心率变异性在大众健身领域的研究进展与展望

林 华，贺业恒,2，徐 瑞



心率变异性在大众健身领域的研究进展与展望

林 华1，贺业恒1,2，徐 瑞3

心率变异性(HRV)信号中蕴含了有关心血管控制及体液调节的大量信息，提取并分析这些信息可以定量评估心交感神经和迷走神经的均衡性。从自主神经均衡性角度看，运动的过程即自主神经原有均衡性的打破和新平衡再形成的过程，如果自主神经系统长期处于失衡或活性下降的状态,将会降低运动的效果，增加运动风险,甚至危害身体健康。运动强度对HRV的影响明显，以运动强度为主线，概括了不同强度的运动和力量练习后HRV变化情况及应用HRV指导运动的实例。目前，针对HRV的研究结论还不够一致，这主要是由于HRV受年龄、性别、健康水平、运动强度、测试方法等多因素的影响，展望HRV指标在大众健身领域的应用，建议对运动参与者进行纵向跟踪测试，以自主神经均衡性评价个体对运动的适应情况，以期更好利用HRV指标为大众健身服务。

心率变异性；大众健身；研究进展；自主神经

自主神经是内脏的运动神经，人体自主神经的状态很大程度上决定着内脏的功能以及机体的健康水平。如果自主神经系统长期处于失衡或活性下降的状态，人体易于出现内脏功能紊乱的现象，也会导致运动效果的降低，增加运动风险，甚至损害身体健康。自主神经系统均衡性的失衡将导致心率失常及一系列心脏疾病，高迷走神经活性往往与低心脏风险相关[58]。因此，在大众健身领域，有必要关注自主神经系统的功能，了解自主神经系统对不同运动所产生的反应和适应，从而科学安排运动，有效提高大众健康水平。

1 心率变异性可有效反映自主神经系统功能

1.1 心率变异性的概念

心率变异性(heart rate variability，HRV)是指逐次心跳R-R间期波动的现象，其机制是交感神经与迷走神经协调作用从而控制窦房结的起搏，其具体表现是每个心动周期长短的不规则变化。心率变异性信号中蕴含着有关心血管控制及体液调节的大量信息，提取这些信息并加以分析可以定量评估心交感神经和迷走神经的均衡性[35]。

1.2 HRV分析方法及指标意义

HRV分析法可分为时域分析法、频域分析法、散点图分析法、混沌特征参数估算法、李雅普诺夫指数法、近似熵分析法等100余种。时域分析法是用统计学离散趋势法或几何模型法分析瞬时心率的变异，常用指标有SDNN、rMSSD、PNN50等，其中，SDNN反映R-R间期标准差，是HRV总和；rMSSD反映R-R间期差值均方根；Ln rMSSD是rMSSD 的自然对数；PNN50是反映HRV快速变化成分。频域分析法是将心电信号经模拟或转换成数字信号后将信号分解成不同振幅、频率的正弦波之和，常用指标有总功率(TP)、高频功率(HF)、低频功率(LF)等，TP反映HRV总和，HF反映迷走神经调节功能，LF反映交感神经与迷走神经的复合调节功能。非线性分析法中以散点图分析法较多见，散点图分析法是将2个相邻R-R间期构成一个散点，多个散点在以R-R间期值为纵横坐标的二维坐标系中构成散点图，其图形随R-R间期的变化而不同，是心率变化规律的直观反映[1,56,62]。

2 不同强度运动对HRV的影响

不同的运动负荷对HRV影响不同，在构成运动负荷的诸多因素中，运动强度对HRV的影响尤为明显[24,53]，并且运动表现和健康水平的提高被认为与迷走神经相关指标所致HRV增大有关[6,10]。

2.1 低强度运动对HRV的影响

低强度运动多指运动中的心率在最大心率的60%以下的运动。在大众健身领域，低强度运动多为有氧耐力运动，针对健康人群的研究表明，低强度耐力运动能增加安静状态的心脏迷走神经控制。Nummela A等[47]对24名静坐少动者进行耐力运动干预，每周运动2 h，持续4周，测量夜间HRV指标发现受试者迷走神经活性提高。Galetta F等[22]以20位老年男性为研究对象,发现长期规律性的低强度耐力运动可引起HRV的升高并提高工作能力和运动表现，这与Nummela A的研究结论一致。Kaikkonen等[31]通过问卷调查和HRV测量发现，日常体力活动和低强度有氧运动可改善自主神经系统调节机能，通过长期低强度体力活动可有效降低肥胖所致的健康风险，这主要是通过改善自主神经的调节来实现的。一些针对慢性疾病的研究也得出了类似结论，Nakayama等[44]的研究表明，患有轻度高血压的人群进行小强度的运动，6周后受试者HF显著升高，LF/HF显著降低。Goit等[25]研究低强度运动对Ⅱ型糖尿病患者的影响，20名受试者经过每周3次，为期6个月的有氧运动，PNN50和HF得到显著提高，LF显著降低，说明低强度有氧运动有增强迷走神经活性的作用。也有人研究低强度运动对I型糖尿病患者自主神经的影响，选取15名13岁左右的男孩为研究对象，每周跑步3次，持续12周，发现该运动干预可使TP显著升高[55]。此外，Wei GX等[61]研究太极拳对老年人HRV的影响，认为太极拳结合腹式呼吸能够提高迷走神经活性，可以有效改善放松阶段交感神经和副交感神经的均衡性。

2.2 中等强度运动对HRV的影响

中等强度运动主要是指运动中的心率在最大心率的60%～80%的运动。多数研究表明，中等强度运动可以提高有氧代谢能力，也可以使HRV增大[9,10,29,42]。Tulppo M P等[59]对静坐少动的健康青年男性进行每周3次，每次30 min的运动干预，发现6周后自主神经趋向于副交感神经活性增强和/或交感神经活动减弱。Melanson E L等[41]对11名静坐少动的青年男性进行研究，通过3次/周，30 min/次的骑车运动，发现12周后受试者的HF、PNN50、rMSSD明显增高，提示，心迷走神经的活性增强。Pichot V等[48]选取11名老年人参与中等强度的间歇性运动，研究表明，14周的中等强度运动可提高反映副交感神经的PNN50、rMSSD和HF指标。有报道14周、12周、8周或6周的耐力运动均可以提高有氧健康水平和HRV[30,40,51,63]，甚至有报道2周的有氧耐力也可以有效提高HRV[38]。Arto J.Hautala等[27]对受试者施加每次30～60 min，每周6次70%～80%最大心率强度的运动干预，发现8周中等强度耐力运动与副交感神经功能增强及交感神经功能减弱高度相关。SJ C等[52]对15名多囊卵巢综合症患者实施16周中等强度运动干预，发现受试者反映副交感神经的rMSSD、HF、HFnu均显著升高，从而认为，中等强度有氧运动能够提高迷走神经的调节能力，可推荐作为多囊卵巢综合症的临床治疗辅助方法。Borghi-Silva等[7]研究中等强度跑台运动对慢性阻塞性肺疾病患者的影响，发现运动后第6周的SDNN显著高于运动前，并且高于第12周，提示，6周的中等强度有氧运动可使慢性阻塞性肺疾病患者的迷走神经功能得到改善。

综上，无论有无运动基础，长期中低强度的运动能够增大HRV，在提高身体健康机能水平的同时能够改善自主神经系统功能，尤其是提高迷走神经的活性。中低强度运动对于静坐少动人群、糖尿病、肥胖、多囊卵巢综合症及慢性阻塞性肺疾病人群的迷走神经功能同样有积极作用。同时，中低强度运动对不同性别、不同年龄、不同健康水平人群自主神经的作用程度可能并不完全一致，提示，在今后的研究中不宜将年龄差异大、不同性别的受试者混合分组。2.3 亚极量强度运动对HRV的影响

亚极量强度运动的心率通常控制在最大心率的80%～90%。Buchheit等[11]对有训练经验的青年进行研究，通过一次亚极量负荷的跑台运动，发现更快的有氧跑速往往伴随着HRV指标的升高，启示研究人员关注HRV指标与运动表现之间的关系。Francica J V等[20]研究亚极限运动对中风患者HRV的影响，发现亚极限强度骑自行车运动有助于改变中风患者自主神经的调节。Mandigots S等[39]对12名青少年进行80%最大心率的运动干预，每周运动3次，每次运动时间为1 h，另外选取7名条件相当的青少年作对照，运动13周后，HF和LF升高但LF/HF未升高。黄传业等[2]观察一次急性亚极限强度运动后的自主神经变化情况，受试者为少年和成年业余长跑爱好者，受试者在跑台上进行90 min 95%个体无氧阈强度的跑步运动，发现运动后15 min的HFnu和HRV各时域指标均明显低于运动前水平，LFnu和LF/HF显著升高；少年组HFnu的降幅、LFnu和LF/HF升幅显著低于成年组，在运动后第6 h两组的HRV各指标均已恢复。Barak O F等[4]对30名年轻男性进行5 min亚极量强度骑行运动，HRV测试采用仰卧位、仰卧举腿和坐位3种测量体位，发现运动后15 min HRV时域和频域指标均未恢复到运动前水平，并且运动后rMSSD在仰卧位和仰卧举腿体位明显高于坐姿测量结果，运动后Ln LF在仰卧举腿体位明显高于坐位。Guilkey J P等[26]观察亚极量运动后男孩和女孩HRV情况，在运动前安静状态和恢复过程中，男孩和女孩在Ln SDNN和Ln TP指标上出现差异。

综上，在大众健身领域亚极限强度的运动应用相对较少，有研究结果倾向于认为，亚极量强度的运动会增强迷走神经对心脏的支配能力。对于一次性亚极量强度运动后HRV的恢复过程及规律的研究目前尚不一致，这主要与运动强度、受试者基本情况等多因素有关，可以肯定的是，运动后15 min对迷走神经恢复是远远不够的。

2.4 极量强度运动对HRV的影响

极量强度运动指运动时心率达到或超过最大心率的100%的运动，在大众健身领域，长期极量强度运动方式多为高强度间歇性运动。Kiviniemi A M等[37]比较高强度间歇运动与有氧运动对自主神经功能的影响，研究选取26名静坐少动的男性为研究对象，在2周内进行6次运动干预。研究发现，高强度间歇训练组的HF高于有氧运动组，认为高强度间歇性运动比传统有氧运动更能改善自主神经系统功能。有研究得出的结论与此研究不同，Gamelin F X等[23]观察高强度间歇运动对青春前期儿童HRV的影响，22名10岁左右的儿童经过每周3次，每次30 min的高强度间歇性运动，7周后受试者有氧能力得到改善，但自主神经功能并未见显著性改变，认为7周的高强度间歇性运动干预不足以改变心脏自主神经的调节。

有人选取有运动基础的受试者进行连续4周的研究，前3周进行大强度的运动，第4周降低运动强度，发现极量强度运动后HRV总功率降低，并且经过1周时间的减量后HRV指标又会反弹，反映副交感神经的指标一度下降了41%，但在第4周又上升了46%[49]。也有针对一次极量强度后HRV变化情况的研究，发现Wingate无氧功率测试结束1 h后LF、HF始终处于抑制状态,表明最大功率输出的高强度运动能够对交感和副交感神经活动均造成抑制[46]。

综上，在大众健身领域极限强度运动多为高强度间歇性运动，目前的研究认为，高强度间歇性运动能够有效改善机体健康水平，长期高强度间歇性运动对HRV的影响结论并不一致。在极限强度运动过程中，交感神经和迷走神经均受到抑制，但仍以交感神经兴奋占优势，在运动强度降低后HRV指标又会反弹，出现类似“超量恢复”的曲线，这可能可以作为下一次运动的时机，但此方面仍有待进一步研究。

3 力量练习对HRV的影响

力量练习是大众健身的重要组成部分，对于改善身体素质、提高健康水平具有重要的意义。有研究认为，长期力量练习可改善迷走神经功能，如Figueroa等[18]观察抗阻练习对患纤维肌痛综合症并有自主功能障碍的女性的影响，通过16周抗阻练习，迷走神经活性得到提高 。Caruso F R等[13]对冠状动脉疾病患者进行抗阻练习，研究发现，通过8周的低负荷、多重复组数的抗阻练习，受试者的肌力和HRV指标均得到了积极改善。Barbosa等[5]研究功能性训练对自主神经的影响，13名年轻女性受试者经过12周的功能性训练，副交感神经活性增强，促进了自主神经的调节功能。Rezende Barbosa MP等[50]对青年女性进行为期12周，每周3次的功能性训练，研究表明，功能性训练能有效改进自主神经功能，提高生活质量。与以上研究结果不同的是，Carter J R等[12]对12名青年男性进行为期8周，每周3次的全身力量练习，在运动后采用仰卧位测量HRV，发现力量练习对交感神经无影响。与此相似的是，Trevizani G A等[21]研究高血压患者进行抗阻练习后的自主神经反应，采取1 RM的50%，重复15～20次的抗阻练习，研究发现，抗阻练习并未提高高血压患者的HRV。Kanegusuku等[34]对25名老年男性进行研究，发现4个月的递增负荷抗阻练习可有效增大肌肉体积，提高肌力，但并未改变自主神经的功能[34]。

对于一次性力量练习对HRV的影响也有学者进行了研究，Heffernan等[28]的研究发现，经过每组8次，重复10组的力量练习，30 min的仰卧位休息对HRV的恢复是不够的，心脏副交感神经难以恢复到安静状态。Teixeira L等[57]的研究得出的结论与此类似，认为3组力量练习后，心脏副交感神经在运动后20 min下降了44%，在运动后50 min下降了21%。Chen J等[14]的研究发现，经过2 h的举重练习，举重的运动表现和副交感神经活性均下降，但经过48 h的恢复期，举重表现和心脏副交感神经活性均超过了基础状态。Niemala T H等[45]的研究观察了12组4个动作的力量练习，运动强度为1 RM的80%，发现运动后30 min心脏副交感神经张力下降了15%，认为运动表现和心脏自主神经平衡性的恢复似乎是同步的，但与肌肉损伤所造成的生化指标变化不完全同步。

综上，针对力量练习产生的HRV适应情况的研究结论尚不一致，部分研究认为，长期力量练习可改变迷走神经活性，HRV指标产生显著性变化，但也有研究趋向于认为，长期力量运动并未改变迷走神经活性。一次性力量训练后副交感神经活性下降，恢复过程可能取决于力量练习的负荷、运动模式等。

4 其他运动对HRV的影响

大众健身领域运动模式多样，很多运动是复合式运动。Piia Kaikkonen等[32]研究不同运动强度的持续跑步运动对HRV的影响，研究采用3种强度的运动，3 km 60%最大心率跑步、3 km 85%最大心率跑步和14 km 60%最大心率跑步，在安静状态、运动中和运动后15 min的恢复期内分别测试HRV，研究表明，HRV恢复动力学是相似的，但是，85%最大心率跑步后的HRV明显低于60%最大心率跑步运动，进一步说明运动强度对HRV的影响作用。在此基础上观察了不同强度的间歇运动后HRV的变化情况，认为运动后即刻的HRV可以为运动负荷评价提供更多信息[33]。Tero Myllymaki等[43]对成年男性进行30 min 45%最大摄氧量强度、60%最大摄氧量强度和75%最大摄氧量强度的运动干预，测试夜晚的HRV，发现随着运动强度的增大，夜间HRV并未见显著改变。Esco M R等[16]进行跑步和骑自行车运动后HRV的对比研究，发现以30 min 65%最大摄氧量强度运动后，骑自行车组的恢复速度明显较慢。Brian K M等[8]比较了一次大强度克服自身重力的抗阻练习与大强度跑步运动后不同时间点自主神经的恢复情况，研究发现，克服自身阻力抗阻练习组的Ln rMSSD和Ln HF在不同时间点均低于跑台组，从而认为，抗阻练习对自主神经的影响要大于同样强度的跑步运动。

5 应用HRV指导运动

目前，对于HRV的应用研究已经取得了一定进展，这为我们在大众健身领域应用HRV指导运动提供了一定启示：1)HRV具有个体差异性，对受试者进行长期纵向跟踪测试比个体间的横向比较更有意义；2)应用HRV指导运动所取得的效果至少不比传统执行固定运动计划模式的效果差，在大众健身领域可以适当采用符合个体特征的运动模式；3)应用HRV指导运动具有无损伤、易操作的特点，合理使用可有效提高运动健身的科学性。

6 展望

自主神经系统支配着人体内脏器官，内脏器官功能的状态与人体健康水平息息相关。虽然目前关于运动对于HRV影响的研究结论并不完全一致，但一个总体的趋势认为，通过适度的运动可以增大HRV，改善副交感神经的活性，提高健康水平。当前研究结论不一致的原因与受试者的年龄、健康水平、运动强度、测试工具、测试方法、测试环境甚至受试者水合状态不同等均有一定关系。虽然运动后自主神经的恢复情况往往不能代表机体的整体恢复，如与糖原的恢复、与肌肉损伤的恢复不完全一致，但从自主神经系统适应性角度评价运动的效果仍具有积极的意义。HRV在大众健身领域研究应用前景广泛，以个体HRV评价运动的效果，进而制定有针对性的运动方案，将是未来研究的一个主要方向。

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Progress and Prospect in Research about Heart Rate Variability in Fields of Mass Fitness

LIN Hua1， HE Ye-heng1,2，XU Rui3

The heart rate variability(HRV) signal contains a lot of information,such as the control of cardiovascular system and the regulation of body fluid.It can be used to analyze the balance of sympathetic nerve and vagus nerve.From the perspective of autonomic nervous system(ANS) balancing,the process of physical exercise is the destruction of the former balance and the formation of new balance of ANS.If the ANS is in state of imbalance or unactivity for a long time,it will lead to a decrease in the effect of exercise,increase the risk of exercise, even endanger the health.The effect of exercise intensity on HRV is obvious，the main line of this paper is the intensity of exercise and the change of HRV after different intensity of exercise and strength training.At present,the results of research on HRV is not consistent,which is mainly due to the influence of age,gender,health level,exercise intensity,test method and so on.In this paper,the application of HRV in fields of the mass fitness is proposed,and it is recommended to carry out longitudinal follow-up tests.In order to make better use of HRV,it is necessary to evaluate the adaption of the individuals to different exercise.

heartratevariability;massfitness;researchprogress;autonomicnervous

1000-677X(2016)06-0055-06

10.16469/j.css.201606006

2015-12-17；

2016-06-03

辽宁省体育局资助项目(2015lntyyb-31)。

林华(1959-)，女，辽宁大连人，教授，主要研究方向为运动生理学，Tel：(0411)82158414。E-mail:lin591102@163.com；贺业恒(1980-)，男，辽宁大连人，助理研究员，硕士，在读博士研究生，主要研究方向为青少年运动员机能监控与选材，E-mail:hyheng228@163.com；徐瑞(1989-)，女，辽宁盘锦人，硕士，在读博士研究生，主要研究方向为运动生物化学，E-mail：ajiuweihu@126.com。

1.辽宁师范大学 体育学院，辽宁 大连 116029；2.大连市体育科学研究所，辽宁 大连 116031；3.北京体育大学，北京 100084 1.Liaoning Normal University,Dalian 116029，China；2.Sports Science Research Institute of Dalian，Dalian 116031，China；3.Beijing Sport University，Beijing 100084，China.

G804.2

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