心率变异性检测在女足高原训练监控中的应用

安 楠，于 允，冯连世，尹煜华，刘 丹

(1．国家体育总局体育科学研究所，北京 100061;2．北京先农坛体育运动技术学校，北京 100050;3．中国足球协会，北京100061)

心率变异性(Heart rate variability，HRV)是指窦性心率随时间发生微小波动的现象，这种波动受体内神经体液的调控，是机体为适应不同生理状况而做出的适应性改变，可以反映交感－副交感神经张力及其平衡状况，进而用于评价身体机能状态。高原训练作为提高有氧能力的有效方法，已经在全世界范围内研究和应用了半个多世纪。由于人体机能的复杂性和个体差异，使高原训练成为一个复杂的人体工程，它对人体造成的生理效应既有有利的一面，也有难以克服的弊端［1］，如高原缺氧对神经系统的负面作用以及神经疲劳对体能的影响等。把握好高原训练的过程，就是要解决在低氧和训练双重刺激下的疲劳深度与恢复等问题，充分利用高原环境对心肺系统、有氧能力的有益作用，同时将负面影响降至最低，使高原训练效果最大化，要实现这一目的，做好训练期间的身体机能监控是十分必要和关键的。女足作为体能类运动项目，每年都要到昆明海埂等高原训练基地进行冬训，在提高体能方面收到了一定的效果，但也遇到了由于把握不好高原适应和训练负荷造成疲劳积累的问题。在2009年冬训的过程中，我们首次尝试应用以心率变异性(Heart Rate Variability，HRV)检测为原理的自主神经疲劳检测方法配合血生化指标对高原训练期间运动员身体机能状态进行全程监控，目的在于检验该方法在女足高原训练监控中的作用及应用价值，进一步提高训练监控效果。

1 研究对象和方法

1．1 研究对象

中国女足国家队队员22人，一般情况见表1。

表1 中国女足队员一般情况一览表(n=22)

1．2 研究方法

本次冬训的昆明海梗足球训练基地海拔高度为1900米左右，属于中等高度。高原训练计划为:上高原第1～3天为适应期，以小强度有氧适应性训练和适应球感为主;第1训练周逐渐过渡到中等负荷有氧耐力训练;第2训练周以大运动量有氧耐力训练结合中等强度专项训练，第3训练周以提升体能的专项强度训练为主［2］，第4训练周以专项技战术训练为主。

应用美国产Omega Wave便携式疲劳诊断仪结合常用血生化指标对高原训练期间运动员身体状态进行监测。于晨起时仰卧位安静状态下进行Omega Wave测试。监测点选取集训前、上高原2天、上高原2周及下高原2天。测试指标:Omega Wave疲劳检测中的迷走神经活动度(Activity of Vagus regulation mechanisms，VA)、交感神经活动度(Activity of Sympathetic regulation mechanisms，SA)、神经紧张度指数(Tension Index，TI)、有氧指数(Aerobic Index)及无氧指数(Anaerobic Index);血液指标中的红细胞数(RBC)、血红蛋白(Hb)、红细胞压积(Hct)、血睾酮(testosterone，T)、血皮质醇(Cortisol，C)［3］等主要指标。

2 研究结果

2．1 高原训练期间Omega Wave疲劳检测结果

表2 中国女足队员高原训练期间自主神经疲劳检测结果(n=22，昆明海埂，2009)

结果显示:迷走神经和交感神经活动度在上高原2天时均显著高于集训前，尤以交感神经张力增高更为明显，与集训前比较增高了42%(P＜0．01);神经紧张度指数也比集训前显著增加了41%(P＜0．05)，并于上高原2周时进一步升高达64%(P＜0．01)，同时交感神经活动度继续保持高水平(P＜0．05);高原训练期间有氧能力指数与集训前比较差异没有显著性，无氧能力指数在上高原2周时显著高于集训前，增长约2%(P＜0．05);下高原2天时迷走神经活动度显著高于上高原前，增长达17%(P＜0．05)，同时有氧能力指数与高原训练前比较有增高的趋势。

2．2 高原训练期间血生化指标监测结果

表3 中国女足队员高原训练期间血生化指标检测结果(n=22，昆明海埂，2009)

结果显示:上高原2天时，红细胞数、血红蛋白及红细胞压积均非常显著地高于集训前，分别增加8%、6%和11%(P＜0．01)，血睾酮也显著升高33%(P＜0．05);上高原2周时红细胞数及红细胞压积仍非常显著地高于集训前(P＜0．01)，但血红蛋白接近集训前水平，血睾酮继续保持高水平;下高原2天时红细胞数非常显著地高于集训前7%(P＜0．01)，血红蛋白平均升高1．31mg/dL(P＜0．05);而红细胞压积、血睾酮及皮质醇水平均与集训前水平无差异。

3 讨论

HRV是由脑的高级神经活动、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调节的结果［4－5］，影响HRV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。HRV信号中的高频(HF)部分主要反映迷走神经调节功能;低频(LF)部分与压力感受器反射系统的活动有关，主要反映交感神经和迷走神经的复合调节功能，在某些情况可反映交感神经系统调节功能;LF/HF则可反映交感和迷走神经的均衡性。HRV信号中蕴含了有关心血管调节的大量信息，对这些信息的提取和分析可以定量评估心脏交感神经和迷走神经活动的紧张性波动、均衡性及其对心血管系统活动的影响，进而推测出心血管等系统的功能状态，本研究中Omega Wave检测即是基于以上原理。研究结果显示，上高原2天时，运动员普遍出现了交感神经活动度的显著增强，迷走神经活动度也有增强，同时伴有神经紧张度指数的增加，这是由于在初上高原的时候，机体在低氧环境中机体会产生一系列快速适应性反应，此时自主神经系统中交感活动占优势，身体处于应激状态，同时迷走活动也有增强，以适应代谢增加的需要。对比同期血液指标，可以发现红细胞数、红细胞压积和血红蛋白均有显著增高，这主要是由于低氧引起血管收缩，血容量减少所致。在这个过程中，交感和迷走神经均参与调节心血管系统的功能，其活动强度可以在一定程度上提示高原习服的程度。上高原2天后血睾酮也有显著升高，同样与血液浓缩有关，但也不排除血睾酮合成迅速增多的因素。关于高原训练时血睾酮的变化，冯连世(2000)［6］、胡扬(1998)［7］均认为在初期的低氧暴露下运动将造成睾酮下降。本研究中表现为初上高原时血睾酮上升，这与钱凤雷等［8］的研究结果相同，原因可能为初上高原时，机体自身调节使睾酮代偿增加以促进合成代谢，适应高原身体代谢高于平原的情况。

从上高原2周时的Omega Wave检测结果可以看出，神经紧张度水平非常显著地增高，同时交感神经亦有较高的活动度。高原训练对机体的刺激来源于低氧和训练负荷两个方面，由于上高原2周时高原习服过程已经完成，提示此时的神经紧张度增高主要是由训练负荷造成的。上高原第2周进行的是大运动量有氧耐力训练及中等强度专项训练，据此提示第2训练周的训练负荷略有偏大，机体的应激程度偏高，有疲劳的趋势;同期血液检测结果也显示，红细胞数和红细胞压积显著升高，但血红蛋白与初上高原时基本持平，由于上高原第2周时高原习服已经基本完成，此时血红蛋白没有升高，说明机体的训练负荷偏大使消耗过多，红细胞数增多与血红蛋白水平的不平行提示机体有小细胞低色素贫血的倾向，应及时补铁，促进血红蛋白合成;由于无氧指数显著升高而有氧指数无明显变化，提示这一阶段专项训练的强度可能增加过快或过大;同期的血睾酮水平没有降低，仍保持在较高的水平上，提示运动员尚有较好的恢复能力，没有达到深度疲劳［9］。以上监测结果提示训练负荷不要增加过快，可适当延长训练间隔，并给予营养加强和及时的恢复措施，保证下一阶段大强度专项训练计划的顺利完成。长期以来，人们认为运动时心率的变化是由于副交感活动退让和交感活动增加共同实现的［10－11］。多数学者的研究证实，反映迷走神经活动的HRV指标HF在运动过程中进行性下降［12－13］;而对于交感神经在运动过程中的变化存在一些不同的研究结果，有学者发现LF在运动过程中进行性下降［14］，但也有学者发现LF在递增负荷运动过程中先上升后下降或持续上升［15］，因此提出可能存在一个运动强度阈值，在这个阈值前后，交感神经的活动状态是不同的，在适宜的运动强度下，交感活动表现为逐渐增强，但运动强度过大时，交感活动转而表现为下降，以防止机体出现过度消耗［16］。心血管系统是机体对疲劳较为敏感的机能系统［17］，虽然高原训练可以引起心肌抗缺氧能力增强［18］，当负荷过大或负荷长期积累时，在神经中枢的保护性抑制以及肾素－血管紧张素体液系统的共同调节下，心血管自主神经活动性下降，交感神经和迷走神经对心血管功能的调制程度同时降低，与此同时，其交互作用也失去平衡，心血管系统有疲劳趋势，出现保护性抑制，而此时内分泌系统和造血系统由于反应延迟可能还未产生深度疲劳反映，这可能是HRV检测显示的疲劳信号早于血生化测试的原因，同时也说明HRV检测有助于更早地侦测出疲劳趋势。

下高原2天后进行了本次高原训练的最后一次检测，结果显示，交感神经功能及神经紧张度指数均已降至上高原前水平，且迷走神经占优势;有氧指数有增高的趋势;同期血生化检测显示，红细胞数显著高于上高原前水平，血红蛋白水平也已相应升高，表明初步收到了高原训练的效果，该效应还将继续持续一段时间;红细胞压积恢复正常水平，提示高原血液浓缩的代偿现象已消失，下高原后血容量增加;睾酮和皮质醇水平正常，机体处于良好机能状态。由于检测时间是在下高原较短的时间内，理论上，从高原回到平原后还需要3～5天的适应期。总的来看，本次高原训练较为合理，收到了较为理想的效果。

4 研究结论

4．1 女足运动员自主神经(包括交感和迷走神经)活动度在上高原2天时显著增强，表现为交感神经优势，伴有神经紧张度指数显著增高;上高原2周左右后如果交感神经活动度继续保持高水平，提示运动负荷刺激较深;下高原2天时表现为迷走神经优势。

4．2 以HRV为原理的自主神经疲劳检测是辅助诊断女足运动员高原训练身体状态的有效方法，与血生化指标相结合，可以全面监控身体状态，特别对于提示早期疲劳具有一定的应用价值。

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