长期练习太极拳对老年人自主神经系统调节功能的影响*

郭 峰

(1.沈阳体育学院运动人体科学学院，辽宁 沈阳 110102;2.吉林大学白求恩基础医学院，长春 130021)

心率变异性(heart rate variability，HRV)是反映自主神经系统活性和定量评估心脏交感神经与迷走神经张力及其平衡性的指标，它能够判断心血管疾病的病情及预后，以及预测心脏性猝死。HRV降低通常是由交感神经张力增高引起的，这会降低心室颤动的阈值，属于不利因素;HRV升高表现为副交感神经张力增高，这可以提高室颤阈值，属于保护因素。

已经有研究证明迷走神经的调节功能在各种生理性和病理性条件下会下降，例如，老年化［1］、急性心肌梗死［2］以及糖尿病［3］。HRV 分析发现心脏迷走神经调节功能下降与心脏不良预后有关［4］，所以能够提高病人迷走神经调节功能的方法都有利于病人心脏功能的康复。有氧运动能够提高老年人的HRV［6］，其中太极拳(Tai Ji Quan，TJQ)是中国传统的健身锻炼方法，太极拳是一种中小强度的有氧运动，具有延缓植物神经系统衰老进程的作用［7］。尽管国内外已经有很多学者展开了对太极拳运动的研究［6-8］，但是研究结果不一致，可能主要与实验设计不同有关。据我们所知，只有Lu和Kuo［9］观察了练习太极拳后即刻对练习者自主神经系统的影响，而且主要考察了对练习者迷走神经调节功能，没有记录呼吸对心率变异性的影响。而本研究预以长期练习太极拳和初学的老年人为研究对象，使用心率变异性指标来观察老年人练习太极拳运动对自主神经系统功能的影响，希望能够为太极拳运动在老年人大众健身以及临床康复训练中的应用提供依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

本研究选取长期练习太极拳的老年人和初学老年人为研究对象，均来自辽宁省老干部大学太极拳练习班。其中长期练习者:10人，年龄(63.2±5.5)岁，其太极拳锻炼年限为(7.1±1.2)年，每天1次，每次至少1 h;初学者年龄(59.9±7.1)岁，8人，太极拳锻炼年限为(1.2±1.1)年，每周3次，每次1 h。全部受试者身体健康，在执行试验开始之前，向受试者介绍本试验的程序，最终得到了全部受试者的同意，受试者自愿参加本研究。

1.2 研究方法

1.2.1 试验方案 试验要求受试者至少在24h之内不允许摄入酒精和咖啡因。首先，记录受试者在安静状态下的心电数据，令受试者仰卧位，休息10min之后，开始记录受试者的心电信号，记录时间为5 min。记录完基线心电信号之后，受试者进行5 min的热身运动(主要是腰背部和下肢肌肉的拉伸运动)，然后令受试者模仿平时太极拳练习的情况，进行陈氏太极拳运动1 h，运动后令受试者坐位休息，休息期间可以互相聊天，但是不能随意走动。当到运动后休息到30min和60min时，分别进行与运动开始前一样的测试方法记录心电信号。同时，对受试者安静状态、运动后30min即刻、运动后60min即刻的血压和脉搏进行测量。另外，提示受试者要自然呼吸，不要刻意控制自己的呼吸。

1.2.2 仪器设备与材料 16导联的遥测表面肌电仪ME6000(Mega公司，芬兰)、ME6000的关节角度计配件、一次性心电电极、75%酒精、ProComp Infiniti生物反馈仪(Thought Technology公司，加拿大)、Pro-Comp Infiniti生物反馈仪的呼吸传感器(采样频率256Hz)。血压计采用水银血压计。

1.2.3 数据采集与分析 本研究使用ME6000生理电信号采集系统、ProComp Infiniti呼吸感应器采集受试者心电信号以及呼吸频率(respiratory rate，RR)信号，利用水银血压计测量受试者的血压。心电记录采用双极记录方法，负极连接到右侧锁骨正中线下1 cm，正极连接到腹部正中线外侧2 cm，参考电极连接在左侧锁骨正中线下1 cm。采集受试者安静仰卧位时5 min的心率，采样频率设置为1000Hz。在线采集数据后，将原始的心电数据从导出再导入到Chart 5软件中，Chart软件是powerlab的专门分析HRV的软件。以上仪器设备均来自沈阳体育学院国家体育总局重点实验室的电生理实验室。

为了准确而全面地反映受试者自主神经系统的变化，我们主要采集的指标有:(1)反映受试者血压的指标:收缩压与舒张压;(2)HRV的时域指标:心率(heart rate，HR)、RR间期(ms)，即两个R波之间的时间差;正常RR间期的标准差(standard deviations of normal-to-normal intervals，SDNN)，在所测试的5 min内众多正常范围内RR间期数据的标准差;相邻RR间期差值的均方根(root mean square of standard deviations，RMSSD)。(3)HRV 的频域指标:在功率谱中将0.01～0.4 Hz的功率曲线构成的面积定义为总功率(total power，TP);0.01～0.04 Hz的功率曲线构成的面积定义为极低频率功率(very low frequency power，VLFP);0.04 ～0.15 Hz的功率曲线构成的面积定义为低频率功率(low frequency power，LFP);0.15～0.40Hz的功率曲线构成的面积定义为高频率功率(high frequency power，HFP);标准化高频功率(normalized HFP，nHFP=HFP/(TP-VLFP))，作为评价迷走神经调节功能的指数;标准化低频功率(normalized LFP，nLFP=LFP/(TP-VLFP))，作为交感神经和迷走神经调节的指数;低频功率/高频功率(LFP/HFP)，作为交感神经和迷走神经平衡调节的指数。而对于标准化低频功率只有在呼吸处于绝对低频带时才能作为交感神经和迷走神经的调节的评价指数，因此，要使用该指标同时需要测量呼吸情况。

1.3 统计分析

2 结果

2.1 受试者自然情况

受试者的自然情况为10名长期从事太极拳练习的老年人基本能够保证每天都练习太极拳，并且每次至少1 h，其中有6名女性、4名男性。而8名初学者每周3次，每次1 h，其中有5名女性，3名男性。统计分析结果表明两组受试者在年龄、男女性别比例、身高以及体重差异没有显著性，但是锻炼年限有显著性差异(P＜0.01，表1)。

Tab.1 Basic condition of subjects

2.2 受试者血压、HR以及呼吸频率

不同的太极拳锻炼年限对老年人的血压具有显著的交互效应，其中对于收缩压来说降压尤其显著。进一步分析发现对于长期锻炼组来说，练习太极拳运动后对收缩压具有显著的降压效应(P＜0.01);对于初学者来说，尽管练习太极拳后的效应不明显，但具有降低收缩压的趋势(表2)。对于舒张压来说，也存在显著的交互效应(P＜0.01)，这种显著效应主要体现在长期锻炼组受试者，而练习太极拳运动后对于初学者的舒张压没有显著的效应(表2)。另外，从长期锻炼组与初学者组之间的组间比较能够看出，长期锻炼组受试者的血压安静时要显著低于初学者组。同时，长期练习太极拳对老年人血压影响的效应尺度要大于初学者，这体现出需要长期坚持练习太极拳运动，才能对老年人心血管系统机能得到积极的效果。总体来说，从本研究的实验对象来看，太极拳运动对老年人的血压有积极作用，而且发现太极拳运动对受试者收缩压的影响的效应尺度要大于舒张压。

经过长期练习太极拳后，再休息60min与安静时HR相比，HR显著降低(P＜0.05)，而初学者组HR没有显著变化。同时研究发现运动前长期锻炼组老年人的安静心率要显著低于初学者组(P＜0.01)。安静状态以及运动后60min长期锻炼组受试者的呼吸频率要显著低于初学者组受试者(表2)。

2.3 受试者HRV比较

2.3.1 HRV时域指标比较 对于HRV的其它指标来说，在运动前安静状态下，太极拳长期锻炼组老年人的RR、SDNN要显著高于初学者(P＜0.05)，而且在运动后30min和60min时也出现了显著性差异(P＜0.05，表3)，RMSSD没有明显变化。

Tab.2 Changes of blood pressure，HR and RR before TJQ and 30min，60min after TJQ

Tab.3 HRV in time domain before TJQ and 30min，60min after TJQ

2.3.2 HRV频域指标比较 对于HRV的频域指标 TP、VLFP、LFP、HFP、nHFP 来说，长期锻炼组要显著高于初学者(P＜0.05)，而LFP/HFP显著低于初学者(P＜0.05)。对于练习太极拳后不同休息时间后的变化特点来说，长期锻炼组老年人在练习太极拳后休息30min、60min时HFP和nHFP要显著高于运动前安静状态(P＜0.05)，但是二者之间没有显著性差异，nLFP在运动后60min时显著低于运动前安静状态，但是与在运动后30min时相比没有显著性差异。运动后30min和60min后LFP/HFP与运动前安静状态相比显著降低(P＜0.05)，但是运动后30min和运动后60min相比没有显著差异。但是初学者的HRV指标只呈现出变化趋势，没有统计学差异(表4)。

Tab.4 HRV in frequency domain before TJQ and 30min，60min after TJQ

3 讨论

太极拳是东方传统集身心于一体的健身操，以其独特的缓慢而优雅的动作著称。太极拳运动由一系列姿势组成，这些动作平缓连贯而放松。太极拳运动主要是在半蹲姿势下完成的同时伴随着下肢肌肉不同程度的向心收缩和离心收缩［7］。Lai等人研究了长期不从事体育运动的受试者和从事太极拳运动练习2年的老年人对心血管功能的影响［10］，结果他们发现正常的太极拳练习者可能推迟了心血管功能的下降，并且认为太极拳运动是适合老年人的有氧运动。同时他们还认为太极拳运动对身体健康是有好处的，是一种适合老年人健身运动的运动。在另外一项研究中，Lan等人发现老年人经过12个月的太极拳练习能够有效地提高老年人的心肺功能、肌肉力量以及柔韧性［11］。Lan等人在随后的研究中发现对于经历过冠状动脉搭桥手术病人来说，练习太极拳运动能够显著地增加他们的峰值摄氧量和峰值功率［12］。综合来看，太极拳运动是适合正常老年人和患有冠状动脉疾病病人的健身运动。

太极拳运动已经被证明能够提高老年人的心肺功能，因此将长期练习太极拳的受试者与初学者之间进行比较分析是有一定意义的，以便从科学实验数据方面说明长期练习太极拳运动的好处。在本研究中 HRV 的一些指标，例如:SDNN、TP、LFP、HFP、nHFP以及LFP/HFP在运动前安静状态下，长期练习太极拳的老年人显著高于初学者。这些测试结果提示长期坚持练习太极拳的积累效应显著提高了练习者的心率变异性。我们进一步观察会发现长期练习太极拳的老年人其血压和心率要显著低于初学者，同时SDNN以及总功率也要显著高于初学者，这些事实又否定了上面太极拳会提高交感神经调节功能的论断。事实上，长期练习太极拳要求太极拳练习者将他们的呼吸与姿态运动同步化，因此长期练习太极拳运动可能使受试者改变了他们的呼吸方法。因为太极拳练习者偶尔会采用慢而深的呼吸，这可能就是为什么长期锻炼从事太极拳锻炼者在运动之前的安静状态下HRV表现出更高的低频成分的原因。为了观察长期练习太极拳受试者的HRV低频成分的增加是否是由于他们控制缓慢的呼吸引起的，必须将两组受试者的呼吸频率进行比对。我们对其呼吸频率进行了进一步的分析。

我们观察了受试者呼吸的情况，长期从事太极拳锻炼的老年人在安静状态下的呼吸频率要显著低于初学者。呼吸会通过自主神经系统对HRV产生影响，其原因是呼吸是影响迷走神经的直接因素，而迷走神经是自主神经系统的重要组成部分，所以呼吸会通过影响迷走神经对HRV产生作用。简单地说，吸气时，迷走神经被抑制，心率加快;呼气时，迷走神经抑制取消，心率变慢，这就是呼吸性窦性心律不齐［13］。可见呼吸是HRV的重要影响因素之一，由于呼吸对HRV有着重要影响，因此想要正确认识太极拳运动对练习者自主神经系统的调节功能的影响，必须要观察其呼吸情况。对比正常人同一时段的心率变异功率谱与呼吸功率谱图发现，由自然呼吸频率开始，当呼吸频率升高时，心率变异性降低［14］，当呼吸频率降低至0.1 Hz时，心率变异性达到最大，之后再降低呼吸频率，心率变异性再次降低［15］，也就说对于人体来说呼吸频率越低，HRV越高。在呼吸对对HRV频域影响的研究中发现，呼吸对HRV的影响主要体现在HF频段上，但是，最近的研究表明呼吸频率对心率变异性的低频(LF)也有影响，当呼吸频率升高时，心率变异性的低频段功率随之降低［16］，而且HF与LF的功率比随着呼吸频率增高向LF移动。因此，长期练习太极拳导致的练习者气息产生的变化可能是导致其心率变异性表现出更佳的一个主要原因。

Hull等人的研究表明有氧慢性锻炼可以提高练习者 HRV 的高频功率成分［7］。Goldsmith 等人［17］研究表明身体健康程度与迷走神经的调节能力呈现高度相关，而本研究表明长期锻炼组老年人在进行一次性太极拳练习后其HRV所表现出较高的高频功率成分。Kurita等人［18］研究发现正常受试者在握力练习过程中低频功率成分以及低频/高频功率比值没有显著性变化，但是高频成分显著增加。与以上学者的研究结果相近，本研究数据表明长期练习太极拳的老年人在练习1 h太极拳后休息30min、60min后其TP、HFP、nHFP会持续增加，同时LFP/HFP持续降低，说明太极拳的短期效应提高了迷走神经的活动，并且使交感-迷走神经平衡活动倾向于迷走神经。另外，我们进一步分析发现TP和HFP在60min时与安静时相比增加的程度显著高于30min增加的程度。说明一定运动强度的太极拳运动可以在一定时间内持续提高练习者的心率变异性，这可能就是这种长期练习太极拳运动对其自主神经系统产生的良好效应的原因。尽管初学者在练习太极拳运动1 h后，收缩压以及SDNN出现了显著性变化，但是HRV的频域指标没有显著性变化，这可能与其锻炼年限有关。因此，要长期坚持太极拳运动对老年人的自主神经系统才能才能良好的效应。

综上所述，本研究发现一次性练习太极拳运动后能够显著提高老年人迷走神经的调节功能，而且在交感-迷走平衡系统中倾向于降低交感神经的调节作用。另外，长期坚持练习太极拳运动的效果要明显优于初学者，因此太极拳运动是适合老年人长期从事的健身运动。

［1］Lipsitz LA1，Mietus J，Moody GB，et al.Spectral characteristics of heart rate variability before and during.Postural tilt:relation to aging and risk of syncope［J］.Circulation，1990，81(6):1803-1810.

［2］Lombardi F，Sandrone G，Pernpruner S，et al.Heart rate variability as an index of sympathovagal interaction after acute myocardial infarction ［J］.Am J Cardiol，1987，60(16):1239-1245.

［3］Lishner M，Akselrod S，Avi VM，et al.Spectral analysis of heart rate fluctuations:a non-invasive，sensitive method for the early diagnosis of autonomic neuropathy in diabetes mellitus［J］.J Auton Nerv Syst，1987，19(2):119-125.

［4］La Rovere MT，Bigger JT Jr，Marcus FI，et al.Baroreflex sensitivity and heart-rate variability in prediction of total cardiac mortality after myocardial infarction:ATRAMI(Autonomic Tone and Reflexes After Myocardial Infarction)Investigators［J］.Lancet，1998，351(1):478-484.

［5］Kuo CD，Chen GY，Lo HM.Effect of different recumbent positions on spectral indices of autonomic modulation of the heart during the acute phase of myocardial infarction［J］.Crit Care Med，2000，28(5):1283-1289.

［6］Hull SS Jr，Vanoli E，Adamson PB，et al.Exercise training confers anticipatory protection from sudden death during acute myocardial ischemia ［J］.Circulation，1994，89(2):548-552.

［7］谢业雷，任 杰，虞定海，等.24周太极拳锻炼对中老年人心率变异性的影响［J］.中国运动医学杂志，2011，30(9):842-844.

［8］孙绪生.老年人练太极拳的心率变异性分析［J］.体育学刊，2000，14(2):36-38.

［9］Lu WA，Kuo CD.The Effect of Tai Chi Chuan on the Autonomic Nervous Modulation in Older Persons ［J］.Med Sci Sports Exerc，2003，35(12):1972-1976.

［10］Lai JS，Lan C，Wong MK，et al.Two-year trends in cardiorespiratory function among older Tai Chi Chuan practitioners and sedentary subjects ［J］.J Am Geriatr Soc，1995，43(11):1222-1227.

［11］Lan C，Lai JS，Chen SY，et al.A 12-month Tai Chi training in the elderly:its effect on health fitness［J］.Med Sci Sports Exerc，1998，30(3):345-351.

［12］Lan C，Chen SY，Lai JS，et al.The effect of Tai Chi on cardiorespiratory function in patients with coronary artery bypass surgery［J］.Med Sci Sports Exerc，1999，31(5):634-638.

［13］Al-Ani M，Forkins AS，Townend JN，et al.Respiratory sinus arrhythmia and central respiratory drive in humans［J］.Clin Sci(Lond)，1996，90(3):235-241.

［14］Stark R，Schienle A，Walter B，et al.Effect of paced respiration on heart period and heart period variability［J］.Psychophysiol，2000，37(3):302-309.

［15］Song HS，Lehrer PM.The effects of specific respiratory rates on heart rate and heart rate variability［J］.Appl Psychophys Biofeedback，2003，28(1):13-23.

［16］Brown TE，Beightol LA，Koh J，et al.Important influ-ence of respiration on human R-R interval power spectra is largely ignored［J］.J Appl Phys，1993，75(5):2310-2317.

［17］Goldsmith RL，Bigger JT Jr，Bloomfield DM，et al.Physical fitness as a determinant of vagal modulation［J］.Med Sci Sports Exerc，1997，29(6):812-817.

［18］Kurita A，Takase B，Hikita H，et al.Frequency domain heart rate variability and plasma norepinephrine level in the coronary sinus during handgrip exercise［J］.Clin Cardiol，1999，22(3):207-212.