心率变异性指标在体育研究领域中的应用(综述)

宋淑华，刘 坚，高春刚

(云南师范大学体育学院，云南 昆明 650222)

心率变异性(Heart Rate Variability，HRV)是逐次心跳RR间期不断波动的现象，是近年来比较受关注的无创、稳定、准确且易行的心电监测指标之一，是评价心脏自主神经系统功能活动的较好办法，广泛应用于心血管疾病临床实践和基础研究。HRV信号中蕴含了有关心血管控制系统及体液调节等大量信息，对这些信息的提取分析可以定量评估心交感神经和迷走神经的均衡性及其对心血管活动的影响，具有重要的生理学研究及临床意义[1,2]。近年来HRV指标在体育科研中也得到了较为广泛的关注和应用。本文就近年来HRV在运动中应用进行综述。

1 心率变异性的生理学基础

心脏搏动的固有频率是由窦房结自律细胞决定的，同时窦房结自律细胞又接受交感神经和迷走神经的双重支配，来自内、外环境变化的信息经过神经中枢的整合，最后通过心交感神经和迷走神经的协调作用，调节心率的变化。从整体上看，心血管系统实际是一个“压力”控制系统，凡能影响血压的因素都能引起心率改变。一些生物感受器包括位于心房、心室和肺的机械感受器及位于颈动脉窦、主动脉弓的压力感受器均可以感知血压和(或)血容量的改变，通过压力反射回路反射性地引起心率改变。同时，呼吸活动也可以通过改变胸腔内压，反射地引起迷走神经张力波动，导致心率波动，即呼吸性窦性心律不齐。而肾素-血管紧张素及其它体液因素按新陈代谢的需要调节心血管功能，使心率的变化呈现更长周期的规律性。因此，产生心率波动是由于脑的高级神经活动、中枢神经系统的自发性节律活动、呼吸活动以及由压力、化学感受器传入的心血管反射活动等共同决定的。影响心率波动的最后通道在于上述各种因素对心交感神经和迷走神经的综合调节作用。当交感神经兴奋时心率加快，而当副交感神经神经兴奋时心率减慢。正常生理状况下，交感神经和副交感神经通过复杂的相互作用而协调地控制心脏的节律变化，使心脏节律有序地周期性地产生变动。一旦由于疾病等原因使这种相互作用失去平衡，将导致心率的改变和心血管系统的功能紊乱，这就是HRV分析的生理学基础。

2 HRV分析方法和各指标生理意义

各种HRV分析方法都需要收集一段时间的心电信号，收集时间既有长时程也有也有短时程采样[3,4]。常见的HRV分析方法包括：时、频域分析和非线性分析。其中非线性分析涉及十分复杂的数学问题，临床研究尚不成熟。时域和频域分析是临床常用的分析方法，其中频域方法能更定量的反映交感神经和迷走神经对心脏的调制(见表1)。

表1 HRV分析常用频域指标

3 HRV在体育科研领域中的应用

3.1 HRV在竞技体育中的应用

3.1.1HRV与耐力运动项目有关运动对心血管自主神经系统的很多研究集中在有氧耐力项目上，特别是对训练效果和运动强度进行评估。多数研究表明，长期耐力训练会使HRV降低，锻炼可增强迷走神经对心脏的支配能力，变化特征会随着运动强度的改变而改变。系统运动训练可使交感神经和迷走神经的张力都下降，而以交感神经张力下降更为明显，从而出现安静时心搏徐缓现象。Sumi[5]以10名女性长跑队员为研究对象，发现3000米限时跑开始即刻，高频(HF)下降，低频(LF)瞬间升高，且此后一直维持到运动结束。表明运动开始后迷走神经受抑，交感神经活性加强。Earnest[6]观察自行车运动员在完成三个递增负荷的训练冲量(training impulse，TRIMP)后发现，各个阶段安静心率无明显改变，但HRV变化明显，与此变化密切相关的因素是训练量和训练强度。还有报道递增负荷力竭运动中，可通过HRV改变准确估算通气阈，较先前呼吸测量装置更简单易行[7,8]。Atlaoui[9]报道了优秀游泳运动员HRV和训练量及运动能力之间的关系，进一步发现随访期间肾上腺素/去甲肾上腺素比值(E/NE)与LF/HF呈正相关。Macon等[10]对10名自行车运动员研究发现，静息状态下运动员HF值明显高于正常人，踏车时运动员及正常人LF、HF均降低，但正常人HRV值降低幅度更大。Kaikkonen[11]报道无论是间歇递增运动强度还是连续递增运动强度都导致HRV下降，当运动负荷相当时，连续干预情况下HRV下降更明显。国内也有诸多报道。李之俊[12]发现优秀赛艇运动员安静时总HRV是普通健康青年男性的1.63倍，并与VO2max呈显著正相关，提示HRV可作为运动员科学选材、机能水平和体能状态评定的有效参考。总之，有氧耐力训练后，HRV对心血管的适应提供了有效、非损伤的评估[13]。

近年来，HRV也被应用到运动性疲劳方面的研究[9,14]。运动员在没有完全恢复的情况下，进行下一次训练，将会出现过度训练。疲劳发生时HRV各值下降，且HRV随运动性疲劳的加深降低幅度更大[15]。Gabriel提出可将HRV作为运动员早期诊断疲劳的指标[16]。国内学者钟运健[17]以48 名健康青年大学生为研究对象，发现力竭运动后HRV各值下降，且与疲劳程度密切相关。所以，HRV在运动性疲劳诊断应用中具有一定的价值。

3.1.2HRV与非耐力运动项目目前，HRV除了在耐力项目中得到广泛应用外，也有学者对非耐力项目运动员HRV特征进行了观察。国外学者报道可应用RR间期的变异区分拳击运动员不同类型的运动形式[18,19]。国内学者谢红[20]根据安静时篮球运动员与普通大学生HRV的频域和时域指标的分析得出，运动员心脏植物神经调节功能有所加强。刘凌[21]对男性摔跤及柔道运动员静息态下5min体表心电图进行时域、频域及非线性分析，发现运动员具有较大的心率变异性和更高的迷走神经和交感神经张力。刘迅雷[3]对田径运动员短时HRV的正常值及重复性进行了研究。张昕[22]研究发现运动训练专业大学生PNN50、HF、LF、TP显著增加，而普通大学生则无此变化。由此可以看出，不管是耐力项目还是非耐力项目，有规律的运动训练均导致心脏自主神经调节向良性方面发展。

3.2 HRV在健身运动评价体系中的应用

3.2.1应用HRV对健康个体锻炼效果的评价健身方面，HRV各指标为健身效果提供了有价值的参考。有规律的体育锻炼可提高HRV[22,23,29]。Kiviniemi[30]将26个健康男性随机分为预定锻炼组(TRA)、HRV锻炼组和对照组。TRA组每周进行2次低强度和4次高强度锻炼；HRV组根据每天晨HRV的R-R间期高频(HF)的波动情况调整锻炼强度。结果表明：根据HRV变化制定运动处方，能更有效改善心肺功能。Goldberger[31]报道HRV指标中的均方根(RMS)和相邻RR间期差值均方的平方根( MSSD) 可以作为运动后恢复期副交感神经反应的指标。国内研究结果与此类似。田开新[32]认为有氧、无氧耐力训练对自主神经调节能力的影响取决于训练强度。他将41名健康男性青年，随机分为有氧耐力组和无氧耐力组，连续进行8 周训练。结果显示，有氧耐力组迷走神经活动增强，交感神经活动减弱，HRV增大,无氧耐力组自主神经调节功能相对较稳定。Martinmäki[33]以11个未经训练的男性受试者为研究对象，发现长期低强度耐力运动增强了运动中迷走神经的活性。与有氧训练相似，严格控制强度的无氧耐力训练也有利于增强人体对环境的适应能力。这为实施健全、合理的体育锻炼方案提供了重要的理论依据。由此可以看出，耐力运动对心血管自主神经的影响取决于运动强度。

3.2.2应用HRV对亚健康及病患人群锻炼效果的评价目前,应用HRV对亚健康及病患人群锻炼效果评价的报道较多，既可以根据HRV的变化及时调整和改变锻炼方案，也可以根据HRV的良好变化预测身体恢复情况。Galetta[34]以20位68岁的老年男性为研究对象，发现长期耐力训练可引起老年个体HRV和工作能力提高。Goldberger[31]研究指出,HRV指标中的均方根(RMS)和相邻RR间期差值均方的平方根( MSSD)有助于理解运动后副交感神经的反应及心率恢复的预后。

3.3 低氧对HRV的影响

关于不同浓度氧对HRV的影响，多数研究集中在平原运动员高原训练或进行模拟高原训练[35-37]。进行高住低训的滑雪运动员仰位HRV变化与有氧能力变化相关，证明了用HRV监测高原训练适应性的潜在价值[38]。划船运动员急性高原暴露时，时域分析能反映自主神经对高原海拔高度的反应，但仅适用于坐位[39]，这提示从不同体姿HRV入手，可能会找到监测耐力训练过程中高原反应，乃至运动性疲劳的有效指标。也有研究报道了急性缺氧对安静和运动中自主神经平衡的影响[40]。国内研究也表明自主神经功能与急性高原反应(AMS)相关，检测HRV可在一定程度上预测AMS[41,42]。这些研究都表明低氧对HRV具有影响，但还不能形成一致性结论，需要进一步深入研究。特别是关于世居高原或久居高原对心脏自主神经影响的研究目前十分罕见。

4 小结

心率变异性分析是一种定量评价人体心脏植物神经功能的有效方法，在临床医学和航空医学中应用和研究较多，而在体育科研和实践中应用还刚刚起步。虽然国内外已有一些研究，但还不够深入和全面。利用HRV 指标合理控制运动量，评价机体对运动应激反应程度,评定运动员运动训练水平、体能状态、机能状态,心理应激状态, 评定不同运动疗法对某些慢性疾病治疗效果等，将是未来研究的方向。

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