心率变异性在体育运动中的应用

心率变异性在体育科研中的应用

杨帆

摘要：心率变异性(HRV)是逐次心跳RR间期不断波动的现象，是近年来比较受关注的无创、稳定、准确且易行的心电监测指标之一。对HRV信号的提取分析可以定量评估心交感神经和迷走神经的均衡性。近年来HRV指标在竞技体育和全民健身领域中得到了广泛的关注和应用。 关键词:心率变异性；运动；应用 Abstract:

Key words: HRV; sport 1. 心率变异性（HRV）的概述 1.1心率变异性的定义及其作用

通过测量心跳与心跳之间的间隔时间表明，每次心跳的间隔是不恒定的，是有变化的，这一变化称为心率变异性（Heart Rate Variability，HRV），是指逐次心跳间期之间的微小变异。HRV的变化实质上是反映神经体液因素对窦房结的调节作用，也就是反映自主神经系统交感神经活性与迷走神经活性及其平衡协调的关系。同时，HRV具有无创性、敏感性高、可重复等优点，是评价心脏自主神经系无创性检查心脏自主神经调节功能的一种手段，广泛应用于心血管疾病临

床实践和基础研究，具有重要的生理学研究及临床意义[]。HRV信号中蕴含了有关心血管控制系统及体液调节等大量信息，对这些信息的提取分析可以定量评估心交感神经和迷走神经的均衡性及其对心血管活动的影响，近年来HRV指标在体育科研中也得到了较为广泛的关注和应用。例如，HRV能够提示运动之前的疲劳程度、失水的情况、承受的精神压力甚至焦虑的程度或者其他外来的应激作用[]。 1.2心率变异性的生理学基础

心脏搏动的固有频率是由窦房结自律细胞决定的，同时窦房结自律细胞又同时接受交感神经和迷走神经的支配，来自内、外环境变化的信息经过神经中枢的整合，最后通过心交感神经和迷走神经的协调作用，来调节心率的变化。从整体上看，心血管系统实际是一个“血压”控制系统，凡能影响血压的因素都能引起心率改变。一些生物感受器包括位于心房、心室和肺的机械感受器及位于颈动脉窦、主动脉弓的压力感受器均以感受血压和血容量的变化，通过压力反射引起心率改变。同时，呼吸活动也可以通过改变胸膜腔内压，反射地引起迷走神经张力波动，导致心率波动，即呼吸性窦性心律不齐。而肾素—血管紧张素及其它体液因素按新陈代谢的需要调节心血管功能，使心率的变化呈现更长周期的规律性。因此，产生心率波动是由于脑的高级神经活动、中枢神经系统的自发性节律活动、呼吸活动以及由压力、化学感

受器传入的心血管反射活动等共同决定的。影响心率波动的最后途径在于上述各种因素对心交感神经和迷走神经的综合调节作用。当交感神经兴奋时心率加快，而当副交感神经神经兴奋时心率减慢。正常生理状况下，交感神经和副交感神经通过复杂的相互作用而协调地控制心脏的节律变化，使心脏节律有序地周期性地产生变动。一旦由于疾病等原因使这种相瓦作用失去平衡，将导致心率的改变和心血管系统的功能紊乱，这就是HRV分析的生理学基础[]。

在运动时副交感神经对心脏的作用逐渐减弱。有研究表明HRV是定量判断心脏自主神经功能状态的一项非常有意义的指标。HRV分析也已经成为临床上评价自主神经功能的一种无创性可定量的良好方法，广泛应用于高血压、冠心病、糖尿病等疾病的诊断、病况评定、预后估计、疗效评价之中。 通过R—R间期，可以知道训练时身体受到的心理和生理的压力以及疲劳情况。

2.心率变异性的分析方法与指标

各种HRV分析方法都需要收集一段时间的心电信号，收集时间既有长时程也有也有短时程采样。常见的HRV分析方法主要有3种：时、频域分析和非线性分析。其中非线性分析研究尚不成熟，时域和频域分析是临床常用的分析方法，其中频域方法能更定量的反映交感神经和迷走神经对心

脏的调制。

时域指标：平均心率、平均R—R间期值、R—R间期的标准差(SDNN)、相邻R—R间期之差的均方根值(RMSSD)、R—R间期与平均R—R间期值之差大于50ms的个数占总数的百分比(PNN50)、心率变异系数(SDNN／HR)。其中，SDNN(R—R间期的标准差)用以衡量自主神经系统的张力水平，可评价心脏自主神经系统总的调控情况。RMSSD(相邻R—R间期之差的均方根值)衡量迷走神经张力水平，与心率快变化成分相关，迷走神经张力升高，其值升高。pNN50表示间期差值>50ms的间期数目在一段时间的间期数据中所占的比例，主要是衡量迷走神经对心率调控作用大小，数值越低，代表迷走神经张力越低。SDNN／HR反映心率变异性的分散程度，指标值越大，则心率变异越分散。

频域指标：总功率(TP)、低频范围内的功率(LF)、极低频范围内的功率(VLF)、高频范围内的功率(HF)、LF／HF。其中，TP代表自主神经整体的整合功能，其增高表明整体的自主神经的调节功能增强。HF代表迷走神经活动水平，VLF主要反映交感神经系统活动水平，LF是交感神经和迷走神经共同作用的一个混合带，反映交感神经随总功输出变化而产生的调节变化，LF／HF则反映了交感神经与迷走神经的平衡性，其比值越大，交感神经张力越高。 3.心率变异性在体育运动中的应用

3.1评定人体运动适应性

大量研究[]表明，促使HRV产生变化的主要运动因素是运动量、运动强度及训练时间。HRV变化能灵敏的反映出以上三种因素变化对人体负荷量的影响，但对具体的运动形式不敏感。Yamamoto等[]通过对不同海拔高度对HRV影响研究表明，不同的运动量对迷走神经功能影响最为明显，极限量运动训练安排不合理将导致迷走神经功能受损，出现HRV下降。Blaber[]在类似研究中也显示。具更强的迷走神经功能受试者更能承受极限量运动。在有氧训练模型中，迷走神经功能增强是普遍得到的结果。而在单次或短期无氧训练为主的实验中，交感神经功能增强比迷走神经功能增强更易出现，表明自主神经调节过程中存在强度效应，良好的迷走神经功能退让是人体对强度适应的调控方式之一。另有实验证实长期剧烈的肌肉运动对心脏交感神经和迷走神经调节的平衡能力提出更高的要求，最终出现迷走神经张力增高。摔跤训练包含了有氧训练和无氧训练，自主神经调节变化中最先出现的是交感神经功能增强，说明运动员最先需要适应的是强度要求，最终在新的强度负荷下达到稳态。

大量实验证明运动训练能提高人体的心率变异性，逐博心率变异是迷走神经活动增强和心肌对其敏感程度互为补充的结果。自主神经功能加强具有积极的生理意义，心迷走神经功能增强在减少心肌耗氧量，减轻心肌负荷，稳定心电

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