心率变异性监控运动性疲劳的研究进展

杨珊珊, 谭雅兮, 刘耀天

(四川师范大学 体育学院,四川 成都 610101)

在竞技体育竞争日益激烈的背景下,高强度、大运动量的训练是提高运动成绩的重要手段。值得关注的是,高强度、大运动量的训练必然引起运动性疲劳[1]。一旦运动员超负荷运动,机体将出现肌力下降且收缩速度减慢、工作能力和活动能力下降的状态,继而影响运动员的竞赛成绩。因此,对运动性疲劳的监控研究至关重要。

近年来,在众多监控运动性疲劳的指标中,较受关注的是无创性心电监测指标之一的心率变异性(Heart Rate Variability,HRV)[2-6]。其通过交感神经和副交感神经控制心脏,当机体出现疲劳时,自主神经系统的相互作用失去平衡,心跳节律和心血管系统功能紊乱,最终表现出心率变异性的变化[5]。心率变异性对自主神经系统功能变化的敏感性,使其在运动性疲劳诊断中具有科学性和可能性[6]。HRV直接反映的是应激水平,在严格的约束条件下,HRV可以反映被动疲劳程度;随着被动疲劳程度的增加,通常HRV升高,心率(Heart Rate,HR)降低,这可能是生理抑制性保护作用的结果[7]。

心率变异性作为监控运动性疲劳的重要生理指标,能通过其变化调整训练方式及负荷强度,从而为运动员的竞技能力与竞技成绩的提高提供有力的保障及科学化、数据化的依据,因此,它在运动性疲劳诊断中具有很高的应用价值和前景。

目前,心率变异性分析分为线形和非线形分析法,线形分析法又包括时域和频域分析(表1)。

表1 心率变异性常用分析指标[8-9]

注：心动周期(Respiration Rate,RR);平均心动周期的标准差(Standard Deviation of the NN interval,SDNN);相邻心动周期差值的均方根(Root Mean Square of SDs between adjacent NN intervals,RMSSD);相邻心动周期差值大于50 ms的个数占总心跳次数的百分比(Percentage of successive interval differences larger than 50 ms,PNN50)

1 不同运动强度下心率变异性的变化

当前以心率变异性(HRV)作为监控运动性疲劳的可靠指标为热点话题,国内外众多学者通过大量实验,探究了不同运动强度下心率变异性的变化情况。研究最早以7名中等距离跑步运动员为实验对象,进行周期训练(连续3周大负荷训练,1周休息),用心率变异性来评估自主神经系统的变化,得出结论,心率变异性与静息心率相比,能更好地反映身体的疲劳程度;大负荷训练过程中,交感神经活动相对于副交感神经更占主导性[10]。随后出现大强度运动对心率变异性的影响的研究,通过实验得出结论,随着运动强度的递增,Hfn值增大,Lfn值减小[8,11]。后有学者为探讨田径运动员心率变异性的正常值及心率变异性的重复性,采用动态心电图监测技术对21名田径运动员动态心电图进行心率变异性时域、频域分析及重复性检验。结果表明:心率变异时域和频域各参数2次测定平均值除平均心率(MeanHR)、平均心率的标准差(Std Dev)和平均心动周期(Mean RR)外(P<0.05),其余参数均无显著性差异(P>0.05)。各参数2次测定的平均值除最低心率为显著相关外(r= 0.54,P<0.05),其余各参数均为高度显著相关(r=0.63～0.90,P<0.001)。与迷走神经张力变化有关的各参数RMSSD、PNN50、高频功率(HF)之间亦呈高度显著相关(r=0.82～0.95,P<0.001),此为田径运动员心率变异性提供了正常参考值[12]。

国外有学者为监测高水平运动员的训练强度与训练适应,选用心率变异性作为监测指标。实验结果表明:人体心脏受交感神经和副交感神经的双重支配,交感神经与副交感神经起到拮抗作用[13]。另有研究选取少年与成年男子各10名业余跑运动员为受试者,观察一次急性耐力运动后运动员的心率变异性的变化特征。得出结论:一次急性耐力运动后心率变异性出现短暂抑制现象,少年受试者HRV降低幅度比成年受试者低。这可能与发育成熟度不同有关,急性运动后HRV变化可能是运动适应的生理表现[14]。

近来有学者为探求不同柔道训练负荷对心率变异性的影响,选取14名男性国家柔道运动员为实验对象,将其随机分成2组,分别采取高强度和中等强度的训练,观察2组运动员心率变异性的变化。实验结果表明:高强度训练负荷的柔道运动员,其自主神经系统的相互作用失去平衡,副交感神经的控制减弱[15]。

综上所述,国内外已有部分运动训练科学研究将心率变异性作为监控运动性疲劳的可靠指标,依据运动员心率变异性的变化,调整其训练方式及负荷强度,为提高运动员的竞技能力和竞技水平提供有力保障。

2 心率变异性预防运动性疲劳

运动员过度训练往往导致运动性疲劳,HRV的频域指标总频功率(TP)、LF、HF和时域指标RMSSD、SDNN会出现明显下降,同时机体出现自主神经系统功能紊乱和失衡的状态,因此,以HRV监控、指导运动训练尤为重要[16]。

有学者为探究心率变异性反馈训练对运动员心理疲劳的调节作用,以省队高水平运动员为实验对象,采取心率变异性反馈训练,且对心理疲劳进行监控。得出结论:心率变异性反馈训练能有效提高运动员的放松能力,且有助于预防运动员的心理疲劳[17]。另有研究对中国队女足运动员的高原训练进行心率变异性监控,用以辅助评价运动员身体机能状态和预防运动性疲劳。应用以心率变异性检测为原理的便携式疲劳诊断仪结合常用血生化指标,在集训前、上高原2天、上高原2周及下高原2天,分别对女足运动员机能状态进行监测和比较分析。得出结论:以心率变异性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,其与血液指标相结合,可全面监控身体状态,特别对于提示早期疲劳具有一定的应用价值[18]。再有研究为探讨心率变异性评估疗养飞行员生物反馈训练效果,为航空心理训练提供依据。其通过多参数生物反馈仪对飞行员进行训练和心率变异性监控,获得实验结论:心率变异性能有效评估疗养飞行员生物反馈训练的效果,并有助于预防疗养飞行员运动性疲劳[19]。

综上所述,虽有部分研究将心率变异性应用在运动训练中以预防运动性疲劳,显示出一定的可行性,但还需依靠广泛的实验研究,验证心率变异性是否能完全运用在监控和预防由不同运动类型所产生的疲劳。

3 心率变异性指导运动训练

有学者以优秀举重运动员为实验对象,为提高其心率变异性调节交感和副交感神经的功能,采用合理标准化的技术干预举重训练恢复。结果显示:心率变异性可提高竞技举重运动员的训练效果,降低主观质量感,避免焦虑等心理,提升机体免疫能力和训练成绩[20]。为了探讨递增负荷下竞技健美操运动员的心率变异性,采用电子跑台递增负荷的测试方法,利用芬兰心率遥测仪(Polar RS800) 远程对运动员整个运动过程心率变异性时域、频域进行遥测及分析。得出实验结论:心率变异性指标可以作为一个监测运动效果的有效指标,并进一步为量化运动训练做出初步的尝试[21]。除此之外,有研究为探讨运动竞赛焦虑与心率变异性的相关关系,通过对12名男性青少年自行车运动员进行长达10个月的跟踪调查。结果显示:心率变异性对运动竞赛焦虑的监控具有重要作用,焦虑总分、躯体焦虑因子、认知焦虑因子与HRV指标呈现显著的相关性。其中,心率变异性指标TP、SDNN与运动竞赛焦虑量表中各因子均呈负相关,而LF与焦虑总分、躯体焦虑呈显著正相关。最终得出结论:运动竞赛焦虑与自行车运动员的心率变异性有显著的相关性,HRV可以用来评价总体的焦虑水平,从而及时了解运动员的心理状况。根据运动员的运动竞赛特点,实施相应的心理训练,使运动员能够在紧张激烈的比赛中将所产生的焦虑状态适当降低,为运动员发挥相应的竞技水平提供理论依据[22]。国外有研究依据自主神经系统活动的数据,制订出科学可行的训练方案[23]。还有一项研究选取了8名排球运动员为实验对象,使用HRV方法控制自主神经系统,最终得出实验结论:通过HRV频谱分析,若运动员的自主神经系统活动一直较高时,可增加训练强度,反之亦然[11,24]。

越来越多的实验表明,心率变异性的研究在多种运动上具有较为普遍的指导意义。对心率变异性多项指标的监控,一方面能使教练员初步了解和把握运动员的心理状况,通过改变训练节奏,及时调整运动员的心理;另一方面,在运动项目的训练方法及负荷强度上能得到及时且有效的反馈,使教练员和运动员对训练效果都有清晰的认识。

4 小结

国内外学者虽已做了大量实验探究,证明心率变异性是监控运动性疲劳、提高训练水平和竞技成绩的重要手段,也是提升运动员心理承压能力的重要指标依据,但目前尚缺少针对心率变异性监控运动性疲劳的系统化研究。除此之外,能否通过对心率变异性相关指标的监控,初步判断运动员是否使用疲劳抑制类药物,也可作为一个研究方向,进行深入研究。