自行车运动员多训练时期心率变异性变化特点研究

朱成东， 林 华， 董凤飞， 贺业恒,3

(1.辽宁师范大学 体育学院，辽宁 大连 116029； 2.吉林省体育运动学校，吉林 长春 130022；3.大连市体育科学研究所，辽宁 大连 116029)

自行车运动员多训练时期心率变异性变化特点研究

朱成东1,2， 林 华1， 董凤飞1， 贺业恒1,3

(1.辽宁师范大学 体育学院，辽宁 大连 116029； 2.吉林省体育运动学校，吉林 长春 130022；3.大连市体育科学研究所，辽宁 大连 116029)

研究心率变异性在训练周期中的变化特点.以心脏机能水平角度了解项目特点及训练规律，作为监控依据指导训练.对15名大连市陆上运动学校自行车队青少年男性运动员进行10个月的心率变异性跟踪测试，记录训练内容及心率变异性变化，并进行比较分析.结果表明：恢复期的SDNN、rMSSD、PNN50、LF/HF等指标表现出赛前期>冬训期>春训期，训练后的指标为冬训期>春训期>赛前期的特点.HRV与生化指标存在相同变化的趋势.在耐力项目中，SDNN、rMSSD指标可作为训练监控中指标评价疲劳及竞技状态；SDNN、rMSSD、HF指标可以作为阶段性指标；LF可作为一过性评价指标反映运动效果.

自行车训练；心率变异性；训练周期；训练监控

心率变异性是评价自主神经系统功能的指标，可以反映交感神经与副交感神经活性及协调性，在运动训练中被用来监测个体对训练适应性，尤其是对耐力运动效果明显.随着研究的不断深入，被逐渐引入运动训练的监控指标之中.目前，研究普遍认同心率变异性与疲劳存在关系，通常由于疲劳导致心率变异性指标的变化，并以此作为监控疲劳的手段.目前,研究主要集中在心理疲劳与运动疲劳2种情况.对于运动疲劳的研究，更多的集中于一过性运动刺激对心率变异性的影响，而长期运动刺激对心率变异性影响的研究较少，同时用于衡量机体疲劳的指标多为运动干预时的负荷强度和部分一过性生化指标，训练监控中常用的生化指标相对较少.心率变异性指标被引入训练监控体系之中，但目前研究并不完善.本文通过10个月的训练时间，涵盖3个训练阶段，结合血红蛋白、肌酸激酶、血尿素等指标作为评价机体疲劳的手段，以此来讨论心率变异性在大周期训练中呈现的特点及规律，对心率变异性在运动训练监控中的使用方法进行研究，完善心率变异性在训练监控和机能评价中的作用.

1 实验对象与方法

1.1 对象

实验选择大连市陆上运动学校自行车队青少年男性运动员15名，参赛项目为自行车公路30 km，具体情况见表1.

表1 受试者基本情况(n=15)

1.2 测试方法

在尊重自行车队的训练计划及安排的前提下，共分3个阶段，先后3次对运动员进行各指标测试.测试内容包括运动生化指标和心率变异性指标两部分.其中，生化指标安排在该周期主项训练课结束后第2日晨测试；心率变异性指标从进入运动队开始至结束为止，每日晨起测量.其中,测试阶段第1日为前一周运动恢复之后的第1天，可作为该阶段的基础状态指标.具体测试安排如表2.

表2 测试安排

1.2.1 心率变异性测试

选择每日运动员晨起后测量，运动员佩戴Polar-Team团队心率表，并安静卧床7～8 min，截取稳定的5 min心跳间期指标(用以剔除由于佩戴心率表引起的异常值和由于佩戴时紧张导致的异常值).使用Kubios HRV软件对采集到的毫秒心率数据进行分析，得到时阈性指标：SDNN(R-R间期标准差)、Mean HR(平均心率，本研究中也作为晨脉使用)、rMSSD(R-R间期差值均方的平方根)、PNN50(心跳间期差大于50 ms的心搏数百分比)；使用傅里叶转换法(FFT)，获得频阈性指标：LF(低频功率)、HF(高频功率)、LFnu(低频功率归一化值)、HFnu(高频功率归一化值)、LF/HF.在数据处理和比较中，有的研究将rMSSD、LF、HF进行对数处理，得到ln rMSSD、ln LF和ln HF进行分析，本研究不做对数处理.在研究中没有使用VLF(极低频功率)和Total(总功率)2个指标进行比较和分析，原因在于2个指标的个人差异过大，导致标准差较大，影响统计准确性.各指标意义见表3(引自王松涛[1]，2007).

表3 HRV各指标意义

1.2.2 生化指标测试

生化指标包括血红蛋白(HGB)、肌酸激酶(CK)、血尿素(BUN).血红蛋白采用西森美康(sysmex)三分类血细胞分析仪;肌酸激酶、血尿素使用“FUJI DRI-CHEM 4000ie全自动干式生化分析仪”进行测量.本研究共进行3次测量，分别选择在冬训期、春训期和赛前期.每次测量选择在该周期最后一次专项课结束第2日晨测量，以此来评价多次训练效果的叠加作用对运动员身体的影响.

1.2.3 数理统计

数据统计使用Spss21.0软件对C1与C4、C1与C10、A1与B1、A1与A4、A1与A10、B1与B4、B1与B10、A4与B4、A10与B10等指标进行配对t检验；C4与A4、C10与A10进行相关分析.结果以平均数±标准差(M±SD)表示.

2 实验结果

实验结果见表4～表7.

表4 各阶段心率变异性指标结果(n=15)

表5 各阶段生化指标结果(n=15)

生化指标1月15日(C1)4月21日(C4)10月13日(C10)HGB/(g/L)155.77±4.77150.96±10.96142.23±10.23CK/(U/L)140.23±38.23214.88±109.88*406.27±179.27**BUN/(U/L)4.68±1.515.32±1.617.14±0.81*

注：*为0.01

表6 4月份生化指标与心率变异性指标相关性 (n=15)

注：*为0.01

表7 10月份生化指标与心率变异性指标相关性 (n=15)

注：*为0.01

3 讨论与分析

3.1 HRV冬训期变化特点

该组运动员为公路自行车队，属于长距离耐力性运动项目.运动专项能力以耐力及速度耐力为主，由于运动过程中存在冲坡、加速等技术，因此在耐力基础上，还需要速度能力.在其训练安排上，以耐力练习为主，辅以力量及速度练习，在专项强化期加强运动员的爆发力及冲刺能力训练.虽然力量训练安排次数较多，但并不代表力量训练在训练安排中处于主要地位，因为力量训练的作用一方面为提高身体素质，另一方面是作为主要训练课后的恢复训练，在消除疲劳的基础上，维持一定的训练强度以保持身体机能.

冬训期以一般耐力训练为主，主要训练内容包括公路跑、力量训练、室内自行车长时间蹬骑等.冬训期公路跑累积总里程45 km，共用时6.5 h；力量训练4 h；固定功率车练习累积2 h.训练整体体现为较大的运动量，中等运动强度，主要目的为提高有氧能力，为之后的专项强化期提供有氧能力基础.该阶段生化指标CK1=(140.23±38.23)U/L，处于较低水平，BUN1=(4.68±1.51)U/L，属于中等水平.与全年相比，该阶段CK和BUN处于最低，由于运动强度较小，HGB1=(155.77±4.77)g/L，处于全年最高水平.以耐力训练为主的冬训期，同时也是整个大周期的开始阶段，身体素质处于全年较低水平.该时期训练强度较小，机体疲劳积累较少，晨脉(Mean HR)偏低.

将春训期训练前后指标(A1与B1)做配对t检验发现，SDNN、rMSSD、PNN50、HF、LFnu、LF/HF指标降低，SDNN、LF/HF指标具有显著性差异，其他差异不显著；Mean HR、LF升高，HFnu略有升高.这说明大部分运动员对于冬训期的训练负荷基本适应，没有出现对于训练不适应的状况，HRV指标处于正常范围.

3.2 HRV春训期变化特点

春训以专项耐力训练为主，辅以专项速度训练及力量训练.主要的训练方式包括公路自行车长距离骑行、田径场自行车长距离骑行、耐力跑等.共进行专项耐力训练5.5 h，累积骑行125 km，力量训练1.5 h；一般耐力训练1.5 h，累积慢跑10 km.训练目的为强化冬训期耐力基础，结合专项运动特点，提高体能储备.春训期的生化指标CK4=(214.88±109.88)U/L，略高于标准值最低水平，处于正常水平范围，BUN4=(5.32±1.61)U/L，接近正常值最高水平，HGB4=(150.96±10.96)g/L

将春训期与冬训期的休息时期(A4 与A1)做配对t检验发现，SDNN、Mean HR、rMSSD、LF、HFnu较A1指标升高，其中，SDNN、Mean HR、LF具有显著性差异，其他指标差异不显著；PNN50、HF、LFnu、LF/HF等指标降低.SDNN、rMSSD升高说明HRV整体水平提高，LF升高，交感神经张力减弱，副交感神经张力增强;PNN50降低说明R-R间期差值大于50 ms个案的百分比降低，即差值小于50 ms的个案增多，R-R间期时间更趋于平稳，但Mean HR升高，共同说明该时期晨脉升高更具普遍性.多种指标的变化表明由于冬训期的训练积累导致HRV发生积极性改变，提高了机体迷走神经活性，通过短暂的休息该情况表现出来，但疲劳并没有完全消除，导致频域指标中的LF没有恢复到原有水平.这种表现与训练预期及生化指标反映的结果相符.

将冬训期训练前后指标(B4与A4)做配对t检验发现，趋势与春训相似，但SDNN、rMSSD的下降具有极度显著性差异，Mean HR、PNN50、HF、LFnu、HFnu、LF/HF具有显著性差异，LF升高并具有极度显著性差异，说明该阶段由于大运动量导致SDNN、rMSSD、LF变化明显，交感神经张力处于较高机能水平，并占主导地位，提示身体出现疲劳；Mean HR、PNN50等指标出现显著性变化，但仍处于正常水平，说明机体出现中度疲劳现象.这与冬训期大训练量、中等强度的训练特点相吻合.

3.3 HRV赛前期变化特点

赛前训练阶段主要以专项速度训练为主，增加训练强度，维持训练量.该阶段累积骑行165 km；专项速度训练累积时间4 h；专项耐力训练累积时间4 h；力量训练累积时间2.5 h.HGB10=(142.23±10.23)g/L

将赛前期与冬训期休息期间指标(A10与A1)做配对t检验发现，变化趋势与春训期有所不同，SDNN、PNN50、HF、LFnu、LF/HF降低，Mean HR、rMSSD、LF升高.其中,SDNN、LF、LFnu、HFnu、LF/HF具有极度显著性变化，Mean HR、PNN50、HF具有显著性变化，rMSSD变化不具有统计学意义.SDNN降低，说明HRV整体水平降低；另外，虽然rMSSD指标升高，但低于春训期指标，与冬训期变化不大，也可以认为出现了下降的趋势，这说明上一个阶段(春训期)的中等训练强度、大训练量的训练方式对运动员身体造成较大的疲劳积累，使得运动员在休息期不能及时恢复，造成一定的影响.但其指标仍处于正常范围.

将赛前期训练前后指标(B10与A10)做配对t检验发现，Mean HR、PNN50、HF、HFnu具有显著性差异，其他指标均出现极度显著性差异.提示运动员具有较高的疲劳积累，与生化指标的结果相符.这种变化与该阶段大量、大强度的训练内容所要求的效果相吻合.机体出现较高程度的疲劳，也符合赛前增加训练强度的需要.HRV指标虽然出现大幅度的变化，但rMSSD、PNN50、LF/HF等指标仍处于正常范围，说明机体仍然处于较为稳定的状态，没有出现过度训练的危险.之后的训练安排将改为维持训练强度、减少训练量、增加恢复调整的训练内容比例，运动员将会具有较高的赛前竞技状态参加比赛.

3.4 HRV大训练周期变化特点

如图1所示，10个月指标可以看出，训练后SDNN随训练阶段训练负荷增大而逐渐降低，恢复期的SDNN随训练时间增加出现先上升后下降的现象，即A4 >A1>A10.这是由于两阶段训练负荷不同而导致的.冬训期整体训练负荷较低，对机体几乎没有疲劳积累，而3个月的耐力训练使得心脏神经机能出现积极性变化，使迷走神经支配心脏的能力增强，导致SDNN升高.Pichot V等[2]对7名中长跑运动员进行为期3周的大强度训练，发现他们的迷走神经活动水平显著性下降,交感神经活动水平显著性上升.通过休息后，迷走神经活性升高，交感神经活性下降.李之俊、高炳宏[3]对12名优秀男子赛艇运动员与普通健康青年男性安静时的总HRV进行比较，发现其是普通健康青年男性的1.63倍，且与最大摄氧量呈显著性正相关，这说明长期的耐力训练使得HRV总体指标升高.另外还有Buchheit等人的研究[4-5]也呈现该种特点.春训期测试出现低于极限水平的现象是由于训练后机体疲劳导致迷走神经水平降低，使得SDNN下降.而随着时间变化，运动强度逐渐加大，由中量低强度到大量中强度再到大量大强度，使得疲劳积累越来越大，最终导致SDNN持续下降.这与Pichot V等人[2]的研究结果相似.

图1 SDNN变化曲线Fig.1 SDNN change curves

虽然恢复阶段SDNN在A10的指标低于基线水平，但如上文所述存在升高的趋势，只是由于恢复时间不足导致下降的状况，表明耐力性运动对青少年自行车运动员心脏迷走神经功能具有促进作用，这种适应性的改变对训练具有积极的效果.LF、HF同样具有该种特点.Skin等[6]的研究结果表明运动后恢复阶段,运动员HF的恢复速度快于正常人(如图2所示).这也符合Macor等人[7]的研究结论.

图2 LF、HF变化曲线Fig.2 LF and HF change curves

如图2所示，LF和HF都出现随训练负荷升高而降低的现象，但是HF到达一定程度后就变化不明显，在专项强化期即到达稳定水平.Pagani等[8]对10名健康人进行踏车递增负荷实验发现在轻至中量运动时，也出现相似的结果.表明在大强度及大运动量训练后，交感神经兴奋的同时，迷走神经具有一个最低的阈值.Pichot V等[9]还通过实验研究了大强度训练和超负荷强度训练后HRV变化情况，结果显示大强度训练可以提高HRV水平，在超负荷训练后表现的疲劳状态下，迷走神经增强处于停滞状态，交感神经出现了控制增强的现象.

由表6可知,SDNN与BUN具有高度显著性相关(r=0.864，P<0.001)，rMSSD与BUN具有中度显著性相关(r=0.640，P<0.001)，LF与BUN具有中度一般显著性相关(r=0.416，P<0.05)，rMSSD与HR具有中度显著性相关(r=0.552，P<0.01)，HF与HR具有中度显著性相关(r=0.623，P<0.01)，LFnu与HR具有中度显著性负相关(r=-0.747，P<0.01)，HFnu与HR具有中度显著性相关(r=0.695，P<0.01)，LF/HF与HR具有中度显著性相关(r=0.541，P<0.01).

由表7可以看出，SDNN与CK具有高度一般显著性正相关(r=0.883，P<0.05)，rMSSD与CK具有中度显著性正相关(r=0.662，P<0.01)，HF与CK具有中度一般显著性正相关(r=0.426，P<0.05)，SDNN与BUN具有中度一般显著性正相关(r=0.579，P<0.05)，rMSSD与BUN具有中度显著性正相关(r=0.598，P<0.01)，rMSSD与HR具有中度显著性正相关(r=0.702，P<0.01)，HFnu与HR具有中度显著性正相关(r=0.721，P<0.01)，LF/HF与HR具有中度显著性正相关(r=0.640，P<0.01)，PNN50与HGB具有中度一般显著性负相关(r=-0.426，P<0.05).

如表6、表7所示，将4月、10月的生化指标与HRV做相关分析发现，HRV与BUN、CK等反映运动负荷的指标具有一定的相关性，且具有随训练周期的变化而不同的特点.大运动强度和大训练量均导致HRV发生相似的变化，但现有数据不能够区分二者的区别.

3.5 HRV作为监控指标的讨论

HRV作为评价心脏自主神经调节能力的指标应用于运动训练之中，主要被用来评价疲劳以及竞技状态.其中，对于疲劳的研究包括心理疲劳和运动疲劳两部分，而竞技状态的评价多见于赛前状态.比如， 安楠等[10]通过对高原训练前后的HRV分析和血液生化指标对比发现，HRV指标要更为灵敏，并建议将HRV作为诊断疲劳的辅助方法，与生化指标共同监控训练.Kiviniemi等[11]利用HF指标设计实验，以晨起HF基值做标准安排训练强度，结果表明可有效提高最大摄氧量.但是研究结论较不统一，这也是HRV没有真正应用于运动训练实践中的原因之一.

本研究通过10个月3个阶段的跟踪监控，获得了HRV随训练周期变化的相关数据，研究的结果表明，HRV随着周期中训练负荷的安排与调整发生规律性的变化，且与生化指标相一致.从周期角度来看，恢复期的SDNN、rMSSD、PNN50、LF/HF等指标表现出赛前期>冬训期>春训期，训练后的指标为冬训期>春训期>赛前期.LF随训练负荷的增大而持续增大，当达到一定水平后，HF变化不明显，因此需结合LFnu、HFnu、LF/HF等指标共同监控，以做好过度训练的预警.

另外，HRV与生化指标存在相同变化的趋势，但本研究的数据却不能区分运动量与运动强度导致疲劳的区别，但这并不意味着HRV在评价疲劳上一定存在局限性.

4 结 论

综上所述，SDNN、rMSSD、PNN50、HF与机体疲劳存在一定的线性关系.在耐力项目中，HRV的SDNN、rMSSD的作用更加明显，具有解释一定疲劳积累的能力；SDNN、rMSSD、HF等反映HRV总变化以及迷走神经性功能的指标，在反映疲劳的同时随身体机能变化而变化，因此可以作为阶段性指标；LF等反映交感神经变化的指标可以作为一过性评价指标，反映训练即刻的疲劳水平和运动效果.

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Characteristicsofheartratevariabilityincyclistsduringmultipletrainingperiods

ZHUChengdong1,2，LINHua1，DONGFengfei1，HEYeheng1,3

(1.School of Physical Education， Liaoning Normal University， Dalian 116029， China；2.Jilin Sport University， Changchun 130022， China；3.Sports Science Research Institute of Dalian， Dalian 116031, China)

To study the changes characteristics in heart rate variability during training cycle，to understand the characteristics of the project and the training rules in terms of the level of cardiac function，and to guide training as a basis for monitoring.The heart rate variability (HRV) tracking test for 15 male athletes from Dalian land school were carried out during 10 months. The training contents and heart rate variabilities were recorded and analyzed.SDNN，rMSSD，PNN50，LF/HF and other indicators of the recovery period showed the pre game period > the winter period> spring period，after the training index for winter period >spring season >pre game period.HRV and biochemical indicators have the same trend of change.SDNN，and rMSSD can be used as indicators of endurance training monitoring and fatigue evaluation of competitive state；SDNN，rMSSD，and HF can be used as the indicator of stage index；LF can be used as an evaluation index in response to exercise effect.

bicycle training；heart rate variability；training cycle；training monitoring

G804.2;G872.3

A

2017-07-20

辽宁省体育局资助项目(2015lntyyb-31)

朱成东(1986- ),男，吉林长春人，辽宁师范大学博士研究生.

林华(1959- )，女，辽宁大连人，辽宁师范大学教授，博士生导师.

1000-1735(2017)04-0563-08

10.11679/lsxblk2017040563