有氧运动过程中心率积分的可重复性及数学关系式的实验研究

王彦伟,李壮志,左 健,贾红毅

(1.石家庄学院 体育系,石家庄 050000;2.河北师范大学 体育学院,石家庄 050000)

有氧运动过程中心率积分的可重复性及数学关系式的实验研究

王彦伟1,2,李壮志1,左 健1,贾红毅1

(1.石家庄学院 体育系,石家庄 050000;2.河北师范大学 体育学院,石家庄 050000)

选取30名20-40岁的成年男性为受试者,在运动跑台上以75 m/min的速度持续进行10 min、10 min、15 min三个时间段的实验,用Polar表记录每5 s的心率,并按要求测试血乳酸值。结果显示:该运动是在有氧范围内进行的,并且两个10 min的运动心率积分数值十分接近;而且10 min、15 min的心率积分值与时间呈直线相关。这表明在有氧运动范围内心率积分的可重复性强,并有线性关系,在运动实践中有很强的应用价值。

心率;血乳酸;心率积分;有氧运动;可重复性

心率是心脏单位时间内搏动的次数[1],反映人体的循环状况[2],同时也是运动监控的一项重要内容。通过心率可以掌握运动者的运动强度,简单分析运动刺激对运动者影响程度。通过心率监控,康复医生能够安全地指导患者进行康复锻炼,社会体育指导员能够制定出科学安全的运动处方,教练员能制定出有效的训练方案,使运动员成绩大为提高[3]。

但是心率的变化受到多种因素的影响,又有很大的不稳定性,疲劳、恐惧、生气等情况常使得心率有较大的波动。而心率积分利用数学方法能够解决运动者心率与运动负荷之间易受干扰的问题。

1 研究对象和方法

1.1 实验对象

选择30名20-40岁的成年男性志愿者为实验对象,参与运动实验,他们均经过初步的体检与运动学测试,身体健康,无明显疾病,并能够进行较大负荷的测试。

1.2 实验设备

运动平台、遥控心率仪 (Polo r表)、生化分析仪、血乳酸调剂盒。

1.3 实验过程

所有运动者以75 m/min的速度步行,分别持续10 min、10 min、15 min,之后充分休息,使心率恢复到运动开始时的水平[4]。从运动开始,每5 s记录一次心率,至运动整个过程中的心率重新恢复到开始心率时,再进行下一级的测试。并于运动结束后的第0、2、5、8、10、15 min采血2 m l,以测试运动后的血乳酸变化情况[2]。

1.4 统计方法

将所得结果用SPSS11.5统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 有氧运动时段内的心率情况与心率积分情况

图1 有氧运动时段内的心率积分图

当志愿者以75 m/min的速度进行步行时,在运动停止的即刻采血进行血乳酸测试,得到平均最大乳酸值为1.96±0.48 mmol/m l。这说明当志愿者以75 m/min的速度运动时,其机体代谢基本上处于有氧状态。图1为志愿者以该速度运动到10 min、10 min、15 min时的各记录点的平均心率变化图。从图1中可以看出:平均心率在运动过程中有较大的波动,波动范围达到+15和-10,由此可以看出,瞬时心率或平均心率都不能很好地反映运动者的机体对运动负荷的反应,所以简单用心率来监控运动状态或反映运动者能力的方法存在着误差相对较大的问题。

表1 有氧运动过程的心率积分

用积分的方法对30名受试者的心率进行分析后发现,在有氧范围内运动时,他们在两个10 min内的心率积分的平均值、标准差都非常接近,分别为48 300±1 941.9和48 705±1 958.55,这两组数据经 T经验没有显著性差异。可见,在运动时段内心率虽然有一定的波动,但用心率积分的方法来统计运动时段内的总和,两组数据非常接近,几乎没有差异。由此得出:运动者以相同的强度运动,并且运动时间相同,每5 s记录一次心率,这些心率在相同的时间点上有较大的差异,无法用于运动监控和运动指导;而在运动时段内用心率积分的方法,可以用有效数据克服上述问题,且重复性较强,说明心率积分是一种优于上述心率运动监控的方法。

用同样的运动强度进行运动,并使运动时间延长至15 min,来研究延长运动时间后心率积分的变化情况,研究时间比系数与心率积分比系数的相似性。“心率积分比系数=15 min的心率积分/10 min的心率积分”,而“时间比系数=15 min/10 min”。如果心率积分比系数与时间比系数相差很多,说明这种心率积分的方法依然不能解决用心率监控运动负荷误差较大的问题;如果心率积分比系数与时间比系数较为接近,说明心率积分是一种很好的监控运动负荷的方法。我们将15 min的心率积分与第一个10 min的心率积分代入上式,结果约等于1.55。将15 min的心率积分与第二个10 min的心率积分代入上式,结果约等于1.53。由此可以认为,对于不同运动时间,相同运动强度的运动可以用这样一种数学关系“心率积分比系数≈时间比系数”来表示。以上两个数据的分析结果显示,这两个心率积分比系数与时间比系数非常接近,说明在有氧范围内运动时,心率积分与运动时间有明显的线性相关关系,也说明“心率积分”这种方法可用来监控运动负荷。

2.2 有氧运动整个过程的心率积分变化情况

图2 有氧运动整个过程的心率积分

运动过程包括从运动开始至运动结束后休息至心率下降到基本稳定状态。运动停止并不是运动过程的结束,运动停止后心率会有一个急速下降阶段和一个缓慢下降阶段,再到基本稳定阶段。我们将相邻60 s的心率积分作比较,如果相邻60 s的心率积分小于5时,我们认为达到基本稳定的状态。

图2中的三条线分别代表第一个10 min运动阶段及恢复阶段的心率情况 (10 min1),充分休息后第二个10 min的运动阶段及恢复阶段的心率情况 (10 min2),以及15 min的运动阶段和恢复阶段的心率情况 (15 min)。从图2中可以看出:“10 min1”曲线与“10 min2”曲线的波动形状接近,尤其是在停止运动后的心率急速下降阶段和心率缓慢下降阶段。同时,“15 min”曲线在运动停止后的变化情况与前两者也非常接近。

表2 有氧运动整个过程的心率积分

我们对30名运动者的运动全程进行心率积分分析发现:两组10 min的心率积分数值非常接近,分别为57 570±2 432.76和58 080±2 465.12,用 T检验对上述数据进行处理,没有发现有显著性差异,说明这两组数据没有统计学意义上的差异,进而认为心率积分的方法可用于对运动全程进行分析,并有较强的可重复性,便于在运动实践中应用,从而简化运动监控的方法。

在心率积分比系数与时间比系数方面,两组数据也表现出了一定的接近性,比如用15 min的心率积分与第一个10 min的心率积分作比较,得出的系数比为1.44;用15 min的心率积分与第二个10 min的心率积分作比较,得出的系数为1.43。两组的恢复时间比均为1.43。由此可以得出:不同运动时间、相同运动强度的运动存在着如下数学关系,即心率积分比系数=时间比系数。只要运动强度相同,运动时间和心率积分有着明显的数学联系。

2.3 有氧运动中心率积分的数学关系式的简化

人体是一个复杂的生物体,通常人们认为难以对运动者的心率指标进行数学关系的研究。但是国内外的一些学者在这方面进行了不懈的努力,并且不断取得新的进展,使运动监控变得更有效、更科学、更安全。本研究从实用的角度出发,对人们在运动中经常用到的心率指标进行深入分析,从生理学角度对以心率为手段进行运动监控所存在的问题进行分析,提出“心率积分法”以替代心率法,作为一种有效、准确的运动监控与运动分析的方法,该法可以便捷地应用到运动实践中。

我们从运动实践的角度出发对心率积分的可重复性进行研究,通过对相同负荷下的不同运动时间的参数进行分析,找出在有氧运动时,心率积分与运动时间、运动速度的关系,并用来指导运动实践。通过对数据的分析,我们建立了一个数学表达通式:“时间1/时间2=心率积分1/心率积分2”。同时,由于心率积分为所有间隔5 s的瞬时心率的5倍之和,所以上式还可简化为:时间1/时间2=时间1内的所有瞬时心率积分之和/时间2内的所有瞬时心率积分之和。

3 结论与建议

当人体以75 m/min的速度进行运动时,其血乳酸的均值大大小于4 mmol/m l的平均乳酸阈水平,表明运动者在以有氧供能为主的状态下进行运动。

在有氧供能为主的运动状态下,人体以75 m/min的速度进行10 min的运动,前后重复两次,对前后两次各对应点的心率进行比较,没有发现规律,因此无法直接用于运动监控。但是,对前后两次的各点心率进行积分计算,发现心率积分值非常接近,表明心率积分对于相同强度、相同运动时间的运动有很好的可重复性。

在有氧供能为主的运动状态下,以75 m/min的速度运动,分别对10 min和15 min的运动心率积分进行对比。发现不同时间的心率积分值有明显的数学关系,即心率积分值随着运动时间的延长而成比例地增加。这一趋势不仅适用于运动状态下,运动结束后的恢复期 (心率恢复至初始心率)也同样适用。这表明用心率积分的方法有很好的可重复性,能稳定地反映运动状态,可用于健身和康复,甚至是运动训练的监控,使运动更为安全、更为科学。

心率积分的方法使运动监控走向数学化,使运动锻炼与训练有了严格的理论基础。我们的实验只在有氧范围内验证了这一规律。在以乳酸供能为主的运动中,心率积分的方法如何在运动中应用还有待进一步研究。但从应用的层面来看,如果两次运动的心率积分的数学规律不能成立,说明运动状态已经由有氧供能为主变为无氧供能为主,身体的状态发生了变化。我们还应加强无氧供能为主的心率积分的研究,努力使之成为一个完整的“运动心率积分”体系。

[1] 体育学院通用教材.运动生理学[M].北京:人民体育出版社,1989:56.

[2] 田野.运动生理学高级教程[M].北京:高等教育出版社,2003:96-99,902-903.

[3] 刘光辉,易学,林梦飞.心率监测在体育运动实践中的应用[J].河北体育学院学报,2004,18(1):18-20.

[4] 杨锡让.运动生理学[M].北京:人民体育出版社,1984:400.

Heart Rate In tegral in Aerobicsand Mathematical Relationships

WANG Yan-wei1,2,L IZhuang-zhi1,ZUO Jian1,JIA Hong-yi1
(1.Department of Physical Education,College of Shijiazhuang,Shijiazhuang 050000,China;2.College of Physical Education,Hebei Normal University,Shijiazhuang 050000,China)

The test chose 30 male adults aged between 20 to 40 years old as subjects to make three spans(10 min,10 min,and 15 min)of running at the speed of 75 m/min on running machine.And then their heart rates in 5s would be recorded in polar chart,and blood lactic acid would be recorded.It turns out that two heart rate integrals in two 10 min in aerobics are close and 10 min and 15 min heart rate integrals have linear co rrelation w ith time.This indicates the repeatability of heart rate integrals and linear relationship w hich has great value in sports p ractice.

heart rate;blood lactic acid;heart rate integral;aerobics;repeatability

G804.2

A

1008-3596(2011)04-0080-03

2011-03-17

河北省教育厅课题 (sz070715)

王彦伟 (1971-),男,河北元氏人,讲师,在读博士,研究方向为体育保健学。