男子散打运动员教学比赛前后心率变异性变化分析

黄彩华 归予恒 张漓 陈琦 刘献伟

1 福建师范大学体育科学学院（福州 350007） 2 福建医科大学体育部3 福建省体育科学研究所 4 国家体育总局体育科学研究所 5 福建省散打队

竞技训练和竞赛引起机体产生整体性的反应，因此在训练监控中对运动员的机能状态进行综合性的评价具有重要意义。目前运动训练和竞赛主要采用生理、生化指标以及运动员自我感觉进行监控，它们主要反映运动所致的外周变化，对于运动员神经系统变化的研究则较少。自主神经系统的交感和副交感神经之间相互作用及其对心率的调节一直备受关注，但早期研究与应用由于检测方法有创且费用昂贵而受限。近年来，心率变异性（heart rate variability，HRV）被大量用于评价自主神经功能，并在运动实践中应用。它是无创、操作性强并且重复性好的自主神经系统功能评价方法［1］。

散打比赛需要运动员对场上局势进行快速判断和决策，除了心脏承受高强度负荷外，神经也高度紧张，我们预计比赛前后散打运动员自主神经系统功能会发生明显变化，但关于散打运动员自主神经系统的研究目前较少。通过断面比较，研究发现散打运动员安静状态下有较高的心率变异性［2］。Cottin等［3］研究发现柔道比赛后运动员HRV变化与实验室蹬功率自行车明显不同，作者认为这是由于格斗中自主神经系统的动员及参与比蹬自行车更多所致。本研究采用HRV多项时域和频域指标来评价自主神经系统的功能，比较散打教学比赛前后运动员HRV各项指标的变化，分析HRV的变化与常用生理生化指标变化之间的关系，探讨散打比赛对运动员自主神经系统的影响。

1 对象与方法

1.1 研究对象

男子散打运动员13名，年龄17～22岁，平均（19.14±1.70）岁，身高（176.29±6.15）cm，体重（70.71±10.21）kg，BMI为22.64±1.79。其中健将1名，一级运动员5名，二级运动员8名，从事散打项目的专项训练年限为（4.14 ± 0.66）年。研究对象均无心血管疾病。

1.2 比赛情况

检测了散打运动员每周一次例行的队内教学比赛。比赛安排在周五15:00开始，当日除了比赛以外，不安排其他训练。散打比赛分3个回合，每个回合2 min，中间间歇1 min。为了研究的需要，我们要求每位参与实验的队员必须打满三个回合的比赛。

1.3 运动训练监控指标的检测

记录5次心率，即安静心率、比赛中每个回合结束时的即刻心率和赛后1 min心率。晨起安静心率清晨由运动员卧床自我测量，作为赛前心率；比赛中每个回合心率和赛后心率在每回合结束和赛后1 min由研究者手动测量10 s，换算为1 min心率。检测晨起血乳酸（Bla，YSI 1500 SPORT，美国）、肌酸激酶（CK）和血尿素（BU）（干式生化分析仪，Ref otron，德国）作为赛前水平，检测赛后3 min Bla、次日晨起CK和BU作为赛后水平。采用便携式尿十项分析仪（CLINITEK 50美国）检测赛前（比赛当日晨起）和赛后（30min）尿蛋白、尿胆原、尿PH值、尿比重、尿潜血、尿酮体等指标，尿蛋白检测结果NEG、TRACE、0.3（＋）、1（＋＋）和3（＋＋＋）的赋值分别为0、0.5、1、2和3。研究者采用问卷调查运动员比赛前（晨起）和赛后（赛后30min内）自我感觉疲劳程度（RPE，十点式）。

1.4 HRV检测

分别于教学比赛当日上午和赛后检测运动员HRV。运动员早餐后到达实验室，静卧5 min，采集HRV作为赛前数据；赛后10 min内，运动员在场地边事先安排的安静环境中尽快仰卧，采集HRV数据。采集方法为上肢和躯干连接12导同步体表心电图（ECG），连续5 min采集信号，采样频率为500 Hz。采用OmegaWave Sport Technology System（Inc.，Eugene，OR，USA）完成HRV数据采集及分析［4］。

HRV参数包括时域（time domain）和频域（frequency domain）指标。时域指标包括SDNN、RMSSD、SDSD、PNN50；频域指标包括TP（0.00～0.04 Hz）、HF（0.15～0.4 Hz内的功率）、LF（0.04～0.15 Hz内的功率）和VLF（0.003～0.04 Hz内的功率），并计算LF与HF的比值（LF / HF）、标准化高频功率（HFnu＝HF/（TP－VLF）×100）以及标准化低频功率［LFnu＝LF/（TPVLF）×100］。

1.5 统计学分析

实验数据以平均数±标准差表示。采用配对样本t检验（pair sample t-test）比较教学比赛前后各指标的差异；采用非参数检验（Two-Related-Samples test）比较比赛前后尿液指标的差异。计算各指标在赛前和赛后的变化量，即（赛后数值－赛前数值）/赛前数值×100%，用∆加变量名表示；采用Pearson相关分析这些变化量之间的关系。P < 0.05认为具有统计学意义。所有数据均采用SPSS15.0统计软件包进行处理。

2 结果

2.1 教学比赛前后常用运动训练监控指标的变化（图1）

赛后运动员心率、血乳酸显著升高；所有队员赛后均出现尿蛋白阳性，5名队员出现尿潜血阳性；CK赛后显著增加，但血尿素增加值在2 mmol/L以内。

2.2 教学比赛前后HRV的变化（表1）

赛后所有HRV时域指标SDNN、RMSSD、SDSD和PNN50均显著下降（P < 0.05）。频域指标TP、HF、LF、HFnu和VLF显著下降（P < 0.05）。尽管LF显著下降（P < 0.01），但LFnu和LF/HF显著升高（P < 0.05），LF与其派生指标LFnu和LF/HF出现相反变化。此外，HRV各时域和频域数据离散程度均很大，变异系数很大。

2.3 HRV指标变化与常用训练负荷监控指标的相关性（表2）

散打教学比赛三个回合中的心率均与VLF变化呈显著负相关；赛后1 min心率与所有反映副交感神经功能的HRV指标（SDNN、RMSSD、SDSD、PNN50、TP、HF）的变化均呈显著负相关。CK变化与反映副交感功能指标（SDNN、RMSSD、SDSD、TP）变化以及LF变化呈显著负相关，而赛后3 min Bla变化与SDNN、RMSSD、SDSD、PNN50、TP、HF、LF的变化呈显著负相关。HRV变化与BU、RPE变化无显著相关。

表1 教学比赛前后HRV时域和频域指标比较（n = 13）

3 讨论

3.1 HRV指标与比赛负荷强度和负荷量的关系

本研究结果显示，散打教学比赛属于极限强度运动[5]。赛后除了LFnu和LF/HF升高外，其余HRV时域和频域指标均显著下降，且HRV下降与反映负荷强度的指标CK和血乳酸的升高密切相关。多数研究发现，运动后HRV指标均较其基线水平显著降低［6，7］，并且负荷强度大的运动后HRV下降比中等强度运动更明显［7］。但中等强度急性运动（60 min，65%最大心率）后，TP、HF、SDNN、RM9SSD和压力反射的敏感性显著升高［8］，推测运动负荷强度不同是造成结果差异的原因之一。

赛后BU值变化显示散打教学比赛负荷量不大，而赛后HRV各时域和频域指标与BU变化之间也无显著相关，提示HRV变化与散打比赛负荷量无明显相关，HRV各指标可能对散打比赛负荷量不敏感。散打比赛即使打满3个回合，全部净比赛时间只有8 min，负荷量不大。但在负荷量不大的情况下，HRV也许不能反映负荷量变化对其的影响，而负荷量很大时，HRV各指标的变化可能不同。Kaikkonen等［7］发现，当运动强度或运动持续时间增加时，HF、LF和TP恢复都变慢。刘凌等［9］认为，促使HRV变化的主要因素是运动量、运动强度及训练时间，HRV变化能灵敏地反映这三个因素变化对人体负荷量的影响。可见，对于HRV变化是否反映运动量的不同，还需针对专门的运动项目［10，11］和不同的运动设计［12］进行进一步研究。

表2 HRV的变化与一些训练负荷监控指标的相关性（n = 13）

3.2 赛后HRV显著下降的可能原因

本实验选取的散打项目属于大强度的、非周期性项目，比赛中吸气和呼气较正常状态短促，且节律紊乱。由于HRV高频区域的功率与呼吸驱动的副交感神经活性密切相关，高频区域的峰值受呼吸节律影响较大［11］，这可能是比赛后副交感活性指标大幅度下降的原因。运动中血流量变化，血流的流体切应力（shear stress）增加［13］，造成压力感受性神经反射功能升高，交感神经兴奋性加强，使自主神经系统的平衡向交感优势倾斜。此外，运动中体温升高也与HRV变化有关［14］。交感和副交感神经作用相互拮抗。某些情况下，也可能出现二者均增强或均减弱的情况，但必有一个略占优势。本研究中，散打运动员赛后交感和副交感神经系统活性均下降，推测比赛时首先由副交感神经系统退让，交感神经系统反射性兴奋，使运动员心率快速升高，机体迅速动员多器官潜能，适应内外环境的急剧变化。但持续大强度刺激可能使机体出现保护性抑制，交感神经活性也下降，不过，交感神经活动依然占优。

此外，运动员自主神经系统的变化是长期训练适应的结果。我们观察到，极限强度比赛中，心率越高的散打运动员，交感神经活性下降越多，而赛后心率恢复越快，则赛后副交感神经活性下降幅度越小。可见，心率反应与HRV的交感和副交感神经关系密切。我们推测，优秀运动员经过长期专项训练产生良好的自主神经适应，表现为大强度应激时交感神经能充分激活，调动机体所有能力，而赛后副交感神经对应激反应更小，能更快恢复。Pichot提出，在以无氧训练为主的急性运动或短期实验中，往往先出现交感神经功能增强，随之副交感神经功能增强，说明在心脏自主神经调节过程中存在强度效应关系，良好的迷走神经功能退让是人体对负荷强度产生训练适应的重要调控方式［1］。

3.3 采用HRV指标监控运动训练需注意的问题

首先，HRV指标个体差异很大。最近，Silva等［15］发现HRV与基因多态性有关。我们也发现运动员基础状态时的HRV差异很大，而赛后HRV指标变异性更大，提示在采用HRV评价运动员机能状态、监控训练和比赛时，应注意探索运动员HRV个体化特征和项目规律。此外，HRV检测方法不统一，如短时或长时记录，测试姿势是仰卧、半仰卧、睡眠状态还是处于日常活动中，干预的时长、强度、频度等，以致对结果很难进行比较。而且，不同研究采用的指标体系也不一样，HRV分析是基于RR间期的数据进行各种处理得到的一系列时域、频域指标和非线性方法，对多数通过计算获得的指标进行生物学功能上的解释，还存在较大的困难［16］，比如，运动员安静状态心率较低，尽管这可能与交感神经活性降低有关，但却无文献确证HRV各项数据均与此有关，且LF在多大程度上能反映交感神经活性尚无明确证据。因此，实践中只有结合其他监控指标，才能有效运用HRV于运动训练监控。

其次，急性运动前后LF变化与LFnu、LF/ LF可能不一致。我们发现，在散打比赛后，虽然LF显著下降，但LFnu和LF/LF显著升高。LFnu和LF/LF是LF的派生指标，是目前HRV研究中常用的重要指标。从计算公式看，LFnu反映了去除了VLF之后LF在总体频域功率TP中所占的比例。LF和LFnu在安静状态下主要反映交感神经的调节能力，但由于去除VLF后，运动后总频域功率（即TP－VLF）下降幅度比LF更大，因此运动后LFnu反而变大。此外，一般认为LF/HF反映交感神经系统和副交感神经系统之间的平衡，该指标升高说明赛后交感神经系统活性占优势。结合赛后LF降低的情况，我们推测，散打运动员赛后交感和副交感神经活性均较低的情况下，二者的平衡向交感神经占优势的方向变化。运动后LF的变化方向和LFnu、LF/LF不一致，提示在应用LFnu和LF/LF评价运动前后交感神经功能变化时，应注意它们的适用性。

4 总结

散打教学比赛后运动员交感和副交感神经调节能力均显著下降；HRV可能是监控散打比赛负荷强度监控的有效指标；应用HRV指标进行训练或比赛监控时应该注意个体差异；训练前后LF与LFnu、LF/LF的变化可能不一致或者相反，需注意它们在训练监控中的适用性。

［1］Pichot V，Busso T，Roche F，et al. Autonomic adaptations to intensive and overload training periods：a laboratory study. Med Sci Sports Exerc，2002，34（10）：1660-1666.

［2］ 赵敬国，冯玉娟，朱玉珍，等. 优秀散打运动员的心率变异性. 中国临床康复，2005，44（9）：121-123.

［3］Cottin F，Durbin F，Papelier Y. Heart rate variability during cycloergometric exercise or judo wrestling eliciting the same heart rate level. Eur J Appl Physiol，2004，91（2-3）：177-184.

［4］Parrado E，Garcia MA，Ramos J，et al. Comparison of Omega Wave System and Polar S810i to detect R-R intervals at rest. Int J Sports Med，2010，31（5）：336-341.

［5］ 冯连世，张漓. 优秀运动员训练中的生理生化监控实用指南. 北京：人民体育出版社，2007. 44-54.

［6］Nakamura FY，Soares-Caldeira LF，Laursen PB，et al. Cardiac autonomic responses to repeated shuttle sprints. Int J Sports Med，2009，30（11）：808-813.

［7］Kaikkonen P，Hynynen E，Mann T，et al. Can HRV be used to evaluate training load in constant load exercises. Eur J Appl Physiol，2010，108（3）：435-442.

［8］Danilowicz-Szymanowicz L，Figura-Chmielewska M，Raczak A，et al. The assessment of influence of longterm exercise training on autonomic nervous system activity in young athletes preparing for competitions. Pol Merkur Lekarski，2011，30（175）：19-25.

［9］ 刘凌，曹佩江，徐岩，等. 心率变异性各指标在运动适应性评定中的应用. 体育与科学，2008，29（6）：60-62.

［10］Carter JB，Banister EW，Blaber AP. Effect of endurance exercise on autonomic control of heart rate. Sports Med，2003，33（1）：33-46.

［11］Sztajzel J，Jung M，Sievert K，et al. Cardiac autonomic profile in different sports disciplines during all-day activity. J Sports Med Phys Fitness，2008，48（4）：495-501.

［12］Yamamoto Y，Hughson RL，Nakamura Y. Autonomic nervous system responses to exercise in relation to ventilatory threshold. Chest，1992，101（5 Suppl）：206S-210S.

［13］Green DJ，Spence A，Halliwill JR，et al. Exercise and vascular adaptation in asymptomatic humans. Exp Physiol，2011，96（2）：57-70.

［14］Carter JB，Banister EW，Blaber AP. The effect of age and gender on heart rate variability after endurance training. Med Sci Sports Exerc，2003，35（8）： 1333-1340.

［15］Silva BM，Neves FJ，Negrao MV，et al. eNOSPolymorphisms and Adaptation of Parasympathetic Modulation to Exercise Training. Med Sci Sports Exerc，2011，43（9）：1611-1618.

［16］Sandercock GR，Brodie DA. The use of heart rate variability measures to assess autonomic control during exercise. Scand J Med Sci Sports，2006，16（5）：302-313.