踏阶运动对青少年心率变化特征的影响

闻剑飞，王 强，袁玉鹏

（合肥师范学院，安徽合肥 230601）

踏阶运动对青少年心率变化特征的影响

闻剑飞，王 强，袁玉鹏

（合肥师范学院，安徽合肥 230601）

抽取合肥市小学20名男生，进行台阶高度分别为20cm、30cm和40cm，每个高度3min，共9min踏阶运动，POLAR Team2心率遥测仪采集实时运动心率，旨在观察11～12岁青少年在递增负荷运动下的心率变化特征，为青少年科学运动提供依据。结果显示，受试者运动心率、心率变化率（%）、HRmax%随着运动时间、负荷的增加而变化，与前一时间点相比，第 1、4、5、8、9min 时运动心率明显升高（p＜0.05）；第 5、9min 心率变化率差异具有显著性（p＜0.05），第 2、4、5、8、9min HRmax%上升幅度明显（p＜0.05）。由此得出，11～12岁青少年在递增运动过程中心率变化曲线出现两个拐点，分别为搏出量拐点和心率拐点；另外，对于11～12岁青少年按“220-年龄”估算HRmax、心率储备及相关指标可能不准确。

递增负荷；心率变化率；心率拐点

0 引言

心率（heart rate，HR）是反映机体心泵功能的重要指标，对机体内外环境变化非常敏感，能较真实地反映机体机能状态，也是科学评价和监控体育锻炼和运动训练效果最简易的方法[1-2]。而不同年龄段、不同性别人群在运动刺激下心率变化存在差异，尤其处于生长发育期的青少年。目前，关于青少年在递增负荷运动中心率变化的研究报道并不多见。本文对11～12岁青少年采用递增负荷运动，观察运动前、中、后的心率动态变化，以期为此年龄段学生的有效体育教学和科学参与体育锻炼提供实验依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

从合肥市某小学抽取11～12岁的男生20名，身高为 152.5±7.4cm，体重为 45.4±7.8kg，BMI为19.4±2.3kg/m2，运动测试前告知受试者测试方法、程序及注意事项，对受试者进行常规体格检查，无运动禁忌或心血管疾病方可参加测试。

1.2 研究方法

1.2.1 运动测试方案

运动方式采用连续踏阶运动。具体方案为：测试安静时心率；受试者进行10min准备活动后，当心率恢复至安静心率±10次时，进行台阶高度分别为20cm、30cm和40cm，每个高度持续3min，共9min踏阶运动，上、下台阶的频率为120次/min。采用POLAR心率遥测仪（POLAR Team2，芬兰）监测运动心率并记录运动后3min内的心率。

1.2.2 数据处理

将数据导出后，用IBMSPSS Statistics 20.0软件进行统计学处理，数值以均数±标准差表示，统计方法主要为描述性统计、配对t检验、单因素方差分析，显著性水平定义为p＜0.05。

2 结果与分析

2.1 11～12岁青少年递增负荷运动时运动心率变化特点

表1 11～12岁青少年递增负荷运动时运动心率变化特点

表1数据显示，受试者运动心率随着运动时间、负荷的增加而加快。相邻两个时间点相比较，第一级负荷1min后运动心率明显高于安静心率（p＜0.05），第一级负荷2min、3min后运动心率虽有上升但与前一时刻无明显变化（p＞0.05）；运动至第二级负荷4min时，运动心率明显高于3min时的心率（p＜0.05），5min时运动心率明显高于 4min（p＜0.05），但运动至 6min 时，心率上升未发生显著变化（p＞0.05）；运动至第三级负荷7min时，与6min时心率相比，差异无明显变化（p＞0.05），直到8min后心率上升明显（p＜0.05），9min时达到最大值。

心输出量是评价心泵功能的重要指标，随机体代谢的需要增加而增加。影响心输出量大小的主要因素取决于心率和每搏输出量。青少年时期心脏发育尚未成熟，神经体液调节不平衡，表现为心脏容积体积较小，交感神经占优势，导致搏出量小、心率较快的特点[3]。从图1可以看出，随着运动负荷的递增，运动心率呈上升趋势。在1～3min、3～5min之间心率与运动负荷基本呈线性关系，但这两个时间段斜率不一样，第4min较第3min上升幅度存在显著差异（p＜0.05），出现第一个拐点。笔者认为，该拐点可能与每搏输出量有关。随运动负荷增加心输出量增加，在运动初期心输出量增加主要表现在搏出量增加，当搏出量增加不能满足运动需要时，通过心率加快增加心输出量。因此，该拐点可认为是搏出量拐点，在本实验中相对应心率为139.2±9.5次/min，即11～12岁青少年在此心率范围内进行运动时可以提高心泵功能。当运动至第5～6min时心率上升幅度减慢，出现平台期，即第二个拐点。该拐点与Conconi等[4]、Ballarin 等[5]研究结果相似，即心率上升的曲线中出现平台趋势，Conconi称为心率阈值。张颖等[6]研究表明，心率拐点与乳酸阈在时间上有高度一致性。因此，该心率拐点可以用来评价11～12岁青少年有氧代谢能力的指标。目前，关于心率拐点的生理机制尚不明确。大部分学者认为，该拐点可能与心肌的神经体液调节有关[7]。本实验中该心率拐点对应的心率值为168.6±10.2次/min，即11～12岁青少年运动心率超过此范围时运动的供能方式由有氧代谢转向无氧代谢。第7min后随运动负荷增加线性关系又逐渐呈现，直到最大值。

图1 不同运动负荷与心率变化关系图

2.2 11～12岁青少年递增负荷运动时心率变化率、HRmax%变化特点

运动心率变化率（%）=（运动心率-安静心率）/安静心率×100%，是反映心率储备的重要指标，可作为评价机体心脏功能的指标之一[8-9]。表2数据表明，随运动负荷递增，心率变化率逐渐增加，其中第5、9min较各自前一时刻心率变化率上升幅度明显（p＜0.05）；心率变化率差值表现为第 4、5、6min 之间变化较明显（p＜0.05），其中第 4、5min 差值最大为21.1±6.8%。该变化出现在搏出量拐点之后，进一步说明在第4、5min时机体对运动负荷不适应，只有通过心率加快满足运动需要。

表2 不同负荷等级运动心率变化率、HRmax %均值比较(n=20)

最大心率百分比（HRmax%）是评价运动强度及指导运动锻炼常用指标之一。从表2数据可以看出，HRmax%随运动负荷增加而增加，其中第2、4、5、8、9min上升幅度明显（p＜0.05），与前一时间点差值数据显示，第 4、5、6min 之间变化较明显（p＜0.05），与运动心率变化率差值变化一致，提示11～12岁青少年在4～6min之间负荷运动时心率出现明显动态变化，这可能是青少年发生运动心血管风险的高危时间段。

图2 不同负荷等级运动心率变化率、HRmax%变化

图2显示，11～12岁青少年运动心率变化率、HRmax%均随运动负荷递增而发生变化。在1～3min随HRmax%递增，心率变化率也在增加，但增加幅度不明显，提示此时心输出量增加主要依靠搏出量增加；当运动负荷增至4min时，心率变化率突增，形成第一个拐点。当运动至5min后，心率变化率幅度减缓，出现第二个拐点。心率变化率曲线中出现的两个拐点与心率曲线拐点相对应，进一步反映出11～12岁青少年在递增负荷运动中心率变化特征，为青少年科学运动锻炼提供了有力支持。

2.3 11～12岁青少年最大心率（HRmax）、心率储备比较

表3 11～12岁青少年运动心率相关指标比较(n=20)

HRmax是制定、评价运动强度的重要指标，在运动健身、训练及教学中广泛应用[10]。HRmax常用“220-年龄”的方法进行估算。此公式中年龄是唯一变量，是否适用于所有人群（尤其是青少年人群）受到质疑。张卿华等[11]统计发现，8～18岁间HRmax并非随年龄增加而递减，HRmax的变化也未呈现明显的规律，这可能与此时期生长发育不平衡、神经系统过度调节有关。彭莉等[12]对10名女大学生进行递增负荷至力竭运动的研究中发现，实测平均最大心率比与估算的最大心率低11.6次/min，认为以年龄预测的最大心率可能不够准确。据报道，平均HRmax出现在10岁左右，性成熟后HRmax才随年龄增加而递减。也有学者认为HRmax估算公式不适用于10岁及以下人群，甚至10～17岁青少年。本研究表3数据显示，递增负荷运动中受试者实测HRmax为203.3±5.7次/min，按“220-年龄”估算为208.5±0.5次/min，两者之间差异具有显著性（p＜0.05）。心率储备是HRmax与安静心率的差值，是心泵功能储备的重要组成部分。本研究表明，受试者心率储备实测值明显低于估算值，且差异具有显著性（p＜0.05）。研究结果与前人相似，提示对于11～12岁青少年按“220-年龄”估算HRmax、心率储备及相关指标可能不准确。

3 结论

（1）11～12岁青少年运动心率、心率变化率等指标随运动负荷递增而增加，在递增运动过程中出现两个心率拐点：第一拐点为搏出量拐点，可能与心搏出量最大值有关；第二个拐点为心率拐点，可能与乳酸阈密切相关，可用来评价青少年有氧代谢能力。

（2）对于11～12岁青少年按“220-年龄”估算HRmax、心率储备及相关指标可能不准确，在实际应用中应通过真实测定来确定HRmax。

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［2］万文君.利用心率变化科学设计、监控和评价体育锻炼［J］.广州体育学院学报，2003，23（3）：35-37.

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［4］ Conconi F，Ferrari M，Ziglio P G，et al.Determination of the anaerobic threshold by a noninvasive field test in runners.［J］.Bollettino Della Società Italiana Di Biologia Sperimentale，1980，56（23）：2504-10.

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［6］张颖，赵克勇.青少年足球运动员在递增负荷运动中各生理指标的变化研究及应用 ［J］.武汉体育学院学报，2012，46（9）：78-82.

［7］张立，刘新黎.足球运动员CONCONI测试中心率拐点的形成及与个体乳酸阈和最大有氧速度之间的关系［J］.北京体育大学学报，2003，26（5）：617-619.

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Study on Heart Rate Change in Step Movements among Adolescents

WEN Jian-fei，WANG Qiang，YUAN Yu-peng
（Hefei Normal University，Hefei 230601，China）

20 male students from Hefei primary school were selected to participate in 3 groups of step movements exercise.The height of the steps were 20cm，30cm and 40cm，each of which would make 3min step movement，and in total 9min exercise.The Team2 POLAR heart rate telemetry instrument would collected in real time the heart rate of adolescents.This study is to observe the changes of heart rate in 11 ～ 12 years old adolescents under graded exercise，and to provide the basis for scientific exercise.The results showed that the adolescents’HR，change of heart rate（%）and%HRmaxchanges with increase of load and time of exercise，compared with the previous time points，1，4，5，8，9min’s exercise heart rate increased significantly （P＜0.05）；5，9min’s change of heart rate（%）was significant（P＜0.05），2，4，5，8，9%HRmaxrise significantly（P＜0.05）.In conclusion，11 to 12 year olds’heart rate variation curve in incremental exercise shows two deflection points，which are stroke volume and heart rate deflection point.Besides，for adolescents aged 11 to 12，it may be not accurate to estimate HRmaxand heart rate reserve using220-age estimation.

incremental exercise；change of heart rate；heart rate deflection point

G804.21

A

1674-3229（2017）04-0097-03

2017-09-12

安徽省2015年度高校人文社科重点项目 （SK2015A472）；合肥师范学院2015年度科研团队专项（2015TD12）

闻剑飞（1982-），男，硕士，合肥师范学院体育科学学院讲师，研究方向：体育保健与康复。