自行車運動員多訓練時期心率變異性變化特點研究

朱成東， 林 華， 董鳳飛， 賀業恒,3

(1.遼寧師范大學 體育學院，遼寧 大連 116029； 2.吉林省體育運動學校，吉林 長春 130022；3.大連市體育科學研究所，遼寧 大連 116029)

自行車運動員多訓練時期心率變異性變化特點研究

朱成東1,2， 林 華1， 董鳳飛1， 賀業恒1,3

(1.遼寧師范大學 體育學院，遼寧 大連 116029； 2.吉林省體育運動學校，吉林 長春 130022；3.大連市體育科學研究所，遼寧 大連 116029)

研究心率變異性在訓練周期中的變化特點.以心臟機能水平角度了解項目特點及訓練規律，作為監控依據指導訓練.對15名大連市陸上運動學校自行車隊青少年男性運動員進行10個月的心率變異性跟蹤測試，記錄訓練內容及心率變異性變化，并進行比較分析.結果表明：恢復期的SDNN、rMSSD、PNN50、LF/HF等指標表現出賽前期>冬訓期>春訓期，訓練后的指標為冬訓期>春訓期>賽前期的特點.HRV與生化指標存在相同變化的趨勢.在耐力項目中，SDNN、rMSSD指標可作為訓練監控中指標評價疲勞及競技狀態；SDNN、rMSSD、HF指標可以作為階段性指標；LF可作為一過性評價指標反映運動效果.

自行車訓練；心率變異性；訓練周期；訓練監控

心率變異性是評價自主神經系統功能的指標，可以反映交感神經與副交感神經活性及協調性，在運動訓練中被用來監測個體對訓練適應性，尤其是對耐力運動效果明顯.隨著研究的不斷深入，被逐漸引入運動訓練的監控指標之中.目前，研究普遍認同心率變異性與疲勞存在關系，通常由于疲勞導致心率變異性指標的變化，并以此作為監控疲勞的手段.目前,研究主要集中在心理疲勞與運動疲勞2種情況.對于運動疲勞的研究，更多的集中于一過性運動刺激對心率變異性的影響，而長期運動刺激對心率變異性影響的研究較少，同時用于衡量機體疲勞的指標多為運動干預時的負荷強度和部分一過性生化指標，訓練監控中常用的生化指標相對較少.心率變異性指標被引入訓練監控體系之中，但目前研究并不完善.本文通過10個月的訓練時間，涵蓋3個訓練階段，結合血紅蛋白、肌酸激酶、血尿素等指標作為評價機體疲勞的手段，以此來討論心率變異性在大周期訓練中呈現的特點及規律，對心率變異性在運動訓練監控中的使用方法進行研究，完善心率變異性在訓練監控和機能評價中的作用.

1 實驗對象與方法

1.1 對象

實驗選擇大連市陸上運動學校自行車隊青少年男性運動員15名，參賽項目為自行車公路30 km，具體情況見表1.

表1 受試者基本情況(n=15)

1.2 測試方法

在尊重自行車隊的訓練計劃及安排的前提下，共分3個階段，先后3次對運動員進行各指標測試.測試內容包括運動生化指標和心率變異性指標兩部分.其中，生化指標安排在該周期主項訓練課結束后第2日晨測試；心率變異性指標從進入運動隊開始至結束為止，每日晨起測量.其中,測試階段第1日為前一周運動恢復之后的第1天，可作為該階段的基礎狀態指標.具體測試安排如表2.

表2 測試安排

1.2.1 心率變異性測試

選擇每日運動員晨起后測量，運動員佩戴Polar-Team團隊心率表，并安靜臥床7～8 min，截取穩定的5 min心跳間期指標(用以剔除由于佩戴心率表引起的異常值和由于佩戴時緊張導致的異常值).使用Kubios HRV軟件對采集到的毫秒心率數據進行分析，得到時閾性指標：SDNN(R-R間期標準差)、Mean HR(平均心率，本研究中也作為晨脈使用)、rMSSD(R-R間期差值均方的平方根)、PNN50(心跳間期差大于50 ms的心搏數百分比)；使用傅里葉轉換法(FFT)，獲得頻閾性指標：LF(低頻功率)、HF(高頻功率)、LFnu(低頻功率歸一化值)、HFnu(高頻功率歸一化值)、LF/HF.在數據處理和比較中，有的研究將rMSSD、LF、HF進行對數處理，得到ln rMSSD、ln LF和ln HF進行分析，本研究不做對數處理.在研究中沒有使用VLF(極低頻功率)和Total(總功率)2個指標進行比較和分析，原因在于2個指標的個人差異過大，導致標準差較大，影響統計準確性.各指標意義見表3(引自王松濤[1]，2007).

表3 HRV各指標意義

1.2.2 生化指標測試

生化指標包括血紅蛋白(HGB)、肌酸激酶(CK)、血尿素(BUN).血紅蛋白采用西森美康(sysmex)三分類血細胞分析儀;肌酸激酶、血尿素使用“FUJI DRI-CHEM 4000ie全自動干式生化分析儀”進行測量.本研究共進行3次測量，分別選擇在冬訓期、春訓期和賽前期.每次測量選擇在該周期最后一次專項課結束第2日晨測量，以此來評價多次訓練效果的疊加作用對運動員身體的影響.

1.2.3 數理統計

數據統計使用Spss21.0軟件對C1與C4、C1與C10、A1與B1、A1與A4、A1與A10、B1與B4、B1與B10、A4與B4、A10與B10等指標進行配對t檢驗；C4與A4、C10與A10進行相關分析.結果以平均數±標準差(M±SD)表示.

2 實驗結果

實驗結果見表4～表7.

表4 各階段心率變異性指標結果(n=15)

表5 各階段生化指標結果(n=15)

生化指標1月15日(C1)4月21日(C4)10月13日(C10)HGB/(g/L)155.77±4.77150.96±10.96142.23±10.23CK/(U/L)140.23±38.23214.88±109.88*406.27±179.27**BUN/(U/L)4.68±1.515.32±1.617.14±0.81*

注：*為0.01

表6 4月份生化指標與心率變異性指標相關性 (n=15)

注：*為0.01

表7 10月份生化指標與心率變異性指標相關性 (n=15)

注：*為0.01

3 討論與分析

3.1 HRV冬訓期變化特點

該組運動員為公路自行車隊，屬于長距離耐力性運動項目.運動專項能力以耐力及速度耐力為主，由于運動過程中存在沖坡、加速等技術，因此在耐力基礎上，還需要速度能力.在其訓練安排上，以耐力練習為主，輔以力量及速度練習，在專項強化期加強運動員的爆發力及沖刺能力訓練.雖然力量訓練安排次數較多，但并不代表力量訓練在訓練安排中處于主要地位，因為力量訓練的作用一方面為提高身體素質，另一方面是作為主要訓練課后的恢復訓練，在消除疲勞的基礎上，維持一定的訓練強度以保持身體機能.

冬訓期以一般耐力訓練為主，主要訓練內容包括公路跑、力量訓練、室內自行車長時間蹬騎等.冬訓期公路跑累積總里程45 km，共用時6.5 h；力量訓練4 h；固定功率車練習累積2 h.訓練整體體現為較大的運動量，中等運動強度，主要目的為提高有氧能力，為之后的專項強化期提供有氧能力基礎.該階段生化指標CK1=(140.23±38.23)U/L，處于較低水平，BUN1=(4.68±1.51)U/L，屬于中等水平.與全年相比，該階段CK和BUN處于最低，由于運動強度較小，HGB1=(155.77±4.77)g/L，處于全年最高水平.以耐力訓練為主的冬訓期，同時也是整個大周期的開始階段，身體素質處于全年較低水平.該時期訓練強度較小，機體疲勞積累較少，晨脈(Mean HR)偏低.

將春訓期訓練前后指標(A1與B1)做配對t檢驗發現，SDNN、rMSSD、PNN50、HF、LFnu、LF/HF指標降低，SDNN、LF/HF指標具有顯著性差異，其他差異不顯著；Mean HR、LF升高，HFnu略有升高.這說明大部分運動員對于冬訓期的訓練負荷基本適應，沒有出現對于訓練不適應的狀況，HRV指標處于正常范圍.

3.2 HRV春訓期變化特點

春訓以專項耐力訓練為主，輔以專項速度訓練及力量訓練.主要的訓練方式包括公路自行車長距離騎行、田徑場自行車長距離騎行、耐力跑等.共進行專項耐力訓練5.5 h，累積騎行125 km，力量訓練1.5 h；一般耐力訓練1.5 h，累積慢跑10 km.訓練目的為強化冬訓期耐力基礎，結合專項運動特點，提高體能儲備.春訓期的生化指標CK4=(214.88±109.88)U/L，略高于標準值最低水平，處于正常水平范圍，BUN4=(5.32±1.61)U/L，接近正常值最高水平，HGB4=(150.96±10.96)g/L

將春訓期與冬訓期的休息時期(A4 與A1)做配對t檢驗發現，SDNN、Mean HR、rMSSD、LF、HFnu較A1指標升高，其中，SDNN、Mean HR、LF具有顯著性差異，其他指標差異不顯著；PNN50、HF、LFnu、LF/HF等指標降低.SDNN、rMSSD升高說明HRV整體水平提高，LF升高，交感神經張力減弱，副交感神經張力增強;PNN50降低說明R-R間期差值大于50 ms個案的百分比降低，即差值小于50 ms的個案增多，R-R間期時間更趨于平穩，但Mean HR升高，共同說明該時期晨脈升高更具普遍性.多種指標的變化表明由于冬訓期的訓練積累導致HRV發生積極性改變，提高了機體迷走神經活性，通過短暫的休息該情況表現出來，但疲勞并沒有完全消除，導致頻域指標中的LF沒有恢復到原有水平.這種表現與訓練預期及生化指標反映的結果相符.

將冬訓期訓練前后指標(B4與A4)做配對t檢驗發現，趨勢與春訓相似，但SDNN、rMSSD的下降具有極度顯著性差異，Mean HR、PNN50、HF、LFnu、HFnu、LF/HF具有顯著性差異，LF升高并具有極度顯著性差異，說明該階段由于大運動量導致SDNN、rMSSD、LF變化明顯，交感神經張力處于較高機能水平，并占主導地位，提示身體出現疲勞；Mean HR、PNN50等指標出現顯著性變化，但仍處于正常水平，說明機體出現中度疲勞現象.這與冬訓期大訓練量、中等強度的訓練特點相吻合.

3.3 HRV賽前期變化特點

賽前訓練階段主要以專項速度訓練為主，增加訓練強度，維持訓練量.該階段累積騎行165 km；專項速度訓練累積時間4 h；專項耐力訓練累積時間4 h；力量訓練累積時間2.5 h.HGB10=(142.23±10.23)g/L

將賽前期與冬訓期休息期間指標(A10與A1)做配對t檢驗發現，變化趨勢與春訓期有所不同，SDNN、PNN50、HF、LFnu、LF/HF降低，Mean HR、rMSSD、LF升高.其中,SDNN、LF、LFnu、HFnu、LF/HF具有極度顯著性變化，Mean HR、PNN50、HF具有顯著性變化，rMSSD變化不具有統計學意義.SDNN降低，說明HRV整體水平降低；另外，雖然rMSSD指標升高，但低于春訓期指標，與冬訓期變化不大，也可以認為出現了下降的趨勢，這說明上一個階段(春訓期)的中等訓練強度、大訓練量的訓練方式對運動員身體造成較大的疲勞積累，使得運動員在休息期不能及時恢復，造成一定的影響.但其指標仍處于正常范圍.

將賽前期訓練前后指標(B10與A10)做配對t檢驗發現，Mean HR、PNN50、HF、HFnu具有顯著性差異，其他指標均出現極度顯著性差異.提示運動員具有較高的疲勞積累，與生化指標的結果相符.這種變化與該階段大量、大強度的訓練內容所要求的效果相吻合.機體出現較高程度的疲勞，也符合賽前增加訓練強度的需要.HRV指標雖然出現大幅度的變化，但rMSSD、PNN50、LF/HF等指標仍處于正常范圍，說明機體仍然處于較為穩定的狀態，沒有出現過度訓練的危險.之后的訓練安排將改為維持訓練強度、減少訓練量、增加恢復調整的訓練內容比例，運動員將會具有較高的賽前競技狀態參加比賽.

3.4 HRV大訓練周期變化特點

如圖1所示，10個月指標可以看出，訓練后SDNN隨訓練階段訓練負荷增大而逐漸降低，恢復期的SDNN隨訓練時間增加出現先上升后下降的現象，即A4 >A1>A10.這是由于兩階段訓練負荷不同而導致的.冬訓期整體訓練負荷較低，對機體幾乎沒有疲勞積累，而3個月的耐力訓練使得心臟神經機能出現積極性變化，使迷走神經支配心臟的能力增強，導致SDNN升高.Pichot V等[2]對7名中長跑運動員進行為期3周的大強度訓練，發現他們的迷走神經活動水平顯著性下降,交感神經活動水平顯著性上升.通過休息后，迷走神經活性升高，交感神經活性下降.李之俊、高炳宏[3]對12名優秀男子賽艇運動員與普通健康青年男性安靜時的總HRV進行比較，發現其是普通健康青年男性的1.63倍，且與最大攝氧量呈顯著性正相關，這說明長期的耐力訓練使得HRV總體指標升高.另外還有Buchheit等人的研究[4-5]也呈現該種特點.春訓期測試出現低于極限水平的現象是由于訓練后機體疲勞導致迷走神經水平降低，使得SDNN下降.而隨著時間變化，運動強度逐漸加大，由中量低強度到大量中強度再到大量大強度，使得疲勞積累越來越大，最終導致SDNN持續下降.這與Pichot V等人[2]的研究結果相似.

圖1 SDNN變化曲線Fig.1 SDNN change curves

雖然恢復階段SDNN在A10的指標低于基線水平，但如上文所述存在升高的趨勢，只是由于恢復時間不足導致下降的狀況，表明耐力性運動對青少年自行車運動員心臟迷走神經功能具有促進作用，這種適應性的改變對訓練具有積極的效果.LF、HF同樣具有該種特點.Skin等[6]的研究結果表明運動后恢復階段,運動員HF的恢復速度快于正常人(如圖2所示).這也符合Macor等人[7]的研究結論.

圖2 LF、HF變化曲線Fig.2 LF and HF change curves

如圖2所示，LF和HF都出現隨訓練負荷升高而降低的現象，但是HF到達一定程度后就變化不明顯，在專項強化期即到達穩定水平.Pagani等[8]對10名健康人進行踏車遞增負荷實驗發現在輕至中量運動時，也出現相似的結果.表明在大強度及大運動量訓練后，交感神經興奮的同時，迷走神經具有一個最低的閾值.Pichot V等[9]還通過實驗研究了大強度訓練和超負荷強度訓練后HRV變化情況，結果顯示大強度訓練可以提高HRV水平，在超負荷訓練后表現的疲勞狀態下，迷走神經增強處于停滯狀態，交感神經出現了控制增強的現象.

由表6可知,SDNN與BUN具有高度顯著性相關(r=0.864，P<0.001)，rMSSD與BUN具有中度顯著性相關(r=0.640，P<0.001)，LF與BUN具有中度一般顯著性相關(r=0.416，P<0.05)，rMSSD與HR具有中度顯著性相關(r=0.552，P<0.01)，HF與HR具有中度顯著性相關(r=0.623，P<0.01)，LFnu與HR具有中度顯著性負相關(r=-0.747，P<0.01)，HFnu與HR具有中度顯著性相關(r=0.695，P<0.01)，LF/HF與HR具有中度顯著性相關(r=0.541，P<0.01).

由表7可以看出，SDNN與CK具有高度一般顯著性正相關(r=0.883，P<0.05)，rMSSD與CK具有中度顯著性正相關(r=0.662，P<0.01)，HF與CK具有中度一般顯著性正相關(r=0.426，P<0.05)，SDNN與BUN具有中度一般顯著性正相關(r=0.579，P<0.05)，rMSSD與BUN具有中度顯著性正相關(r=0.598，P<0.01)，rMSSD與HR具有中度顯著性正相關(r=0.702，P<0.01)，HFnu與HR具有中度顯著性正相關(r=0.721，P<0.01)，LF/HF與HR具有中度顯著性正相關(r=0.640，P<0.01)，PNN50與HGB具有中度一般顯著性負相關(r=-0.426，P<0.05).

如表6、表7所示，將4月、10月的生化指標與HRV做相關分析發現，HRV與BUN、CK等反映運動負荷的指標具有一定的相關性，且具有隨訓練周期的變化而不同的特點.大運動強度和大訓練量均導致HRV發生相似的變化，但現有數據不能夠區分二者的區別.

3.5 HRV作為監控指標的討論

HRV作為評價心臟自主神經調節能力的指標應用于運動訓練之中，主要被用來評價疲勞以及競技狀態.其中，對于疲勞的研究包括心理疲勞和運動疲勞兩部分，而競技狀態的評價多見于賽前狀態.比如， 安楠等[10]通過對高原訓練前后的HRV分析和血液生化指標對比發現，HRV指標要更為靈敏，并建議將HRV作為診斷疲勞的輔助方法，與生化指標共同監控訓練.Kiviniemi等[11]利用HF指標設計實驗，以晨起HF基值做標準安排訓練強度，結果表明可有效提高最大攝氧量.但是研究結論較不統一，這也是HRV沒有真正應用于運動訓練實踐中的原因之一.

本研究通過10個月3個階段的跟蹤監控，獲得了HRV隨訓練周期變化的相關數據，研究的結果表明，HRV隨著周期中訓練負荷的安排與調整發生規律性的變化，且與生化指標相一致.從周期角度來看，恢復期的SDNN、rMSSD、PNN50、LF/HF等指標表現出賽前期>冬訓期>春訓期，訓練后的指標為冬訓期>春訓期>賽前期.LF隨訓練負荷的增大而持續增大，當達到一定水平后，HF變化不明顯，因此需結合LFnu、HFnu、LF/HF等指標共同監控，以做好過度訓練的預警.

另外，HRV與生化指標存在相同變化的趨勢，但本研究的數據卻不能區分運動量與運動強度導致疲勞的區別，但這并不意味著HRV在評價疲勞上一定存在局限性.

4 結 論

綜上所述，SDNN、rMSSD、PNN50、HF與機體疲勞存在一定的線性關系.在耐力項目中，HRV的SDNN、rMSSD的作用更加明顯，具有解釋一定疲勞積累的能力；SDNN、rMSSD、HF等反映HRV總變化以及迷走神經性功能的指標，在反映疲勞的同時隨身體機能變化而變化，因此可以作為階段性指標；LF等反映交感神經變化的指標可以作為一過性評價指標，反映訓練即刻的疲勞水平和運動效果.

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Characteristicsofheartratevariabilityincyclistsduringmultipletrainingperiods

ZHUChengdong1,2，LINHua1，DONGFengfei1，HEYeheng1,3

(1.School of Physical Education， Liaoning Normal University， Dalian 116029， China；2.Jilin Sport University， Changchun 130022， China；3.Sports Science Research Institute of Dalian， Dalian 116031, China)

To study the changes characteristics in heart rate variability during training cycle，to understand the characteristics of the project and the training rules in terms of the level of cardiac function，and to guide training as a basis for monitoring.The heart rate variability (HRV) tracking test for 15 male athletes from Dalian land school were carried out during 10 months. The training contents and heart rate variabilities were recorded and analyzed.SDNN，rMSSD，PNN50，LF/HF and other indicators of the recovery period showed the pre game period > the winter period> spring period，after the training index for winter period >spring season >pre game period.HRV and biochemical indicators have the same trend of change.SDNN，and rMSSD can be used as indicators of endurance training monitoring and fatigue evaluation of competitive state；SDNN，rMSSD，and HF can be used as the indicator of stage index；LF can be used as an evaluation index in response to exercise effect.

bicycle training；heart rate variability；training cycle；training monitoring

G804.2;G872.3

A

2017-07-20

遼寧省體育局資助項目(2015lntyyb-31)

朱成東(1986- ),男，吉林長春人，遼寧師范大學博士研究生.

林華(1959- )，女，遼寧大連人，遼寧師范大學教授，博士生導師.

1000-1735(2017)04-0563-08

10.11679/lsxblk2017040563