赛前训练周心脏自主神经功能与运动成绩的关系研究

贺业恒

(1.大连市体育事业发展中心,辽宁 大连 116031;2.大连市体育科学研究所,辽宁 大连 116031)

1 前言

合理的赛前训练有助于产生良好的训练效果，获得良好运动表现。赛前训练阶段较好的心脏自主神经功能与良好的运动表现具有相关性，这是因为人体自主神经功能在运动性疲劳恢复过程中起到基础性作用，自主神经通过改变组织、器官的功能来促进运动代谢产物的消除和新供能物质的生成。在评价运动员身体机能状态时，当体能储备良好或运动能力提高时，运动员的心脏副交感神经往往具有较高的活性[1]，赛前数周心脏自主神经功能变化与运动能力之间有相关性。如Flatt A A等[2]在一个5周的训练周期中，发现前3周的ln RMSSD短暂降低是良好训练适应的表现，与YO-YO测试的运动表现呈正相关关系，表明心脏副交感神经功能可预测运动员的运动表现。保持较高心脏迷走神经功能是有必要的[3]，有研究发现运动员的比赛成绩与ln RMSSD指数周均值呈正相关，表明心脏副交感神经功能可以预测运动表现[4]。较高的心脏副交感神经功能有利于取得优异成绩，这就为研究赛前训练周心脏自主神经训练适应与比赛成绩之间关系提供了理论基础。

Flatt A A等观察连续赛前五周运动员的心脏自主神经功能，测试持续时间较长，本实验观察运动员赛前一周的心脏自主神经功能，采用每日测量的方法，希望通过测试赛前一周的心脏自主神经功能来预测比赛成绩。另外，本实验进一步将赛前一周的训练划分为两个小的周期，即强度训练周期和赛前恢复周期，进一步纵向观察强度训练周期和赛前恢复周期心脏自主神经功能变化量与运动成绩之间的关系。

2 实验对象与方法

2.1 受试者的基本情况

选取大连市竞走队的10名男性运动员实验对象，运动员年龄13.54±1.34岁。实验开始时训练年限1.02±0.13年。实验于2015年8月-2016年6月开展，期间运动员参加两次正式比赛和两次测试赛。运动员上午学习文化课，下午参加训练，受试者的训练情况、饮食结构、作息规律等条件相当。运动员不吸烟、不饮酒、不饮用含有咖啡类饮料，未服用任何药物，HRV测试前至少两小时内未食用辣椒等具有强烈刺激性食物，教练员和运动员均明确实验内容，自愿参加本实验。

2.2 赛前强化训练周的训练情况

赛前训练周的训练计划由教练员制定，各次比赛赛前训练负荷略有不同，但训练模式相同。周专项训练总量为55-65 km，每周有氧耐力跑25-35 km，身体素质训练1次，每周总训练时间10-12小时。运动员在赛前30天增大训练量，降低训练强度，赛前10天开始逐渐减少训练量，逐渐增大训练强度，在赛前第7天训练强度达到最大，达到运动员个人训练最大强度95%以上(以训练过程中心率占最大心率百分比衡量)，运动中运动员心率达到190次/分左右，训练量为10-12 km。赛前第6天、第5天和第4天训练量和训练强度均减小，每天训练量8-10 km。赛前第3天采取间歇训练法，训练强度为个人训练最大强度90%以上，训练量分别为3 km、2 km、1 km、400 m和200 m，运动员运动中心率为180次/分左右。赛前第2天和第1天为调整期，只进行低强度有氧训练，每天训练量6-8 km。比赛前一周运动员训练情况如图1：

图1 赛前周的训练安排

2.3 实验方案

作为观察人体自主神经系统功能的窗口，心脏自主神经功能可以通过进行心率变异性(HRV)测量来评价，本实验中选取相邻RR间期差值的均方根(RMSSD)指标进行分析。每名受试者均完成4次比赛，采用重复测量的方法，每日晨起仰卧位测量安静状态HRV，选取ln RMSSD指标进行分析。HRV分析选取指标有ln RMSSD指数、晨起平均心率(HRmean)、变异系数(CV)等。ln RMSSD指数是近年来HRV分析中使用较多的指标，是在对RMSSD指标进行自然对数转换后再乘以20。选用ln RMSSD指数主要基于以下三个原因：一是RMSSD指标反映的是心脏副交感神经功能；二是RMSSD往往呈现非正态分布，进行自然对数转换后可使其处于正态分布；三是自然对数转换后乘以20得到的ln RMSSD指数接近百分制的评价方法，更直观、易懂[4]。变异系数(Coefficient of Variation，CV)反映的是数据离散程度的绝对值，其计算公式为：变异系数(CV)=(标准差/平均值)×100%，CV可以消除由于单位和(或)平均数不同而对变异程度产生的影响[5]。

选取比赛当日及比赛前6天(共7天)的均值作为赛前一周的ln RMSSD值。在此基础上，将赛前训练周又分为两个小的训练周期，比赛当日、比赛前1天，比赛前2天和比赛前3天共4天作为一个小周期，称为调整恢复周期，计算其平均值和标准差。比赛前第4天、第5天和第6天共3天作为一个小的周期，称为强度训练周期，赛前最大的强度训练安排在比赛前7天的训练课进行。△ln RMSSD是指疲劳恢复期与强度训练周ln RMSSD指数之差。分别观察比赛成绩与赛前训练周ln RMSSD指数、CVln RMSSD、晨起平均心率(HRmean)和CVHR之间的关系；观察△ln RMSSD与运动成绩之间的相关性。

2.4 心脏自主神经功能的测试

2.4.1 测试仪器和方法

心脏自主神经功能采用芬兰产polar V800遥测心率表进行测量，记录连续2 min的心率，截取1 min平稳心率进行HRV分析，HRV分析软件由University of Eastern Finland, Kuopio, Finland提供。测试过程中运动员保持心情放松、情绪平稳，尽量控制体力活动和精神因素的干扰。测试地点为运动员寝室，运动员对房间情况熟悉，室温20-26℃，湿度40-60%，每日晨起采用仰卧位测量。

2.4.2 数据的处理

将polar心率表收集到的心率数据传输到计算机，计算出每次心跳所需的时间，以毫秒表示。对于心脏早搏、心脏逸博等异常心搏进行筛查和修正，通过Kubios HRV软件进行时域分析。

2.5 数理统计

采用SPSS21.0软件对数据进行处理，结果以平均数±标准差的形式表示。采用非参数检验的K-S检验数据的分布状况，由于全文部分RMSSD指标处于非正态分布，结合国内外研究惯例，对其进行自然对数转换(ln转换)[5，6]。比赛成绩与ln RMSSD指数周均值间关系采用Bivariate法Pearson correlate进行相关性分析，以p<0.05表示相关具有显著性。

3 实验结果

3.1 ln RMSSD指数周均值与10 km竞走成绩(10 km比赛时间)间关系

赛前训练周ln RMSSD指数周均值与10 km竞走成绩(10 km比赛时间)呈负相关关系(r=-0.39，p<0.05)，随着ln RMSSD指数的升高，完成比赛所需时间缩短。ln RMSSD指数与10 km竞走成绩之间关系详见图2。

图2 ln RMSSD指数与10 km竞走成绩(10 km比赛时间)之间关系

3.2 △ln RMSSD指数与10 km竞走成绩(比赛时间)之间关系

△ln RMSSD指数表示比赛当日至比赛前3日的调整恢复期ln RMSSD指数与赛前4日至6日的强度训练期ln RMSSD指数的差值。研究发现，△ln RMSSD指数与运动成绩(10 km比赛时间)呈负相关关系(r=-0.47，p<0.05)，△ln RMSSD指数与运动成绩之间关系见图3。

3.3 CVln RMSSD与10 km竞走成绩(10 km比赛时间)间关系

运动员周ln RMSSD指数的变异系数(CVln RMSSD)与10 km竞走成绩(比赛时间)呈中度负相关关系(r=-0.31，p=0.05)，提示CVln RMSSD可用来评价10 km竞走成绩，CVln RMSSD与10 km竞走成绩之间关系详见图4。

3.4 晨起平均心率(HRmean)及心率变异系数(CVHR)与10 km竞走成绩之间关系

运动员晨起HRmean与10 km运动成绩(10 km比赛时间)呈中度正相关关系(r=0.39，p<0.05)，运动员晨起HRmean与10 km运动成绩的关系见图5。

本实验同样研究了CVHR与10 km竞走成绩(10 km比赛时间)之间的关系，发现运动员CVHR与10 km竞走成绩无显著相关性关系(r=0.06，p>0.05)，表明CVHR可能不具有预测少年竞走运动员运动成绩的作用，CVHR与10 km竞走成绩见图6。

图3 ln RMSSD指数变化量与10 km竞走成绩(10 km比赛时间)之间关系

图4 CVln RMSSD与10 km竞走成绩(10 km比赛时间)之间关系

图5 HRmean与10 km竞走成绩(10 km比赛时间)之间关系

图6 CVHR与10 km竞走成绩(10 km比赛时间)之间关系

4 讨论与分析

4.1 ln RMSSD指数与10 km竞走成绩(10 km比赛时间)间的关系

当前已有研究尝试探索心脏自主神经功能与运动能力或运动表现之间的关系，并应用于指导运动实践，如Uusitalo A L T等[7]用心脏自主神经功能诊断运动员是否出现过度训练，当运动员出现了过度训练的症状时心脏自主神经功能下降，认为心脏自主神经功能可作为诊断过度训练手段之一。Kiviniemi A M等[8，9]尝试根据心脏自主神经功能对训练负荷的适应情况制定弹性训练方案，当晨起心脏自主神经功能较好或保持不变时，当日即采用高强度的训练负荷，如果当日晨起心脏自主神经功能低于基础值或连续两日呈现降低趋势，则采用低强度训练或完全休息。通过四周的弹性训练，有效提高了受试者的运动能力，证明了以心脏自主神经功能指导训练的可行性，需要注意的是Kiviniemi A M等的研究选取的受试对象是普通人群而非运动员。在年龄、训练年限、训练模式均相当的情况下，ln RMSSD指数可作为预测运动员比赛成绩的工具。当某一阶段心脏副交感神经功能降低时，给予足够的恢复时间，心脏自主神经功能可以恢复到运动前水平，甚至超过运动前水平，出现类似超量恢复的现象。当心脏副交感神经功能较强时，在副交感神经系统的作用下，引起心率降低，促进进肝糖原和其它能源物质的生成，有利于能源物质的储存，增加人体消化腺的分泌，增进胃肠的活动，起到储备体能的作用，这也能有效解释为什么运动员心脏副交感神经功能较好时有助于取得优异成绩。

本研究通过对10人参加四次比赛进行纵向观察，发现ln RMSSD指数周均值与运动成绩(10 km比赛时间)呈负相关关系(r=-0.39，p<0.05)，说明随着ln RMSSD指数的升高，运动成绩提高。运动表现的提高和健康水平的改善被认为与心脏副交感神经相关指标所致HRV增大有关。如Buchheit M等[10]通过心脏自主神经功能来测量耐力运动员的运动表现，研究选取14名中等训练程度的成年人为研究对象，观察14周训练前、后的10 km的最大有氧跑速。研究发现，11人的运动表现提高，同时伴随着心脏副交感神经活性的升高。Vesterinen V等[11]以HRV指标评价业余训练受试者的个体训练适应，经过14周的基础训练后，受试者的HRV指标并无显著性改变，但随后的14周强度训练使心脏副交感神经功能得到改善，运动表现提高，研究认为中等及较高强度的训练效果明显，较高的心脏自主神经功能对于运动成绩的提高尤其重要。目前有研究采用心脏自主神经功能来预测运动表现，如Saboul D等[12]研究运动员的心脏自主神经功能、训练负荷变化和运动表现之间的关系，研究发现，3周减量训练后，HFnu与运动表现呈正相关，与运动员的疲劳程度呈负相关，因此认为在减量训练期，心脏副交感神经功能的增强是重要的，对于运动成绩的提高意义重大。运动员的赛前一周的训练负荷及训练适应对一次比赛成绩的影响同样重要，并且通过对赛前周HRV进行检测，时间更短、更有利于操作。在运动队的训练监控实践中也可以考虑将数周的纵向跟踪测试与赛前周测试相结合，这可能更利于全面掌握运动员的身体机能状况，进而准确评价运动员对训练的适应情况。

ln RMSSD指数影响运动成绩的原因可能与心输出量和有氧代谢能力有关，心脏自主神经的功能影响着心脏的功能，影响着心输出量，进而影响着有效循环血量，对人体的运动能力，尤其是有氧代谢能力有着一定的影响。国内学者研究有氧代谢能力(VO2max)与心脏自主神经功能之间的关系，发现优秀赛艇运动员安静时心脏自主神经功能优于普通人，优秀运动员TP是对照组的1.63倍，赛艇运动员心脏自主神经总体功能与VO2max呈显著性正相关关系，这可能是对长期训练产生适应的表现，VO2max的提高是运动成绩提高的基础[13]。国外学者Stephen H B等[14]研究心脏自主神经功能与有氧运动能力的关系，发现经过12周高强度间歇训练，受试者HF升高，VO2max和运动表现均升高，说明心脏副交感神经功能增强，认为心脏副交感神经功能与有氧运动能力具有相关性。随着心脏副交感神经功能的增强，心脏自主神经系统与体液调节作用增强，血乳酸等代谢产物在肝脏代谢速度加快，脾的免疫功能增强，肾脏代谢能力及肺呼吸能力均增强。

4.2 △ln RMSSD指数与10 km竞走成绩(10 km比赛时间)间关系

本实验中，△ln RMSSD指数与运动成绩(10 km比赛时间)呈负相关关系(r=-0.47，p<0.05)。△ln RMSSD指数是指赛前训练周内的强度训练周期和疲劳恢复周期ln RMSSD指数的变化量，其本质反映的是训练负荷的刺激深度和疲劳的恢复程度之间的相对关系。研究发现，运动员对训练产生的适应情况通常取决于训练负荷的刺激，过大的训练负荷会导致运动性疲劳的积累，影响运动成绩，甚至损害身体健康；过小的训练负荷又会因训练负荷刺激不足，导致训练效果不明显。目前已有研究表明HRV可用于疲劳的诊断，Schmitt L等[15]对57名高水平滑雪运动员进行4年的纵向跟踪，通过HRV分析发现，疲劳状态下运动员的HRV与非疲劳状态下具有显著性差异，在运动训练实践过程中针对运动员的个体训练适应情况，合理安排赛前训练周的训练负荷就显得十分重要。

△ln RMSSD指数的值较小可能存在两种可能：一是强度训练周期的训练负荷过大，ln RMSSD指数大幅度下降，至赛前恢复期ln RMSSD指数仍未恢复。二是强度训练周期训练负荷过小，训练负荷的刺激不足，并未导致ln RMSSD显著性降低，至赛前恢复期ln RMSSD指数也未出现显著升高，无法产生良好的训练适应也无超量恢复现象。无论属于哪一种情况，△ln RMSSD指数的值较小，均说明训练负荷安排不够合理，负荷过大或过小，运动员并未产生良好的训练适应，不利于取得优异的比赛成绩。出现较大的△ln RMSSD指数最大可能是强度训练周期训练负荷较大，ln RMSSD指数降低幅度大，至赛前恢复周期，ln RMSSD指数恢复情况良好，ln RMSSD指数变化量较大，运动员对训练产生良好训练适应，有利于取得优异的比赛成绩。虽然在赛前训练周中心脏自主神经的恢复情况往往不能代表机体全部恢复，如与肌肉损伤的恢复情况，与肝糖原和肌糖原的恢复并不完全一致，这并不妨碍从心脏自主神经均衡性角度去评价运动员对训练负荷的适应情况。

4.3 CVln RMSSD与10 km竞走成绩(10 km比赛时间)之间关系

本实验发现，运动员周ln RMSSD指数的变异系数(CVln RMSSD)与10 km运动成绩(10 km比赛时间)呈负相关关系(r=-0.31，p=0.05)，这与Flatt A A[4]的研究结论不一致，Flatt A A研究认为CVln RMSSD与8 km越野跑成绩(完成比赛时间)呈正相关关系，r=0.92，这可能与受试者的年龄、训练基础和运动能力均有关系，也可能与测试中相关干扰因素有关，当前在学术界HRV测试尚没有一个“金标准”，如测试体位、测试仪器、测试时间及时长均可不同，并且HRV受年龄、健康状况、情绪等多因素影响，尽量控制测试干扰因素、规范测试流程，选择适宜的测试时间节点才能得到有效的数据。将HRV分析的传统时域指标与其相关衍生指标结合起来使用，更有利于从多角度全面了解运动员对训练负荷的适应情况，对心脏自主神经功能进行规律性测量和评价，有助于从本质上了解运动员的训练适应情况[6，16]，以CVln RMSSD预测比赛成绩仍有待于进一步研究。

4.4 HRmean及CVHR与10 km竞走成绩(10 km比赛时间)之间关系

运动员HRmean与10 km竞走成绩(10 km比赛时间)呈正相关关系(r=0.39，p<0.05)，但与心率的变异系数(CVHR)并无相关性(r=0.06，p>0.05)。本实验发现，对于年龄、性别、训练条件均相当的少年竞走运动员，当运动员在比赛前一周晨起安静心率较高时，运动表现下降。结合本实验中HRV与运动表现之间的关系及其它相关研究，认为可以尝试将晨起安静心率与心脏副交感神经功能指标结合起来评价运动员身体机能状态，判断运动员对训练负荷的适应情况，即当运动员晨起同时拥有较低的安静心率和较高的心脏副交感神经功能时，运动员身体机能可能较好，这可能有助于运动员取得优异比赛成绩，是良好训练适应的表现。这与Buchheit M等[17]的研究比较一致，Buchheit M等应用反映心脏副交感神经功能指标评价青年足球运动员的运动表现，研究发现运动中心率的降低、心脏副交感神经功能的升高与运动表现的提高具有相关性。

5 结论

1)赛前训练周心脏自主神经功能可有效预测运动成绩。当ln RMSSD指数和△ln RMSSD指数较高时，赛前训练负荷合理，运动员身体机能良好,有利于取得较好运动成绩。

2)反映心脏自主神经功能的 CVln RMSSD指标与10 km竞走成绩呈负相关关系，可结合ln RMSSD指数和△ln RMSSD指数综合预测比赛成绩。