長期以耐力運動為主鍛煉健康青年男性心臟自主神經功能的變化*

李天義 王金之 徐 琳 楊 靖 馬繼政

長期以耐力運動為主鍛煉健康青年男性心臟自主神經功能的變化*

李天義1,2王金之2徐 琳2楊 靖2馬繼政2

（1.金陵科技學院體育部， 江蘇 南京 211169；2.陸軍工程大學軍事運動科學研究中心，江蘇 南京 211101）

【目的】評定長期（3年）以耐力運動為主鍛煉對自主神經功能的影響。【方法】 157名經過訓練的健康男性學員作為研究對象，133名未經訓練的健康男性學員作為對照組，分別記錄安靜狀態的RR間期，并進行心率變異（HRV）分析。【結果】與對照組相比，經過3年鍛煉健康青年安靜HR均值顯著降低（＜ 0.05），HF均值顯著升高（＜ 0.05），LF/HF均值顯著降低（＜ 0.05）；與對照組相比，RMSSD、SDNN和SDNN/HR均值均顯著升高（＜ 0.05）。【結論】整體上，HRV 提高。長期充分、適宜有氧耐力訓練有助于提高和維持健康青年心肺的適應能力。

有氧耐力練習；自主神經功能；心率變異

常規的鍛煉可通過心血管系統的中樞和外周機制，促進功能和結構發生改變[1]。運動員安靜時的心率過緩，通常被認為是訓練效果的一個標志物[2]，其變化和心臟自主和非自主適應有關[3]。運動員交感-迷走神經平衡的典型表現為副交感活性占據主導作用[4]。

心臟自主的控制可通過檢測心率變異（Heart rate variability，HRV）來進行評定。HRV是一個無創的技術，可用于評估RR間期的瞬時變動。HRV指標的變化表明自主神經系統可應答多樣生理和環境上的刺激，例如呼吸、鍛煉、精神壓力、血流動力學和代謝上的變化、睡眠、體位等。一些因素，如體適能的水平、運動經歷、練習的強度、訓練的計劃影響生理和情感（焦慮、賽前應激）方面的變化，可改變自主應答[5]。

目前研究認為，HRV功率譜能夠更為精確地反映自主神經系統在心臟水平的調節，盡管，目前對HRV的神經調節機制還不十分清楚。但在競技體育HRV已廣泛用于調整訓練的負荷、診斷和預防疲勞、評定過度訓練以及有氧能力[3-5]。目前，尚不清楚，普通人群長期運動對心臟自主功能產生的影響。因此，本研究評估長期有氧耐力鍛煉（3年）對普通人群心臟自主調節產生的影響，為日常精準運動鍛煉計劃提供依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為157名經過訓練的健康男性學員(年齡：21.30±0.41歲；身高：174.39±5.42cm；體重：66.47±6.49kg；體指數：21.60±3.42kg/m2)；訓練年限3年，但無器械力量訓練歷史。所有測試者均無疾病史、吸煙史和酗酒史，有規律參加耐力性鍛煉（每周鍛煉2-4次，每次訓練時間>45min），排除超重或偏瘦的學員，排除標準為體指數（BMI）：BMI<18.5或BMI>24.0。另外，133名未經訓練的健康男性學員(年齡：18.16±0.61歲；身高：175.20±4.39cm；體重：67.36±7.21kg；體指數：21.28±1.52kg/m2)作為對照組。

1.2 研究方法和和指標

利用Firstbeat團隊心率儀（Finland）記錄RR間期：10min安靜狀態（臥位），并利用Firstbeat SPORTS 系統 （version 4.4.0.2, Firstbeat Technologies Ltd., Jyv?skyl?, Finlan）進行分析，數據采集的時間為安靜狀態后5min（5-10 min）。實驗室室溫為22℃-26℃，濕度為50%-56%。

研究指標為心率和心率變異（HRV）的時域指標和頻域指標。時域指標包括全程相鄰NN間期之差的均方根值（RMSSD），單位為ms；全部NN間期的標準差（SDNN）；SDNN/HR。頻域指標包括低頻（LF），單位為ms2，頻譜范圍：0.04–0.15Hz；高頻（HF），單位為ms2，頻譜范圍：0.15–0.40Hz以及LF/HF。

1.3 數據統計處理

2 結果

2.1 長期鍛煉安靜狀態下HR和HRV時域指標的變化

與對照組相比，安靜HR均值顯著降低（＜0.05），HF均值顯著升高（＜0.05），LF/HF均值顯著降低（＜0.05）。LF均值有升高但無明顯差異（0.05）數據見表1。

表1 未鍛煉和長期鍛煉安靜狀態HR和HRV時域指標（±s）

與未鍛煉相比，＜0.05，下同

2.2 長期鍛煉安靜狀態HRV頻率指標的變化

與對照組相比，RMSSD、SDNN和SDNN/HR均值均顯著升高（＜0.05）。數據見表2。

表2 未鍛煉和長期鍛煉安靜狀態安靜期間HRV頻域指標（±s）

3 討論

運動鍛煉是健康生活方式一個重要的組成部分。長期訓練運動員可對心血管系統產生良性影響，其中之一和自主神經系統的適應有關。類似于運動員，整體上，普通人群長期鍛煉HR下降，HF和RMSSD增加。部分原因和孤束核、延髓頭端腹外側、下丘腦室旁核控制能力提高有關[1]，這一生理上的適應可提高副交感神經的活性，從而提高HRV。自主神經系統有2個不同的分支，副交感神經系統和交感神經系統，其功能相反，相互平衡，從而為重要的器官提供心輸出量，受體位變化、溫度和運動所影響[6]。運動時，心血管系統的應答受前饋控制，即“中樞指令”，涉及到腦部區域。持續運動，來自于收縮肌群的機械和代謝信號提供反饋至腦部的心血管中心，稱為“運動壓力反射”，從而嚴格平衡系統氧的傳遞和代謝需求。此外，動脈壓力感受器傳遞信號至腦部的心血管中心，調節副交感神經系統和交感神經系統活動，并受“運動壓力反射”所調控[6]。

副交感和交感神經活性比率受運動類型，身體能力水平以及心肺壓力感受器的負荷所影響。不同類型的急性運動其變化是不同的[7-11]。一般認為其活性逐漸由副交感功能向交感功能轉變。副交感功能降低可用HRV展示出來，隨著強度的增加，HF逐漸下降[12]。例如，動力性的自行車運動，其比率由安靜狀態4:1，可在65%最大強度運動時減少為1:1，在75%最大強度時為1:4[13]。此外，盡管急性力量練習可提高HR，但其程度是有限的[14]。

有氧耐力訓練通常指的是利用大肌群工作的能力，如步行、跑步、自行車、劃船、游泳等。一般認為持續時間超過10min，練習強度為中-高（60-80%最大HR）即為有氧練習[6]。長期有氧鍛煉導致HR下降應歸因于長期的適應。盡管急性運動和長期運動HR變化之間的聯系尚不確定。但短期和長期鍛煉均可觀察到運動上的益處。在運動時中樞指令和運動壓力反射是決定心肺應答的關鍵因素，這些前反饋和反饋信號的相互作用和交感神經、副交感神經的長期調整有關[1,6]。

無活動和交感神經活性增加有關，短暫臥床或宇宙飛行副交感神經活動下降，交感神經系統的活性增加[15]，但有氧耐力訓練基礎副交感神經活性的下降，主要和中樞神經系統區域控制交感輸出上的適應有關[16]。另外，運動可通過髓質核系統促進交感抑制，來調控心血管系統[16]。低靜息的交感輸出和高靜息的副交感輸出是腦部心肺中樞長期重構的結果[17]。

利用HRV分析，研究表明長期運動副交感的調節增加。運動類型、訓練量和強度均影響HRV的變化。通常，長持續或強度大于85%可提高健康人員HRV（更多迷走上的調節）[18]。老年群體練習負荷和HRV的提高存在線性相關[19]。另外，研究表明一周大于4次有強度的有氧練習，持續超過45min，可最佳化心臟的健康，持續時間超過6個月，靜息心率和次最大強度運動，HR可降低5-20次[20]。本研究受試對象的負荷基本達到這一標準，較大規模研究結果顯示長期鍛煉（3年）表明HR顯著下降，HRV顯著提高。對于有氧能力的提高，高迷走神經上的調節是需要的。此外，研究發現力量練習對HRV的影響并不明顯[21]，可能和力量訓練本身的特點有關，大程度施加于骨骼肌，而不是心肺。但8周力量和耐力組合訓練HRV表現為耐力樣的變化[22]，6周基礎運動技能訓練，同樣可提高HRV[23]。上述研究表明運動方式中存在耐力性的活動時，心肺代謝能力方面的適應較為明顯。

當前，心肺適應能力是預測心血管疾病重要指標之一，心肺能力的提高可降低心血管疾病的潛在風險，本研究結果表明充分、適宜有氧耐力訓練有助于提高和維持健康青年心肺的適應能力。

[1]Michelini LC, Stern JE. Exercise-induced neuronal plasticityin central autonomic networks: Role in cardiovascularcontrol[J].ExpPhysiol,2009,94(9):947-960.

[2]Dixon EM, Kamath MV, McCartney N, et al. Neuralregulation of heart rate variability in endurance athletesand sedentary controls[J]. Cardiovasc Res, 1992,26(7):713-719.

[3]Aubert AE, Seps B, Beckers F. Heart rate variability inathletes[J].Sports Med, 2003,33(12):889-919.

[4]Bellenger CR, Fuller JT, Thomson RL, et al.Monitoring athletic training status throughautonomic heart rate regulation: a systematicreview and meta-analysis[J].Sports Med, 2016，46(10):1461-1486.

[5]da Silva VP, de Oliveira NA, Silveira H, et al.Heart rate variability indexes as a marker of chronic adaptation in athletes: a systematic review[J]. Ann Noninvasive Electrocardiol, 2015,20(2):108-118.

[6]Perez-Quilis C, Kingsley JD, Malkani K, et al. Modulation of Heart Rate by Acute or Chronic Aerobic Exercise. Potential Effects on Blood Pressure Control[J]. Curr Pharm Des,2017,23(31):4650-4657.

[7]丁明超,胡斐,王增剛,等.熱環境下大強度的無氧間歇和有氧組合練習次序對恢復期心臟自主神經功能和溫度的影響[J].軍事體育學報,2018,37(1):116-120.

[8]胡斐,徐盛嘉,沈銘彬,等.大強度的無氧間歇練習、有氧耐力練習及其組合練習的次序對恢復期心臟自主神經功能的影響[J].體育科研,2017,38(6):87-92.

[9]胡斐,王金之,黃佩玲,等.不同負重量站立30min對健康青年心臟自主神經功能的影響[J].中國應用生理學雜志,2017,33(2):193-196.

[10]王增剛,胡斐,徐盛嘉,等.18 km中等強度負重行軍對心臟自主神經功能的影響[J].軍事體育學報,2018,37(1):112-115.

[11]胡斐,徐盛嘉,王曉磊,等.力量和耐力組合訓練對青年男性心臟自主神經功能影響的研究[J].遼寧體育科技,2018,40(2):48-53.

[12]Mendonca GV, Fernhall B, Heffernan KS, Pereira FD. Spectralmethods of heart rate variability analysis during dynamic exercise[J].ClinAuton Res, 2009,19(4): 237-245.

[13]White DW, Raven PB. Autonomic neural control of heart rateduring dynamic exercise: Revisited[J]. J Physiol 2014,592(12):2491-2500.

[14]于文兵,高麗麗,李天義,等.三種力量訓練方案對健康青年心臟自主神經功能的影響[J].中國康復醫學雜志,2017,32(5):548-553.

[15]Hughson RL, Shoemaker JK. Autonomic responses to exercise: deconditioning/inactivity[J]. AutonNeurosci,2015（188）:32-35.

[16]Leosco D, Parisi V, Femminella GD, et al. Effects of exercisetraining on cardiovascular adrenergic system[J]. Front Physiol,2013（4）：348.

[17]Nelson AJ, Juraska JM, Musch TI, Iwamoto GA. Neuroplasticadaptations to exercise: Neuronal remodeling in cardiorespiratoryand locomotor areas[J]. J ApplPhysiol (1985),2005,99(6):2312-2322.

[18]al-Ani M, Munir SM, White M, Townend J, Coote JH. Changes inR-R variability before and after endurance training measured bypower spectral analysis and by the effect of isometric muscle contraction[J].Eur J ApplPhysiolOccupPhysiol, 1996,74(5):397-403.

[19]Okazaki K, Iwasaki K, Prasad A, et al. Dose-response relationshipof endurance training for autonomic circulatory control in healthyseniors[J]. J ApplPhysiol (1985), 2005,99(3):1041-1049.

[20]Wilson MG, Ellison GM, Cable NT. Basic science behind the cardiovascular benefits of exercise[J]. Heart, 2015，101(10):758-765.

[21]Bhati P, Moiz JA, Menon GR et al. Does resistance training modulate cardiac autonomic control?A systematic review and meta?analysis [J].Clin Auton Res, 2019，29(1):75-103.

[22]姚增強,胡斐,趙彥,等.8周力量和耐力組合訓練對健康青年心臟自主神經功能產生的影響[J].南京師大學報(自然科學版),2017,40(4):116-119.

[23]馬繼政,徐盛嘉,丁明超，等.基本運動訓練原則在促進新入校大學生基礎運動技能方面的實踐研究[J].體育科技,2018(2):136-142.

On the Change of Healthy Young Males’ Cardiac Autonomic Nervous Function after Long-term Aerobic-based Exercise Training

LI Tianyi, etal.

(Jinling Institute of Technology, Nanjing 211169, Jiangsu, China)

解放軍理工大學預先研究基金（KYJYZLXY1602-35）；全軍軍事類研究生資助課題（2016JY374）；江蘇省普通高校學術學位研究生科技創新計劃項目（KYCX17_1369）。

李天義（1978—），碩士，講師，研究方向：運動訓練。