少年运动员心脏自主神经训练适应规律与运动能力关系的纵向研究

贺业恒

自主神经系统（autonomic nervous system，ANS）也称植物神经系统，是由支配在功能上不受人们主观意志控制的心肌、平滑肌、肝脏、血管和内外腺体等器官或脏器的神经网络组成。自主神经在大脑皮质和下丘脑等高级神经中枢的调控下，参与内分泌调节、物质能量代谢等多项机能[1]，很大程度上自主神经系统决定着人体的健康水平，同时也是机体承受训练负荷的基础和运动性疲劳恢复的关键。自主神经系统的调节，是通过副交感神经系统和交感神经系统的协调与拮抗作用来实现的，当交感神经或副交感神经的一方起正性作用时，另一方则起负性作用，最终达到协调身体机能的作用。有研究表明，升高的心脏自主神经功能，尤其是良好的心脏副交感神经功能往往是良好训练适应的表现，降低的心脏副交感神经功能则往往与不良的训练适应相联系[2]。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（heart rate variability，HRV）测量来评价。心率变异性分析，是指逐次心跳的R-R间期不断波动的现象，其机制是心脏交感神经与心脏副交感神经协调作用于窦房结，控制窦房结的起搏，每个心动周期长短的不规则变化是这种协调作用的具体表现，这种不规则变化即使是在心率相对稳定的状态下也同样存在。心率变异性信号中蕴含着有关心血管控制及体液调节的大量信息，提取这些信息并加以分析可以定量评估心交感神经和心副交感神经的均衡性。

目前，观察运动对心脏自主神经功能影响的研究往往进行横向比较，即长期从事运动的人群与不参与运动人群之间的比较。如谢红[3]发现，篮球运动员心脏自主神经调节功能优于普通大学生，认为是长期运动改善了心脏自主神经功能。F.GALETTA等[4]发现，与无训练的健康人群相比，进行多年规律性低强度耐力训练的受试者心脏自主神经调节功能更强。这类研究并不能充分揭示随着训练的开展，运动参与者心脏自主神经功能的变化过程和规律。也有纵向观察运动对心脏自主神经功能影响的研究，但其运动干预时间往往较短，多为数周。如A.NUMMELA等[5]发现，4周的有氧耐力运动干预显著提高了心脏自主神经功能。田开新等[6]发现，8周有氧耐力训练后，受试者心脏自主神经功能得到改善。也有研究与此结论不同，如G.FRANCOⅠS-XAVⅠER等[7]认为，7周高强度间歇训练后儿童心脏自主神经功能并未得到显著提高。还有研究认为，长期运动训练对受试者心脏自主神经功能影响不明显[8]。

以上研究结论不一致可能与研究对象的年龄、运动模式、运动强度等条件各不相同均有一定关系。本试验旨在观察2年训练过程中少年竞走运动员心脏自主神经功能的变化规律及其与运动能力之间的关系，以期为少年运动员的科学化训练和选材提供依据。

1 研究对象与方法

1.1 运动员的基本情况

选取大连市竞走队少年运动员15人为研究对象，均为男性，完成2年训练并参加全部5次测试的运动员为10人。第1次测试时，运动员年龄（13.25±1.35）岁，身高（168±5.2）cm，体重（48.12±6.25）kg，BMⅠ为19.52±1.23。运动员均经过入队体检，无糖尿病、高血压等遗传性疾病，无心脑血管系统疾病，不吸烟、不饮酒、饮食结构和生活作息情况相当。教练员和运动员均清楚本试验内容，自愿参与本试验。

1.2 运动员训练情况

受试者均为在校学生，周一～周五上午进行文化课学习，下午训练，运动员从入队开始，将每6个月作为1个训练周期，各训练周期训练情况见表1。

表1 各训练周期运动员每周的训练情况Table1 Weekly Training in Different Training Cycle

1.3 试验方案

本试验时间为2014年9月—2016年9月。运动员从入队开始，将为期2年的训练时间平均分为4个大训周期，共进行5次HRV测试。保证每次测试前24 h无大强度训练，受试者不饮用含有咖啡因和酒精的饮料，不服用任何药物。运动员进行HRV测量前无明显体力活动，静坐休息10 min，然后采用仰卧位测量心率，测试时间为6 min。每次HRV测试结束后，在肘正中静脉取血2 mL测试血红蛋白（Hb）含量，随后在教练员的安排下测试5 km竞走成绩。

1.4 心脏自主神经功能测试

1.4.1 测试仪器和方法 采用芬兰产polar V800遥测心率表进行测量，记录连续6 min的心率，从中选择5 min进行分析。心率采用仰卧位测量，运动员处于清醒、安静、身体放松的状态。心率测量的地点为运动员寝室，室温20～26℃，湿度40%～60%。将polar表感应器的感应区用水浸湿，感应器对准胸骨柄中间，位于第四肋间附近或略低的位置，手腕佩戴接收手表。为减小生物节律的影响，尽量保证每次测试时间大致相同（13:00—14:30）。

1.4.2 数据的处理 将polar心率表收集到的心率数据传输到电脑，在excel里换算为每次心跳所需的时间，以毫秒（ms）计算。对于数据中存在的早搏、逸博等异常心搏进行人工筛查、修正。通过Kubios HRV软件进行分析，Kubios HRV软件由University of Eastern Finland，Kuopio，Finland提供。本研究中，HRV的分析选取时域分析法，指标选取：SDNN，窦性心搏RR间期平均值的标准差，反映心率变异总的变化。RMSSD，相邻R-R间期差值的均方根，反映心脏副交感神经活性；PNN50，相邻R-R间期差大于50 ms的次数占总次数的百分比，反映心脏副交感神经活性。频域分析指标：总功率（TP），反映测试时间内的HRV总和；高频功率（HF），反映心迷走神经调节功能；低频功率（LF）反映交感神经和迷走神经的复合调节功能，某些情况可反映交感神经系统调节功能；极低频功率（VLF），尚不够明确。LF nu=LF（/TP-VLF）×100，HF nu=HF（/TP-VLF）×100。

1.5 Hb及5 km运动成绩测试

Hb测试采用Sysmex三分类血细胞分析仪，每次Hb测试与心脏自主神经功能测试在同一天进行。5 km竞走成绩测试由竞走队教练负责完成，在完成HRV和Hb测量后进行。

1.6 数理统计

采用SPSS21.0软件对试验数据进行统计分析，结果以平均数±标准差的形式表示，采用单样本K-S检验数据的分布情况。由于试验中SDNN、RMSSD指标呈现非正态分布，参考国外相关研究，对RMSSD指标进行自然对数转换（ln转换）[2，9]。未对RMSSD进行自然对数转换前，计算每个受试者临近2次RMSSD变化量（以后1次测试RMSSD值减去前1次RMSSD值）。5次HRV测试各指标的比较采用重复测量方差分析，两两比较采用LSD法，以P＜0.05为具有显著性差异，以P＜0.01为具有非常显著性差异。5 km竞走成绩与Hb含量的相关性、RMSSD变化量与5 km竞走成绩变化相关性均采用Bivariate法进行分析，以P＜0.05表示具有显著性。

2 结果

2.1 2年竞走训练对心脏自主神经功能的影响

反映运动员心脏副交感神经功能的ln RMSSD和PNN50指标逐渐升高，具有显著性差异，说明通过4个周期的训练，少年运动员心脏自主神经功能逐步增强。

时域指标变化显示，与第1次测试的ln RMSSD比较，第2次、第3次、第4次和第5次测试结果均具有非常显著性差异；与第2次比较，第3次、第4次和第5次测试值也具有非常显著性差异；与第3次比较，第5次测试结果具有显著性差异。与第1次比较，PNN50第3次、第4次和第5次测试均具有非常显著性差异；与第2次测试比较，PNN50第4次和第5次测试具有非常显著性差异；与第2次测试比较，第4次测试结果具有显著性差异；其中，第5次测试结果与第1次和第2次测试比较均具有非常显著性差异，第4次测试结果与第1次测试比较具有非常显著性差异，其余各次测试结果之间无显著性差异（见表2）。

表2 时域指标变化情况（M±SD）Table2 The Change of Time Domain Indexes

频域指标变化显示，与第1次测试结果比较，第4次的ln HF具有显著性差异；与第2次测试结果比较，第4次和第5次测试的ln HF具有非常显著性差异。表明心脏交感神经功能的ln LF和LFnu总体轻度降低，但变化并无规律性（见表3）。

表3 频域指标变化情况（M±SD）Table3 The Change of Frequency Domain Indexes

2.2 各训练周期RMSSD变化量与5 km竞走成绩的变化情况

训练初期，由于运动员对竞走专项技术尚未完全掌握，第1次HRV测试时并未进行5 km竞走成绩测试。整体上，运动员RMSSD指标升高，但升高幅度逐渐减小，运动员运动成绩提高，提高量也逐渐减小（见表4，图1～图2）。

其中，△1代表第2次测试的RMSSD减去第1次测试测试的RMSSD；△2代表第3次测试的RMSSD减去第2次测试的RMSSD；△3代表第4次测试的RMSSD减去第3次测试的RMSSD；△4代表第5次测试的RMSSD减去第4次测试的RMSSD。

表4 各周期RMSSD变化量与5 km竞走成绩变化情况（M+SD）Table4 The Change of RMSSD and the Results of 5 km Walking in Each Training Cycle

图1 各训练周期RMSSD变化情况Figure1 The Change of RMSSD in Each Training Cycle

图2 各训练周期5 km竞走成绩（s）变化情况Figure2 The Change of 5 km Walking Race Result in Each Training Cycle

2.3 各训练周期RMSSD变化量与运动成绩变化量的关系

各个训练周期RMSSD的增长幅度逐渐降低，成绩的提高幅度也逐渐降低。两者相关性分析显示，在训练的第2周期（6～12个月），RMSSD的变化为5.17±5.82，运动时间提高量为（71.20±22.81）s，两者间具有中等相关性（r=0.66，P＜0.05），表明随着RMSSD的升高，运动成绩也相应提高果（见表5，图3）。

表5 各阶段RMSSD变化量与5 km成绩提高量相关性分析（M±SD）Table5 The Correlation Between the Change of RMSSD and Improvement of 5 km Walking Race in Each Training Cycle

图3 第2训练周期RMSSD变化量与5 km成绩提高量的关系Figure3 The Relationship Between the Change of RMSSDand 5 km Walking Race Result in in the Second Training Cycle

2.4 5 km竞走成绩（s）与Hb含量的关系

结果显示，5 km运动成绩和Hb含量之间无相关性关系（见表6）。

表6 5 km竞走成绩与Hb含量的关系（M±SD）Table6 The Relationship Between 5 km Walking Race and Hb Content

2.5 ln RMSSD与Hb含量的关系

结果显示，5次测试的ln RMSSD值逐渐升高，Hb总体略有升高但并无规律，ln RMSSD值与Hb含量之间无相关性关系（见表7）。

表7 5次测试ln RMSSD与Hb含量的关系（M±SD）Table7 The Relationship Between ln RMSSD and Hb Content in 5 Tests

3 讨论与分析

3.1 2年竞走训练对心脏自主神经的影响

3.1.1 心脏自主神经总体功能对2年竞走训练的适应情况 2年竞走训练增强了少年竞走运动员心脏自主神经的功能，反映总体功能指标平稳升高。比较各次测试的结果发现，第2次和第3次测试结果与第1次均无显著性差异，心脏自主神经的总体功能在这2个周期内（前12个月）虽有所升高，但并不具有显著性差异。第4次、第5次测试ln SDNN与第1次测试结果具有非常显著性差异（P＜0.01），心脏自主神经总体功能升高较慢，可能与心脏交感神经功能降低有关，心脏交感神经功能降低也是良好训练适应的表现。本试验说明，少年运动员心脏自主神经总体功能的提高需要时间较长，1年以上的运动干预可有效改变心脏自主神经总体功能，产生良好的训练适应。

以往关于长期训练对心脏自主神经功能影响的研究多采用横向比较的方式。有研究发现，跆拳道专项大学生的心脏自主神经功能高于对照组大学生，认为长期的跆拳道训练有助于提高心脏自主神经的活性[10]。F.S.MARTⅠNELLⅠ等[11]对比观察运动员和静坐少动人员在安静状态的心脏自主神经功能情况发现，自行车运动员的SDNN高于静坐少动人群。不同于以上研究，本试验是对受试者进行纵向研究，观察参与训练的2个年度训练周期发现，心脏自主神经总体功能增强。张丽娟等[12]进行了类似研究，对在校普通大学生进行半年的运动干预，发现受试者反映心脏自主神经总体功能的SDNN得到显著提高，心脏副交感神经功能显著升高。该研究总体趋势与本研究一致，但本研究发现，6个月竞走训练增强了心脏自主神经总体功能，但并不具有显著性。分析其原因可能与运动员训练负荷较大、运动疲劳累积有一定关系，也可能因为受试者年龄偏小，少年心脏自主神经对训练负荷的适应能力不同于大学生人群。

3.1.2 心脏副交感神经对两年竞走训练的适应情况每6个月的心脏副交感神经功能进行测量和评价，可有效呈现少年运动员心脏副交感神经功能的变化过程，揭示心脏副交感神经对年训练周期的适应规律。通过2年的竞走训练，运动员心脏副交感神经功能得到大幅度提高，在参与训练6个月后，心脏副交感神经功能即得到显著提高。与第1次测试结果比较，第5次测试的ln RMSSD、PNN50均具有显著性差异，说明通过2年的竞走训练，少年竞走运动员心脏副交感神经功能显著增强；第2次测试的ln RMSSD具有显著性差异，说明经过第1个周期的训练，少年竞走运动员心脏副交感神经功能得到改善，证明6个月训练即可有效改善运动员的心脏副交感神经功能。在随后的训练过程中，心脏副交感神经功能均有所增强，相对于第1次检测结果具有显著性差异。

本试验表明，通过第1个周期的竞走训练，运动员心脏副交感神经功能得到显著提高，这与国内外一些观察短期运动干预对心脏自主神经功能影响研究的结论是一致的。甚至国外部分研究表明，更短的训练时间也可以引起心脏副交感神经功能的改善，如V.PⅠ-CHOT等[13]对11名老年人进行14周中等强度训练，反映心脏副交感神经功能的各指标显著升高。E.L.MELANSON[14]对11名青年男性心脏自主神经功能进行研究发现，12周后，PNN50、RMSSD均显著升高，提示心脏副交感神经活性增强。A.J.HAUTALA等[15]研究每日有氧耐力训练对心脏自主神经功能的影响发现，运动组受试者经历8周的有氧运动后，心脏副交感神经功能显著升高。

国外研究发现，14周、12周、8周的运动干预均能提高受试者心脏副交感神经功能。也有研究结论与此不同，如R.HEDELⅠN等[16]发现，7个月的训练并未改变运动员心脏副交感神经功能。本试验中，反映心脏副交感神经功能的ln RMSSD在训练半年后即升高，具有显著性差异，认为少年运动员心脏副交感神经产生了良好的训练适应。将R.HEDELⅠN等的研究与本研究结合起来分析，推断相对于缺乏系统训练的受试者，进行长期系统训练的运动员心脏副交感神经功能的提高幅度可能较慢，这可能是心脏自主神经适应的特点之一。提示对少年运动员心脏自主神经功能进行跟踪测试，可能有利于评价少年运动员对训练负荷的适应情况，进而指导少年运动员的运动训练实践。

3.1.3 心脏交感神经对2年训练的适应情况 通过2年的训练，少年运动员心脏交感神经功能有所降低，但第5次测量结果与第1次比较无显著性差异，其余各次测量结果间也均无显著性差异。说明在2年的训练过程中，心脏交感神经活性受到一定抑制，心脏交感神经活性变化并非递减的规律。与本研究结论比较一致的是S.MANDⅠGOT等[17]的研究，其观察13周80%HRmax强度的耐力训练后心脏自主神经功能的适应规律，受试者为青少年学生，受试者每周运动3次、运动时间为1 h左右，另外选取7名条件相当的青少年作为对照组。研究发现，运动干预组HRV中反映交感神经的指标略有降低，但无显著性差异。结合S.MANDⅠGOT的研究，运动训练对于降低心脏交感神经功能具有一定作用，但不具有显著性意义。本试验中，主要反映心脏交感神经功能的指标总体略有降低，运动员交感神经功能降低可能与运动训练负荷安排有关，可能是由于本阶段的训练过程中心脏交感神经被激活较多，低强度运动过程中心率的升高可能与心脏迷走神经的退让有关，而中等强度和高强度运动过程中心率的升高则是心脏迷走神经退让和交感神经激活共同作用的结果。

3.2 各训练周期心脏副交感神经功能的训练适应

纵观本试验4个训练周期，反映心脏副交感神经功能的RMSSD变化量呈逐渐减小的变化趋势，说明随着训练的开展和训练水平的提高，有氧耐力运动对心脏副交感神经功能的改善作用逐渐降低。在进行有氧耐力训练的初期，心脏副交感神经功能的提高幅度较大，随着训练时间的延长，有氧耐力训练对心脏副交感神经的影响也在逐渐降低。但总体上，通过有氧耐力训练仍能有效提高心脏副交感神经的功能。这一发现在一定程度上可以解释一些研究的运动干预时间很短，但心脏副交感神经功能改变明显的现象。当前多数研究表明，通过一段时间的训练，受试者的心脏自主神经功能得到改善，尤其是心脏副交感神经功能和心脏自主神经总体功能提高。针对静坐少动人群和无运动基础人群的研究表明，12周、9周、6周、4周有氧耐力运动均可提高有氧健康水平，提高自主神经的调节功能。甚至有研究表明，2周有氧耐力训练也可以有效改善心脏自主神经功能[18]。

3.3 ln RMSSD与Hb含量的关系

近年来，在自主神经测量和评价领域，ln RMSSD指标的应用越来越多，该指标不受呼吸频率的影响，并且反映的是心脏副交感神的功能，心脏副交感神经功能与运动能力和疲劳恢复都直接相关。Hb是运输氧气的特殊蛋白质，影响运动员的有氧能力、运动表现及运动性疲劳的恢复。ln RMSSD与Hb在反映运动能力、疲劳状况等方面具有相似的作用，结合5 km竞走成绩，尝试探索ln RMSSD指标与Hb含量之间关系是本试验目的之一。本试验发现，2年的训练过程中Hb含量变化幅度很小，并且变化趋势不明显，与ln RMSSD变化规律也不具有相关性。分析其原因可能是，ln RMSSD是从自主神经功能角度评价运动员的身体机能和训练适应情况，而Hb测试是从物质能量代谢角度评价运动员的运动能力，两者均与运动表现及运动能力相关，但又从属于不同的系统，起着不同的作用。本试验虽然并未建立起ln RMSSD与Hb指标间的直接联系，但将这2个指标结合起来，从不同系统同时评价运动员的训练适应和身体机能仍具有重要意义。

3.4 心脏自主神经两年训练适应规律的应用价值分析

少年竞走运动员心脏自主神经的年训练适应规律表明，有氧耐力训练有助于提高自主神经功能，并且，在4个训练周期中，运动员心脏自主神经的提高幅度是逐渐减小的。提示，第1个年度训练周期是发展运动员心脏副交感神经功能的关键阶段，在此阶段适当安排训练负荷、科学化训练，有助于运动员改善心脏自主神经功能的提高，可以为运动员的健康状况和运动能力提高打下坚实基础。

目前，采用阶段性RMSSD变化量的研究相对较少，这往往是由于未进行长期纵向跟踪测试。本试验第2周期RMSSD变化量与5 km竞走成绩变化量呈显著正相关关系，RMSSD变化量的增大意味着运动员心脏自主神经功能得到改善。尤其是心脏副交感神经功能提高，表明参与训练的第7～12个月，随着心脏副交感神经功能的提高，5 km竞走成绩也在稳步提高，这是心脏自主神经系统对训练负荷产生良好适应的表现。第1训练周期RMSSD变化量最大，第2训练周期RMSSD变化量小于第1训练周期，但仍大于第3和第4训练周期，第2训练周期运动员心脏副交感神经功能提高较大，运动成绩提高幅度也较大，运动表现得到提高，这是良好的训练适应。第2训练周期恰好是进行二次选材的阶段，对于不适合竞走项目的少年予以淘汰，参与训练后的7～12个月心脏副交感神经功能可以为评价运动员潜在运动能力提供一定依据。

4 结论

（1）通过2年的竞走训练，少年男子运动员心脏自主神经功能增强，尤其是副交感神经功能增强明显，5 km竞走成绩稳步提高，提示通过2年的竞走训练，运动员心脏自主神经功能产生了良好的训练适应。（2）各训练周期RMSSD均升高，但升高幅度各不相同，呈现递减的趋势。（3）第2周期RMSSD变化量与5 km竞走成绩提高量具有相关性，提示此阶段运动员心脏副交感神经功能良好、训练成绩提高较快，心脏自主神经功能对运动员选材可能具有一定借鉴意义。