心率變異性監控運動性疲勞的研究進展

楊珊珊, 譚雅兮, 劉耀天

(四川師范大學 體育學院,四川 成都 610101)

在競技體育競爭日益激烈的背景下,高強度、大運動量的訓練是提高運動成績的重要手段。值得關注的是,高強度、大運動量的訓練必然引起運動性疲勞[1]。一旦運動員超負荷運動,機體將出現肌力下降且收縮速度減慢、工作能力和活動能力下降的狀態,繼而影響運動員的競賽成績。因此,對運動性疲勞的監控研究至關重要。

近年來,在眾多監控運動性疲勞的指標中,較受關注的是無創性心電監測指標之一的心率變異性(Heart Rate Variability,HRV)[2-6]。其通過交感神經和副交感神經控制心臟,當機體出現疲勞時,自主神經系統的相互作用失去平衡,心跳節律和心血管系統功能紊亂,最終表現出心率變異性的變化[5]。心率變異性對自主神經系統功能變化的敏感性,使其在運動性疲勞診斷中具有科學性和可能性[6]。HRV直接反映的是應激水平,在嚴格的約束條件下,HRV可以反映被動疲勞程度;隨著被動疲勞程度的增加,通常HRV升高,心率(Heart Rate,HR)降低,這可能是生理抑制性保護作用的結果[7]。

心率變異性作為監控運動性疲勞的重要生理指標,能通過其變化調整訓練方式及負荷強度,從而為運動員的競技能力與競技成績的提高提供有力的保障及科學化、數據化的依據,因此,它在運動性疲勞診斷中具有很高的應用價值和前景。

目前,心率變異性分析分為線形和非線形分析法,線形分析法又包括時域和頻域分析(表1)。

表1 心率變異性常用分析指標[8-9]

注：心動周期(Respiration Rate,RR);平均心動周期的標準差(Standard Deviation of the NN interval,SDNN);相鄰心動周期差值的均方根(Root Mean Square of SDs between adjacent NN intervals,RMSSD);相鄰心動周期差值大于50 ms的個數占總心跳次數的百分比(Percentage of successive interval differences larger than 50 ms,PNN50)

1 不同運動強度下心率變異性的變化

當前以心率變異性(HRV)作為監控運動性疲勞的可靠指標為熱點話題,國內外眾多學者通過大量實驗,探究了不同運動強度下心率變異性的變化情況。研究最早以7名中等距離跑步運動員為實驗對象,進行周期訓練(連續3周大負荷訓練,1周休息),用心率變異性來評估自主神經系統的變化,得出結論,心率變異性與靜息心率相比,能更好地反映身體的疲勞程度;大負荷訓練過程中,交感神經活動相對于副交感神經更占主導性[10]。隨后出現大強度運動對心率變異性的影響的研究,通過實驗得出結論,隨著運動強度的遞增,Hfn值增大,Lfn值減小[8,11]。后有學者為探討田徑運動員心率變異性的正常值及心率變異性的重復性,采用動態心電圖監測技術對21名田徑運動員動態心電圖進行心率變異性時域、頻域分析及重復性檢驗。結果表明:心率變異時域和頻域各參數2次測定平均值除平均心率(MeanHR)、平均心率的標準差(Std Dev)和平均心動周期(Mean RR)外(P<0.05),其余參數均無顯著性差異(P>0.05)。各參數2次測定的平均值除最低心率為顯著相關外(r= 0.54,P<0.05),其余各參數均為高度顯著相關(r=0.63～0.90,P<0.001)。與迷走神經張力變化有關的各參數RMSSD、PNN50、高頻功率(HF)之間亦呈高度顯著相關(r=0.82～0.95,P<0.001),此為田徑運動員心率變異性提供了正常參考值[12]。

國外有學者為監測高水平運動員的訓練強度與訓練適應,選用心率變異性作為監測指標。實驗結果表明:人體心臟受交感神經和副交感神經的雙重支配,交感神經與副交感神經起到拮抗作用[13]。另有研究選取少年與成年男子各10名業余跑運動員為受試者,觀察一次急性耐力運動后運動員的心率變異性的變化特征。得出結論:一次急性耐力運動后心率變異性出現短暫抑制現象,少年受試者HRV降低幅度比成年受試者低。這可能與發育成熟度不同有關,急性運動后HRV變化可能是運動適應的生理表現[14]。

近來有學者為探求不同柔道訓練負荷對心率變異性的影響,選取14名男性國家柔道運動員為實驗對象,將其隨機分成2組,分別采取高強度和中等強度的訓練,觀察2組運動員心率變異性的變化。實驗結果表明:高強度訓練負荷的柔道運動員,其自主神經系統的相互作用失去平衡,副交感神經的控制減弱[15]。

綜上所述,國內外已有部分運動訓練科學研究將心率變異性作為監控運動性疲勞的可靠指標,依據運動員心率變異性的變化,調整其訓練方式及負荷強度,為提高運動員的競技能力和競技水平提供有力保障。

2 心率變異性預防運動性疲勞

運動員過度訓練往往導致運動性疲勞,HRV的頻域指標總頻功率(TP)、LF、HF和時域指標RMSSD、SDNN會出現明顯下降,同時機體出現自主神經系統功能紊亂和失衡的狀態,因此,以HRV監控、指導運動訓練尤為重要[16]。

有學者為探究心率變異性反饋訓練對運動員心理疲勞的調節作用,以省隊高水平運動員為實驗對象,采取心率變異性反饋訓練,且對心理疲勞進行監控。得出結論:心率變異性反饋訓練能有效提高運動員的放松能力,且有助于預防運動員的心理疲勞[17]。另有研究對中國隊女足運動員的高原訓練進行心率變異性監控,用以輔助評價運動員身體機能狀態和預防運動性疲勞。應用以心率變異性檢測為原理的便攜式疲勞診斷儀結合常用血生化指標,在集訓前、上高原2天、上高原2周及下高原2天,分別對女足運動員機能狀態進行監測和比較分析。得出結論:以心率變異性為原理的自主神經疲勞檢測是輔助診斷女足運動員高原訓練身體狀態的有效方法,其與血液指標相結合,可全面監控身體狀態,特別對于提示早期疲勞具有一定的應用價值[18]。再有研究為探討心率變異性評估療養飛行員生物反饋訓練效果,為航空心理訓練提供依據。其通過多參數生物反饋儀對飛行員進行訓練和心率變異性監控,獲得實驗結論:心率變異性能有效評估療養飛行員生物反饋訓練的效果,并有助于預防療養飛行員運動性疲勞[19]。

綜上所述,雖有部分研究將心率變異性應用在運動訓練中以預防運動性疲勞,顯示出一定的可行性,但還需依靠廣泛的實驗研究,驗證心率變異性是否能完全運用在監控和預防由不同運動類型所產生的疲勞。

3 心率變異性指導運動訓練

有學者以優秀舉重運動員為實驗對象,為提高其心率變異性調節交感和副交感神經的功能,采用合理標準化的技術干預舉重訓練恢復。結果顯示:心率變異性可提高競技舉重運動員的訓練效果,降低主觀質量感,避免焦慮等心理,提升機體免疫能力和訓練成績[20]。為了探討遞增負荷下競技健美操運動員的心率變異性,采用電子跑臺遞增負荷的測試方法,利用芬蘭心率遙測儀(Polar RS800) 遠程對運動員整個運動過程心率變異性時域、頻域進行遙測及分析。得出實驗結論:心率變異性指標可以作為一個監測運動效果的有效指標,并進一步為量化運動訓練做出初步的嘗試[21]。除此之外,有研究為探討運動競賽焦慮與心率變異性的相關關系,通過對12名男性青少年自行車運動員進行長達10個月的跟蹤調查。結果顯示:心率變異性對運動競賽焦慮的監控具有重要作用,焦慮總分、軀體焦慮因子、認知焦慮因子與HRV指標呈現顯著的相關性。其中,心率變異性指標TP、SDNN與運動競賽焦慮量表中各因子均呈負相關,而LF與焦慮總分、軀體焦慮呈顯著正相關。最終得出結論:運動競賽焦慮與自行車運動員的心率變異性有顯著的相關性,HRV可以用來評價總體的焦慮水平,從而及時了解運動員的心理狀況。根據運動員的運動競賽特點,實施相應的心理訓練,使運動員能夠在緊張激烈的比賽中將所產生的焦慮狀態適當降低,為運動員發揮相應的競技水平提供理論依據[22]。國外有研究依據自主神經系統活動的數據,制訂出科學可行的訓練方案[23]。還有一項研究選取了8名排球運動員為實驗對象,使用HRV方法控制自主神經系統,最終得出實驗結論:通過HRV頻譜分析,若運動員的自主神經系統活動一直較高時,可增加訓練強度,反之亦然[11,24]。

越來越多的實驗表明,心率變異性的研究在多種運動上具有較為普遍的指導意義。對心率變異性多項指標的監控,一方面能使教練員初步了解和把握運動員的心理狀況,通過改變訓練節奏,及時調整運動員的心理;另一方面,在運動項目的訓練方法及負荷強度上能得到及時且有效的反饋,使教練員和運動員對訓練效果都有清晰的認識。

4 小結

國內外學者雖已做了大量實驗探究,證明心率變異性是監控運動性疲勞、提高訓練水平和競技成績的重要手段,也是提升運動員心理承壓能力的重要指標依據,但目前尚缺少針對心率變異性監控運動性疲勞的系統化研究。除此之外,能否通過對心率變異性相關指標的監控,初步判斷運動員是否使用疲勞抑制類藥物,也可作為一個研究方向,進行深入研究。