上。

电子测角仪（Biometrics Ltd., Gwent, United Kingdom, 1 kHz）固定在优势下肢的髋、膝和踝关节 (21)。所有受试者随机顺序完成 VSJ 和 HSJ 负载条件，测试间休息 5 分钟被动休息。所有测试均赤脚进行，以避免干扰踝关节电子测角仪的测量。

两种类型的跳跃测试均在 2 个测力台（Kistler 9260AA3, 0.5 × 0.3 m, Winterthur, Switzerland, 2 kHz）上进行，以记录每只下肢的 3 维地面反作用力（GRF）分量。对于 HSJ，使用附着在雪橇上的线性编码器（Micro-Epsilon WDS-3000-P115-SR-U, Ortenbourg, Germany, 2 kHz）记录位移。对于 VSJ，通过连接到编码器的可调节腰带测量位移（图 1）。

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图 1.
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深蹲跳测试的起始和结束位置：（A）垂直深蹲跳（VSJ）的起始位置，（B）水平深蹲跳（HSJ）的起始位置，（C）VSJ 的结束位置，（D）HSJ 的结束位置。

垂直深蹲跳测试

对于 VSJ 测试，未施加额外负载。起始深蹲位置设定为膝关节屈曲 90 ± 10 度，对应于他们不提脚跟能达到的膝关节角度（图 1A）。然后使用线性编码器和视觉反馈标准化连续试验的起始位置。达到个人起始深蹲位置后，受试者保持该位置 2 秒，然后尽可能快地进行垂直蹬伸，双臂叉腰 (37)（图 1C）。口头指示受试者避免任何向心动作，但在每次试验后通过观察和检查力 - 时间曲线仔细监控。如果发生向心动作，则从分析中忽略该试验并重复。受试者进行了 3 次亚最大熟悉试验，如果未遵循指示则提供纠正反馈。经过 5 分钟被动休息后，他们完成了 3 次最大 VSJ 试验，每次试验间休息 2 分钟被动休息。

水平深蹲跳测试

HSJ 测试在仰卧姿势下进行，位于一个 70 公斤无摩擦雪橇上（INPI 存款号：FR2011204）(19)。起始位置保持静止 2 秒，髋、膝和踝关节屈曲 90°（图 1B）。指示受试者将脚放在测力台上，同时施加最小力量以保持接触。与 VSJ 的程序类似，指示受试者尽快在测力台上施加力量以实现最大 Vto（图 1D）。在 6 种负载条件下（0、20、40、60、80 和 100% 受试者 BM）进行 2 次亚最大 HSJ 试验以进行渐进式熟悉 (19)。需要注意的是，受试者在休息阶段或蹬伸前不承担额外负载。然而，为了移动雪橇和预设负载，受试者必须克服其身体、负载和雪橇的惯性。经过 5 分钟被动休息后，为每种负载条件执行 2 次记录的最大弹道 HSJ 试验（HSJ_0, HSJ_20, HSJ_40, HSJ_60, HSJ_80, HSJ_100），负载顺序在受试者之间随机化。试验间提供 2 分钟被动休息。有关位置和指示的更多详情，请参阅 Macchi 等人 (19)。

数据分析

数据处理使用 MATLAB（Matworks Inc, Novi, MI）中的自定义例程进行。鉴于 HSJ 和 VSJ 测量的可靠性和可重复性 (8,18)，对于每种跳跃和负载条件，仅包含 Vto 最高的试验进行分析 (35)。

测力台、线性编码器和肌电数据以 1 kHz 的采样率重新采样，以匹配电子测角计的采样率。为了实现下肢力量分布在内侧、前后和法线轴上的个体间比较，将 2 个测力台的数据转换为绝对值，然后对每个轴进行求和。对于垂直深蹲跳 (VSJ)，从力 - 时间曲线上确定蹬伸动作的开始点，即垂直力超过初始半蹲位置期间测得平均体重加 5 倍标准差的点，减去 30 ms (5)。蹬伸结束定义为垂直地面反作用力 (GRF) 降至零的点。对于水平深蹲跳 (HSJ)，蹬伸开始被识别为力 - 时间曲线的拐点，即法向力分量超过平均基线值加 20 N 的点。蹬伸结束同样设定在法向力分量降至零时 (19)。原始肌电信号经过全波整流，并使用截止频率为 7 Hz 的四阶巴特沃斯低通滤波器进行线性包络处理 (21)。使用该截止频率是为了获得肌电信号的线性包络，以关注相对活动模式 (21)，这些模式归一化为在选定 VSJ 的蹬伸阶段期间记录的下肢肌肉的最大活动，并表示为百分比 (19,21)。每个蹬伸阶段被时间归一化为 101 个点，以便进行受试者间和条件间比较 (19)。线性位移和角位移分别使用线性编码器和 3 个电子测角计测量。为了在保留有意义的运动特征的同时减少噪声，力和角位移数据使用二阶巴特沃斯低通滤波器（截止频率：20 Hz）进行滤波，而线性位移数据使用 5 Hz 的截止频率进行滤波，分别符合 Hasson 等人 (12) 和 Pinto 及 Callaghan (31) 的建议。线速度和关节角速度是通过对线位移和角位移信号随时间求导获得的。瞬时功率输出通过乘法向力分量和线速度计算。根据 Samozino 等人 (33) 的建议，力和功率值归一化为受试者的体重 (BM)，以确保可比性。

从测力台数据中提取了以下因变量：达到峰值力的时间 (TTPF)、蹬伸时间 (Tpo)、归一化到体重的峰值和平均力 (Fmax/BM 和 Fmean/BM)、VSJ 的平均净力（计算为平均法向力减去受试者体重）与 HSJ 条件的平均法向力相比 (Fmean_net)、通过系统质量乘以 Vto 计算的净冲量 (impulsenet)，以及归一化到体重的发力率 (RFD25–75/BM)，确定为力 - 时间曲线在 25 到 75 ms 之间的线性回归斜率 (22)。使用 RFD 的 25–75 ms 窗口是因为这个早期阶段反映了神经系统在爆发力强度和快速发力过程中以高放电率快速募集所有运动单位的能力 (22)。使用力量分布比 (FDR) 评估蹬伸有效性和潜在代偿，计算为平均法向力分量除以平均三维合力 (19,28)。从线性编码器数据中提取了以下因变量：蹬伸距离 (Hpo)、Vto 和 Vmean，从第一次可检测到的雪橇位移到蹬伸阶段结束计算得出，因为 HSJ 的初始阶段由于设备的高惯性而保持静止 (19)。额外的指标包括归一化到体重的峰值功率 (Ppeak/BM)。从电子测角计数据中提取了以下因变量：髋、膝和踝关节的峰值角速度。肌电活动使用均方根 (RMS) 值分析整个蹬伸阶段 (RMSglobal) 和 3 个特定时间段：第一部分 (0–25%)、中间部分 (25–75%) 和最后一部分 (75–100%) (RMS0–25, RMS25–75, 和 RMS75–100)。这种三阶段划分基于 Macchi 等人 (19) 提出的方法，他们识别出 HSJ 期间的 3 种基本肌肉协同作用。这些协同作用分别对应蹬伸启动、蹬伸中期和蹬伸阶段结束。最后，归一化肌电、力/BM、位移、线速度和功率/BM 的时间归一化曲线被插值为 101 个数据点，表示为蹬伸阶段的百分比。

统计分析
统计分析使用自定义 R 程序进行 (R v R 4.3.3, R Core Team, 2020, R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria)。因变量的描述性数据以均值 ± 标准差 (SD) 表示。进行统计检验以比较 HSJ 条件与 VSJ，以及 HSJ 条件之间。接受 0.05 为显著性水平。
使用 Shapiro-Wilk 检验评估数据分布，并使用 Bartlett 检验验证方差齐性。当满足这些标准时，对之前描述的因变量进行具有 1 个受试者内因素（即深蹲跳条件）的重复测量方差分析。显著效应后使用 Bonferroni 校正的 Tukey 事后检验进行成对比较。使用 Cohen's dz 计算效应量，并解释为小 (dz < 0.5)、中 (0.5 ≤ dz < 0.8) 或大 (dz ≥ 0.8) (2)。对于违反正态性或齐性假设的数据，应用 Friedman 检验，随后进行 Conover 事后比较。在这些情况下，使用 Rosenthal's requivalent 计算效应量，并分类为小 (requivalent < 0.3)、中 (0.3 ≤ requivalent < 0.5) 或大 (requivalent ≥ 0.5) (2)。如果几种 HSJ 条件与 VSJ 有显著差异，相关的效应量作为单个平均值呈现，详细信息在补充表中提供 (见 ST1 和 ST2, Supplemental Digital Content, https://links.lww.com/JSCR/A913)。

结果
动力学和运动学结果
不同跳跃和负荷条件下的平均力/BM、位移、速度和功率/BM 时间曲线展示在图 2 中，而因变量的组均值 (±SD) 值展示在表 1 中。每个因变量都有显著的测试效应 (p < 0.001)。在 VSJ 期间，与所有 HSJ 条件相比，FDR (p < 0.001; dz: 1.46), Hpo (p < 0.001; requivalent: 0.45), Vto (p < 0.001; requivalent: 0.94), Vmean (p < 0.001; requivalent: 0.84), 和 Ppeak/BM (p < 0.001; dz: 1.68) 显著更高。相反，与所有 HSJ 条件相比，Fmean_net (p < 0.001; requivalent: 0.82) 和 RFD25–75/BM (p < 0.001; requivalent: 0.39) 显著更低。

开放多媒体模态图 2。
蹬伸阶段垂直深蹲跳 (VSJ 红色) 和不同负荷条件下水平深蹲跳 (HSJ) 的平均时间曲线：(A) 力/BM，(B) 位移，(C) 速度，和 (D) 功率/BM。负荷条件：0% BM (HSJ_0, 青色), 20% BM (HSJ_20, 绿色), 40% BM (HSJ_40, 棕色), 60% BM (HSJ_60, 紫色), 80% BM (HSJ_80, 蓝色), 和 100% BM (HSJ_100, 黑色)。所有曲线代表从蹬伸阶段开始到结束的数据。

表 1
VSJ 和 HSJ 条件 (HSJ_0, HSJ_20, HSJ_40, HSJ_60, HSJ_80, 和 HSJ_100) 之间因变量的描述 (均值 ± SD) 和统计比较。
*??
VSJHSJ_0HSJ_20HSJ_40HSJ_60HSJ_80HSJ_100
TTPF (s)0.35 ± 0.080.27 ± 0.04*0.32 ± 0.040.34 ± 0.050.41 ± 0.060.41 ± 0.070.43 ± 0.07*
Tpo (s)0.43 ± 0.070.37 ± 0.040.43 ± 0.050.46 ± 0.050.53 ± 0.08*0.56 ± 0.08**0.60 ± 0.07***
Fmax/BM (N·kg?1)21.1 ± 1.420.5 ± 1.722.1 ± 1.622.8 ± 1.5*23.1 ± 1.6*24.7 ± 1.8***25.6 ± 1.9***
Fmean/BM (N·kg?1)16.7 ± 1.115.3 ± 1.4*16.2 ± 1.717.0 ± 1.417.3 ± 1.918.2 ± 1.9***19.0 ± 2.1***
Fmean_net (N)491 ± 1051,081 ± 120***1,145 ± 120***1,204 ± 131***1,222 ± 149***1,286 ± 155***1,346 ± 182***
Impulsenet (N·s)216 ± 28250 ± 27***244 ± 28*244 ± 30**246 ± 36*244 ± 32*237 ± 35
Vto (m·s?1)3.04 ± 0.251.77 ± 0.12***1.57 ± 0.12***1.44 ± 0.11***1.34 ± 0.13***1.23 ± 0.11***1.12 ± 0.12***
Vmean (m·s?1)1.49 ± 0.150.98 ± 0.08***0.87 ± 0.09***0.78 ± 0.07***0.72 ± 0.08***0.67 ± 0.06***0.62 ± 0.07***
Ppeak/BM (W·kg?1)54.1 ± 6.128.6 ± 3.9***27.7 ± 3.4***26.4 ± 3.0***25.3 ± 4.2***25.0 ± 3.6***23.8 ± 4.3***
FDR (%)85.0 ± 2.767.8 ± 6.0***67.1 ± 5.3***65.8 ± 4.2***67.1 ± 4.5***66.0 ± 4.8***65.6 ± 4.1***
RFD25–75/BM (N·s?1·kg?1)19.6 ± 8.452.6 ± 20.5***43.6 ± 15.6***44.3 ± 13.8***40.2 ± 16.3*43.9 ± 14.6***44.3 ± 9.1***
Hpo (m)0.50 ± 0.070.26 ± 0.03***0.27 ± 0.04***0.27 ± 0.04***0.27 ± 0.04***0.28 ± 0.05***0.28 ± 0.04***
峰值角速度 (deg·s?1)
髋354 ± 159253 ± 80200 ± 76194 ± 54204 ± 82183 ± 50189 ± 104*
膝557 ± 264600 ± 157**586 ± 192518 ± 148467 ± 140441 ± 124381 ± 105***
踝732 ± 418674 ± 122651 ± 127608 ± 137569 ± 108544 ± 143**521 ± 93***

TTPF = 达到峰值力的时间；Tpo = 蹬伸时间；Fmax = 峰值力；Fmean = 平均力；Fmean_net = 平均净力；Vto = 起跳速度；Vmean = 平均线速度；Ppeak = 峰值功率；FDR = 力量分布比；RFD = 发力率；Hpo = 蹬伸距离；VSJ = 垂直深蹲跳；HSJ_0, HSJ_20, HSJ_40, HSJ_60, HSJ_80, HSJ_100, 不同负荷下的水平深蹲跳，以体重百分比 (BM) 表示。
?VSJ 和 HSJ 条件之间的显著差异以粗体和颜色编码突出显示：粗体值的单元格表示 HSJ 中的值低于 VSJ，而斜体值的单元格表示相反情况。
?以下符号表示显著水平：*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001。

在 VSJ 和特定 HSJ 条件之间还观察到额外差异。在 VSJ 期间，与 HSJ_0 相比，TTPF (p = 0.038; dz = 0.36) 和 Fmean/BM (p = 0.040; requivalent = 0.28) 显著更高，而 TTPF 显著低于 HSJ_100 (p = 0.018; dz = 0.39)，Tpo 低于 HSJ_60 到 HSJ_100 (p ≤ 0.027; dz = 0.51)，Fmean/BM 低于 HSJ_80 和 HSJ_100 (p < 0.001; requivalent = 0.50)，impulsenet 低于 HSJ_0 到 HSJ_80 (p ≤ 0.031, dz: 0.44)，以及 Fmax/BM 低于 HSJ_40 到 HSJ_100 (p ≤ 0.044; dz = 0.49)。
峰值角速度在 VSJ 和 HSJ 之间也不同。在 VSJ 中，膝部值低于 HSJ_0 (p = 0.006; requivalent = 0.26)。然而，对于髋、膝和踝部，它们高于 HSJ_100 (p ≤ 0.017; requivalent: 0.38)，对于踝部，高于 HSJ_80 (p ≤ 0.009; requivalent = 0.29)。由于 HSJ 负荷条件之间的大量显著差异，事后比较在补充表中呈现 (见 ST1, Supplemental Digital Content, https://links.lww.com/JSCR/A913)。

肌电结果
图 3 展示了不同跳跃和负荷条件下，每个记录的下肢肌肉随归一化时间变化的组平均归一化 EMG。EMG 分析揭示了 VSJ 和 HSJ 测试条件之间，以及 HSJ 负荷条件之间 RMS 值的显著差异。这些差异沿着蹬伸阶段演变（即第一、中间和最后部分；图 4）。与动力学和运动学变量不同，除了 GAM 活动外，EMG 结果中观察到的效应量很小 (dz < 0.5 或 requivalent < 0.3)。

开放多媒体模态图 3。
不同跳跃和负荷条件下，每个记录的下肢肌肉随归一化时间变化的组平均归一化 EMG 活动 (% VSJ 中的峰值)。缩写：VSJ，垂直深蹲跳 (红色曲线); HSJ，0% 体重 (BM) 下的水平深蹲跳 (青色曲线), 20% BM (绿色曲线), 40% BM (棕色曲线), 60% BM (紫色曲线), 80% BM (蓝色曲线), 和 100% BM (黑色曲线)。肌肉缩写：GMax = 臀大肌; VM = 股内侧肌; VL = 股外侧肌; RF = 股直肌; BFlh = 股二头肌; GAM = 内侧腓肠肌; GAL = 外侧腓肠肌。

开放多媒体模态图 4。
垂直深蹲跳 (VSJ, 红色曲线) 和不同负荷条件下水平深蹲跳 (HSJ) 的归一化 EMG 活动值均方根 (RMS) 平均值：0% 体重 (BM) (青色虚线曲线), 20% BM (绿色虚线曲线), 40% BM (棕色虚线曲线), 60% BM (紫色虚线曲线), 80% BM (蓝色虚线曲线), 和 100% BM (黑色虚线曲线)。数据显示了蹬伸周期的每个部分，包括全局、第一、中间和最后部分。肌肉缩写：GMax = 臀大肌; VM = 股内侧肌; VL = 股外侧肌; RF = 股直肌; BFlh = 股二头肌; GAM = 内侧腓肠肌; GAL = 外侧腓肠肌。

符号：“*”表示 VSJ 和 HSJ 之间存在至少 1 个显著差异，“$”表示 HSJ 条件之间的差异。

在全局推离阶段，VSJ 的 GAM 平均 EMG 活动高于所有 HSJ 条件 (p ≤ 0.001; dz: 0.60)，GAL 高于 HSJ_60 至 HSJ_100 (p ≤ 0.047; requivalent: 0.24)，RF 高于 HSJ_40 和 HSJ_60 (p ≤ 0.006; requivalent: 0.28)。相反，VSJ 中 GMax 的平均 EMG 活动低于 HSJ_80 (p = 0.027; requivalent = 0.21)，但不与其他 HSJ 条件相比。在推离的第一阶段，VSJ 通常显示出比大多数 HSJ 条件更高的所有肌肉平均 EMG 活动 (p ≤ 0.031)，除了 HSJ_100 中的 GMax、VM、VL、BFlh 和 GAL，HSJ_40 和 HSJ_80 中的 VM，以及 HSJ_0 中的 BFlh。在推离的中段阶段，VSJ 的 GAM 平均 EMG 活动高于所有 HSJ 条件 (p ≤ 0.003; dz: 0.65)，GAL 高于 HSJ_40 和 HSJ_80 (p ≤ 0.044; requivalent: 0.28)，RF 高于 HSJ_40 和 HSJ_60 (p ≤ 0.017; requivalent: 0.25)。相反，VSJ 中的 GMax 平均活动低于 HSJ_0、HSJ_40、HSJ_80 和 HSJ_100 (p ≤ 0.047; requivalent: 0.23)。在推离的最后阶段，VSJ 的平均 GMax 活动低于 HSJ_20、HSJ_80 和 HSJ_100 (p ≤ 0.033; requivalent: 0.25)。

只有推离阶段的第一部分在 HSJ 条件之间显示出显著差异。在 HSJ_100 中，GMax 的平均 EMG 活动高于 HSJ_60 (p = 0.017; requivalent = 0.22)；VL 高于 HSJ_0、HSJ_20 和 HSJ_60 (p ≤ 0.020; requivalent: 0.28)；VM 高于 HSJ_20 (p = 0.039; dz = 0.35)。对于 RF，HSJ_80 和 HSJ_100 的 EMG 活动均高于 HSJ_0 (p ≤ 0.020; requivalent: 0.29) 和 HSJ_20 (p ≤ 0.013; requivalent: 0.29)。HSJ_100 中的 RF 平均活动也高于 HSJ_60 (p = 0.006; requivalent = 0.26)。

讨论

本研究旨在更好地了解 HSJ 和 VSJ 的具体神经机械反应，潜在指导未来在训练和康复计划中的应用。由于水平雪橇功车上没有体重阻力，我们的第一个假设是，与 VSJ 相比，无负载 HSJ 将具有最高的速度值但最低的平均相对力值。我们还假设向 HSJ 添加负载将减少与 VSJ 相比的力和速度差异。与我们的预期不同，在无负载 HSJ 中，力和速度产生均低于 VSJ。向 HSJ 添加负载导致峰值和平均力值更高，但速度和功率产生更低。

关于无负载 HSJ 与 VSJ 的比较，与基于 Samozino 等人 (35) 结果的第一假设相反，HSJ_0 的 Vto、Vmean 和 Fmean/BM 均低于 VSJ。这种差异可能是由系统质量和起始位置的差异造成的。在 HSJ 中，雪橇更大的质量增加了其惯性，与 VSJ 相比，需要更多的冲量来改变其速度。因此，HSJ 中的动量变化大于 VSJ。比较类似的动作，如腿举和深蹲，突显了起始位置对多关节动力学的影响，从而影响力、速度和功率的产生 (30)。在 Samozino 的研究 (35) 中，两种测试的起始位置相同。相反，与 Ferley 等人 (8) 类似，目前的 HSJ 测试以髋、膝和踝关节均处于 90°开始，且在起跳时髋部并未完全伸展 (图 1)。尽管可能具有更大的运动范围，但与将跳跃者固定在雪橇上相关的约束导致 HSJ 中髋部伸展进一步减少。因此，Hpo 值 (图 2B) 是 VSJ 的一半 (0.26 ± 0.03 m 对 0.50 ± 0.07 m)，导致 HSJ 的相对峰值功率 (Ppeak/BM) 比 VSJ 低 50%，Vto 低 42%。然而，HSJ 期间较高的 RFD25–75/BM (62.7%) 抵消了 Hpo 减少可能对相对峰值力 (Fmax/BM) 产生的任何潜在影响。较高的 RFD25–75/BM 主要归因于 HSJ 测试中缺乏预张力。此外，由于推离是从低水平的预激活进行的 (仅为保持静止肢体位置)，快速产生力的能力主要取决于弹道随意收缩开始时运动单位放电率的增加 (22)。如图 3 所示，在 HSJ 中，除了腓肠肌外，所有肌肉都从初始休息水平显示出活动的迅速增加。这可能解释了为什么尽管缺乏预张力且 TTPF 比 VSJ 测试短 33%，两次跳跃的峰值力值没有差异。

值得注意的是，VSJ 中的平均净力 (Fmean_net) 和净冲量 (impulsenet) 显著低于 HSJ (除 HSJ_100 外)。这表明，在 VSJ 期间，产生力的很大一部分用于在推离阶段维持身体稳定性，而在 HSJ 中，几乎产生的所有力都用于推进。观察到的测试间差异也可能部分由肌间和关节协调的差异来解释。在 VSJ 背景下，根据近端到远端肌肉链的原则 (7,20)，有提议认为大腿和躯干之间的协调在产生髋部角动量方面起着关键作用，从而有助于增加质心速度 (10,17)。根据 Iossifidou 等人 (14)，在 VSJ 中，髋部产生的功率大约有 21–24% 会通过双关节肌肉 (RF 和 BFlh) 的作用传递到膝部。与此一致并符合 Mackala 等人 (20) 的观点，VSJ 在初始阶段 (0–25%) 显示出比推离末期更高的髋伸肌活动 (GMax 和 BFlh) (图 3)。相比之下，在 HSJ_0 中，初始髋部角动量受雪橇靠背限制，两个髋伸肌的活动从推离阶段的 0 到 75% 逐渐增加。它们的活动在广大肌群的同时达到峰值，支持膝关节而非髋关节伸展协调。在这方面，尽管 HSJ_0 的 Vmean 和 Vto 远低于 VSJ，但 HSJ_0 中膝关节的峰值角速度高于 VSJ，而在髋关节和踝关节没有差异。这种缺乏近端到远端能量转移的情况预计会对与 VSJ 相比的力、速度和功率产生产生负面影响。最后，正如最初为 VSJ 假设的那样，只有垂直力有助于质心的垂直位移 (26)。因此，在 HSJ 和 VSJ 中，沿前后或内外侧轴产生的任何力都被认为是“无效”的 (19)。FDR 变量显示，HSJ 期间更大比例的力是无效的 (≈33%)，而 VSJ 为 (≈15%)，表明与运动轴不对齐。HSJ 中较高的比例是由初始脚位远在前于身体造成的，这导致发力不对齐。因此，髋部伸展减少，前后轴上的推进角度增加，如图 1 所示。

关于附加负载的影响，与第二假设相反，向 HSJ 添加负载进一步增加，而不是减少，了两种测试在力和速度产生上的差异，HSJ_100 在所有参数上与 VSJ 不同。符合力 - 速度关系 (19,34)，向 HSJ 添加负载导致与 VSJ 相比更高的 Fmax/BM 和 Fmean/BM 值，但更低的 Vto、Vmean 和峰值角速度。最接近 VSJ 的条件是 HSJ_20，就时间变量 (TTPF 和 Tpo) 和力产生 (Fmax/BM 和 Fmean/BM) 而言，但与其他加载条件类似，它显示出比 VSJ 显著更低的速度 (Vto 和 Vmean) 和峰值功率 (Ppeak/BM) 值。随负载增加而增加的差异可能无法用 Hpo 或 RFD25–75/BM 的差异来解释，因为在 HSJ 条件之间没有发现差异。与 VSJ 相比，所有 HSJ 条件下的推离距离保持≈50% 较低，而所有 HSJ 条件下的 RFD25–75/BM 至少比 VSJ 高 2 倍。因此，它们对测试间差异的影响仍然存在，但不能导致随负载增加的功能差异增加。

在 HSJ 中，每增加 20% 的体重负载，Fmean/BM 增加约 4.4%，同时 Vmean 减少约 8.7%。在 Hpo 和 RFD25–75/BM 没有显著变化的情况下，随负载增加观察到的 Fmean/BM 增加和 Vmean 减少似乎是由于推离时间 (Tpo) 更长，Tpo 在 HSJ 中随负载添加显著增加，表明受试者需要更多时间来完成相同的运动范围。与 Macchi 等人 (19) 一致，加载对 FDR 的影响最小，从而对推离效率的影响最小 (差异≤2.2%)。因此，随附加负载变化的力/体重似乎不受 FDR 变化的影响。这种变化可能是由于 HSJ 在这种功车上的运动限制在水平轴上而不需要平衡而受限的。

就下肢肌肉活动而言，随着 HSJ 中负载增加，整体活动模式保持相当相似 (图 3)。与 VSJ 不同，由于负载仅在雪橇位移开始时施加，所有记录的下肢肌肉在推离开始时都显示出活动的迅速增加，这可能有助于尽管平均 EMG 值较低但仍观察到较高的 RFD。与加载的 VSJ (11,29) 类似，结果表明 HSJ 机械性能随负载增加的变化不是由于不同下肢肌肉各自参与度的变化。因此，观察到的随附加负载增加的力增加主要是由于推离持续时间更长，允许产生更大的力。然而，鉴于 HSJ 推离第一阶段所有 EMG 活动的迅速增加，这种测试似乎是评估受试者增加运动单位放电率能力的有意义评估。

需要解决一些局限性。在比较 VSJ 和 HSJ 产生的力时，应谨慎。在 VSJ 中，初始力对应于体重，而在 HSJ 中它始于≈2 N·kg?1，这影响了平均力和峰值力的比较。此外，与 HSJ 相比，VSJ 预激活阶段力信号中观察到的测量噪声更大，需要使用 2 种不同方法来检测力起始。此外，尽管线性编码器提供了高度准确的数据，但速度和 Hpo 测量可能受到其放置位置的影响：在 HSJ 的雪橇上 (刚体) 和 VSJ 的质心上 (非刚体)。EMG 活动分为 3 个子阶段 (0–25%、25–75% 和 75–100%) 是基于 Macchi 等人 (19) 在 HSJ 中报告的 3 个主要肌肉协同。然而，这种划分对于 VSJ 可能不是最佳的。同样，Macchi 等人 (19) 没有评估 GMax 的 EMG 活动，这可能会潜在地影响该方法的结果，特别是在推离开始时。

最后，由于仅测试了男性受试者，本研究的结果不能推广到女性，因为此前在 HSJ 中发现了显著的性别差异，特别是对于腘绳肌的活动 (19)。总之，HSJ 和 VSJ 是不同但互补的测试。与我们的假设相反，无负荷 HSJ 显示的 Vto、Vmean 和 Ppeak/BM 显著低于 VSJ。这主要归因于 HSJ 中的 Hpo 降低了 50%。与力 - 速度关系一致，在 HSJ 中增加负荷导致 Fmax/BM 和 Fmean/BM 值更高，但 Vto、Vmean 和峰值角速度更低。有趣的是，HSJ 中缺乏预张力要求所有下肢肌肉活动和更大的 RFD 快速增加，这使得它在安全评估此类能力方面具有价值。未来的研究应侧重于每个性别的具体特征，特别是 HSJ 期间的神经肌肉协调，以优化男女的训练或康复。

实际应用

深蹲跳常用于表现训练和损伤康复，因为从体重起始位置快速加速身体的能力在许多运动中被认为特别重要。这种“爆发力”与神经指令和肌肉收缩成分的机械特征直接相关，并通过最大功率输出进行量化。在这种情况下，VSJ 仍然是改善或测试下肢爆发能力的最合适运动，因为它比 HSJ 提供了更好的力和速度平衡，从而产生更大的功率输出。然而，为了专门增强从静止位置开始的快速发力（例如，高 RFD、低 TTPF 和 Tpo），建议使用该雪橇装置进行 HSJ。为了获得更高的速度，使用较轻的滚轮装置进行 HSJ，并使 Hpo 与 VSJ 相当，可能是更好的选择 (35)。在康复环境中或对于无法进行 VSJ 的人群，HSJ 是一个有价值的替代方案，这得益于其低冲击特性、可控负荷和引导运动。在 HSJ 中增加负荷也有助于发展发力能力，同时克服 VSJ 的局限性。此外，HSJ 似乎在激活臀大肌（GMax）方面特别有效。