杜 吟 李京誠

(首都體育學(xué)院 研究生部，北京 100191)

呼吸頻率對武術(shù)套路運動員心率變異性和情緒狀態(tài)的影響研究

杜 吟 李京誠

(首都體育學(xué)院 研究生部，北京 100191)

通過比較不同呼吸頻率對武術(shù)套路運動員的干預(yù)效果，以測定一個能夠?qū)RV和情緒狀態(tài)均產(chǎn)生積極作用的呼吸頻率范圍，從而為運動員的心理生理狀態(tài)調(diào)節(jié)提供實證研究依據(jù)。

呼吸頻率；HRV；情緒狀態(tài)；武術(shù)套路運動員

1 前言

心率變異性(Heart Rate Variability，HRV)是一種用于研究心率的自主控制的非侵入性指標(biāo)，HRV分析將R-R期間的心率變化數(shù)量化。由于其能夠反映自主神經(jīng)活性和定量評估心臟交感和迷走神經(jīng)張力及其平衡性，HRV已變成了一種研究工具和評估技術(shù)。目前的研究顯示，HRV的高頻成分HF代表副交感神經(jīng)活性，低頻與高頻的比值LF/HF代表自主神經(jīng)系統(tǒng)的平衡程度，HRV可以有效地反映個體自主神經(jīng)的平衡狀態(tài)及機(jī)體的放松程度。根據(jù)HRV對自主神經(jīng)和機(jī)體的敏感的反應(yīng)功能，可以將HRV作為有效的評價和反饋指標(biāo),應(yīng)用在運動員賽前、賽中的心理生理調(diào)節(jié)中。

在心理生理學(xué)領(lǐng)域關(guān)于呼吸對HRV影響的研究中，許多學(xué)者得出了一致的結(jié)論：HRV隨呼吸頻率改變而發(fā)生變化，即隨著呼吸次數(shù)的降低而導(dǎo)致HRV的增加[1-3]。Hye-Sue Song等[4]關(guān)于呼吸頻率對HRV的影響的研究表明，呼吸次數(shù)對HRV低頻和高頻的影響均十分顯著(P<0.001)。低頻值LF在呼吸次數(shù)為每min3、4次時顯著高于呼吸次數(shù)在每min10、12、14次時。在Luciano Bernardi等[5]的研究中顯示，由自然呼吸頻率(0.2Hz左右)開始，當(dāng)呼吸頻率降至0.1Hz時HRV達(dá)到最大值，之后再降低呼吸頻率，HRV隨之降低。在臨床和心身醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，也存在相似的研究。M.Poyhonen等[6]對處于麻醉狀態(tài)的患者機(jī)械呼吸時的HRV與健康被試進(jìn)行的比較發(fā)現(xiàn)，呼吸頻率從每min12次降到8次時，所有被試都表現(xiàn)出LF和LF/HF升高，HF降低。以上研究都說明，呼吸頻率的改變，尤其是低于正常呼吸頻率范圍以下的呼吸頻率，能夠?qū)RV產(chǎn)生明顯的影響。

呼吸頻率的調(diào)節(jié)不僅能夠?qū)RV產(chǎn)生明顯的影響，其對于情緒狀態(tài)的影響也早有學(xué)者進(jìn)行了研究。研究者嘗試將控制呼吸模式用于神經(jīng)官能癥患者情緒的調(diào)節(jié)。Kikuchi Takenori等[7]對抑郁癥、焦慮癥及歇斯底里癥三組病人進(jìn)行呼吸訓(xùn)練后發(fā)現(xiàn)，三組的情緒狀態(tài)都得到了改善，并且焦慮癥患者組的主訴癥狀也得到了緩解?？刂坪粑€被作為調(diào)節(jié)產(chǎn)婦分娩情緒的非藥理學(xué)方法在臨床實踐中得到了廣泛的應(yīng)用[8-9]。在臨床研究中應(yīng)用控制呼吸的方法對情緒進(jìn)行調(diào)節(jié)的價值得到肯定后，這種方法開始被廣泛的應(yīng)用于應(yīng)用心理學(xué)領(lǐng)域。除此之外，控制呼吸改善情緒狀態(tài)的方法在運動領(lǐng)域應(yīng)用得尤其廣泛。Bessel等[10]對女性體操運動員進(jìn)行呼吸訓(xùn)練后發(fā)現(xiàn)，接受呼吸訓(xùn)練的運動員組與對照組相比，賽前焦慮水平明顯降低，運動表現(xiàn)得到了明顯提高。

在眾多競技運動項目中，武術(shù)套路是一種較為特殊的需要將運動訓(xùn)練與調(diào)息訓(xùn)練完美結(jié)合的運動項目。因此，本研究基于以上思路，擬對不同呼吸頻率對武術(shù)套路運動員的影響進(jìn)行分析，嘗試確定出自主神經(jīng)系統(tǒng)平衡性增強(qiáng)和良好情緒狀態(tài)共同對應(yīng)的呼吸頻率范圍，以此為武術(shù)套路運動員賽前、賽中的心理生理調(diào)節(jié)提供一個參照系。

2 研究對象和方法

2.1研究對象

民族傳統(tǒng)體育專業(yè)(武術(shù)套路專項)大學(xué)生29名(男生14名，女生15名，平均年齡21.07歲，年齡范圍19-23歲)，其中國家一級運動員5名，國家二級運動員24名(運動年限平均9.55年)。被試者無明顯心血管、神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病,運動年限均在5 年以上。

2.2研究方法

2.2.1實驗儀器

選用由美國HeartMath心臟數(shù)理研究所提供技術(shù)，北京豪峰數(shù)碼科技有限公司自主研發(fā)的生理相干與自主平衡系統(tǒng)(Self-generate Physiological Coherence System，SPCS)。實驗對呼吸頻率的監(jiān)控選用中國科學(xué)院自動化所心理測試工程中心，北京新科永創(chuàng)科技有限公司研發(fā)的PR-Ⅱ型反饋儀。

2.2.2實驗設(shè)計

情緒狀態(tài)的測量采用的是情緒評定量表SAM(Self-Assessment Manikin),該量表是1980年由Lang等人在Osgood的語義分化量表基礎(chǔ)上設(shè)計出的情緒評定工具，SAM分別從情緒的三個維度，喚醒度(arousal)、效價(valence)和控制度(dominance)上進(jìn)行7點評分，1至7分分別代表每一維度的情緒由低到高，SAM 小人圖片模型由7個描繪不同程度的模型構(gòu)成。SAM量表的各維度具有較高的內(nèi)部一致性，喚醒維度和效價維度的科隆巴赫alpha系數(shù)分別為0.63和 0.98[11]。SAM量表與Mehrabian and Russell的語義差異量表所得結(jié)果呈高相關(guān)，效價維度和喚醒維度的相關(guān)系數(shù)均為0.94，控制維度為0.66[12-13]。

2.2.3實驗步驟

被試進(jìn)入實驗室后，休息5min，確定其身體狀況良好，沒有不適。請被試采取舒適的姿勢坐好，將SPCS傳感器夾帶于被試耳垂(統(tǒng)一夾于右耳垂)。將PR-Ⅱ型反饋儀的傳感器佩帶在腹部，用尼龍搭扣固定呼吸傳感位，以免影響測試精度。主試給被試指導(dǎo)語，讓其跟隨屏幕上的“呼吸調(diào)節(jié)器”進(jìn)行腹式呼吸(約3-5min)。待被試掌握后，正式開始實驗。

每種呼吸頻率記錄5min，每個水平開始之前和結(jié)束后，記錄2min HRV的變化，作為每一水平的基線值和恢復(fù)值。每種水平干預(yù)之間，被試休息5min，填寫SAM量表。

2.2.4統(tǒng)計學(xué)分析

數(shù)據(jù)采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,用SPSS 11.5統(tǒng)計軟件包處理,方法為單因素方差分析，統(tǒng)計顯著性為P<0.05。

3 研究結(jié)果

3.1心率變異性和情緒的單因素方差分析

首先，以呼吸頻率為自變量對心率變異性的頻域值和SAM情緒量表得分進(jìn)行單因素方差分析的檢驗。由表1可見，呼吸頻率的不同在除VLF以外的HRV指標(biāo)上均呈現(xiàn)顯著的主效應(yīng)，并對呼吸頻率這一因素的結(jié)果進(jìn)行事后檢驗(Post Hoc Test)，比較的結(jié)果也在表中呈現(xiàn)。

表1 不同呼吸頻率下HRV和情緒狀態(tài)單因素方差分析結(jié)果一覽表

注：ANOVA=analysis of variance;ns=not significant差異不顯著;SAM=Self-Assessment Manikin；Valence=愉悅度；Arousal=喚醒度；Dominance=控制度

3.2心率變異性指標(biāo)的組內(nèi)檢驗結(jié)果

其次，對武術(shù)套路運動員心率變異性基線值、測試值和恢復(fù)值進(jìn)行各水平內(nèi)的比較，檢驗采用各呼吸頻率的測試值、恢復(fù)值分別與基線值配對t檢驗的方法。其中，恢復(fù)值與基線值的比較未呈現(xiàn)顯著差異(P>0.05)，故僅呈現(xiàn)部分存在顯著差異的檢驗結(jié)果。

表2 心率變異性基線值和測試值t檢驗結(jié)果一覽表

注：表中1,2,3,4分別代表呼吸頻率為4次/min，6次/min，8次/min，10次/min時所測得的值。

4 分析討論

4.1不同呼吸頻率下心率變異性的比較分析

隨著呼吸頻率的降低武術(shù)套路運動員的TP增加，說明自主神經(jīng)系統(tǒng)的整合調(diào)節(jié)功能有所提高。這一變化趨勢與一些研究結(jié)果相似，對比正常人同一時段的HRV 功率譜圖與呼吸功率譜圖發(fā)現(xiàn)，由自然呼吸頻率(0.2Hz左右)開始，當(dāng)呼吸頻率升高時，HRV 降低[3,14]，當(dāng)呼吸頻率降至0.1Hz時，HRV達(dá)到最大，之后再降低呼吸頻率，HRV再次降低[15-16]。但本實驗的差異在于，當(dāng)呼吸頻率降至6次/分(0.1Hz)時，TP并沒有降低，而是繼續(xù)升高。且呼吸頻率降至6次/min和4次/min時，TP的測試值與基線值相比才發(fā)生了顯著變化(P<0.001)。可能的解釋是，參與本次實驗的被試，自主呼吸頻率本身就相對較低，為平均13.19次/min(這可能是由于長期的武術(shù)套路練習(xí)造成的)，所以，當(dāng)呼吸頻率降至相對較低的6次/min時，才引起被試自主神經(jīng)的明顯變化，故呼吸頻率降至4次/min時，TP仍呈增加的趨勢。

低頻帶(LF，0.04-0.15 Hz)，受交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)共同影響,某些情況下可反映交感神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能。本實驗中隨著呼吸頻率的降低LF增加，說明交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的活性可能均有所提高。在呼吸調(diào)節(jié)條件下,呼吸頻率與心動周期變化有明顯的相關(guān)性[17-18]。但以往研究認(rèn)為,呼吸僅影響高頻段(0.15 Hz-0.4Hz)[17],而實際上隨著呼吸頻率的減低,呼吸峰也明顯影響了低頻段(LF，0.04-0.15Hz)。有研究表明，當(dāng)呼吸頻率降低時，HRV的低頻段功率隨之升高[19]。在Poyhonen[6](2004)的研究中，呼吸頻率從12次/min降至8次/min，LF明顯升高。這一變化趨勢與本研究的結(jié)果一致。

高頻帶(HF，0.15-0.40Hz)，由迷走神經(jīng)介導(dǎo)，主要代表呼吸變異，特別是呼吸性竇性心律不齊(RSA)。已有的對HRV頻域進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，RSA主要體現(xiàn)在高頻頻段HF上，不過，新的研究認(rèn)為HF包含了受呼吸調(diào)制的和不受呼吸調(diào)制的兩個組分[20-21]。本實驗中，隨著呼吸頻率的降低，武術(shù)套路運動員HF呈降低的趨勢，呼吸頻率在4次/min和6次/min時測試值小于基線值，呼吸頻率在8次/min和10次/min時，測試值顯著大于基線值。這一結(jié)果提示可能8次/min和10次/min之間的呼吸頻率調(diào)節(jié)，能夠?qū)ξ湫g(shù)套路運動員起到提高副交感神經(jīng)活性和放松的作用，且10次/min比8次/min的作用更為明顯，而在呼吸頻率低于6次/min時，可能會使副交感神經(jīng)的活性降低，從而不能達(dá)到調(diào)息放松的目的。

LF/HF代表交感-迷走神經(jīng)張力的平衡狀態(tài)。本實驗中隨著呼吸頻率的降低，LF/HF呈增加的趨勢，是由于HF在4次/min和6次/min時顯著降低，而LF在4次/min和6次/min時顯著增加的緣故。說明交感迷走神經(jīng)張力的平衡狀態(tài)在4次/min和6次/min時發(fā)生了明顯變化。主要是從交感迷走神經(jīng)的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槊宰呱窠?jīng)活性的降低。

值得一提的是，主要代表了交感神經(jīng)活性的指標(biāo)極低頻(VLF，0.003-0.04Hz)在本實驗的4個呼吸頻率間并沒有呈現(xiàn)明顯的差異，但每個呼吸頻率上的測試值均顯著或非常顯著低于基線值。這說明，4種呼吸頻率對于武術(shù)套路運動員交感神經(jīng)的調(diào)節(jié)作用是基本一致的，都可以起到降低交感神經(jīng)活性的作用。這一結(jié)果表明，當(dāng)呼吸頻率降至6次/min以下時，分別代表交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)活性的VLF和HF都降低，但此時總功率TP和LF仍呈增加的趨勢，這提示可能LF并不僅受到交感和迷走神經(jīng)的調(diào)節(jié)，而是受其他相關(guān)的心理生理因素的共同作用。

4.2呼吸頻率對情緒狀態(tài)的影響

4.2.1呼吸頻率對不同情緒維度的影響

呼吸調(diào)節(jié)是運動員處理情緒波動的一種心理調(diào)節(jié)方法，即通過深且慢的呼吸可以使運動員的情緒波動穩(wěn)定下來。這種方法之所以可以奏效是因為情緒狀態(tài)和呼吸之間有著必然的聯(lián)系。例如：情緒緊張時，呼吸快而淺，由于呼吸快而淺時體內(nèi)進(jìn)入了大量的氧氣，呼出大量的二氧化碳，而二氧化碳呼出過多就會使血液中的二氧化碳失去平衡，時間一長，中樞神經(jīng)便會作出抑制的保護(hù)性反應(yīng)。這時運動員就可以采用加深或放慢呼吸頻率的方法來消除緊張，一段時間內(nèi)，使呼吸放慢和加深就會得到安靜的效果[22]。所以，分析低頻呼吸范圍內(nèi)個體情緒的變化，有助于為運動員的賽前調(diào)節(jié)提供更準(zhǔn)確和有效的依據(jù)。

情緒是一種復(fù)雜的心理現(xiàn)象，它是有機(jī)體為了適應(yīng)環(huán)境變化的需要對具有重要意義的內(nèi)部和外部事件的識別、評價、組織的一種非線性動態(tài)加工過程[23]。心理學(xué)家對情緒的實質(zhì)進(jìn)行了長期的研究，其中，比較有代表性的是Izard[24](1991)的觀點，他認(rèn)為情緒是獨立的系統(tǒng)，它是由獨立的主觀體驗、外部表現(xiàn)和生理喚醒等三種成分組成。本研究對于呼吸頻率引起的情緒變化，主要是對情緒的主觀體驗成分進(jìn)行了評估。從目前的研究來看，對情緒的主觀體驗進(jìn)行自我報告的測評方式中,較一致的觀點是按照兩個維度進(jìn)行分類，一個是喚醒度(arousal)，可分為高、低兩個水平；一個是愉悅度(Hedonic value)，可分為積極和消極。Feldman和Russell提出的情緒環(huán)結(jié)構(gòu)就是按照這兩個維度來進(jìn)行構(gòu)架的。這種維度劃分被許多情緒研究所采用，并驗證了這種理論的效度[25]。本研究所采用的SAM情緒量表即是在這個劃分維度上又增加了個體對情緒的控制維度的評估。

本實驗所得的結(jié)果表明，呼吸頻率并未引起被試明顯的情緒變化(P>0.05)?？赡艿慕忉屖牵瑐€體情緒的生理喚醒成分發(fā)生了變化，但還未達(dá)到足以使個體認(rèn)知意識到的閾限，所以雖然心理生理指標(biāo)HRV在四個呼吸頻率間呈現(xiàn)出明顯差異，但個體的情緒主觀感受并未顯現(xiàn)出明顯的變化。

值得注意的是，現(xiàn)有的關(guān)于情緒對工作績效及操作任務(wù)的影響研究存在不一致的觀點，Gesine D[26](2004)發(fā)現(xiàn)，積極情緒可以促進(jìn)認(rèn)知靈活性，促進(jìn)不尋常聯(lián)想的產(chǎn)生，減少問題解決中的功能固著，增加分析性決策中的啟發(fā)策略，同時促進(jìn)記憶中的細(xì)微聯(lián)結(jié)的激活。Ellis[27](1997)等人認(rèn)為消極情緒,例如抑郁等,能夠減少對認(rèn)知活動的注意資源。Boekaerts( 1993)發(fā)現(xiàn),消極的情緒可以使被試產(chǎn)生一種適應(yīng)性模型,使注意力從認(rèn)知任務(wù)上偏離[28]。然而,Korner[29](1993)研究的結(jié)果并不支持這一觀點,其認(rèn)為當(dāng)被試處于消極高喚醒情緒時,注意力其實并沒有從當(dāng)前的任務(wù)上脫離,他們完成認(rèn)知任務(wù)的正確率與其他情緒的被試沒有顯著差異。還有研究表明，積極低喚醒情緒對注意的認(rèn)知加工有促進(jìn)作用,在積極低喚醒情緒下,被試的反應(yīng)時是最短的。這說明,積極高喚醒情緒是以占用更多的心理資源為代價的。以上結(jié)果提示我們，在指導(dǎo)運動員進(jìn)行賽前狀態(tài)調(diào)節(jié)的過程中，可能積極低喚醒情緒狀態(tài)更利于比賽成績的發(fā)揮，而這也與本實驗4種呼吸頻率干預(yù)下被試的情緒狀態(tài)一致。

4.2.2情緒狀態(tài)的其他影響因素分析

首先，在諸多影響情緒的因素中，許多學(xué)者對注意對情緒的影響進(jìn)行了深入的研究。梳理現(xiàn)有文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)情緒和注意的關(guān)系不是單方面的，注意程度會制約情緒的作用，反過來，情緒又通過注意來影響感知覺任務(wù)的判斷。Pessoa等[30](2002)的研究發(fā)現(xiàn)，在注意集中的情況下，負(fù)性情緒圖片的腦區(qū)活動大于中性圖片，而在分散注意的情況下(同時進(jìn)行認(rèn)知任務(wù))，兩者的差異不明顯。說明情緒的加工受到注意因素的影響。在Philips[31](2004)的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。還有研究表明，注意資源對消極情緒信息的加工具有重要影響，胡治國等人[32]的研究發(fā)現(xiàn)，正常人在注意資源很充足(閾上加工的無干擾條件)和注意資源很少(閾下加工)的情況下，都無法表現(xiàn)出消極情緒偏向，只有在注意資源比較缺乏(閾上加工的有干擾條件)的情況下，消極注意偏向才能表現(xiàn)出來?？紤]到注意對情緒的重要影響，本實驗由于在呼吸頻率這個變量上采用被試內(nèi)設(shè)計，故很有可能在多次實驗干預(yù)過程中，被試由于疲勞、厭煩等負(fù)性情緒的影響，注意并未持續(xù)保持集中，從而影響了對情緒的加工和體驗。

其次，本實驗情緒未呈現(xiàn)顯著差異的另一個原因，可能是個體自身的情緒穩(wěn)定性(Emotional Stability)造成的。Rener[33]認(rèn)為，情緒穩(wěn)定性是人格的一個維度，表征了情緒發(fā)展的成熟性和個體與情景或環(huán)境相互作用的協(xié)調(diào)性等特征。情緒穩(wěn)定性高者不易為一般情境引起強(qiáng)烈的情緒反應(yīng)；情緒穩(wěn)定性低者易于因事件的發(fā)生而產(chǎn)生情緒反應(yīng)。情緒穩(wěn)定性由個人認(rèn)知成熟度和個性成熟度組成。情緒穩(wěn)定是心理品質(zhì)的一個重要方面，也是心理健康的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。由于本實驗中的被試都有過長期運動訓(xùn)練的經(jīng)歷，也參加過較多正規(guī)的運動競賽，所以其個性成熟度和情緒自控力是較高的，也相對具有較好的情緒穩(wěn)定性。故呼吸頻率的改變可能不易引起他們明顯的情緒變化。

最后，Catai[34](2002)的研究中認(rèn)為，在比較短暫的啟動時間內(nèi)，由負(fù)性情緒激發(fā)的機(jī)體能量可能還未消退，因此對接下來的認(rèn)知活動起到的是促進(jìn)作用。如果消極情緒狀態(tài)持續(xù)的時間比較長，個體可能已經(jīng)把注意轉(zhuǎn)向情緒體驗本身，因此反而影響了對后面認(rèn)知活動的資源分配，此時對認(rèn)知活動起到的就是抑制作用。這一分析提示我們，雖然本實驗不同呼吸頻率對情緒的影響未呈現(xiàn)顯著差異，但可能這一結(jié)果更有利于運動員賽前情緒的調(diào)節(jié)，因為當(dāng)呼吸頻率能夠引起個體明顯的情緒主觀體驗時，可能會消耗不必要的認(rèn)知資源，從而影響當(dāng)前的操作任務(wù)。故能夠?qū)η榫w的生理喚醒產(chǎn)生積極作用，而仍不被個體意識所覺察的調(diào)節(jié)方式，可能更有利于運動員賽前心理生理狀態(tài)的調(diào)節(jié)。

5 結(jié)論

1)反映植物神經(jīng)的整體整合功能的TP隨著呼吸頻率的降低顯著增加，表明低頻的呼吸調(diào)節(jié)可以提高武術(shù)套路運動員植物神經(jīng)系統(tǒng)的整合調(diào)節(jié)能力。

2)反映交感神經(jīng)活性的VLF在四種呼吸頻率調(diào)節(jié)作用下都明顯降低，但其值在4種呼吸頻率間并沒有呈現(xiàn)顯著差異，表明4種呼吸頻率對于武術(shù)套路運動員交感神經(jīng)的調(diào)節(jié)作用是基本一致的，都可以起到降低交感神經(jīng)活性的作用。

3)反映迷走神經(jīng)張力的HF的變化趨勢表明，8次/min和10次/min之間的呼吸頻率調(diào)節(jié)，能夠起到提高副交感神經(jīng)活性和放松的作用，而在呼吸頻率低于6次/min時，可能會使副交感神經(jīng)的活性降低。4種呼吸頻率下被試情緒狀態(tài)未呈現(xiàn)顯著差異，表明對武術(shù)套路運動員采用調(diào)息法作為放松方法時，選擇6次/min至10次/min的呼吸頻率范圍較為適宜。

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TheEffectsofSpecificRespiratoryFrequencyonWushuAthletes'HeartRateVariabilityandEmotionalStates

Du Yin,Li Jingcheng

(Capital University of Physical Education and Sports,Beijing,100191,China)

Through the analysis of differences of breathing rate that influence Wushu athletes,this experiment try to identify the breathing frequency range which can produce positive role for HRV and emotional state of athletes,so as to provide a basis of empirical research for the regulation of psychological and physiological state of athletes.

respiratory frequency；H R V；emotional state；Wushu athlete

G804.87

A

1672-1365(2011)06-0100-05

2011-07-17；

2011-08-30

杜吟(1985-),女,甘肅人,碩士研究生,研究方向：運動心理學(xué)。