心率变异性应用于运动训练监控研究进展

宋涛袁春平沈友青徐国栋

1江汉大学体育学院（湖北 武汉 430056）2湖北第二师范学院（湖北 武汉 430205）

心率变异性应用于运动训练监控研究进展

宋涛1袁春平1沈友青2徐国栋1

1江汉大学体育学院（湖北 武汉 430056）2湖北第二师范学院（湖北 武汉 430205）

心率变异性；交感神经；副交感神经；运动训练；监控

心率变异性（heart rate variability，HRV）是指逐次心跳间RR间期随时间发生的微小差异，它产生于自主神经系统对心脏窦房结的调节，可间接反映心脏自主神经系统的平衡，并为评估交感和副交感神经系统的状况及二者的相互作用提供参考。HRV在运动训练领域已有一定的应用，本文综述近些年来将HRV应用于运动训练监控的进展，为HRV在运动训练领域的进一步应用提供参考。

1 HRV的常用分析指标

HRV常用分析方法有三种：时域分析、频域分析和非线性分析，常用分析指标详见表1[1]。

2 HRV在运动训练领域的应用

2.1 不同运动强度下HRV的表现

交感-副交感神经张力的平衡随运动强度的改变而波动，表现为HRV测试指标的变化，其中频域指标LF、HF及TP变化明显[1]。黄传业、田野等以10名少年和10名成年男子业余跑运动员为对象，观察其在一次急性耐力运动后HRV变化特征，结果表明一次急性耐力运动后HRV出现短暂抑制现象[2]。Suetake等的研究表明，极限运动中自主神经系统指标发生了明显改变[3]。黄彩华、归予恒等的研究表明，散打教学比赛（极限强度运动）后，受试者除了LFn和LF/HF升高外，其余HRV时域和频域指标均显著下降[4]。Pichot等以7名中跑运动员为对象，观察其在一个训练周期（3周大负荷训练期紧随1周休息期）中HRV的变化，结果表明大负荷训练改变了心脏自主神经的平衡，交感神经活动

相对副交感神经占优势[5]。Hottenrott等以1名业余自行车运动员为对象，观察其在递增负荷（起始功率60 W，每3分钟增加20 W）功率自行车运动中HRV的表现，结果表明LF/HF比值随运动强度的增加而增大，LFn值随运动强度增加而增大[6]。Morales等以14名国家级男性柔道运动员为对象，将其随机分为两组，一组进行大负荷训练，一组进行中等负荷训练，观察不同训练负荷对HRV的影响，结果表明进行大负荷训练的受试者其自主神经系统出现了失衡，副交感神经的调节减弱了[7]。

与以上研究稍有差异的是，Cottin和其同事以11名三项全能运动员为对象，观察其在中等强度（低于无氧域功率30%）和高强度（高于无氧域功率10%）自行车运动中HRV的表现，结果表明相比于高强度，在中等强度自行车运动中，受试者有更高的HF、LF、TP及LFn值，而高强度运动中HFn值更高，LF/HF比值在中等强度运动中通常大于1，而在高强度运动中常小于1[8]。Pichon等的研究也表明，随运动强度的增加，HFn值增大，LFn值减小[9]。这种差异可能是在高强度运动中由呼吸频率的改变和心脏自主控制的暂时性消失所引起。

2.2 以HRV反馈不同动类型及其负荷对机体的影响

运动后即刻及恢复期测试和分析HRV，可反映机体尤其是心脏自主神经系统对运动“刺激”的适应，并间接反映受试者的运动机能。宋淑华等以12名男子中长跑运动员为实验组，12名普通大学生为对照组，分析两组安静状态下10分钟短时HRV，结果表明高原地区中长跑运动员的HRV显著高于同一海拔地区的普通大学生，系统的运动训练可明显提高机体的HRV，使之拥有较高的自主神经调节储备[10]。谢业雷等选取50～65岁中老年人进行24周太极拳运动（每周4次，每次60分钟），分析实验前后受试者HRV的时域、频域和非线性指标，结果表明，太极拳锻炼提高了中老年人迷走神经活性[11]。温爱玲、熊开宇等通过对16名长期练习太极拳的老年人的HRV进行测试，认为长期练习太极拳能够改善老年人自主神经的调控作用[12]。Alom等以62名青少年运动员为B组，30名非运动员青少年为A组，A组受试者保持日常生活方式，B组受试者进行至少一年有规律的的运动，并测试分析两组受试者HRV时域指标，结果表明规律的运动锻炼提高了心脏自主神经活动[13]。Castello等以21名女性肥胖者为对象，观察其进行12周（共36次，1小时/次）跑台有氧运动后HRV表现，结果表明12周有氧运动训练提高了心脏自主调节功能[14]。Christoforidi等以13名希腊男性自由跳水运动员为Ⅰ组，13名年龄相仿的非运动员为Ⅱ组，记录两组受试者24小时心电图并分析HRV时域、频域指标，结果表明与未受过训练的受试者相比，自由跳水运动员其静息状态下心脏自主神经活动尤其是副交感神经活动明显提高了[15]。Sotiriou等将29名优秀男性足球运动员分为A、B两组，16名年龄相仿的非运动员作为C组，其中A组受试者进行有规律的有氧运动，B组受试者不进行有规律的有氧运动，C组受试者作为对照，对3组受试者HRV进行线性和非线性分析，结果表明进行运动的优秀运动员比不运动的受试者有更好的心脏自主调节能力[16]。从以上研究可知，众多学者均认为长期、有规律的运动训练使心脏发生了良性适应，提高了心脏的自主调节能力。

但也有研究提出不同观点，刘冬冬以24名18～30岁健康在校大学生为对象，将其随机分为训练组和对照组，训练组进行12周全身循环力量训练，对照组保持12周照常生活，观察该训练方法对受试者HRV的影响，结果表明12周的循环力量训练对健康青年受试者的HRV各指标没有明显影响，提示对心脏自主神经功能无显著影响[17]。许捷等以15名普通女大学生为对象，对其进行10周哈他瑜伽运动干预（每周3次，每次1小时），分析实验前后心率及HRV的变化，结果表明10周哈他瑜伽锻炼对心肺机能和心率变异性无明显影响[18]。这可能是训练方法特点和试验控制条件等因素的差异所引起，有待进一步验证。

2.3 以HRVatska评估和预防过度训练

过度训练是指运动员由于疲劳的连续积累而导致机体出现功能紊乱或病理状态的训练，是一种训练与恢复、运动与运动能力、应激与应激耐受性之间的失衡状态。多数研究认为，处于过度训练状态的运动员，往往伴随有自主神经系统功能紊乱和失衡，其HRV的频域指标（TP、LF、HF）和时域指标（RMSSD、SDNN）会出现明显的下降[1，19，20]，通过监控HRV指标的变化可评估和预防运动员出现过度训练。Leite等的研究认为，HRV是“理解（understand）”过度训练的卓越指标[21]。Mathias等同样认为，通过HRV分析可避免过度训练[22]。Leti等以10名年长跑步者为对象，监控其一个训练日、一个比赛日及一个休息日后的HRV指标，结果表明自主神经系统的调节能力与运动疲劳高度相关，HRV可用于追踪监控和指导运动训练[23]。安楠等以22名中国女足国家队队员为对象，分别在集训前、上高原2天、上高原2周及下高原2天对其机能状态进行监测和分析，结果表明以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，与血液指标相结合，可以全面监控身体状态，特别是对于提示早期疲劳具有一定的应用价值[24]。Hynynen等以24名耐力型运动员为对象，其中12人处于过度

训练状态，另外12人作为对照，记录、分析受试者在试验期间夜间休息和睡醒后的HRV指标，结果表明处于过度训练时，受试者心脏自主调节能力在夜间休息时正常，但在睡醒后心脏副交感神经调节能力减弱了[25]。后来，他们以同样的受试者，记录其立位试验、stoop试验及放松休息期的RR间期并加以分析，结果表明当受试者处于严重过度训练状态，在进行立位试验及应对认知任务时，其心脏自主调节能力减弱了[26]。Podstawski等以11名排球运动员为对象，记录、分析其两次训练期间的HRV指标，结果表明排球运动员在测试期间高水平的体育运动导致心脏副交感神经紧张度降低，自主神经系统失衡并倾向于交感神经活动占优势，这可能是过度训练的结果[27]。Schmitt等以57名北欧优秀滑雪者为对象，记录其仰卧和立位状态的RR间期，并通过问卷确定疲劳程度，结果表明疲劳状态下HRV出现了明显的下降，并表现出较大的个体差异[28]。

与以上研究不一致的是，Hedelin等认为，处于过度训练状态的受试者，其LF、HF和TP没有改变[29]。Bosquet等通过对9名耐力型运动员的研究表明，受试者在过度训练阶段和恢复期时，其LF、HF、LF/HF及HFn没有明显差异[30]。Tian等以34名女摔跤运动员为对象，于比赛前6周测试其HRV，结果表明运动员HRV的时域指标（RMSSD、SDNN）在“准过度训练阶段”出现了明显增加或减少[31]。Halson等的研究与之类似，认为受试者处于过度训练状态时，其HRV出现了增加、下降或没有改变[32]。由此可见，关于在过度训练状态下HRV的表现，目前的研究结论并不一致，HRV可否直接用于评估和预防过度训练尚有待观察，需要更广泛的研究进行验证。

2.4 以HRVatska知道运动训练的尝试

越来越多的研究表明，HRV可反映运动的健康效益，是一个定量判断心脏自主神经功能状态、监控个体对训练适应的便利、无创性指标[1，33-36]，并尝试以HRV监控、指导运动训练。Morales等以24名国家级及国际级柔道运动员为对象，通过竞技状态焦虑量表评估其焦虑程度，并于正式和非正式比赛期间测试HRV，结果表明HRV对赛前焦虑程度的变化敏感[37]。何黎娴、邱俊强等的研究结果与之类似，认为赛前HRV监控可以为运动员赛前身体机能状态的评定提供依据[38]。李之俊等为探讨将HRV作为评定赛艇运动员机能状态指标的可能性，以12名男子赛艇运动员为对象，测试、分析其最大摄氧量、最大通气量、心率、HRV等指标，结果表明运动员HRV与最大摄氧量呈显著相关[39]。Lepretre等通过对18名慢性心脏衰竭患者的研究，认为在周期递增负荷运动中，通过分析HRV时域、频域指标，可代替传统指标“第一通气域”评估受试者的运动耐力[40]。Stanley等认为依据副交感神经活动的数据，有助于制定个性化的训练方案[41]。Bara-Filho等以2名足球运动员为对象，记录其3周训练期内5次静息仰卧状态下RR间期并分析，结果表明HRV指标可有效监控足球训练及比赛负荷对副交感神经调节的影响

[42]。

Hap等认为，通过HRV频谱分析，可指导排球运动员的训练负荷，若运动员的自主神经系统活动一直较高时，增加训练强度和训练量，若其自主神经系统活动下降或HRV指标持续处于低水平，则降低训练强度和训练量[43]。Kiviniemi等以26名健康男性为对象，将其分为两组，一组预先设定训练计划，一组依据HRV指导训练强度，进行4周耐力运动训练，结果表明执行预先设定训练计划的受试者，其最大运动负荷提高了，但VO2max没有变化，而依据HRV指导训练强度的受试者，其VO2max和最大运动负荷都有明显提高[44]。他们之后的研究得出了类似的结论，他们将53名健康受试者分为两组，一组进行标准训练，一组以HRV指导训练，进行8周中等强度训练（75%最大心率），结果表明在男性受试者中，依据HRV训练比按标准训练的最大运动负荷提高了[45]。

3 结论及展望

综上所述，国内外学者围绕HRV在运动训练监控中的应用已开展了大量的研究，多数研究认为，HRV随运动强度的增加而改变，其中交感神经活动相对副交感神经逐渐占优势，运动后即刻及恢复期测试和分析HRV，可反映机体尤其是心脏自主神经系统对运动的适应，通过监控HRV指标的变化可评估和预防运动员出现过度训练，并有学者尝试以HRV监控和指导运动训练。但可能因研究对象、运动类型及方案、HRV测试方法及控制条件、测试仪器及分析方法的差异，也有不少学者得出了不一致的结论，有待更广泛、深入的研究加以验证。

展望今后的研究，HRV测试方法的统一和标准化亟待解决，如测试静息状态下HRV时，受试者的姿势（卧姿/坐姿）、对呼吸频率的控制、测试持续的时间等。除此之外，对不同运动项目优秀运动员在静息及运动状态下的HRV特征进行量化并制定相应的标准，将有助于进一步完善运动员的科学选材；HRV与传统的运动训练监控指标（如血乳酸、最大摄氧量、呼吸商拐点等）的关联度研究目前也较少，有待更多的研究。

[1]Makivic B，Nikic Djordjevic M，Willis MS.Heart Rate Variability（HRV）as a Tool for Diagnostic and Monitoring Per-

formance in Sport and Physical Activities.J Exerc Physiol，2013，16（3）：103-131.

[2]黄传业，田野，聂金雷.少年和成年业余长跑运动员急性耐力运动后心脏自主神经恢复观察研究.体育科学，2012，32（9）：11-16.

[3]Suetake N，Morita Y，Suzuki D，et al.Evaluation of autonomic nervous system by heart rate variability and differential count of leukocytes in athletes.Health，2010，2（10）：1191-1198.

[4]黄彩华，归予恒，张漓，等.男子散打运动员教学比赛前后心率变异性变化分析.中国运动医学杂志，2011，30（12）：1138-1142.

[5]Pichot V，Roche F，Gaspoz JM，et al.Relation between heart rate variability and training load in middle–distance runners.Med Sci Sports Exerc，2000，32（10）：1729-1736.

[6]Hottenrott K，Hoos O，Esperer HD.Heart rate variability and physical exercise.Current status.Herz，2006，31（6）：544-552.

[7]Morales J，Alamo JM，García-Massó X，et al.Use of Heart Rate Variability in Monitoring Stress and Recovery in Judo Athletes.J Strength Cond Res，2014，28（7）：1896-1905.

[8]Cottin F，Medigue C，Lepretre PM，et al.Heart rate variability during exercise performed below and above ventilatory threshold.Med Sci Sports Exerc，2004，36（4）：594-600.

[9]Pichon AP，De Bisschop C，Roulaud M，et al.Spectral analysis of heart rate variability during exercise in trained subjects.Med Sci Sports Exerc，2004，36（10）：1702-1708.

[10]宋淑华，高春刚.高原地区中长跑运动员心率变异性特征.北京体育大学学报，2012，35（4）：70-73.

[11]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.中国运动医学杂志，2011，30（9）：842-844.

[12]温爱玲，熊开宇，张猛，等.24式陈氏太极拳运动对老年人HRV的影响.吉林体育学院学报，2013，29（1）：69-72.

[13]Alom MM，Begum N，Naher LAD，et al.Study on heart rate variabilityinadolescentmaleathletesbytimedomain（Short-Term）method.ORION Med J，2010，33（1）：722-725.

[14]Castello V，Simoes RP，Bassi D，et al.Impact of aerobic exercise training on Heart Rate Variability and functional capacity in obese women after gastric bypass surgery.OBES SURG，2011，21（11）：1739-1749.

[15]Christoforidi V，Koutlianos N，Deligiannis P，et al.Heart rate variability in free diving athletes.Clin Physiol Funct I，2012，32（2）：162-166.

[16]Sotiriou P，Kouidi E，Samaras T，et al.Linear and non-linear analysis of heart rate variability in master athletes and healthy middle-aged non-athletes.Med Eng Phys，2013，35（11）：1676-1681.

[17]刘冬冬.循环力量训练对肌力、最大摄氧量和HRV的影响.北京体育大学学报，2010，33（4）：52-55.

[18]许捷，王安利，彭岩，等.哈他瑜伽锻炼对女大学生心率变异性和体质的影响.中国运动医学杂志，2014，33（12）：1185-1190.

[19]Aubert AE，Seps B，Beckers F.Heart Rate Variability in Athletes.Sports Med，2003，33（12）：889-919.

[20]Mourot L，Bouhaddi M，Perrey S，et al.Decrease in heart rate variability with overtraining：Assessment by the Poincare plot analysis.Clin Physiol Funct I.2004，24（1）：10-18.

[21]Leite GS，Sampaio LMM，Serra AJ，et al.Analysis of Knowledge Production about Overtraining Associated with Heart Rate Variability.J Exerc Physiol，2012，15（2）：20-29. [22]Mathias B，Lars B，Jurgen L，et al.Heart Rate Variability，Blood Pressure Variability，and Baroreflex Sensitivity in Overtrained Athletes.Clin J Sport Med，2006，16（5）：412-417.

[23]Leti T，Bricout VA.Interest of analysis of heart rate variability in the prevention of fatigue states in senior runners. Auton Neurosci，2013，173（1-2）：14-21.

[24]安楠，于允，冯连世，等.心率变异性检测在女足高原训练监控中的应用.山东体育科技，2012，34（5）：64-67.

[25]Hynynen E，Uusitalo A，Konttinen N，et al.Heart Rate Variability during Night Sleep and after Awakeningin Overtrained Athletes.Med.Sci.Sports Exerc.，2006，38（2）：313-317.

[26]Hynynen E，Uusitalo A，Konttinen N，et al.Cardiac Autonomic Responses to Standing Up and Cognitive Task in Overtrained Athletes.Int J Sports Med，2008，29：552-558.

[27]Podstawski R，Braczynski M，Nowosielska-Swadzba D，et al.Heartratevariabilityduringpre-competitionand competition periods in volleyball players.Biomed Human Kinet，2014，6（1）：19-26.

[28]Schmitt L，Regnard J，Desmarets M，et al.Fatigue Shifts and Scatters Heart Rate Variability in Elite Endurance Athletes.PLOS ONE，2013，8（8）：1-9.

[29]Hedelin R，Kentta G，Wiklund U，et al.Short-term overtraining：effects on performance，circulatory responses，and heart rate variability.Med Sci Sports Exerc，2000，32（8）：1480-1484.

[30]Bosquet L，Papelier Y，Leger L，et al.Night heart rate variability during overtraining in male endurance athletes.J Sports Med Phys Fitness，2003，43（4）：506-512.

[31]Tian Y，He ZH，Zhao JX，et al.Heart rate variability thresholdvaluesforearly-warningnon-functional overreaching in elite women wrestlers.J Strength Cond Res，2013，27（6）：1511-1519.

[32]Halson SL，Jeukendrup AE.Does overtraining exist?An analysis of overreaching and overtraining research.Sports Med，2004，34（14）：967-981.

[33]Plews DJ，Laursen PB，Stanley J，et al.Training Adaptation and Heart Rate Variability in Elite Endurance Athletes：Opening the Door to Effective Monitoring.Sports Med，2013，

43（9）：773-781.

[34]Flanagan S，Comstock B，Looney D，et al.Effects of cardiovascular fitness and training history on heart rate variability before，during，and after a progressive maximal intensity exercise test.J FASEB，Supplement，2014，28（1）：88.

[35]宋淑华，刘坚，高春刚，等.递增负荷运动对中长跑运动员心率变异性的影响.山东体育学院学报，2010，26（10）：62-65. [36]高炳宏，陈佩杰，李之俊.运动与心率变异性.中国运动医学杂志，2003，22（5）：490-492.

[37]Morales J，Garcia V，Garcia-Masso X，et al.The use of heart rate variability in assessing precompetitive stress in high-standard judo athletes.Int J Sports Med，2013，34（2）：144-151.

[38]何黎娴，邱俊强，王丽萍，等.采用心率变异性指标监控竞走运动员赛前状态的研究.北京体育大学学报，2013，36（11）：66-69.

[39]李之俊，高炳宏.男子赛艇运动员有氧代谢能力与心率变异性分析.中国运动医学杂志，2006，25（2）：232-233.

[40]Lepretre PM，Bulrestre M，Ghannem M，et al.Determination of Ventilatory Threshold using Heart Rate Variability in Patients with Heart Failure.Surgery，2013，12（3）：1-6.

[41]Stanley J，Peake JM，Buchheit M.Cardiac Parasympathetic Reactivation Following Exercise：Implications for Training Prescription.Sports Med，2013，43（12）：1259-1277.

[42]Bara-Filho MG，Freitas DS，Moreira D，et al.Heart rate variability and soccer training：a case study.Motriz，Rio Claro，2013，19（1）：171-177.

[43]Hap P，Stejskal P，Jakubec A.Volleyball players training intensity monitoring through the use of spectral analysis of heart rate variability during a training microcycle.Acta Univ. Palacki.Olomuc.，Gymn.2011，41（3）：33-37.

[44]Kiviniemi AM，Hautala AJ，Kinnunen H，et al.Endurance training guided individually by daily heart rate variability measurements.Eur J Appl Physiol，2007，101（6）：743-751.

[45]Kiviniemi AM，Hautala AJ，Kinnunen H，et al.Daily exercise prescription on the basis of HR variability among men and women.Med Sci Sports Exerc，2010，42（7）：1355-1363.

2015.04.30

宋涛，Email：609st@163.com