無氧運動訓(xùn)練對體育專業(yè)大學(xué)生心率變異性的影響

鐘玉情，王艷杰，呂永志，池愛平

1 前言

心率變異性（Heart Rate Variability，HRV）作為一種評價機體疲勞、心臟自主神經(jīng)功能平衡性的無創(chuàng)性指標[1][2]。其具有便利性、無創(chuàng)性特點，這與運動訓(xùn)練過程中身體實踐性的特性相契合。在現(xiàn)實的實際應(yīng)用中，其監(jiān)控的領(lǐng)域范圍較廣，可為運動員賽前狀態(tài)的判斷、運動訓(xùn)練過程中的身體機能的監(jiān)控、體育教學(xué)中疲勞的診斷、運動康復(fù)的效果等眾多環(huán)境下得以應(yīng)用。迄今為止，多數(shù)針對HRV對訓(xùn)練過程中的8周到12周干預(yù)訓(xùn)練監(jiān)控研究較多，但對于一次或兩次急性運動中，身體機能、自主神經(jīng)系統(tǒng)的變化呈現(xiàn)怎么樣的趨勢，還有待研究，除此之外，在實驗對象的選擇上，更多的研究是針對于某運動領(lǐng)域內(nèi)的優(yōu)秀運動員，對于通過統(tǒng)招而開始涉獵體育專業(yè)大學(xué)生研究甚少。

本研究通過對篩選出來的受試者進行兩種無氧運動訓(xùn)練干預(yù)，并對受試者在進行無氧運動前后的HRV指標進行分析，目的是為得出兩種無氧運動訓(xùn)練對體育教育專業(yè)大學(xué)生在心迷走神經(jīng)功能、神經(jīng)中樞對心臟自主神經(jīng)調(diào)節(jié)功能以及無氧運動能力等方面的影響，以便更好的為體育專業(yè)大學(xué)生在日常訓(xùn)練中以及無氧運動項目的成績的提高提供一定的理論依據(jù)

2 研究對象與研究方法

2.1 研究對象

本研究從陜西師范大學(xué)體育教育專業(yè)大一學(xué)生中篩選實驗對象，篩選標準：（1）男生，均為健康狀態(tài)，且滿足以下標準方可入選：100m跑成績≤12.64s（男子100m3級運動員標準）；200m跑成績≤25.5s（男子200m3級運動員標準），由此來確定本研究實驗對象具備良好的無氧運動能力；（2）生活作息規(guī)律，無抽煙、酗酒、熬夜等不良嗜好；（3）身體健康，且無心臟病、精神病、家族病等病史。經(jīng)篩選，符合條件的實驗對象為23人（其中實驗過程前和實驗中退出2人），最終確定實驗對象為21人。在實驗前所有受試者均需要簽署知情同意書，知曉實驗流程及設(shè)備的使用，測試人員告知受試者實驗過程的安全性與設(shè)備的無害性，盡最大的可能減少受試者參與實驗的心理壓力，增強數(shù)據(jù)的可靠性。實驗要求受試者在運動前2小時內(nèi)禁止進食，拒絕飲用刺激性飲品，以免發(fā)生嘔吐等現(xiàn)象，24小時內(nèi)不參與劇烈的身體活動，且在實驗前一晚保證充足的睡眠，實驗中身穿舒適的運動服裝，盡可能將對實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響的因素控制在一定的范圍內(nèi)。

表1 實驗對象的基本情況

2.2 研究方法

2.2.1 無氧運動測試

本研究利用無氧功率自行車（Combi Wellness Power Max-VII，日本）的溫蓋特（Wingate）模式來進行測試和干預(yù)：受試者進行充分的熱身準備活動之后，將腳卡于腳蹬，根據(jù)受試者身高腿長將座椅調(diào)整至舒適的位置，設(shè)置受試者的體重（以kg為單位），阻力設(shè)置為0.075/kg，測試人員啟動無氧功率自行車進行Wingate試驗，在實驗過程中受試者盡全力蹬無氧功率自行車，持續(xù)30s。

2.2.2 無氧運動訓(xùn)練方案

2.2.2.1 無氧運動訓(xùn)練方案一（AET1）

受試者佩戴人體能耗檢測儀（GT9X-BT美國）與Polar Heart Rate Sensor（ActiLife，US.），監(jiān)測五分鐘安靜心率，在跑臺上進行簡單的熱身活動以及一些基礎(chǔ)的拉伸活動。啟動無氧功率自行車，設(shè)置腳蹬與座椅的舒適度，設(shè)置受試者體重以及阻力。待一切準備完畢，“開始”盡全力蹬30s，結(jié)束后間歇5min，間歇方式可采用慢走與靜坐的方式，間歇結(jié)束后進行第二次全力30s。

2.2.2.2 無氧運動訓(xùn)練方案二（AET2）

受試者佩戴人體能耗檢測儀（GTX9，ActiLife，美國）與Polar Heart Rate Sensor（ActiLife，US.），監(jiān)測五分鐘安靜心率，在跑臺上進行簡單的熱身活動以及一些基礎(chǔ)的拉伸活動。啟動無氧功率自行車，設(shè)置腳蹬與座椅的舒適度，設(shè)置受試者體重以及阻力（0.075/kg）待一切準備完畢，開始盡全力蹬30s，結(jié)束后間歇5min，間歇方式可采用慢走與靜坐的方式，間歇結(jié)束后重復(fù)進行第二次全力30s、第三次全力30s。

2.2.3 HRV測試指標

設(shè)備與軟件主要包括身體能耗檢測儀（GTX9，ActiLife，美國）、Polar Heart Rate Sensor（ActiLife，US.）以及Kubios軟件。采集運動時HRV相關(guān)數(shù)據(jù)，包括：R-R間期標準差（SDNN）、全程相鄰R-R間期差的均方根值（RMSSD）等時域指標；低頻輸出功率的均值（LF）、高頻輸出功率的均值（HF）、LF與HF之比（LF/HF）等頻域指標。

2.2.4 數(shù)理統(tǒng)計法

采用SPSS25.0軟件包對采集的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析，組內(nèi)數(shù)據(jù)的正態(tài)分布和方差齊性性采用K-S檢驗；組間數(shù)據(jù)采用配對樣本T檢驗；數(shù)據(jù)的結(jié)果用“平均值±標準差”來表示，將p＜0.05作為具有顯著性差異的標準，p＜0.01作為具有非常顯著性差異的標準

3 研究結(jié)果

3.1 受試者運動表現(xiàn)結(jié)果

由表2、表3可知，運動過程中，受試者的心率變化表現(xiàn)出在運動開始到結(jié)束，受試者心率隨運動強度的上升而相應(yīng)增加，兩同時利用受試者的最大心率百分比作為本次運動訓(xùn)練強度評估的指標之一，訓(xùn)練過程中通常認為大強度訓(xùn)練強度：80%-90%HRpeak或者75%-84%VO2max；中強度運動強度：60%-80%HRpeak或者50%-74%VO2max；小強度訓(xùn)練強度：小于60HRpeak或小于50%VO2max[62]。根據(jù)表可知，體育專業(yè)大學(xué)生在兩種AET方案中表現(xiàn)出除間歇過程外，運動強度的變化由中強度到大強度的變化。30sWingate作為一種定時定量負荷運動，本實驗所涉及的兩種無氧運動訓(xùn)練方案是由30sWingate方案與間歇混合組成，所以在運動開始強度較小，隨著運動的持續(xù)強度逐漸達到大強度負荷，從另一個方面也驗證了在實驗過程中，達到了運動過程中要求的“全力”沖刺直到結(jié)束。在間歇期間，強度較低，心率逐漸恢復(fù)到本人最大心率40%-60%時，再繼續(xù)完成下一次的30sWingate。

表2 AET1方案心率與最大心率百分比結(jié)果

表3 AET2方案心率與最大心率百分比結(jié)果

另一個指標采用生理負荷指數(shù)，此指標可用于衡量運動訓(xùn)練過程中生理負荷的大小，生理負荷評定為大強度負荷：大于1.6；中等強度負荷：1.4-1.6；小強度負荷：小于1.4。本實驗結(jié)果顯示，受試者在完成兩種AET方案中的兩次Wingate、三次Wingate的過程中，運動方案的負荷強度為大強度負荷強度。

3.2 兩種AET方案運動前后HRV時域指標變化及差異比較

統(tǒng)計結(jié)果顯示，運動前測試數(shù)據(jù)分析顯示，AET2運動方案與AET1運動方案的HRV指標SDNN相比較，變化不顯著，F(xiàn)（1，29）=0.233，p＞0.05，偏η2=0.002；運動后測試數(shù)據(jù)顯示，AET2運動方案與AET1運動方案的HRV指標SDNN相比較，變化具有顯著性差異，顯著升高，差值為0.214ms（95%置信區(qū)間：0.039～0.389ms），F(xiàn)（1，29）=5.891，p＜0.05，偏η2=0.048；AET2運動方案與AET1運動方案的HRV指標RMSSD相比較，變化不顯著，F(xiàn)（1，29）=0.871，p＞0.05，偏η2=0.007；運動后測試數(shù)據(jù)顯示，AET2運動方案與AET1運動方案的HRV指標RMSSD相比較，變化具有顯著性差異，顯著升高，差值為0.503ms（95%置信區(qū)間：0.324～0.682ms），F(xiàn)（1，29）=30.996，p＜0.01，偏η2=0.211。

表4 受試者兩種無氧運動訓(xùn)練前后時域指標測試結(jié)果

3.3 兩種AET方案運動前后HRV頻域指標變化及差異比較

統(tǒng)計結(jié)果顯示，在LF指標方面，AET1運動方案前AET2運動方案前相比，兩者之間的差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義，F(xiàn)（1，29）=0.007，p＞0.05，偏η2=0.000；AET1運動方案后與AET2運動方案后相比，兩者之間的差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義，F(xiàn)（1，29）=1.199，p＞0.05，偏η2=0.01；受試者在AET1方案運動后與運動前相比，HRV指標LF值顯著降低，差值為3.449ms（95%置信區(qū)間：-3.814～-3.085ms），F(xiàn)（1，29）=350.715，p＜0.01，偏η2=0.751。試者在AET2方案運動后與運動前相比，HRV指標LF值顯著降低，差值為3.636ms（95%置信區(qū)間：-4.001～-3.271ms），F(xiàn)（1，29）=389.701，p＜0.01，偏η2=0.771。

在HF指標方面，AET1運動方案前AET2運動方案前相比，兩者之間的差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義，（F=1.375，p＞0.05，偏η2=0.012）；AET1運動方案后與AET2運動方案后相比，兩者之間的差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義，（F=1.615，p＞0.05，偏η2=0.014）；受試者在AET1方案運動后與運動前相比，HRV指標HF值顯著降低，差值為4ms（95%置信區(qū)間：-4.384～-3.616ms），F(xiàn)（1，29）=425.721，p＜0.01，偏η2=0.786。受試者在AET1方案運動后與運動前相比，HRV指標HF值顯著降低，差值為3.526ms（95%置信區(qū)間：-3.91～-3.142ms），F(xiàn)（1，29）=330.858，p＜0.01，偏η2=0.74。

在LF/HF指標方面，運動前測試數(shù)據(jù)分析顯示，AET2運動方案與AET1運動方案的HRV指標LF/HF相比較，變化不顯著，F(xiàn)（1，29）=0.17，p＞0.05，偏η2=0.001；運動后測試數(shù)據(jù)顯示，AET2運動方案與AET1運動方案的HRV指標LF/HF相比較，變化具有顯著性差異，顯著降低，差值為0.193ms（95%置信區(qū)間：-0.304～-0.083ms），F(xiàn)（1，29）=11.978，p＜0.01，偏η2=0.094；受試者在AET1方案運動后與運動前相比，HRV指標LF/HF值顯著升高，差值為0.374ms（95%置信區(qū)間：0.263～0.485ms），F(xiàn)（1，29）=44.826，p＜0.01，偏η2=0.279。受試者在AET2方案運動后與運動前相比，HRV指標LF/HF值顯著升高，差值為0.158ms（95%置信區(qū)間：0.047～0.268ms），F(xiàn)（1，29）=7.966，p＜0.01，偏η2=0.064。

表5 受試者兩種無氧運動訓(xùn)練前后頻域指標測試結(jié)果

4 討論與分析

本研究采用溫蓋特（Wingate）運動方案，它是一種短時間的大強度無氧運動方案，一般適用于有一定運動基礎(chǔ)的測試人群，本研究的實驗對象為體育專業(yè)大一新生，具有一定的訓(xùn)練經(jīng)歷，因此適合進行溫蓋特（Wingate）運動方案。

心迷走神經(jīng)和心交感神經(jīng)是自主神經(jīng)的兩個分支，在心率的調(diào)節(jié)中保持動態(tài)的平衡[3]，在機體安靜狀態(tài)下，心迷走神經(jīng)對心率的調(diào)節(jié)中占據(jù)著主導(dǎo)地位，當機體遭受一定的運動強度時，則心交感神經(jīng)占據(jù)著一定優(yōu)勢。有研究表明，適度的運動負荷會增加迷走神經(jīng)的活力[4]，但是當隨著運動強度的不斷加大，心交感神經(jīng)逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，此時主要表現(xiàn)為較低HRV。先前也有研究對大強度運動引起的HRV變化進行了觀察，發(fā)現(xiàn)大強度運動干預(yù)后一般會檢測到HRV頻域指標LF/HF的上升及時域指標RMSSD和SDNN的顯著性下降[5][6][7][8][9][10]。如對散打運動員大強度之后除了檢測到LF/HF顯著性升高之外HRV時域和頻域的其他指標均出現(xiàn)下降，并且發(fā)現(xiàn)HR、肌酸激酶和血乳酸值與反應(yīng)迷走神經(jīng)功能的指標（PNN50、SDSD、RMSSD、SDNN等）呈現(xiàn)出著性負相關(guān)[12]。有學(xué)者對中長跑運動員也進行了相似的實驗，結(jié)果進一步顯示隨運動強度增加至大強度運動時，心率變異性指標SDNN、RMSSD、PNN50、LF、HF、SD1出現(xiàn)下降，但TP、LF/HF顯著性上升[13]。上述實驗結(jié)果一致認為機體在受到大強度運動干預(yù)后，交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的對立統(tǒng)一平衡逐漸被打破，兩者活性均出現(xiàn)下降，導(dǎo)致運動員心率瞬時波動趨向減少。

與上述相關(guān)結(jié)果相似，本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)體育專業(yè)大學(xué)生在不管是AET1方案還是AET2方案運動后，時域指標SDNN、RMSSD、PNN50與運動前相比顯著降低，揭示了受試者在運動后，HRV值顯著下降，表現(xiàn)為機體自主神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力下降。兩種AET運動方案在運動后同樣也表現(xiàn)出了一定的差異性，時域指標SDNN在AET2方案運動后與AET1方案運動后顯著升高，就機體的生理機制進行分析，揭示了在AET2方案運動后交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)張力增強；RMSSD、LnPNN50的升高，驗證副交感神經(jīng)活性在AET2方案運動后活性顯著提高。

此外，本實驗結(jié)果還顯示出，在兩種AET運動方案運動后HRV的頻域指標LF、HF顯著下降，LF/HF顯著升高，與運動前相比皆存在顯著性差異。表明不管是在AET1方案運動后，還是在AET2方案運動后，機體都表現(xiàn)出交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)活性顯著降低，LF/HF的變化說明了在運動后SNS與PNS的恢復(fù)程度不一致，兩者興奮性失衡，SNS的活性增強，PNS的活性減弱。在兩種AET方案之間的對比，HRV頻域指標表現(xiàn)為AET2方案運動后與AET1方案對比，LnLF下降、LF/HF出現(xiàn)上升趨勢，除LF/HF存在顯著性差異外，其他指標兩種方案之間不存在顯著性差異。在兩種方案之間表現(xiàn)出的差異性，更多的解釋是強度的不同表現(xiàn)出的運動后交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)之間的顯著差異。

5 結(jié)論

本研究通過以Wingate為基礎(chǔ)的無氧運動為建立兩種無氧運動訓(xùn)練方案，測試體育專業(yè)大學(xué)生在兩種無氧運動訓(xùn)練方案運動前后HRV指標的變化，得出的結(jié)論如下：不管是AET1方案，還是AET2方案，受試者在運動后與運動前相比，HRV指標顯著下降，表明在運動后心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)功能活性降低，表現(xiàn)為交感神經(jīng)系統(tǒng)、副交感神經(jīng)系統(tǒng)活性顯著降低，且交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)之間的平衡性遭到破壞，其平衡性偏向于交感神經(jīng)活性占優(yōu)勢。除此之外，兩種方案相比，AET2方案更能夠增加副交感神經(jīng)的活性，預(yù)測在未來對于體育專業(yè)大學(xué)生的訓(xùn)練中，提高心臟功能可更偏向于AET2效果更為有利。