心率變異性在體育運動中的應(yīng)用

1、心率變異性在體育科研中的應(yīng)用楊帆摘要：心率變異性 (HRV) 是逐次心跳 RR 間期不斷波動的現(xiàn) 象，是近年來比較受關(guān)注的無創(chuàng)、穩(wěn)定、準確且易行的心電 監(jiān)測指標之一。對 HRV 信號的提取分析可以定量評估心交 感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的均衡性。近年來 HRV 指標在競技體育 和全民健身領(lǐng)域中得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。關(guān)鍵詞 :心率變異性；運動；應(yīng)用Abstract:Key words: HRV; sport1. 心率變異性( HRV )的概述1.1 心率變異性的定義及其作用 通過測量心跳與心跳之間的間隔時間表明，每次心跳的 間隔是不恒定的，是有變化的，這一變化稱為心率變異性 (Heart Rate Va

2、riability ，HRV )，是指逐次心跳間期之間的微 小變異。 HRV 的變化實質(zhì)上是反映神經(jīng)體液因素對竇房結(jié)的 調(diào)節(jié)作用，也就是反映自主神經(jīng)系統(tǒng)交感神經(jīng)活性與迷走神 經(jīng)活性及其平衡協(xié)調(diào)的關(guān)系。同時， HRV 具有無創(chuàng)性、敏感 性高、可重復(fù)等優(yōu)點，是評價心臟自主神經(jīng)系無創(chuàng)性檢查心 臟自主神經(jīng)調(diào)節(jié)功能的一種手段，廣泛應(yīng)用于心血管疾病臨床實踐和基礎(chǔ)研究，具有重要的生理學(xué)研究及臨床意義 。 HRV 信號中蘊含了有關(guān)心血管控制系統(tǒng)及體液調(diào)節(jié)等大量 信息，對這些信息的提取分析可以定量評估心交感神經(jīng)和迷 走神經(jīng)的均衡性及其對心血管活動的影響，近年來 HRV 指 標在體育科研中也得到了較為廣泛的關(guān)注和

3、應(yīng)用。例如， HRV 能夠提示運動之前的疲勞程度、 失水的情況、 承受的精 神壓力甚至焦慮的程度或者其他外來的應(yīng)激作用 。1.2 心率變異性的生理學(xué)基礎(chǔ)心臟搏動的固有頻率是由竇房結(jié)自律細胞決定的，同時 竇房結(jié)自律細胞又同時接受交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的支配，來 自內(nèi)、外環(huán)境變化的信息經(jīng)過神經(jīng)中樞的整合，最后通過心 交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的協(xié)調(diào)作用，來調(diào)節(jié)心率的變化。從整 體上看，心血管系統(tǒng)實際是一個“血壓”控制系統(tǒng)，凡能影 響血壓的因素都能引起心率改變。一些生物感受器包括位于 心房、心室和肺的機械感受器及位于頸動脈竇、主動脈弓的 壓力感受器均以感受血壓和血容量的變化，通過壓力反射引 起心率改變。同時，呼

4、吸活動也可以通過改變胸膜腔內(nèi)壓， 反射地引起迷走神經(jīng)張力波動，導(dǎo)致心率波動，即呼吸性竇 性心律不齊。而腎素血管緊張素及其它體液因素按新陳代 謝的需要調(diào)節(jié)心血管功能，使心率的變化呈現(xiàn)更長周期的規(guī) 律性。因此，產(chǎn)生心率波動是由于腦的高級神經(jīng)活動、中樞 神經(jīng)系統(tǒng)的自發(fā)性節(jié)律活動、呼吸活動以及由壓力、化學(xué)感 受器傳入的心血管反射活動等共同決定的。影響心率波動的 最后途徑在于上述各種因素對心交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的綜 合調(diào)節(jié)作用。當交感神經(jīng)興奮時心率加快，而當副交感神經(jīng) 神經(jīng)興奮時心率減慢。正常生理狀況下，交感神經(jīng)和副交感 神經(jīng)通過復(fù)雜的相互作用而協(xié)調(diào)地控制心臟的節(jié)律變化，使 心臟節(jié)律有序地周期性地產(chǎn)生變動

5、。一旦由于疾病等原因使 這種相瓦作用失去平衡，將導(dǎo)致心率的改變和心血管系統(tǒng)的 功能紊亂，這就是 HRV 分析的生理學(xué)基礎(chǔ) 。在運動時副交感神經(jīng)對心臟的作用逐漸減弱。有研究表 明 HRV 是定量判斷心臟自主神經(jīng)功能狀態(tài)的一項非常有意 義的指標。 HRV 分析也已經(jīng)成為臨床上評價自主神經(jīng)功能的 一種無創(chuàng)性可定量的良好方法， 廣泛應(yīng)用于高血壓、 冠心病、 糖尿病等疾病的診斷、 病況評定、 預(yù)后估計、 療效評價之中。 通過 R R 間期，可以知道訓(xùn)練時身體受到的心理和生理的 壓力以及疲勞情況。2.心率變異性的分析方法與指標各種 HRV 分析方法都需要收集一段時間的心電信號， 收集時間既有長時程也有也有

6、短時程采樣。常見的 HRV 分 析方法主要有 3 種：時、頻域分析和非線性分析。其中非線 性分析研究尚不成熟，時域和頻域分析是臨床常用的分析方 法，其中頻域方法能更定量的反映交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)對心臟的調(diào)制時域指標：平均心率、平均R R間期值、R R間期的 標準差 (SDNN) 、相鄰 RR 間期之差的均方根值 (RMSSD) 、 R R間期與平均R R間期值之差大于 50ms的個數(shù)占總數(shù) 的百分比 (PNN50) 、心率變異系數(shù) (SDNN HR) 。其中， SDNN(R R間期的標準差)用以衡量自主神經(jīng)系統(tǒng)的張力水 平，可評價心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)總的調(diào)控情況。 RMSSD(相鄰 RR 間期之差的

7、均方根值 )衡量迷走神經(jīng)張力水平，與心率 快變化成分相關(guān)，迷走神經(jīng)張力升高，其值升高。 pNN50 表 示間期差值50ms的間期數(shù)目在一段時間的間期數(shù)據(jù)中所占 的比例，主要是衡量迷走神經(jīng)對心率調(diào)控作用大小，數(shù)值越 低，代表迷走神經(jīng)張力越低。 SDNN HR 反映心率變異性的 分散程度，指標值越大，則心率變異越分散。頻域指標：總功率(TP)、低頻范圍內(nèi)的功率(LF)、極低 頻范圍內(nèi)的功率 (VLF) 、高頻范圍內(nèi)的功率 (HF)、 LFHF。 其中， TP 代表自主神經(jīng)整體的整合功能， 其增高表明整體的 自主神經(jīng)的調(diào)節(jié)功能增強。 HF 代表迷走神經(jīng)活動水平， VLF 主要反映交感神經(jīng)系統(tǒng)活動水平

8、， LF 是交感神經(jīng)和迷走神經(jīng) 共同作用的一個混合帶，反映交感神經(jīng)隨總功輸出變化而產(chǎn) 生的調(diào)節(jié)變化， LFHF 則反映了交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)的平 衡性，其比值越大，交感神經(jīng)張力越高。 3.心率變異性在體育運動中的應(yīng)用3.1 評定人體運動適應(yīng)性大量研究 表明，促使 HRV 產(chǎn)生變化的主要運動因素是 運動量、 運動強度及訓(xùn)練時間。 HRV 變化能靈敏的反映出以 上三種因素變化對人體負荷量的影響，但對具體的運動形式 不敏感。 Yamamoto 等 通過對不同海拔高度對 HRV 影響研 究表明，不同的運動量對迷走神經(jīng)功能影響最為明顯，極限 量運動訓(xùn)練安排不合理將導(dǎo)致迷走神經(jīng)功能受損， 出現(xiàn) HRV 下降

9、。 Blaber 在類似研究中也顯示。 具更強的迷走神經(jīng)功能 受試者更能承受極限量運動。在有氧訓(xùn)練模型中，迷走神經(jīng) 功能增強是普遍得到的結(jié)果。而在單次或短期無氧訓(xùn)練為主 的實驗中，交感神經(jīng)功能增強比迷走神經(jīng)功能增強更易出 現(xiàn)，表明自主神經(jīng)調(diào)節(jié)過程中存在強度效應(yīng)，良好的迷走神 經(jīng)功能退讓是人體對強度適應(yīng)的調(diào)控方式之一。另有實驗證 實長期劇烈的肌肉運動對心臟交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)的 平衡能力提出更高的要求，最終出現(xiàn)迷走神經(jīng)張力增高。摔 跤訓(xùn)練包含了有氧訓(xùn)練和無氧訓(xùn)練，自主神經(jīng)調(diào)節(jié)變化中最 先出現(xiàn)的是交感神經(jīng)功能增強，說明運動員最先需要適應(yīng)的 是強度要求，最終在新的強度負荷下達到穩(wěn)態(tài)。大量實驗證明運

10、動訓(xùn)練能提高人體的心率變異性，逐博 心率變異是迷走神經(jīng)活動增強和心肌對其敏感程度互為補 充的結(jié)果。自主神經(jīng)功能加強具有積極的生理意義，心迷走 神經(jīng)功能增強在減少心肌耗氧量，減輕心肌負荷，穩(wěn)定心電活動，降低惡性心律失常發(fā)生等方面均具有良性作用，從而 使運動性心肌受損的發(fā)生率大下降。3.2 評定訓(xùn)練水平和疲勞狀態(tài)HRV 監(jiān)測表明， 在長時間和大運動量訓(xùn)練期間， 副交感 神經(jīng)的作用出現(xiàn)漸進的，但明顯的下降。同樣情況也在安靜 時出現(xiàn)。而交感神經(jīng)卻發(fā)生相反的改變。這種心臟自主神經(jīng) 系統(tǒng)的失衡說明， 在探測運動員過度訓(xùn)練 （ 訓(xùn)練比賽和恢復(fù) 之間失衡引起的過度緊張狀態(tài) ）和恢復(fù)不足方面 HRV 是個 很有

11、用的指標。從 HRV 數(shù)據(jù)來計算 EPOC 的方法是衡量訓(xùn)練的生理負 荷和累積心血管疲勞的一個方法。 EPOC 是最能反映從事耐 力活動 （如跑步，騎車，游泳和劃船 ）時身體 （尤其是呼吸和心 血管系統(tǒng) ）所承受的壓力大小。 EPOC 值越高意味身體越疲 勞。訓(xùn)練強度增高時 EPOC 積累得越快。但是，訓(xùn)練的時間 延長 EPOC 并不一定增高。如果不采用 EPOC 作為指標，人 們就有可能對訓(xùn)練課做出錯誤的結(jié)論。 在采用 HRV 和 EPOC 對訓(xùn)練課進行比較時，每一堂訓(xùn)練課的疲勞累積數(shù)量在 EPOC 值的差別上就會反映出來。3.3 體質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用大量臨床資料發(fā)現(xiàn)，很多心血管疾病會伴發(fā) HR

12、V 變化， 與正常個體相比， 這些疾病患者的心宰變異程度降低 （表現(xiàn)為 TF、LF 和 HF 下降 ），且交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)之間的平衡 狀態(tài)被破壞 （表現(xiàn)為 LF HF 升高或降低 ）。此外，一些具有 身心疾病和不良嗜好的人群 （糖尿病、肥胖、焦慮、吸煙等 ） 也會表現(xiàn)出 HRV 異常。久坐缺乏運動人群和經(jīng)常運動人群 的 HRV 也存在一定的差異。健康和疾病個體經(jīng)過一段時間 的體育鍛煉， HRV 會發(fā)生改變。上述研究結(jié)果說明，心血管 功能的改變以及體質(zhì)狀況的變化均可以通過 HRV 得以反映， 這就為 HRV 應(yīng)用于體質(zhì)監(jiān)測奠定了實踐基礎(chǔ)。3.4 訓(xùn)練效果評定和運動員選材 趙敬國的研究顯示，優(yōu)秀散打運動員在安靜時較一般 運動員 （體育系及民體系學(xué)生 ）具有更高的心率變異性，具有 更高的迷走神經(jīng)張力和更低的交感神經(jīng)張力。有研究認為在 中等強度運動時以迷走神經(jīng)張力減退為主，大運動量時則以 交感神經(jīng)占優(yōu)為主，迷走神經(jīng)張力不再繼續(xù)減退” 。本結(jié)果 顯示優(yōu)秀散打運動員具有更高的心率變異性，具有更高的迷 走神經(jīng)張力和更低的交感神經(jīng)張力，顯示出優(yōu)秀散打運動員 擁有較高的自主神經(jīng)調(diào)節(jié)能力儲備，這一特