心率变异性指标RMSSD和TLHRV在持续性运动训练负荷监控中的有效性研究

赵海燕 王林霞 赵德峰 梁世雷 王晨

1上海体育科学研究所（上海 200030）

2汕尾职业技术学院（广东汕尾 516600）

运动训练的目的就是通过调控训练负荷，使运动员的运动能力不断提高，进而提高竞技能力和运动成绩，即运动训练最重要的控制内容就是训练负荷。随着运动员竞技水平的不断提高，教练员愈发趋向于对训练的精细化控制，亦越来越意识到训练负荷定量化的重要性，但是由于运动员个体的差异性，即使是相同的训练负荷，不同运动员的身体内部反应（内部负荷）也会有所不同[1-3]，寻找一些可以精确反映运动员内部负荷的生理指标，为教练员制定个性化的训练方案提供客观依据是提高训练水平的关键所在。目前国内外评价训练负荷的指标有多种，其中最为传统同时也是应用最广泛的指标是心率和血乳酸（blood lactic acid,BLA），这两个指标虽然可以较客观的评价运动负荷强度，但不能量化负荷量。训练冲量（training impulse,TRIMP）是1991年由Banister等人[4]提出的一个衡量运动负荷的指标，综合考虑到了运动时间、运动强度以及其他一些因素。研究已经表明TRIMP反映的是机体所能承受的实际运动负荷，是机体对于外部负荷的综合反映。Banister等人[4]最初提出的TRIMP是非常适合耐力训练负荷的评定指标，经过Edwards、Lucia、Foster、Stagno、Manzi等人的不断修订[5-9]，TRIMP现已逐渐应用于持续性运动项目、集体对抗性项目的运动负荷监控。使用TRIMP值计算方程需要准确测量运动中的心率、最大心率或者呼吸代偿点心率等，由于这些指标的测定程序复杂，测试时间长，对实验设备具有较高要求，同时，这些指标会随着运动员的运动能力等因素的变化而不断变化，需要经常进行测试；而对于集体对抗性项目训练中激烈的对抗经常会造成心率表误停、心率带滑落等问题，进而无法采集到一堂训练课完整的运动中心率等等，这些因素限制了该指标在训练负荷监控中的应用。

近20年来，心率变异性分析作为一种非侵入性的检测自主神经兴奋性的方法已广泛的应用于临床研究，心率变异性指标对疲劳、生理和心理压力等反应非常敏感[10-12]，可以应用于监控不同运动员对各种训练负荷的身体内部反应[13,14]。近些年研究的热点主要聚焦于不同训练计划与训练后心率变异性指标的变化关系方面[15-17]。研究结果表明运动后的心率变异性相关指标可能用于客观评估训练负荷[15,18]。Saboul[19]等人定义了一个基于心率变异性量化训练负荷的新指标心率变异性指数（heart rate variability index，TLHRV），TLHRV方程使用心脏相邻心跳间期差值均方的平方根（root mean square successive difference，RMSSD）和运动持续时间计算运动负荷，并认为TLHRV是一个客观合理的量化训练负荷的指标。有研究表明心率变异性频域指标在专业运动员中可靠性低[20,21]，然而RMSSD反映了相邻心跳间的差异，是一个对短时、高频心动周期搏动敏感的心率变异性时域指标[22]，对可以短时、迅速调节窦性心律的迷走神经活动非常敏感[23]，被广泛的应用于运动生理学领域。

综上，本研究旨在分析不同强度的持续性运动运动后的RMSSD指标的变化，TLHRV与TRIMP值的相关性以及一致性，探讨并论证RMSSD和TLHRV监控运动员持续性运动训练负荷的有效性。

1 研究对象和方法

1.1 研究对象

研究对象为14名上海市健将级职业女子足球运动员，年龄22.9±2.0岁，身高168.6±4.6 cm，体重60.1±6.3 kg，专业训练年限12.9±1.6年。所有的受试者均健康，没有心脑血管疾病和伤病。

1.2 实验仪器与方法

1.2.1 实验仪器

本研究使用意大利跑步机COSMED T150进行运动测试，最大摄氧量测试仪器采用意大利COSMED Quark PFT ergo；心率变异性的测量仪器采用意大利HOSAND MINI Cardio Professional Model，软件为HOSAND MC Soft；采用芬兰SUUNTO T6d记录运动中心率；采用日本便携式血乳酸分析仪LT-1710测试血乳酸。

1.2.2 实验方法

1.2.2.1 最大摄氧量速度测试

测试在实验室进行，14名受试者在试验开始前2小时均未进行过大强度运动。受试者以6 km/h的速度在跑步机上进行5 min的热身运动后，带好气体分析面罩和心率表，在跑步机上以起始速度为8 km/h（坡度0.5°），每3 min递增1 km/h的方式进行递增负荷运动，直至力竭，采集运动结束后即刻的血乳酸，并记录运动中出现的最大心率（maximum heart rate,HRmax）以及力竭时的运动速度和该速度下的运动持续时间。力竭必须同时满足以下三个条件：受试者运动结束后即刻的血乳酸值大于8 mmol/l，心率大于180次/min，呼吸商（respiratory quotient，R）超过或接近1.1。最大摄氧量速度（maximal velocity of the graded maximal test，vVO2max）定义为测试中出现的最大速度，如果该速度没有持续3 min，则用上一级的速度（last completed velocity，vlast）和运动中最大速度持续的时间（t，min）按以下公式进行计算：vVO2max=vlast+t/3[24]。

1.2.2.2 实验方案

最大摄氧量速度测试结束后至少间隔2天，受试者回到实验室开始2种不同强度的运动测试。14名受试者在测试前2天均未进行过大强度运动。每名受试者均需完成2组测试，两组测试之间至少相隔2天。两组测试均包括1个5 min的心率变异性（heart rate variability，HRV）基线测试，60%vVO2max强度下1 km的热身跑，60%（或85%）vVO2max强度下3 km跑和35 min的坐位恢复。

图1 测试程序

使用MINI Cardio收集受试者安静状态下坐位5 min 的HRV基线数据[Pre5（-5～0 min）]；LT-1710血乳酸分析仪测试安静时血乳酸；SUUNTO T6d心率表全程监控受试者运动中的心率。受试者在60%vVO2max下进行1km的热身跑，待心率下降至100跳以下时，开始正式运动测试。受试者在60%（或85%）vVO2max强度下运动3 km，跑至3 km时采集血乳酸。跑动结束后用MINI cardio收集运动后坐位5分钟[Post5（5～10 min）]和 30分钟[Post30（30～35 min）]的HRV数据，收集HRV数据期间和恢复阶段受试者禁止说话和移动。测试结束后用该设备配备的MCSOFT软件把数据传输至电脑，并进行数据分析。

1.2.2.3 测试指标

本研究中采用的评价指标如下：

Pre5 RMSSD：安静状态下5min的RMSSD

Post5 RMSSD：运动后恢复阶段5～10min的RMSSD

Post30 RMSSD：运动后恢复阶段30～35min的RMSSD

TRIMP：采用Banister的方程[4]计算的训练冲量

TLHRV：采用Saboul等人[19]定义的量化训练负荷的方程计算

注：T=运动持续时间（min），Pre5:安静状态下5 min的RMSSD，Post5：运动后恢复阶段5～10 min的RMSSD，Post30：运动后恢复阶段30～35 min的RMSSD

由于TRIMP和TLHRV具有不同的单位，所以采用Saboul等人[19]的百分比转换方法计算两种方法中每个人的训练负荷,并用TLHRV%和 TRIMP%表示。

BLA:血乳酸

1.3 统计分析

所有数据采用SPSS17.0 for windows和MedCalc1 Veision17.2软件进行处理，数据以平均值 ±标准差（Mean±SD）表示。本研究中采用S-W检验（Shapiro-Wilk-Test），配对样本t检验（Paired-SamplestTest），皮尔森积差相关分析（Pearson’s Correlation Analysis），斯皮尔曼相关分析（Spearman Rank Correlation Analysis）、Bland-Altman法对相关数据进行处理，统计显著性水平选取双侧0.05。

2 研究结果

2.1 最大摄氧量速度测试结果

在最大摄氧量速度测试中，14名受试者力竭时即刻心率均大于180次/min，即刻的血乳酸值均大于8 mmol/l，R值均超过1.1，且测试中受试者已经发挥最大能力，经鼓励后仍无法保持负荷，说明测试结束时受试者均已达到最大有氧能力。14名受试者的最大摄氧量速度和恒定强度运动测试的速度见表1。

表1 受试者最大摄氧量速度测试结果和不同强度运动测试的速度

2.2 不同强度的跑台运动测试结果

2.2.1 测试指标正态分布检验结果

本研究采用S-W检验进行数据的正态分布检验，检验结果显示，60%vVO2max即刻的BLA不服从正态分布，其余指标均服从正态分布（P＜0.01，见表2）。

表2 RMSSD、TLHRV、TRIMP等测试值正态分布结果

2.2.2 运动后RMSSD指标的变化

配对t检验结果显示，在60%vVO2max和85%vVO2max强度的运动中，Post5 RMSSD较Pre5 RMSSD均出现了显著性降低（P≤0.01），Post30 RMSSD 较Post5 RMSSD均出现了显著性的增加（P≤0.01）；60%vVO2max与85%vVO2max相比，60%vVO2max强度下Post5 RMSSD和Post30 RMSSD均显著高于85%vVO2max（P≤0.01）；在 60%vVO2max强度下，Post30 RMSSD和Pre5 RMSSD无显著差异，而85%vVO2max强度下的Post30 RMSSD显著低于Pre5 RMSSD。

表3 不同强度下的RMSSD指标变化比较

2.2.3 运动后RMSSD与BLABLA的相关性

相关分析结果显示，Post5 RMSSD和BLA在60%vVO2max和85%vVO2max强度运动后无显著相关性（P＞0.05，见表4）。

表4 Post5 RMSSD与BLA相关分析结果

2.2.4 TLHRV和TRIMP两种训练负荷评价方法的一致性分析

配对样本t检验结果显示，在60%vVO2max和85%vVO2max强度下TLHRV%和TRIMP%均值无显著性差异（P＞0.05，见表5）。相关分析结果显示，TLHRV与TRIMP相关（r=0.387；P≤0.05，见表6）。Bland-Altman检验结果显示，TLHRV%和TRIMP%的差值符合正态分布（P＞0.05），可以使用Bland-Altman检验判断两组数据的一致性。从图2和图3中可以看出两个强度的均值偏差非常接近0，14个点在d线上下分布均匀，且全部落在一致性界限内。

表5 TLHRV%与TRIMP%配对样本t检验结果

表6 TLHRV与TRIMP相关分析结果

图2 60%VVO2max TLHRV%与TRIMP%B-A散点图

图3 85%VVO2max TLHRV%与TRIMP%B-A散点图

3 讨论

3.1 运动后的RMSSD与运动强度的关系

本研究以健将级职业女子足球运动员为研究对象，检测了受试者以两种不同强度在跑步机上运动后HRV指标与运动负荷的关系。实验结果显示，运动后的RMSSD可以反应出60%vVO2max和85%vVO2max运动强度的变化，60%vVO2max和85%vVO2max的Post5 RMSSD均显著低于Pre5 RMSSD，且85%vVO2max的Post5 RMSSD显著低于60%vVO2max，说明Post5 RMSSD可以反应运动强度的变化。这与Saboul等人[19]的研究结果相一致。Saboul等人[19]发现在70%vVO2max、85%vVO2max、95%vVO2max、100%vVO2max四个强度下Post5 RMSSD均显著低于Pre5 RMSSD，且随着运动强度的升高Post5 RMSSD依次降低。

黄彩华等人[25]研究发现运动后的RMSSD不仅显著下降，而且还与反映负荷强度的生化指标BLA的升高呈显著负相关。而本研究实验数据显示，60%vVO2max和85%vVO2max强度的Post5 RMSSD与血乳酸浓度均无显著性相关。实验中不同的运动方式可能是造成不同的数据分析结果的原因，黄彩华等人[25]的研究中测试的内容是散打运动员队内的教学比赛，运动方式为短时间高强度间歇运动，而本研究中的运动方式为恒定强度持续运动。Kaikkonen等人[15,18]分别对这两种运动方式的HRV指标变化进行了研究，但并未分析HRV时域指标的变化情况；Saboul等人[19]的研究中虽然分析了运动后RMSSD的变化，但未对BLA进行测试，所以本研究认为，不同运动方式可能会影响运动后BLA与RMSSD的相关性，该研究结论还有待进一步实验论证。

3.2 TLHRV与运动负荷

运动训练监控的关键是对运动负荷的定量化测量。因TRIMP可以准确量化运动负荷，已在集体项目[26-27]和持续性运动项目[28-30]的训练负荷监控中使用。然而目前TRIMP在训练实践中的应用，依然存在一些问题。

其中一个核心问题是对运动强度区间的准确划分。不论是最初由Banister提出的TRIMP计算模型，还是之后经过Edwards、Lucia、Stagno、Manzi等人不断修订[5-9]后的模型，均采用心率作为计算运动强度的指标。Banister、Edwards、Stagno、Manzi计算模型均是以个人的最大心率划分运动强度区间，Lucia计算模型以达到呼吸代偿点和通气阈时的心率划分运动强度区间，因此，准确的确定个人最大心率或呼吸代偿点和通气阈时的心率是确保TRIMP准确量化运动负荷的基础。文献已报道最大心率的实测值与以年龄进行的估算值之间具有显著性差异，且无相关性[31]，在运动实践中实际应用最大心率和其相关指标时，应通过实验测量来确定不同个体的最大心率值。然而最大心率、呼吸补偿点和通气阈值时的心率测定程序复杂，测试时间长，对实验设备、实验人员均具有较高要求。最大心率、呼吸补偿点和通气阈值亦会随着运动训练、停训、年龄等因素的变化而变化，为保证计算结果的准确性，在运动训练负荷监控的过程中必须经常对上述指标进行测试，这些因素的存在，使TRIMP值在运动实践中的应用受到限制。

而心率变异性可以反映自主神经系统活性，定量评估心脏交感神经与迷走神经的张力及平衡性，能更加客观的反映运动员机体对运动负荷的反应，测量具有简便、无创性特点[32-33]，可能是评估运动负荷的一个有价值的指标。Saboul[19]等人于2015年以心率变异性时域指标RMSSD定义了一个量化训练负荷的新指标TLHRV，并认为TLHRV是一个客观合理的量化训练负荷的指标。与TRIMP相比较，TLHRV测量更简单、方便、实用，目前国内外体育科学界尚无其它研究使用TLHRV量化运动负荷的报道。因此本研究选取了已经经过验证的评价训练负荷的指标Banister训练冲量作为参考，研究和论证TLHRV是否可以用于运动员不同强度持续性运动的运动负荷监控。实验结果显示，TLHRV和TRIMP两种评价训练负荷的方法之间具有正相关，且Bland-Altman检验结果显示，两组测量数据在60%vVO2max和85%vVO2max强度具有较好的一致性，也就是说两种测量方法此时具有较好的可替代性，进一步论证了Saboul等人[19]的研究结论。

本研究研究对象为职业运动队足球运动员，由于运动队训练安排、比赛等因素的影响，在实验方案设计上受到一定的限制，本研究仅就HRV指标评价两个中、高强度（60%vVO2max和85%vVO2max）的持续性运动训练负荷的有效性进行了研究，研究结论可能存在一定的局限性，在未来的研究中，还需针对HRV指标在更广泛的运动强度及运动方式，如间歇性运动、抗阻运动的训练负荷监控有效性方面进行进一步的研究论证。

4 结论

运动后即刻的HRV时域指标Post5 RMSSD可以评价运动员持续性运动的运动强度；TLHRV评价运动员的运动负荷与TRIMP具有较好的一致性，可以应用于运动员不同强度的持续性运动训练负荷的监控。