长期以耐力运动为主锻炼健康青年男性心脏自主神经功能的变化*

李天义 王金之 徐 琳 杨 靖 马继政

长期以耐力运动为主锻炼健康青年男性心脏自主神经功能的变化*

李天义1,2王金之2徐 琳2杨 靖2马继政2

（1.金陵科技学院体育部， 江苏 南京 211169；2.陆军工程大学军事运动科学研究中心，江苏 南京 211101）

【目的】评定长期（3年）以耐力运动为主锻炼对自主神经功能的影响。【方法】 157名经过训练的健康男性学员作为研究对象，133名未经训练的健康男性学员作为对照组，分别记录安静状态的RR间期，并进行心率变异（HRV）分析。【结果】与对照组相比，经过3年锻炼健康青年安静HR均值显著降低（＜ 0.05），HF均值显著升高（＜ 0.05），LF/HF均值显著降低（＜ 0.05）；与对照组相比，RMSSD、SDNN和SDNN/HR均值均显著升高（＜ 0.05）。【结论】整体上，HRV 提高。长期充分、适宜有氧耐力训练有助于提高和维持健康青年心肺的适应能力。

有氧耐力练习；自主神经功能；心率变异

常规的锻炼可通过心血管系统的中枢和外周机制，促进功能和结构发生改变[1]。运动员安静时的心率过缓，通常被认为是训练效果的一个标志物[2]，其变化和心脏自主和非自主适应有关[3]。运动员交感-迷走神经平衡的典型表现为副交感活性占据主导作用[4]。

心脏自主的控制可通过检测心率变异（Heart rate variability，HRV）来进行评定。HRV是一个无创的技术，可用于评估RR间期的瞬时变动。HRV指标的变化表明自主神经系统可应答多样生理和环境上的刺激，例如呼吸、锻炼、精神压力、血流动力学和代谢上的变化、睡眠、体位等。一些因素，如体适能的水平、运动经历、练习的强度、训练的计划影响生理和情感（焦虑、赛前应激）方面的变化，可改变自主应答[5]。

目前研究认为，HRV功率谱能够更为精确地反映自主神经系统在心脏水平的调节，尽管，目前对HRV的神经调节机制还不十分清楚。但在竞技体育HRV已广泛用于调整训练的负荷、诊断和预防疲劳、评定过度训练以及有氧能力[3-5]。目前，尚不清楚，普通人群长期运动对心脏自主功能产生的影响。因此，本研究评估长期有氧耐力锻炼（3年）对普通人群心脏自主调节产生的影响，为日常精准运动锻炼计划提供依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

研究对象为157名经过训练的健康男性学员(年龄：21.30±0.41岁；身高：174.39±5.42cm；体重：66.47±6.49kg；体指数：21.60±3.42kg/m2)；训练年限3年，但无器械力量训练历史。所有测试者均无疾病史、吸烟史和酗酒史，有规律参加耐力性锻炼（每周锻炼2-4次，每次训练时间>45min），排除超重或偏瘦的学员，排除标准为体指数（BMI）：BMI<18.5或BMI>24.0。另外，133名未经训练的健康男性学员(年龄：18.16±0.61岁；身高：175.20±4.39cm；体重：67.36±7.21kg；体指数：21.28±1.52kg/m2)作为对照组。

1.2 研究方法和和指标

利用Firstbeat团队心率仪（Finland）记录RR间期：10min安静状态（卧位），并利用Firstbeat SPORTS 系统 （version 4.4.0.2, Firstbeat Technologies Ltd., Jyväskylä, Finlan）进行分析，数据采集的时间为安静状态后5min（5-10 min）。实验室室温为22℃-26℃，湿度为50%-56%。

研究指标为心率和心率变异（HRV）的时域指标和频域指标。时域指标包括全程相邻NN间期之差的均方根值（RMSSD），单位为ms；全部NN间期的标准差（SDNN）；SDNN/HR。频域指标包括低频（LF），单位为ms2，频谱范围：0.04–0.15Hz；高频（HF），单位为ms2，频谱范围：0.15–0.40Hz以及LF/HF。

1.3 数据统计处理

2 结果

2.1 长期锻炼安静状态下HR和HRV时域指标的变化

与对照组相比，安静HR均值显著降低（＜0.05），HF均值显著升高（＜0.05），LF/HF均值显著降低（＜0.05）。LF均值有升高但无明显差异（0.05）数据见表1。

表1 未锻炼和长期锻炼安静状态HR和HRV时域指标（±s）

与未锻炼相比，＜0.05，下同

2.2 长期锻炼安静状态HRV频率指标的变化

与对照组相比，RMSSD、SDNN和SDNN/HR均值均显著升高（＜0.05）。数据见表2。

表2 未锻炼和长期锻炼安静状态安静期间HRV频域指标（±s）

3 讨论

运动锻炼是健康生活方式一个重要的组成部分。长期训练运动员可对心血管系统产生良性影响，其中之一和自主神经系统的适应有关。类似于运动员，整体上，普通人群长期锻炼HR下降，HF和RMSSD增加。部分原因和孤束核、延髓头端腹外侧、下丘脑室旁核控制能力提高有关[1]，这一生理上的适应可提高副交感神经的活性，从而提高HRV。自主神经系统有2个不同的分支，副交感神经系统和交感神经系统，其功能相反，相互平衡，从而为重要的器官提供心输出量，受体位变化、温度和运动所影响[6]。运动时，心血管系统的应答受前馈控制，即“中枢指令”，涉及到脑部区域。持续运动，来自于收缩肌群的机械和代谢信号提供反馈至脑部的心血管中心，称为“运动压力反射”，从而严格平衡系统氧的传递和代谢需求。此外，动脉压力感受器传递信号至脑部的心血管中心，调节副交感神经系统和交感神经系统活动，并受“运动压力反射”所调控[6]。

副交感和交感神经活性比率受运动类型，身体能力水平以及心肺压力感受器的负荷所影响。不同类型的急性运动其变化是不同的[7-11]。一般认为其活性逐渐由副交感功能向交感功能转变。副交感功能降低可用HRV展示出来，随着强度的增加，HF逐渐下降[12]。例如，动力性的自行车运动，其比率由安静状态4:1，可在65%最大强度运动时减少为1:1，在75%最大强度时为1:4[13]。此外，尽管急性力量练习可提高HR，但其程度是有限的[14]。

有氧耐力训练通常指的是利用大肌群工作的能力，如步行、跑步、自行车、划船、游泳等。一般认为持续时间超过10min，练习强度为中-高（60-80%最大HR）即为有氧练习[6]。长期有氧锻炼导致HR下降应归因于长期的适应。尽管急性运动和长期运动HR变化之间的联系尚不确定。但短期和长期锻炼均可观察到运动上的益处。在运动时中枢指令和运动压力反射是决定心肺应答的关键因素，这些前反馈和反馈信号的相互作用和交感神经、副交感神经的长期调整有关[1,6]。

无活动和交感神经活性增加有关，短暂卧床或宇宙飞行副交感神经活动下降，交感神经系统的活性增加[15]，但有氧耐力训练基础副交感神经活性的下降，主要和中枢神经系统区域控制交感输出上的适应有关[16]。另外，运动可通过髓质核系统促进交感抑制，来调控心血管系统[16]。低静息的交感输出和高静息的副交感输出是脑部心肺中枢长期重构的结果[17]。

利用HRV分析，研究表明长期运动副交感的调节增加。运动类型、训练量和强度均影响HRV的变化。通常，长持续或强度大于85%可提高健康人员HRV（更多迷走上的调节）[18]。老年群体练习负荷和HRV的提高存在线性相关[19]。另外，研究表明一周大于4次有强度的有氧练习，持续超过45min，可最佳化心脏的健康，持续时间超过6个月，静息心率和次最大强度运动，HR可降低5-20次[20]。本研究受试对象的负荷基本达到这一标准，较大规模研究结果显示长期锻炼（3年）表明HR显著下降，HRV显著提高。对于有氧能力的提高，高迷走神经上的调节是需要的。此外，研究发现力量练习对HRV的影响并不明显[21]，可能和力量训练本身的特点有关，大程度施加于骨骼肌，而不是心肺。但8周力量和耐力组合训练HRV表现为耐力样的变化[22]，6周基础运动技能训练，同样可提高HRV[23]。上述研究表明运动方式中存在耐力性的活动时，心肺代谢能力方面的适应较为明显。

当前，心肺适应能力是预测心血管疾病重要指标之一，心肺能力的提高可降低心血管疾病的潜在风险，本研究结果表明充分、适宜有氧耐力训练有助于提高和维持健康青年心肺的适应能力。

[1]Michelini LC, Stern JE. Exercise-induced neuronal plasticityin central autonomic networks: Role in cardiovascularcontrol[J].ExpPhysiol,2009,94(9):947-960.

[2]Dixon EM, Kamath MV, McCartney N, et al. Neuralregulation of heart rate variability in endurance athletesand sedentary controls[J]. Cardiovasc Res, 1992,26(7):713-719.

[3]Aubert AE, Seps B, Beckers F. Heart rate variability inathletes[J].Sports Med, 2003,33(12):889-919.

[4]Bellenger CR, Fuller JT, Thomson RL, et al.Monitoring athletic training status throughautonomic heart rate regulation: a systematicreview and meta-analysis[J].Sports Med, 2016，46(10):1461-1486.

[5]da Silva VP, de Oliveira NA, Silveira H, et al.Heart rate variability indexes as a marker of chronic adaptation in athletes: a systematic review[J]. Ann Noninvasive Electrocardiol, 2015,20(2):108-118.

[6]Perez-Quilis C, Kingsley JD, Malkani K, et al. Modulation of Heart Rate by Acute or Chronic Aerobic Exercise. Potential Effects on Blood Pressure Control[J]. Curr Pharm Des,2017,23(31):4650-4657.

[7]丁明超,胡斐,王增刚,等.热环境下大强度的无氧间歇和有氧组合练习次序对恢复期心脏自主神经功能和温度的影响[J].军事体育学报,2018,37(1):116-120.

[8]胡斐,徐盛嘉,沈铭彬,等.大强度的无氧间歇练习、有氧耐力练习及其组合练习的次序对恢复期心脏自主神经功能的影响[J].体育科研,2017,38(6):87-92.

[9]胡斐,王金之,黄佩玲,等.不同负重量站立30min对健康青年心脏自主神经功能的影响[J].中国应用生理学杂志,2017,33(2):193-196.

[10]王增刚,胡斐,徐盛嘉,等.18 km中等强度负重行军对心脏自主神经功能的影响[J].军事体育学报,2018,37(1):112-115.

[11]胡斐,徐盛嘉,王晓磊,等.力量和耐力组合训练对青年男性心脏自主神经功能影响的研究[J].辽宁体育科技,2018,40(2):48-53.

[12]Mendonca GV, Fernhall B, Heffernan KS, Pereira FD. Spectralmethods of heart rate variability analysis during dynamic exercise[J].ClinAuton Res, 2009,19(4): 237-245.

[13]White DW, Raven PB. Autonomic neural control of heart rateduring dynamic exercise: Revisited[J]. J Physiol 2014,592(12):2491-2500.

[14]于文兵,高丽丽,李天义,等.三种力量训练方案对健康青年心脏自主神经功能的影响[J].中国康复医学杂志,2017,32(5):548-553.

[15]Hughson RL, Shoemaker JK. Autonomic responses to exercise: deconditioning/inactivity[J]. AutonNeurosci,2015（188）:32-35.

[16]Leosco D, Parisi V, Femminella GD, et al. Effects of exercisetraining on cardiovascular adrenergic system[J]. Front Physiol,2013（4）：348.

[17]Nelson AJ, Juraska JM, Musch TI, Iwamoto GA. Neuroplasticadaptations to exercise: Neuronal remodeling in cardiorespiratoryand locomotor areas[J]. J ApplPhysiol (1985),2005,99(6):2312-2322.

[18]al-Ani M, Munir SM, White M, Townend J, Coote JH. Changes inR-R variability before and after endurance training measured bypower spectral analysis and by the effect of isometric muscle contraction[J].Eur J ApplPhysiolOccupPhysiol, 1996,74(5):397-403.

[19]Okazaki K, Iwasaki K, Prasad A, et al. Dose-response relationshipof endurance training for autonomic circulatory control in healthyseniors[J]. J ApplPhysiol (1985), 2005,99(3):1041-1049.

[20]Wilson MG, Ellison GM, Cable NT. Basic science behind the cardiovascular benefits of exercise[J]. Heart, 2015，101(10):758-765.

[21]Bhati P, Moiz JA, Menon GR et al. Does resistance training modulate cardiac autonomic control?A systematic review and meta‑analysis [J].Clin Auton Res, 2019，29(1):75-103.

[22]姚增强,胡斐,赵彦,等.8周力量和耐力组合训练对健康青年心脏自主神经功能产生的影响[J].南京师大学报(自然科学版),2017,40(4):116-119.

[23]马继政,徐盛嘉,丁明超，等.基本运动训练原则在促进新入校大学生基础运动技能方面的实践研究[J].体育科技,2018(2):136-142.

On the Change of Healthy Young Males’ Cardiac Autonomic Nervous Function after Long-term Aerobic-based Exercise Training

LI Tianyi, etal.

(Jinling Institute of Technology, Nanjing 211169, Jiangsu, China)

解放军理工大学预先研究基金（KYJYZLXY1602-35）；全军军事类研究生资助课题（2016JY374）；江苏省普通高校学术学位研究生科技创新计划项目（KYCX17_1369）。

李天义（1978—），硕士，讲师，研究方向：运动训练。