呼吸频率对武术套路运动员心率变异性和情绪状态的影响研究

杜 吟 李京诚

(首都体育学院 研究生部，北京 100191)

呼吸频率对武术套路运动员心率变异性和情绪状态的影响研究

杜 吟 李京诚

(首都体育学院 研究生部，北京 100191)

通过比较不同呼吸频率对武术套路运动员的干预效果，以测定一个能够对HRV和情绪状态均产生积极作用的呼吸频率范围，从而为运动员的心理生理状态调节提供实证研究依据。

呼吸频率；HRV；情绪状态；武术套路运动员

1 前言

心率变异性(Heart Rate Variability，HRV)是一种用于研究心率的自主控制的非侵入性指标，HRV分析将R-R期间的心率变化数量化。由于其能够反映自主神经活性和定量评估心脏交感和迷走神经张力及其平衡性，HRV已变成了一种研究工具和评估技术。目前的研究显示，HRV的高频成分HF代表副交感神经活性，低频与高频的比值LF/HF代表自主神经系统的平衡程度，HRV可以有效地反映个体自主神经的平衡状态及机体的放松程度。根据HRV对自主神经和机体的敏感的反应功能，可以将HRV作为有效的评价和反馈指标,应用在运动员赛前、赛中的心理生理调节中。

在心理生理学领域关于呼吸对HRV影响的研究中，许多学者得出了一致的结论：HRV随呼吸频率改变而发生变化，即随着呼吸次数的降低而导致HRV的增加[1-3]。Hye-Sue Song等[4]关于呼吸频率对HRV的影响的研究表明，呼吸次数对HRV低频和高频的影响均十分显著(P<0.001)。低频值LF在呼吸次数为每min3、4次时显著高于呼吸次数在每min10、12、14次时。在Luciano Bernardi等[5]的研究中显示，由自然呼吸频率(0.2Hz左右)开始，当呼吸频率降至0.1Hz时HRV达到最大值，之后再降低呼吸频率，HRV随之降低。在临床和心身医学领域，也存在相似的研究。M.Poyhonen等[6]对处于麻醉状态的患者机械呼吸时的HRV与健康被试进行的比较发现，呼吸频率从每min12次降到8次时，所有被试都表现出LF和LF/HF升高，HF降低。以上研究都说明，呼吸频率的改变，尤其是低于正常呼吸频率范围以下的呼吸频率，能够对HRV产生明显的影响。

呼吸频率的调节不仅能够对HRV产生明显的影响，其对于情绪状态的影响也早有学者进行了研究。研究者尝试将控制呼吸模式用于神经官能症患者情绪的调节。Kikuchi Takenori等[7]对抑郁症、焦虑症及歇斯底里症三组病人进行呼吸训练后发现，三组的情绪状态都得到了改善，并且焦虑症患者组的主诉症状也得到了缓解。控制呼吸还被作为调节产妇分娩情绪的非药理学方法在临床实践中得到了广泛的应用[8-9]。在临床研究中应用控制呼吸的方法对情绪进行调节的价值得到肯定后，这种方法开始被广泛的应用于应用心理学领域。除此之外，控制呼吸改善情绪状态的方法在运动领域应用得尤其广泛。Bessel等[10]对女性体操运动员进行呼吸训练后发现，接受呼吸训练的运动员组与对照组相比，赛前焦虑水平明显降低，运动表现得到了明显提高。

在众多竞技运动项目中，武术套路是一种较为特殊的需要将运动训练与调息训练完美结合的运动项目。因此，本研究基于以上思路，拟对不同呼吸频率对武术套路运动员的影响进行分析，尝试确定出自主神经系统平衡性增强和良好情绪状态共同对应的呼吸频率范围，以此为武术套路运动员赛前、赛中的心理生理调节提供一个参照系。

2 研究对象和方法

2.1研究对象

民族传统体育专业(武术套路专项)大学生29名(男生14名，女生15名，平均年龄21.07岁，年龄范围19-23岁)，其中国家一级运动员5名，国家二级运动员24名(运动年限平均9.55年)。被试者无明显心血管、神经系统和内分泌系统疾病,运动年限均在5 年以上。

2.2研究方法

2.2.1实验仪器

选用由美国HeartMath心脏数理研究所提供技术，北京豪峰数码科技有限公司自主研发的生理相干与自主平衡系统(Self-generate Physiological Coherence System，SPCS)。实验对呼吸频率的监控选用中国科学院自动化所心理测试工程中心，北京新科永创科技有限公司研发的PR-Ⅱ型反馈仪。

2.2.2实验设计

情绪状态的测量采用的是情绪评定量表SAM(Self-Assessment Manikin),该量表是1980年由Lang等人在Osgood的语义分化量表基础上设计出的情绪评定工具，SAM分别从情绪的三个维度，唤醒度(arousal)、效价(valence)和控制度(dominance)上进行7点评分，1至7分分别代表每一维度的情绪由低到高，SAM 小人图片模型由7个描绘不同程度的模型构成。SAM量表的各维度具有较高的内部一致性，唤醒维度和效价维度的科隆巴赫alpha系数分别为0.63和 0.98[11]。SAM量表与Mehrabian and Russell的语义差异量表所得结果呈高相关，效价维度和唤醒维度的相关系数均为0.94，控制维度为0.66[12-13]。

2.2.3实验步骤

被试进入实验室后，休息5min，确定其身体状况良好，没有不适。请被试采取舒适的姿势坐好，将SPCS传感器夹带于被试耳垂(统一夹于右耳垂)。将PR-Ⅱ型反馈仪的传感器佩带在腹部，用尼龙搭扣固定呼吸传感位，以免影响测试精度。主试给被试指导语，让其跟随屏幕上的“呼吸调节器”进行腹式呼吸(约3-5min)。待被试掌握后，正式开始实验。

每种呼吸频率记录5min，每个水平开始之前和结束后，记录2min HRV的变化，作为每一水平的基线值和恢复值。每种水平干预之间，被试休息5min，填写SAM量表。

2.2.4统计学分析

数据采用均数±标准差表示,用SPSS 11.5统计软件包处理,方法为单因素方差分析，统计显著性为P<0.05。

3 研究结果

3.1心率变异性和情绪的单因素方差分析

首先，以呼吸频率为自变量对心率变异性的频域值和SAM情绪量表得分进行单因素方差分析的检验。由表1可见，呼吸频率的不同在除VLF以外的HRV指标上均呈现显著的主效应，并对呼吸频率这一因素的结果进行事后检验(Post Hoc Test)，比较的结果也在表中呈现。

表1 不同呼吸频率下HRV和情绪状态单因素方差分析结果一览表

注：ANOVA=analysis of variance;ns=not significant差异不显著;SAM=Self-Assessment Manikin；Valence=愉悦度；Arousal=唤醒度；Dominance=控制度

3.2心率变异性指标的组内检验结果

其次，对武术套路运动员心率变异性基线值、测试值和恢复值进行各水平内的比较，检验采用各呼吸频率的测试值、恢复值分别与基线值配对t检验的方法。其中，恢复值与基线值的比较未呈现显著差异(P>0.05)，故仅呈现部分存在显著差异的检验结果。

表2 心率变异性基线值和测试值t检验结果一览表

注：表中1,2,3,4分别代表呼吸频率为4次/min，6次/min，8次/min，10次/min时所测得的值。

4 分析讨论

4.1不同呼吸频率下心率变异性的比较分析

随着呼吸频率的降低武术套路运动员的TP增加，说明自主神经系统的整合调节功能有所提高。这一变化趋势与一些研究结果相似，对比正常人同一时段的HRV 功率谱图与呼吸功率谱图发现，由自然呼吸频率(0.2Hz左右)开始，当呼吸频率升高时，HRV 降低[3,14]，当呼吸频率降至0.1Hz时，HRV达到最大，之后再降低呼吸频率，HRV再次降低[15-16]。但本实验的差异在于，当呼吸频率降至6次/分(0.1Hz)时，TP并没有降低，而是继续升高。且呼吸频率降至6次/min和4次/min时，TP的测试值与基线值相比才发生了显著变化(P<0.001)。可能的解释是，参与本次实验的被试，自主呼吸频率本身就相对较低，为平均13.19次/min(这可能是由于长期的武术套路练习造成的)，所以，当呼吸频率降至相对较低的6次/min时，才引起被试自主神经的明显变化，故呼吸频率降至4次/min时，TP仍呈增加的趋势。

低频带(LF，0.04-0.15 Hz)，受交感神经和副交感神经共同影响,某些情况下可反映交感神经系统的调节功能。本实验中随着呼吸频率的降低LF增加，说明交感神经和副交感神经的活性可能均有所提高。在呼吸调节条件下,呼吸频率与心动周期变化有明显的相关性[17-18]。但以往研究认为,呼吸仅影响高频段(0.15 Hz-0.4Hz)[17],而实际上随着呼吸频率的减低,呼吸峰也明显影响了低频段(LF，0.04-0.15Hz)。有研究表明，当呼吸频率降低时，HRV的低频段功率随之升高[19]。在Poyhonen[6](2004)的研究中，呼吸频率从12次/min降至8次/min，LF明显升高。这一变化趋势与本研究的结果一致。

高频带(HF，0.15-0.40Hz)，由迷走神经介导，主要代表呼吸变异，特别是呼吸性窦性心律不齐(RSA)。已有的对HRV频域进行的研究发现，RSA主要体现在高频频段HF上，不过，新的研究认为HF包含了受呼吸调制的和不受呼吸调制的两个组分[20-21]。本实验中，随着呼吸频率的降低，武术套路运动员HF呈降低的趋势，呼吸频率在4次/min和6次/min时测试值小于基线值，呼吸频率在8次/min和10次/min时，测试值显著大于基线值。这一结果提示可能8次/min和10次/min之间的呼吸频率调节，能够对武术套路运动员起到提高副交感神经活性和放松的作用，且10次/min比8次/min的作用更为明显，而在呼吸频率低于6次/min时，可能会使副交感神经的活性降低，从而不能达到调息放松的目的。

LF/HF代表交感-迷走神经张力的平衡状态。本实验中随着呼吸频率的降低，LF/HF呈增加的趋势，是由于HF在4次/min和6次/min时显著降低，而LF在4次/min和6次/min时显著增加的缘故。说明交感迷走神经张力的平衡状态在4次/min和6次/min时发生了明显变化。主要是从交感迷走神经的平衡状态转变为迷走神经活性的降低。

值得一提的是，主要代表了交感神经活性的指标极低频(VLF，0.003-0.04Hz)在本实验的4个呼吸频率间并没有呈现明显的差异，但每个呼吸频率上的测试值均显著或非常显著低于基线值。这说明，4种呼吸频率对于武术套路运动员交感神经的调节作用是基本一致的，都可以起到降低交感神经活性的作用。这一结果表明，当呼吸频率降至6次/min以下时，分别代表交感神经和迷走神经活性的VLF和HF都降低，但此时总功率TP和LF仍呈增加的趋势，这提示可能LF并不仅受到交感和迷走神经的调节，而是受其他相关的心理生理因素的共同作用。

4.2呼吸频率对情绪状态的影响

4.2.1呼吸频率对不同情绪维度的影响

呼吸调节是运动员处理情绪波动的一种心理调节方法，即通过深且慢的呼吸可以使运动员的情绪波动稳定下来。这种方法之所以可以奏效是因为情绪状态和呼吸之间有着必然的联系。例如：情绪紧张时，呼吸快而浅，由于呼吸快而浅时体内进入了大量的氧气，呼出大量的二氧化碳，而二氧化碳呼出过多就会使血液中的二氧化碳失去平衡，时间一长，中枢神经便会作出抑制的保护性反应。这时运动员就可以采用加深或放慢呼吸频率的方法来消除紧张，一段时间内，使呼吸放慢和加深就会得到安静的效果[22]。所以，分析低频呼吸范围内个体情绪的变化，有助于为运动员的赛前调节提供更准确和有效的依据。

情绪是一种复杂的心理现象，它是有机体为了适应环境变化的需要对具有重要意义的内部和外部事件的识别、评价、组织的一种非线性动态加工过程[23]。心理学家对情绪的实质进行了长期的研究，其中，比较有代表性的是Izard[24](1991)的观点，他认为情绪是独立的系统，它是由独立的主观体验、外部表现和生理唤醒等三种成分组成。本研究对于呼吸频率引起的情绪变化，主要是对情绪的主观体验成分进行了评估。从目前的研究来看，对情绪的主观体验进行自我报告的测评方式中,较一致的观点是按照两个维度进行分类，一个是唤醒度(arousal)，可分为高、低两个水平；一个是愉悦度(Hedonic value)，可分为积极和消极。Feldman和Russell提出的情绪环结构就是按照这两个维度来进行构架的。这种维度划分被许多情绪研究所采用，并验证了这种理论的效度[25]。本研究所采用的SAM情绪量表即是在这个划分维度上又增加了个体对情绪的控制维度的评估。

本实验所得的结果表明，呼吸频率并未引起被试明显的情绪变化(P>0.05)。可能的解释是，个体情绪的生理唤醒成分发生了变化，但还未达到足以使个体认知意识到的阈限，所以虽然心理生理指标HRV在四个呼吸频率间呈现出明显差异，但个体的情绪主观感受并未显现出明显的变化。

值得注意的是，现有的关于情绪对工作绩效及操作任务的影响研究存在不一致的观点，Gesine D[26](2004)发现，积极情绪可以促进认知灵活性，促进不寻常联想的产生，减少问题解决中的功能固着，增加分析性决策中的启发策略，同时促进记忆中的细微联结的激活。Ellis[27](1997)等人认为消极情绪,例如抑郁等,能够减少对认知活动的注意资源。Boekaerts( 1993)发现,消极的情绪可以使被试产生一种适应性模型,使注意力从认知任务上偏离[28]。然而,Korner[29](1993)研究的结果并不支持这一观点,其认为当被试处于消极高唤醒情绪时,注意力其实并没有从当前的任务上脱离,他们完成认知任务的正确率与其他情绪的被试没有显著差异。还有研究表明，积极低唤醒情绪对注意的认知加工有促进作用,在积极低唤醒情绪下,被试的反应时是最短的。这说明,积极高唤醒情绪是以占用更多的心理资源为代价的。以上结果提示我们，在指导运动员进行赛前状态调节的过程中，可能积极低唤醒情绪状态更利于比赛成绩的发挥，而这也与本实验4种呼吸频率干预下被试的情绪状态一致。

4.2.2情绪状态的其他影响因素分析

首先，在诸多影响情绪的因素中，许多学者对注意对情绪的影响进行了深入的研究。梳理现有文献，发现情绪和注意的关系不是单方面的，注意程度会制约情绪的作用，反过来，情绪又通过注意来影响感知觉任务的判断。Pessoa等[30](2002)的研究发现，在注意集中的情况下，负性情绪图片的脑区活动大于中性图片，而在分散注意的情况下(同时进行认知任务)，两者的差异不明显。说明情绪的加工受到注意因素的影响。在Philips[31](2004)的研究中也发现了类似的现象。还有研究表明，注意资源对消极情绪信息的加工具有重要影响，胡治国等人[32]的研究发现，正常人在注意资源很充足(阈上加工的无干扰条件)和注意资源很少(阈下加工)的情况下，都无法表现出消极情绪偏向，只有在注意资源比较缺乏(阈上加工的有干扰条件)的情况下，消极注意偏向才能表现出来。考虑到注意对情绪的重要影响，本实验由于在呼吸频率这个变量上采用被试内设计，故很有可能在多次实验干预过程中，被试由于疲劳、厌烦等负性情绪的影响，注意并未持续保持集中，从而影响了对情绪的加工和体验。

其次，本实验情绪未呈现显著差异的另一个原因，可能是个体自身的情绪稳定性(Emotional Stability)造成的。Rener[33]认为，情绪稳定性是人格的一个维度，表征了情绪发展的成熟性和个体与情景或环境相互作用的协调性等特征。情绪稳定性高者不易为一般情境引起强烈的情绪反应；情绪稳定性低者易于因事件的发生而产生情绪反应。情绪稳定性由个人认知成熟度和个性成熟度组成。情绪稳定是心理品质的一个重要方面，也是心理健康的一个重要标准。由于本实验中的被试都有过长期运动训练的经历，也参加过较多正规的运动竞赛，所以其个性成熟度和情绪自控力是较高的，也相对具有较好的情绪稳定性。故呼吸频率的改变可能不易引起他们明显的情绪变化。

最后，Catai[34](2002)的研究中认为，在比较短暂的启动时间内，由负性情绪激发的机体能量可能还未消退，因此对接下来的认知活动起到的是促进作用。如果消极情绪状态持续的时间比较长，个体可能已经把注意转向情绪体验本身，因此反而影响了对后面认知活动的资源分配，此时对认知活动起到的就是抑制作用。这一分析提示我们，虽然本实验不同呼吸频率对情绪的影响未呈现显著差异，但可能这一结果更有利于运动员赛前情绪的调节，因为当呼吸频率能够引起个体明显的情绪主观体验时，可能会消耗不必要的认知资源，从而影响当前的操作任务。故能够对情绪的生理唤醒产生积极作用，而仍不被个体意识所觉察的调节方式，可能更有利于运动员赛前心理生理状态的调节。

5 结论

1)反映植物神经的整体整合功能的TP随着呼吸频率的降低显著增加，表明低频的呼吸调节可以提高武术套路运动员植物神经系统的整合调节能力。

2)反映交感神经活性的VLF在四种呼吸频率调节作用下都明显降低，但其值在4种呼吸频率间并没有呈现显著差异，表明4种呼吸频率对于武术套路运动员交感神经的调节作用是基本一致的，都可以起到降低交感神经活性的作用。

3)反映迷走神经张力的HF的变化趋势表明，8次/min和10次/min之间的呼吸频率调节，能够起到提高副交感神经活性和放松的作用，而在呼吸频率低于6次/min时，可能会使副交感神经的活性降低。4种呼吸频率下被试情绪状态未呈现显著差异，表明对武术套路运动员采用调息法作为放松方法时，选择6次/min至10次/min的呼吸频率范围较为适宜。

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TheEffectsofSpecificRespiratoryFrequencyonWushuAthletes'HeartRateVariabilityandEmotionalStates

Du Yin,Li Jingcheng

(Capital University of Physical Education and Sports,Beijing,100191,China)

Through the analysis of differences of breathing rate that influence Wushu athletes,this experiment try to identify the breathing frequency range which can produce positive role for HRV and emotional state of athletes,so as to provide a basis of empirical research for the regulation of psychological and physiological state of athletes.

respiratory frequency；H R V；emotional state；Wushu athlete

G804.87

A

1672-1365(2011)06-0100-05

2011-07-17；

2011-08-30

杜吟(1985-),女,甘肃人,硕士研究生,研究方向：运动心理学。