智能穿戴設(shè)備對青少年運動心率變異性及訓(xùn)練優(yōu)化的探究

摘要：本文以智能穿戴設(shè)備為依托對青少年運動心率變異性（HRV）進行了深入研究，并對青少年的訓(xùn)練優(yōu)化給出了指導(dǎo)方法和策略。采取收集法的方式對青少年不同運動狀態(tài)下的心率數(shù)據(jù)進行采集，并依托智能設(shè)備的智能算法對HRV特征進行剖析，以此評估不同運動量對青少年的利弊影響。經(jīng)研究表明，個性化訓(xùn)練和HRV相結(jié)合可以顯著提高青少年的運動能力，減少青少年運動受傷風(fēng)險，為青少年的科學(xué)性訓(xùn)練提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：智能穿戴設(shè)備" 青少年" 心率變異性" 訓(xùn)練優(yōu)化

中圖分類號：G80 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8902-（2025）-02-175-3-TBB

引言

隨著智能穿戴設(shè)備的推廣及普及，檢測青少年運動健康的手段變得越來越多樣化。心率變異性（HRV）是評估自主神經(jīng)系統(tǒng)功能和運動適應(yīng)性的決定性指標(biāo)，對制訂科學(xué)訓(xùn)練計劃起到了指導(dǎo)作用。本文意在以智能穿戴設(shè)備為依托，收集青少年運動心率數(shù)據(jù)，剖析HRV特征，探索其對訓(xùn)練優(yōu)化方面的指導(dǎo)，從而為青少年運動健康提出科學(xué)指導(dǎo)。

1、智能穿戴設(shè)備的發(fā)展及其在體育競技中的應(yīng)用

1.1、智能穿戴設(shè)備概述與發(fā)展

智能穿戴設(shè)備是現(xiàn)代科技的產(chǎn)物，正逐步融入人們的日常生活，在健康和運動領(lǐng)域的重要性日益凸顯。這些設(shè)備一般小巧輕便，像智能手環(huán)、智能手表、智能背心之類，融合了射頻識別、紅外線感應(yīng)器、GPS（全球定位系統(tǒng)）、傳感器等技術(shù)，可與人和環(huán)境實時互動，實時監(jiān)測各種生理數(shù)據(jù)。近年來，智能穿戴設(shè)備在技術(shù)上持續(xù)突破，傳感器的精度與可靠性顯著提升，功能也更加豐富。從最初的簡單計步和監(jiān)測睡眠，發(fā)展到可以精確測量心率、血壓、血氧等多種生理指標(biāo)。同時，可以通過手機APP觀察并了解相關(guān)數(shù)據(jù)以及安排合理作息等健康的生活方式，為用戶提供全方位的健康管理服務(wù)。

1.2、智能穿戴設(shè)備在體育競技中的應(yīng)用

根據(jù)相關(guān)的研究調(diào)查，智能穿戴設(shè)備在體育健康領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛，其占據(jù)智能穿戴設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。在科技賦能體育強國的推動下，智能穿戴設(shè)備在體育領(lǐng)域中得以重用，其通過檢測運動員生理生化等數(shù)據(jù)并對相關(guān)數(shù)據(jù)進行進一步的總結(jié)與分析，以此提升運動成績，并且防止運動損傷的出現(xiàn)。智能穿戴設(shè)備應(yīng)用在各種運動項目當(dāng)中，例如在體能項目中可以實時監(jiān)控運動員的訓(xùn)練負荷，適當(dāng)對負荷進行調(diào)整并且減少疲勞性損傷。

2、智能設(shè)備在心率變異性中的應(yīng)用

2.1、心率變異性的定義與意義

心率變異性是指心搏之間時間間期的變異情況，它反映了心臟受到自主神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的程度，用于描述心臟跳動周期之間的時間差異或間隔的變化。一般情況下，HRV主要反映了迷走神經(jīng)活動的改變，HRV的上升與下降與迷走神經(jīng)活動成正比，當(dāng)HRV上升時迷走神經(jīng)活動也會隨之升高，當(dāng)HRV下降時迷走神經(jīng)活動也會隨之下降，并且兩者之間還有著密不可分的聯(lián)系。HRV的變化反映了心臟受自主神經(jīng)系統(tǒng)支配的能力，尤其是交感神經(jīng)系統(tǒng)和副交感神經(jīng)系統(tǒng)之間的平衡。HRV的應(yīng)用范圍較為廣闊，不僅能在醫(yī)學(xué)上為治療疾病提供輔助幫助，也能在青少年運動訓(xùn)練中為其提升成績作為重要的參考依據(jù)。

2.2、智能穿戴設(shè)備對心率變異性的采集

心率變異性一般采用連續(xù)差異均方根（RMSSD）來作為運動訓(xùn)練的基礎(chǔ)指標(biāo)。該指標(biāo)反映了自主神經(jīng)性的活動反應(yīng)，特別是副交感神經(jīng)系統(tǒng)，其在青少年運動放松與恢復(fù)中起到至關(guān)重要的作用。通過智能穿戴設(shè)備中的傳感器，能夠捕捉到脈搏信號的變化，進而計算出連續(xù)的心跳間隔時間。在日常生活中最常用的采集方法是PPG（光電容積脈搏波）技術(shù)，其通過手腕式、胸戴式等方式進行佩戴并收集數(shù)據(jù)。設(shè)備傳感器可以發(fā)射出一種能透過皮膚的光線，通過檢測血液對光線的吸收變化幅度來獲取心率數(shù)據(jù)。部分胸戴式設(shè)備可以結(jié)合如加速度計等設(shè)備來分析HRV與運動的關(guān)系。在測量HRV的時候，采取連續(xù)測量或在特定的休息時期來記錄心率數(shù)據(jù)以此獲取RMSSD數(shù)值，并以時間為單位對RMSSD數(shù)值進行評估以及分析。對于測量的時間也有一定的要求，為了準(zhǔn)確獲得測量結(jié)果，通常要求被測者24h穿戴設(shè)備，以便于實時掌握身體在運動前中后時期的動態(tài)數(shù)據(jù)。

2.3、智能穿戴設(shè)備收集心率變異性的優(yōu)勢

智能穿戴設(shè)備便于青少年運動員的日常佩戴，并不會對佩戴者的生活起居有所影響，這體現(xiàn)了其靈活性和便捷性。其次智能穿戴設(shè)備能夠?qū)崟r采集、記錄心率數(shù)據(jù)等，無論在任何場所只要青少年運動員佩戴了智能設(shè)備就可以輕松通過APP獲取實時的心率變異性數(shù)據(jù)。

長期有規(guī)律地記錄數(shù)據(jù)可以使數(shù)據(jù)規(guī)?；?，并且通過云端存儲數(shù)據(jù)對青少年運動員在不同時期不同階段下的運動狀況HRV變化提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支撐和素材分析。例如，在一個訓(xùn)練周期內(nèi)青少年運動員的HRV變化，通過訓(xùn)練周期前與訓(xùn)練周期后的對比來分析評估此次訓(xùn)練周期的訓(xùn)練效果是否符合預(yù)期結(jié)果，最后再通過HRV數(shù)據(jù)來制訂后續(xù)個性化訓(xùn)練計劃。

3、智能穿戴設(shè)備與HRV相結(jié)合在青少年運動中的應(yīng)用

3.1、青少年運動心率變異性特點

青少年正處于生長發(fā)育的關(guān)鍵時期，其身體機能和生理特征與成年人存在一定的差異，尤其是在心臟的體積和重量上和成年人有著很大差距，這也導(dǎo)致了他們在運動時的心率變異性具有獨特的特點。影響青少年運動心率變異性的因素有很多，主要包括性別、身體素質(zhì)、年齡等方面。在性別方面，女性青少年的心率變異性一般較高于男性青少年，這可能與女性激素水平有關(guān)，因此導(dǎo)致女性在自主神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)方面有所差異。這種差異在恢復(fù)期間也較為明顯，女性青少年的恢復(fù)較男性有所差異，這也提示我們在運動訓(xùn)練中應(yīng)當(dāng)將男女生分開訓(xùn)練，采取不同方式來進行科學(xué)合理訓(xùn)練。在身體素質(zhì)方面，經(jīng)常參加體育鍛煉的青少年其心臟的自主調(diào)節(jié)功能較強，其HRV在運動中的變化規(guī)律較為穩(wěn)定。而缺乏運動的青少年由于運動時心率的加快，并且自主神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育并不成熟，交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的調(diào)節(jié)平衡不穩(wěn)定導(dǎo)致其心率變異性的變化規(guī)律不穩(wěn)定。得益于青少年良好的血管彈性和恢復(fù)機能，在高強度運動時雖然青少年的HRV下降但是經(jīng)過休息后其HRV很快得到恢復(fù)，并且其恢復(fù)速度快于成年人。

3.2、HRV與青少年運動適應(yīng)性關(guān)系探討

HRV與青少年的運動適應(yīng)性密切相關(guān)。運動適應(yīng)性是指機體在外界環(huán)境刺激下機體原有的機能穩(wěn)態(tài)被打破，發(fā)生向較高機能水平的轉(zhuǎn)化從而獲得新的動態(tài)平衡。研究表明，HRV數(shù)值較高的青少年在運動中的表現(xiàn)往往體現(xiàn)在其心肺功能上。通過對HRV數(shù)值變化的分析，可以監(jiān)測青少年在運動過程中的身體生理情況。例如，在運動初期的時候HRV數(shù)值可能會出現(xiàn)暫時降低的情況，這是因為身體在適應(yīng)新的運動負荷時，自主神經(jīng)系統(tǒng)需要進行相應(yīng)調(diào)整，使得心率變異性有所下降。當(dāng)運動強度逐漸增加時，HRV的數(shù)值可能會下降，這表明自主神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力受到刺激；而在運動后的恢復(fù)階段，HRV的恢復(fù)速度則可以反映身體的疲勞程度和恢復(fù)能力。若運動強度過大、過度訓(xùn)練，身體無法適應(yīng)這種訓(xùn)練負荷時，HRV會再次出現(xiàn)異常變化，通常表現(xiàn)為第二天的HRV數(shù)值降低且難以恢復(fù)正常。這提示自主神經(jīng)系統(tǒng)功能受到影響，身體可能出現(xiàn)了訓(xùn)練性疲勞或過度訓(xùn)練，這可能會引發(fā)受傷風(fēng)險增加、運動能力下降等問題。若想提升青少年的自主神經(jīng)系統(tǒng)功能來應(yīng)對高強度訓(xùn)練，長期且有規(guī)律的周期性運動訓(xùn)練可以改善青少年的自主神經(jīng)系統(tǒng)功能，提高HRV水平，進而增強運動適應(yīng)性。因此，智能穿戴設(shè)備通過監(jiān)測HRV數(shù)值，可以較為直觀地了解身體對運動的適應(yīng)程度?？梢詾閭€性化的運動訓(xùn)練提供科學(xué)依據(jù)，幫助青少年更好地適應(yīng)運動負荷，提高運動成績，同時減少運動損傷的風(fēng)險。

3.3、運動的反饋與管理

隨著技術(shù)的發(fā)展，智能可穿戴設(shè)備的廣泛普及為監(jiān)測青少年運動的HRV數(shù)值提供了精確的數(shù)據(jù)反饋。智能穿戴設(shè)備可通過設(shè)立特定的目標(biāo)，對青少年運動實施獎勵管理，激勵青少年積極參與運動訓(xùn)練，并且了解自己的身體狀況，進行有效管理，建立相應(yīng)的反饋與管理機制有助于為青少年運動提供更加深入的數(shù)據(jù)分析和可視化服務(wù)，利用智能穿戴設(shè)備所提供的HRV數(shù)值為青少年運動提出針對性策略與干預(yù)。

3.4、運動訓(xùn)練強度監(jiān)測

青少年在進行高強度訓(xùn)練時，穿戴智能設(shè)備可以實時監(jiān)測到青少年的HRV數(shù)值，并且通過對HRV數(shù)值變化的觀察，對HRV采集中的RMSSD數(shù)值進行分析，一般來說數(shù)值較高說明了副交感神經(jīng)活動較強，青少年運動員可能處于一種較為放松或適應(yīng)的狀態(tài)，相反數(shù)值較低則說明副交感神經(jīng)活動較弱，提示青少年運動員處于較為疲勞或不適應(yīng)的狀態(tài)。有效地定期關(guān)注RMSSD數(shù)值可以很好地了解青少年運動員的身體狀態(tài)，更好地提供個性化的訓(xùn)練強度。

4、智能穿戴設(shè)備基于心率變異性的訓(xùn)練優(yōu)化策略

4.1、制訂個性化訓(xùn)練計劃

通過智能穿戴設(shè)備APP對青少年運動心率變異性的分析，為每個青少年制訂個性化的訓(xùn)練計劃。通過智能穿戴設(shè)備對青少年運動員一段訓(xùn)練周期的數(shù)據(jù)進行收集，同時利用APP收集青少年運動員的基本信息，如身高、年齡、體重等等。通過智能穿戴設(shè)備所收集到的HRV數(shù)據(jù)結(jié)合青少年運動員基本信息對該青少年運動員的自主神經(jīng)功能、運動能力進行評估分析。根據(jù)HRV特征分類結(jié)果，針對不同運動適應(yīng)類型的青少年，確定合適的訓(xùn)練目標(biāo)、訓(xùn)練內(nèi)容和訓(xùn)練強度。對于高適應(yīng)組的青少年，可以進一步提高訓(xùn)練強度和難度，挑戰(zhàn)他們的身體極限，以實現(xiàn)更高水平的運動表現(xiàn)；對于中適應(yīng)組的青少年，重點在于鞏固和提高現(xiàn)有水平，通過多樣化的訓(xùn)練方法和手段，增強他們的身體素質(zhì)和運動技能；對于低適應(yīng)組的青少年，應(yīng)從基礎(chǔ)訓(xùn)練開始，逐漸增加運動強度和時間，注重培養(yǎng)他們的運動興趣和習(xí)慣，提高身體的基本功能。同時，考慮到青少年的生長發(fā)育特點，關(guān)聯(lián)APP會推出具有階段性和周期性的訓(xùn)練計劃，并且APP還會融入恢復(fù)策略，在日常的訓(xùn)練結(jié)束后進行主動恢復(fù)。合理安排訓(xùn)練的頻率和恢復(fù)時間，避免過度訓(xùn)練對身體造成不良影響。

4.2、運動強度與負荷調(diào)節(jié)

在訓(xùn)練過程中，一般會以增加訓(xùn)練負荷的方式來對青少年運動員加以刺激，并且對青少年運動員的生理反應(yīng)等實施監(jiān)測和關(guān)注。由于受到體能、遺傳、生活方式和精神狀態(tài)等因素的影響，運動員的反應(yīng)表現(xiàn)出顯著的個體差異。此外，還可以根據(jù)HRV的變化趨勢，調(diào)整訓(xùn)練的節(jié)奏和方式，如采用間歇訓(xùn)練、循環(huán)訓(xùn)練等方法，提高訓(xùn)練的效率和趣味性。如果在訓(xùn)練過程中，HRV相對于運動前或上一階段的運動下降幅度超過了預(yù)定的閾值（這個閾值可以根據(jù)個體差異和專業(yè)建議來設(shè)定，一般可能在30%—50%左右），智能穿戴設(shè)備所關(guān)聯(lián)的APP會提示教練員當(dāng)前運動強度對青少年來說過高，應(yīng)當(dāng)調(diào)整運動強度，并需要在后續(xù)訓(xùn)練中重新評估訓(xùn)練強度，避免再次出現(xiàn)HRV大幅度下降而導(dǎo)致運動損失或過渡性訓(xùn)練。要是在運動過程中，HRV數(shù)據(jù)一直保持在較高水平，并且青少年感覺運動輕松，沒有明顯的疲勞或不適，APP會提示教練員當(dāng)前運動強度對于該青少年可能較低，可以適當(dāng)增加負荷，并且智能穿戴設(shè)備會檢測增加的運動強度是否循序漸進，若增加的幅度超過原強度的10%—20%，將會提醒教練員運動強度沒有循序漸進應(yīng)降低強度，并確保身體能夠適應(yīng)新的運動強度。除此之外，雖然訓(xùn)練計劃都是經(jīng)過精心制定的，但是實施與否關(guān)鍵在于能夠準(zhǔn)確評估和利用個人對刺激的獨特反應(yīng)。在調(diào)整運動強度和負荷時，也要充分考慮青少年的個體差異和運動目標(biāo)，避免一刀切的做法。

4.3、運動恢復(fù)與疲勞管理策略

由于青少年正處于生長發(fā)育階段，身體容易受到除訓(xùn)練之外的因素影響導(dǎo)致產(chǎn)生非訓(xùn)練性疲勞，因此除訓(xùn)練之外，青少年也應(yīng)該繼續(xù)佩戴智能穿戴設(shè)備以監(jiān)測日常疲勞對身體的影響。當(dāng)HRV數(shù)值偏低時，會提示應(yīng)增加休息時間或減輕運動量，幫助青少年了解自身身體狀況的同時向家長、教練員反映青少年運動員實時情況，避免在疲勞狀態(tài)下進行高強度運動，減少受傷風(fēng)險。

在訓(xùn)練結(jié)束后，智能穿戴設(shè)備也將持續(xù)監(jiān)測青少年HRV數(shù)值恢復(fù)情況，觀察青少年的恢復(fù)時間長短，若運動結(jié)束后數(shù)小時之內(nèi)恢復(fù)到接近訓(xùn)練前的數(shù)值，則說明青少年身體恢復(fù)能力較強。若HRV數(shù)值恢復(fù)較慢，并沒有恢復(fù)到之前的數(shù)值，則提示該青少年可能出現(xiàn)運動性疲勞或過度性訓(xùn)練，應(yīng)延長休息時間來保護青少年。此外，還可以利用智能穿戴設(shè)備的提醒功能，督促青少年養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣，提高身體的恢復(fù)能力和抗疲勞能力?？偠灾?，運動后的恢復(fù)和疲勞管理對于青少年的身體健康和運動能力發(fā)展至關(guān)重要。

5、結(jié)語

本文對于青少年運動心率變異性進行了深入的剖析，明確了HRV在訓(xùn)練優(yōu)化中的重要作用。利用智能穿戴設(shè)備為青少年運動健康監(jiān)測提供了較有利的幫助。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，以HRV為基礎(chǔ)的定制化訓(xùn)練方案將會對青少年運動發(fā)展起到巨大的推進作用。

參考文獻：

[1]許曉曉.智能穿戴設(shè)備在體育活動中的應(yīng)用與效果研究[J].文體用品與科技，2024（19）.

[2]王簌.兩款智能手環(huán)監(jiān)測不同運動項目心率的信效度研究[D].北京：首都體育學(xué)院，2023.

[3]辛飛，陳歡.中小學(xué)生運動強度推薦量——基于心率指標(biāo)[C]//中國體育科學(xué)學(xué)會.第十二屆全國體育科學(xué)大會論文摘要匯編——專題報告（學(xué)校體育分會）.上海：上海體育學(xué)院，2022.

[4]高歡.13-15歲青少年高強度間歇運動心率變化特征研究[D].長春：東北師范大學(xué)，2019.

[5]劉忱怡.智能可穿戴設(shè)備在競技體育中的作用和未來發(fā)展趨勢[C]//國際班迪聯(lián)合會（FIB），國際體能協(xié)會（ISCA），中國班迪協(xié)會（CBF）.2024年第二屆國際體育科學(xué)大會論文集.北京體育大學(xué)，2024.

[6]阮文軍，衛(wèi)青漫.基于心率變異性指標(biāo)對運動訓(xùn)練監(jiān)測的研究進展[J].體育科技文獻通報，2024，32（01）.

[7]戴茗茗.智能穿戴設(shè)備在青少年運動中的應(yīng)用研究[J].文體用品與科技，2024（17）.