林 華，賀業(yè)恒,2，徐 瑞

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心率變異性在大眾健身領域的研究進展與展望

林 華1，賀業(yè)恒1,2，徐 瑞3

心率變異性(HRV)信號中蘊含了有關心血管控制及體液調節(jié)的大量信息，提取并分析這些信息可以定量評估心交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的均衡性。從自主神經(jīng)均衡性角度看，運動的過程即自主神經(jīng)原有均衡性的打破和新平衡再形成的過程，如果自主神經(jīng)系統(tǒng)長期處于失衡或活性下降的狀態(tài),將會降低運動的效果，增加運動風險,甚至危害身體健康。運動強度對HRV的影響明顯，以運動強度為主線，概括了不同強度的運動和力量練習后HRV變化情況及應用HRV指導運動的實例。目前，針對HRV的研究結論還不夠一致，這主要是由于HRV受年齡、性別、健康水平、運動強度、測試方法等多因素的影響，展望HRV指標在大眾健身領域的應用，建議對運動參與者進行縱向跟蹤測試，以自主神經(jīng)均衡性評價個體對運動的適應情況，以期更好利用HRV指標為大眾健身服務。

心率變異性；大眾健身；研究進展；自主神經(jīng)

自主神經(jīng)是內(nèi)臟的運動神經(jīng)，人體自主神經(jīng)的狀態(tài)很大程度上決定著內(nèi)臟的功能以及機體的健康水平。如果自主神經(jīng)系統(tǒng)長期處于失衡或活性下降的狀態(tài)，人體易于出現(xiàn)內(nèi)臟功能紊亂的現(xiàn)象，也會導致運動效果的降低，增加運動風險，甚至損害身體健康。自主神經(jīng)系統(tǒng)均衡性的失衡將導致心率失常及一系列心臟疾病，高迷走神經(jīng)活性往往與低心臟風險相關[58]。因此，在大眾健身領域，有必要關注自主神經(jīng)系統(tǒng)的功能，了解自主神經(jīng)系統(tǒng)對不同運動所產(chǎn)生的反應和適應，從而科學安排運動，有效提高大眾健康水平。

1 心率變異性可有效反映自主神經(jīng)系統(tǒng)功能

1.1 心率變異性的概念

心率變異性(heart rate variability，HRV)是指逐次心跳R-R間期波動的現(xiàn)象，其機制是交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)協(xié)調作用從而控制竇房結的起搏，其具體表現(xiàn)是每個心動周期長短的不規(guī)則變化。心率變異性信號中蘊含著有關心血管控制及體液調節(jié)的大量信息，提取這些信息并加以分析可以定量評估心交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的均衡性[35]。

1.2 HRV分析方法及指標意義

HRV分析法可分為時域分析法、頻域分析法、散點圖分析法、混沌特征參數(shù)估算法、李雅普諾夫指數(shù)法、近似熵分析法等100余種。時域分析法是用統(tǒng)計學離散趨勢法或幾何模型法分析瞬時心率的變異，常用指標有SDNN、rMSSD、PNN50等，其中，SDNN反映R-R間期標準差，是HRV總和；rMSSD反映R-R間期差值均方根；Ln rMSSD是rMSSD 的自然對數(shù)；PNN50是反映HRV快速變化成分。頻域分析法是將心電信號經(jīng)模擬或轉換成數(shù)字信號后將信號分解成不同振幅、頻率的正弦波之和，常用指標有總功率(TP)、高頻功率(HF)、低頻功率(LF)等，TP反映HRV總和，HF反映迷走神經(jīng)調節(jié)功能，LF反映交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)的復合調節(jié)功能。非線性分析法中以散點圖分析法較多見，散點圖分析法是將2個相鄰R-R間期構成一個散點，多個散點在以R-R間期值為縱橫坐標的二維坐標系中構成散點圖，其圖形隨R-R間期的變化而不同，是心率變化規(guī)律的直觀反映[1,56,62]。

2 不同強度運動對HRV的影響

不同的運動負荷對HRV影響不同，在構成運動負荷的諸多因素中，運動強度對HRV的影響尤為明顯[24,53]，并且運動表現(xiàn)和健康水平的提高被認為與迷走神經(jīng)相關指標所致HRV增大有關[6,10]。

2.1 低強度運動對HRV的影響

低強度運動多指運動中的心率在最大心率的60%以下的運動。在大眾健身領域，低強度運動多為有氧耐力運動，針對健康人群的研究表明，低強度耐力運動能增加安靜狀態(tài)的心臟迷走神經(jīng)控制。Nummela A等[47]對24名靜坐少動者進行耐力運動干預，每周運動2 h，持續(xù)4周，測量夜間HRV指標發(fā)現(xiàn)受試者迷走神經(jīng)活性提高。Galetta F等[22]以20位老年男性為研究對象,發(fā)現(xiàn)長期規(guī)律性的低強度耐力運動可引起HRV的升高并提高工作能力和運動表現(xiàn)，這與Nummela A的研究結論一致。Kaikkonen等[31]通過問卷調查和HRV測量發(fā)現(xiàn)，日常體力活動和低強度有氧運動可改善自主神經(jīng)系統(tǒng)調節(jié)機能，通過長期低強度體力活動可有效降低肥胖所致的健康風險，這主要是通過改善自主神經(jīng)的調節(jié)來實現(xiàn)的。一些針對慢性疾病的研究也得出了類似結論，Nakayama等[44]的研究表明，患有輕度高血壓的人群進行小強度的運動，6周后受試者HF顯著升高，LF/HF顯著降低。Goit等[25]研究低強度運動對Ⅱ型糖尿病患者的影響，20名受試者經(jīng)過每周3次，為期6個月的有氧運動，PNN50和HF得到顯著提高，LF顯著降低，說明低強度有氧運動有增強迷走神經(jīng)活性的作用。也有人研究低強度運動對I型糖尿病患者自主神經(jīng)的影響，選取15名13歲左右的男孩為研究對象，每周跑步3次，持續(xù)12周，發(fā)現(xiàn)該運動干預可使TP顯著升高[55]。此外，Wei GX等[61]研究太極拳對老年人HRV的影響，認為太極拳結合腹式呼吸能夠提高迷走神經(jīng)活性，可以有效改善放松階段交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的均衡性。

2.2 中等強度運動對HRV的影響

中等強度運動主要是指運動中的心率在最大心率的60%～80%的運動。多數(shù)研究表明，中等強度運動可以提高有氧代謝能力，也可以使HRV增大[9,10,29,42]。Tulppo M P等[59]對靜坐少動的健康青年男性進行每周3次，每次30 min的運動干預，發(fā)現(xiàn)6周后自主神經(jīng)趨向于副交感神經(jīng)活性增強和/或交感神經(jīng)活動減弱。Melanson E L等[41]對11名靜坐少動的青年男性進行研究，通過3次/周，30 min/次的騎車運動，發(fā)現(xiàn)12周后受試者的HF、PNN50、rMSSD明顯增高，提示，心迷走神經(jīng)的活性增強。Pichot V等[48]選取11名老年人參與中等強度的間歇性運動，研究表明，14周的中等強度運動可提高反映副交感神經(jīng)的PNN50、rMSSD和HF指標。有報道14周、12周、8周或6周的耐力運動均可以提高有氧健康水平和HRV[30,40,51,63]，甚至有報道2周的有氧耐力也可以有效提高HRV[38]。Arto J.Hautala等[27]對受試者施加每次30～60 min，每周6次70%～80%最大心率強度的運動干預，發(fā)現(xiàn)8周中等強度耐力運動與副交感神經(jīng)功能增強及交感神經(jīng)功能減弱高度相關。SJ C等[52]對15名多囊卵巢綜合癥患者實施16周中等強度運動干預，發(fā)現(xiàn)受試者反映副交感神經(jīng)的rMSSD、HF、HFnu均顯著升高，從而認為，中等強度有氧運動能夠提高迷走神經(jīng)的調節(jié)能力，可推薦作為多囊卵巢綜合癥的臨床治療輔助方法。Borghi-Silva等[7]研究中等強度跑臺運動對慢性阻塞性肺疾病患者的影響，發(fā)現(xiàn)運動后第6周的SDNN顯著高于運動前，并且高于第12周，提示，6周的中等強度有氧運動可使慢性阻塞性肺疾病患者的迷走神經(jīng)功能得到改善。

綜上，無論有無運動基礎，長期中低強度的運動能夠增大HRV，在提高身體健康機能水平的同時能夠改善自主神經(jīng)系統(tǒng)功能，尤其是提高迷走神經(jīng)的活性。中低強度運動對于靜坐少動人群、糖尿病、肥胖、多囊卵巢綜合癥及慢性阻塞性肺疾病人群的迷走神經(jīng)功能同樣有積極作用。同時，中低強度運動對不同性別、不同年齡、不同健康水平人群自主神經(jīng)的作用程度可能并不完全一致，提示，在今后的研究中不宜將年齡差異大、不同性別的受試者混合分組。2.3 亞極量強度運動對HRV的影響

亞極量強度運動的心率通?？刂圃谧畲笮穆实?0%～90%。Buchheit等[11]對有訓練經(jīng)驗的青年進行研究，通過一次亞極量負荷的跑臺運動，發(fā)現(xiàn)更快的有氧跑速往往伴隨著HRV指標的升高，啟示研究人員關注HRV指標與運動表現(xiàn)之間的關系。Francica J V等[20]研究亞極限運動對中風患者HRV的影響，發(fā)現(xiàn)亞極限強度騎自行車運動有助于改變中風患者自主神經(jīng)的調節(jié)。Mandigots S等[39]對12名青少年進行80%最大心率的運動干預，每周運動3次，每次運動時間為1 h，另外選取7名條件相當?shù)那嗌倌曜鲗φ?，運動13周后，HF和LF升高但LF/HF未升高。黃傳業(yè)等[2]觀察一次急性亞極限強度運動后的自主神經(jīng)變化情況，受試者為少年和成年業(yè)余長跑愛好者，受試者在跑臺上進行90 min 95%個體無氧閾強度的跑步運動，發(fā)現(xiàn)運動后15 min的HFnu和HRV各時域指標均明顯低于運動前水平，LFnu和LF/HF顯著升高；少年組HFnu的降幅、LFnu和LF/HF升幅顯著低于成年組，在運動后第6 h兩組的HRV各指標均已恢復。Barak O F等[4]對30名年輕男性進行5 min亞極量強度騎行運動，HRV測試采用仰臥位、仰臥舉腿和坐位3種測量體位，發(fā)現(xiàn)運動后15 min HRV時域和頻域指標均未恢復到運動前水平，并且運動后rMSSD在仰臥位和仰臥舉腿體位明顯高于坐姿測量結果，運動后Ln LF在仰臥舉腿體位明顯高于坐位。Guilkey J P等[26]觀察亞極量運動后男孩和女孩HRV情況，在運動前安靜狀態(tài)和恢復過程中，男孩和女孩在Ln SDNN和Ln TP指標上出現(xiàn)差異。

綜上，在大眾健身領域亞極限強度的運動應用相對較少，有研究結果傾向于認為，亞極量強度的運動會增強迷走神經(jīng)對心臟的支配能力。對于一次性亞極量強度運動后HRV的恢復過程及規(guī)律的研究目前尚不一致，這主要與運動強度、受試者基本情況等多因素有關，可以肯定的是，運動后15 min對迷走神經(jīng)恢復是遠遠不夠的。

2.4 極量強度運動對HRV的影響

極量強度運動指運動時心率達到或超過最大心率的100%的運動，在大眾健身領域，長期極量強度運動方式多為高強度間歇性運動。Kiviniemi A M等[37]比較高強度間歇運動與有氧運動對自主神經(jīng)功能的影響，研究選取26名靜坐少動的男性為研究對象，在2周內(nèi)進行6次運動干預。研究發(fā)現(xiàn)，高強度間歇訓練組的HF高于有氧運動組，認為高強度間歇性運動比傳統(tǒng)有氧運動更能改善自主神經(jīng)系統(tǒng)功能。有研究得出的結論與此研究不同，Gamelin F X等[23]觀察高強度間歇運動對青春前期兒童HRV的影響，22名10歲左右的兒童經(jīng)過每周3次，每次30 min的高強度間歇性運動，7周后受試者有氧能力得到改善，但自主神經(jīng)功能并未見顯著性改變，認為7周的高強度間歇性運動干預不足以改變心臟自主神經(jīng)的調節(jié)。

有人選取有運動基礎的受試者進行連續(xù)4周的研究，前3周進行大強度的運動，第4周降低運動強度，發(fā)現(xiàn)極量強度運動后HRV總功率降低，并且經(jīng)過1周時間的減量后HRV指標又會反彈，反映副交感神經(jīng)的指標一度下降了41%，但在第4周又上升了46%[49]。也有針對一次極量強度后HRV變化情況的研究，發(fā)現(xiàn)Wingate無氧功率測試結束1 h后LF、HF始終處于抑制狀態(tài),表明最大功率輸出的高強度運動能夠對交感和副交感神經(jīng)活動均造成抑制[46]。

綜上，在大眾健身領域極限強度運動多為高強度間歇性運動，目前的研究認為，高強度間歇性運動能夠有效改善機體健康水平，長期高強度間歇性運動對HRV的影響結論并不一致。在極限強度運動過程中，交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)均受到抑制，但仍以交感神經(jīng)興奮占優(yōu)勢，在運動強度降低后HRV指標又會反彈，出現(xiàn)類似“超量恢復”的曲線，這可能可以作為下一次運動的時機，但此方面仍有待進一步研究。

3 力量練習對HRV的影響

力量練習是大眾健身的重要組成部分，對于改善身體素質、提高健康水平具有重要的意義。有研究認為，長期力量練習可改善迷走神經(jīng)功能，如Figueroa等[18]觀察抗阻練習對患纖維肌痛綜合癥并有自主功能障礙的女性的影響，通過16周抗阻練習，迷走神經(jīng)活性得到提高 。Caruso F R等[13]對冠狀動脈疾病患者進行抗阻練習，研究發(fā)現(xiàn)，通過8周的低負荷、多重復組數(shù)的抗阻練習，受試者的肌力和HRV指標均得到了積極改善。Barbosa等[5]研究功能性訓練對自主神經(jīng)的影響，13名年輕女性受試者經(jīng)過12周的功能性訓練，副交感神經(jīng)活性增強，促進了自主神經(jīng)的調節(jié)功能。Rezende Barbosa MP等[50]對青年女性進行為期12周，每周3次的功能性訓練，研究表明，功能性訓練能有效改進自主神經(jīng)功能，提高生活質量。與以上研究結果不同的是，Carter J R等[12]對12名青年男性進行為期8周，每周3次的全身力量練習，在運動后采用仰臥位測量HRV，發(fā)現(xiàn)力量練習對交感神經(jīng)無影響。與此相似的是，Trevizani G A等[21]研究高血壓患者進行抗阻練習后的自主神經(jīng)反應，采取1 RM的50%，重復15～20次的抗阻練習，研究發(fā)現(xiàn)，抗阻練習并未提高高血壓患者的HRV。Kanegusuku等[34]對25名老年男性進行研究，發(fā)現(xiàn)4個月的遞增負荷抗阻練習可有效增大肌肉體積，提高肌力，但并未改變自主神經(jīng)的功能[34]。

對于一次性力量練習對HRV的影響也有學者進行了研究，Heffernan等[28]的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過每組8次，重復10組的力量練習，30 min的仰臥位休息對HRV的恢復是不夠的，心臟副交感神經(jīng)難以恢復到安靜狀態(tài)。Teixeira L等[57]的研究得出的結論與此類似，認為3組力量練習后，心臟副交感神經(jīng)在運動后20 min下降了44%，在運動后50 min下降了21%。Chen J等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過2 h的舉重練習，舉重的運動表現(xiàn)和副交感神經(jīng)活性均下降，但經(jīng)過48 h的恢復期，舉重表現(xiàn)和心臟副交感神經(jīng)活性均超過了基礎狀態(tài)。Niemala T H等[45]的研究觀察了12組4個動作的力量練習，運動強度為1 RM的80%，發(fā)現(xiàn)運動后30 min心臟副交感神經(jīng)張力下降了15%，認為運動表現(xiàn)和心臟自主神經(jīng)平衡性的恢復似乎是同步的，但與肌肉損傷所造成的生化指標變化不完全同步。

綜上，針對力量練習產(chǎn)生的HRV適應情況的研究結論尚不一致，部分研究認為，長期力量練習可改變迷走神經(jīng)活性，HRV指標產(chǎn)生顯著性變化，但也有研究趨向于認為，長期力量運動并未改變迷走神經(jīng)活性。一次性力量訓練后副交感神經(jīng)活性下降，恢復過程可能取決于力量練習的負荷、運動模式等。

4 其他運動對HRV的影響

大眾健身領域運動模式多樣，很多運動是復合式運動。Piia Kaikkonen等[32]研究不同運動強度的持續(xù)跑步運動對HRV的影響，研究采用3種強度的運動，3 km 60%最大心率跑步、3 km 85%最大心率跑步和14 km 60%最大心率跑步，在安靜狀態(tài)、運動中和運動后15 min的恢復期內(nèi)分別測試HRV，研究表明，HRV恢復動力學是相似的，但是，85%最大心率跑步后的HRV明顯低于60%最大心率跑步運動，進一步說明運動強度對HRV的影響作用。在此基礎上觀察了不同強度的間歇運動后HRV的變化情況，認為運動后即刻的HRV可以為運動負荷評價提供更多信息[33]。Tero Myllymaki等[43]對成年男性進行30 min 45%最大攝氧量強度、60%最大攝氧量強度和75%最大攝氧量強度的運動干預，測試夜晚的HRV，發(fā)現(xiàn)隨著運動強度的增大，夜間HRV并未見顯著改變。Esco M R等[16]進行跑步和騎自行車運動后HRV的對比研究，發(fā)現(xiàn)以30 min 65%最大攝氧量強度運動后，騎自行車組的恢復速度明顯較慢。Brian K M等[8]比較了一次大強度克服自身重力的抗阻練習與大強度跑步運動后不同時間點自主神經(jīng)的恢復情況，研究發(fā)現(xiàn)，克服自身阻力抗阻練習組的Ln rMSSD和Ln HF在不同時間點均低于跑臺組，從而認為，抗阻練習對自主神經(jīng)的影響要大于同樣強度的跑步運動。

5 應用HRV指導運動

目前，對于HRV的應用研究已經(jīng)取得了一定進展，這為我們在大眾健身領域應用HRV指導運動提供了一定啟示：1)HRV具有個體差異性，對受試者進行長期縱向跟蹤測試比個體間的橫向比較更有意義；2)應用HRV指導運動所取得的效果至少不比傳統(tǒng)執(zhí)行固定運動計劃模式的效果差，在大眾健身領域可以適當采用符合個體特征的運動模式；3)應用HRV指導運動具有無損傷、易操作的特點，合理使用可有效提高運動健身的科學性。

6 展望

自主神經(jīng)系統(tǒng)支配著人體內(nèi)臟器官，內(nèi)臟器官功能的狀態(tài)與人體健康水平息息相關。雖然目前關于運動對于HRV影響的研究結論并不完全一致，但一個總體的趨勢認為，通過適度的運動可以增大HRV，改善副交感神經(jīng)的活性，提高健康水平。當前研究結論不一致的原因與受試者的年齡、健康水平、運動強度、測試工具、測試方法、測試環(huán)境甚至受試者水合狀態(tài)不同等均有一定關系。雖然運動后自主神經(jīng)的恢復情況往往不能代表機體的整體恢復，如與糖原的恢復、與肌肉損傷的恢復不完全一致，但從自主神經(jīng)系統(tǒng)適應性角度評價運動的效果仍具有積極的意義。HRV在大眾健身領域研究應用前景廣泛，以個體HRV評價運動的效果，進而制定有針對性的運動方案，將是未來研究的一個主要方向。

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Progress and Prospect in Research about Heart Rate Variability in Fields of Mass Fitness

LIN Hua1， HE Ye-heng1,2，XU Rui3

The heart rate variability(HRV) signal contains a lot of information,such as the control of cardiovascular system and the regulation of body fluid.It can be used to analyze the balance of sympathetic nerve and vagus nerve.From the perspective of autonomic nervous system(ANS) balancing,the process of physical exercise is the destruction of the former balance and the formation of new balance of ANS.If the ANS is in state of imbalance or unactivity for a long time,it will lead to a decrease in the effect of exercise,increase the risk of exercise, even endanger the health.The effect of exercise intensity on HRV is obvious，the main line of this paper is the intensity of exercise and the change of HRV after different intensity of exercise and strength training.At present,the results of research on HRV is not consistent,which is mainly due to the influence of age,gender,health level,exercise intensity,test method and so on.In this paper,the application of HRV in fields of the mass fitness is proposed,and it is recommended to carry out longitudinal follow-up tests.In order to make better use of HRV,it is necessary to evaluate the adaption of the individuals to different exercise.

heartratevariability;massfitness;researchprogress;autonomicnervous

1000-677X(2016)06-0055-06

10.16469/j.css.201606006

2015-12-17；

2016-06-03

遼寧省體育局資助項目(2015lntyyb-31)。

林華(1959-)，女，遼寧大連人，教授，主要研究方向為運動生理學，Tel：(0411)82158414。E-mail:lin591102@163.com；賀業(yè)恒(1980-)，男，遼寧大連人，助理研究員，碩士，在讀博士研究生，主要研究方向為青少年運動員機能監(jiān)控與選材，E-mail:hyheng228@163.com；徐瑞(1989-)，女，遼寧盤錦人，碩士，在讀博士研究生，主要研究方向為運動生物化學，E-mail：ajiuweihu@126.com。

1.遼寧師范大學 體育學院，遼寧 大連 116029；2.大連市體育科學研究所，遼寧 大連 116031；3.北京體育大學，北京 100084 1.Liaoning Normal University,Dalian 116029，China；2.Sports Science Research Institute of Dalian，Dalian 116031，China；3.Beijing Sport University，Beijing 100084，China.

G804.2

A