共振呼吸反馈训练对射击运动员心率变异性及压力应对和情绪调节的影响

安燕 郑樊慧 陆姣姣

上海体育科学研究所（上海200030）

竞技体育要求运动员有好的运动表现，这种表现不仅体现在技术上，也体现在心理上，获得好成绩的期望往往会使运动员产生巨大压力。有研究指出压力与注意、记忆和行为有关系，过度的压力如疲劳、焦虑和抑郁等如果没有进行很好的调节，则会影响运动员的身心健康和比赛成绩，因此压力管理对运动员非常重要[1]。射击运动员在比赛中资格赛成绩不带入决赛，决赛采用淘汰制，决赛中的每一发子弹都可能影响最终的比赛结果，这对其心理提出更高要求，因而学会有效的心理调节方法非常重要。渐进性肌肉放松、听轻松的古典音乐、认知行为干预以及冥想、瑜伽等都是常用的减压技术，但大多数方法集中在压力引起的心理特征上，而不是解决交感和副交感神经系统的不平衡。交感和副交感神经为自主神经系统，其功能紊乱会产生大量慢性疾病以及心理健康水平和生理的失调；而兴奋性适宜时个体将处于一个适宜的情绪状态和唤醒水平，此时，运动员压力降低或紧张状态缓解，运动表现提高，可发挥出应有的技战术水平。

心率变异性（heart rate variability，HRV）生物反馈是一种增强心脏-大脑同步性的技术，有利于维持内部状态高的生理效率和再生能力，其特点是降低神经系统的混乱，提高系统的同步性和协调性[2]。HRV生物反馈设备对心率进行测量，以直观的形式反馈给训练者，此时电脑屏幕上显示的波形反映了心率随呼吸的周期性波动，即呼吸窦性心律不齐，吸气时心率升高，呼气时心率下降，反馈训练的目的是增强HRV的振幅。共振呼吸反馈训练是HRV反馈训练中最受欢迎的一种方法，它教会人们如何获得最大的HRV振幅，它由Lehrer等[3]基于心血管系统的共振特征提出，他们认为共振呼吸可以在体内达到平衡状态。由于个体的差异性，每个人产生最大振幅波动的共振频率是不同的，大多数人通过缓慢呼吸产生最大波幅的共振频率在0.1 Hz左右，即每分钟呼吸6次[4]。因此，训练前需要确定适合自身的呼吸频率。研究者发现对呼吸的训练可以帮助焦虑、紧张或压力的个体应对快的、不规则的呼吸。Solanky[5]对射击选手的呼吸模式进行3周训练后，射手的呼吸频率下降，在随后的比赛中运动表现有了显着提升，在比赛中恢复得更快，防止了赛前焦虑并调节了注意水平。从研究中可见，好的呼吸模式非常重要。此外，研究发现HRV生物反馈训练可以产生积极的心理效应，比如提升运动表现[6-7]、降低消极情绪[8]、增强自我控制[9]、应对比赛压力[10]，还有研究指出反馈训练可以影响运动员的生理机能，防止过度训练和运动员损伤[11]。

共振频率呼吸方法操作简单、安全无副作用，技术易于掌握，适合作为运动员压力管理的方法。此生物反馈训练在我国射击运动员群体中的应用和效果评价研究较少。因此，本研究利用HRV反馈技术对射击运动员进行共振频率呼吸训练，考察此方法是否可以作为运动员改善情绪、提升抗压能力的有效工具，以期通过本研究为我国射击项目运动员的心理训练提供一定的实践指导。此外，研究中对运动员的血清皮质醇指标进行监测，以检测训练后运动员的抗压力水平，从客观上反映运动员的身心变化。

1 研究方法

1.1 研究对象

上海市30名一线和二线射击运动员。随机分为实验组和对照组，实验组为15人，其中男7人，女8人，平均年龄18.60岁，训练年限4.93年；对照组15人，其中男8人，女7人，平均年龄19.87岁，训练年限5.47。

1.2 测试指标及工具

1.2.1 心理指标

采用祝蓓里修订的简式心境状态量表（profile of mood states，POMS）对运动员进行心境状态测量。简式POMS量表包括40个条目，分紧张、愤怒、疲劳、压抑、精力、慌乱、与自我有关的情绪等7个分量表，采用5级评分（0～4），根据祝蓓里教授1995年修订的中国常模进行换算得出标准分。研究发现中国简式POMS的信度在0.62～0.82之间，是研究情绪状态的良好工具[12]。

1.2.2 生化指标

血清皮质醇（COR）：清晨空腹采集静脉血样，离心4000转，10分钟，取上层血清不少于1 ml，皮质醇采用贝克曼库尔特ACCESS 2化学发光免疫分析仪进行分析。

1.2.3 生理指标

心率变异性指标：由美国Heart Math学院研究提供技术，北京豪峰数码科技有限公司自主研发的生理相干和自主平衡系统SPCS进行采集。本系统给出的数据报告包括时域和频域两种数据，本文仅对频域数据进行分析，分析指标选用总功率（TP）、高频段功率（HF）、低频段功率（LF），其中频域范围设置为：TP：＜0.4 Hz；LF：0.04～0.15 Hz；HF：0.15～0.4 Hz。

1.3 实验设计

实验组进行每周5天，共计4周的HRV生物反馈训练，对照组不接受任何心理训练。所有运动员按照教练的正常计划进行日常训练。

实验组的生物反馈训练方案根据Lehrer等的HRV生物反馈训练程序设计[3]。所有反馈训练在实验室内完成，每次训练时间为30～40分钟，包括4部分内容：（1）5分钟基线测试，（2）10分钟呼吸训练，（3）10～20分钟游戏反馈训练，（4）5分钟训练后基线测试。每次训练全程采集心率变异性数据。

运动员第1次到训练室的当天早上采集生化指标，在进入训练室时建立运动员训练档案，完成问卷测试，采集运动员的基础心率变异性数据。实验组运动员在第1次训练时，对其讲解HRV生物反馈训练的原理和方法，要求其按照不同的呼吸频次（6.5、6、5.5、5、4.5次/分）各呼吸3分钟，完成后在训练仪器上寻找个人最大的频谱振幅以确定共振呼吸频次。随后的呼吸训练以及游戏反馈训练要求运动员按照自身的呼吸频次进行呼吸并放松，根据屏幕上的反馈不断进行调整。第2次训练开始实验组运动员按照训练程序进行，此外呼吸时要求运动员用鼻子吸气，用嘴呼气，呼气的时间长于吸气的时间。在训练完成后所有运动员再次进行生化和心理测试并采集心率变异性数据。

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 HRV生物反馈训练对运动员生理指标的影响

2.1.1 两组运动员训练前后HRV数据比较

实验组和对照组运动员训练前TP、HF、LF不存在显着性差异；训练后实验组运动员的TP（z=2.426，P=0.015）和LF（z=2.758，P=0.005）均高于对照组，差异具有统计学意义。

实验组运动员训练后的TP（z=3.408，P=0.001）和LF（z=3.351，P=0.001）高于训练前，差异有统计学意义，HF未见显着性差异（P＞0.05）。对照组运动员测试前后各频谱指标未见显着性差异（P＞0.05）。见表1。

表1 两组运动员训练前后的HRV数据比较（ms2）

2.1.2 不同性别运动员训练前后HRV数据比较

实验组男女运动员间训练前和训练后心率变异性指标均无显着性差异（P＞0.05）。对照组男女运动员间训练前和训练后心率变异性指标也均无显着性差异（P＞0.05）。

实验组男运动员训练后TP（z=2.521，P=0.012）和LF（z=2.521，P=0.012）均高于训练前，差异具有统计学意义，HF未见显着性差异（P＞0.05）；女运动员TP（z=2.366，P=0.018）和LF（z=2.197，P=0.028）也均高于训练前，差异具有统计学意义，HF未见显着性差异（P＞0.05）。对照组男、女运动员训练前后各指标未见显着性差异（P＞0.05）。见表2。

2.2 HRV生物反馈训练对运动员心理的影响

2.2.1 两组运动员训练前后POMS评分比较

实验组和对照组运动员训练前和训练后POMS各分量表评分均无显着性差异（P＞0.05）。

实验组运动员训练后紧张分量表评分（z=2.203，P=0.028）、疲劳分量表评分（z=2.473，P=0.013）以及抑郁分量表评分（z=2.914，P=0.004）均低于训练前，差异具有统计学意义，其他分量表评分无显着性差异（P＞0.05）。对照组运动员训练前后各分量表评分均不存在显着性差异（P＞0.05）。见表3。

表2 男女运动员训练前后HRV数据（ms2）

表3 两组运动员训练前后的POMS评分

2.2.2 不同性别运动员训练前后POMS评分比较

实验组男女运动员间训练前和训练后POMS各分量表评分均无显着性差异（P＞0.05）。对照组男女运动员间训练前和训练后POMS各分量表评分也均无显着性差异（P＞0.05）。

实验组男运动员训练后疲劳分量表（z=2.201，P=0.028）评分低于训练前，差异具有统计学意义，其他分量表评分未见显着性差异（P＞0.05）；女运动员POMS各分量表评分均不存在显着性差异（P＞0.05）。对照组男运动员训练后疲劳分量表（z=2.023，P=0.043）评分低于训练前，差异具有统计学意义，其他分量表评分未见显着性差异（P＞0.05）；女运动员各分量表评分均不存在显着性差异（P＞0.05）。见表4。

表4 男女运动员训练前后的POMS评分

2.3 HRV生物反馈训练对血清皮质醇的影响

2.3.1 两组运动员训练前后的血清皮质醇比较

实验组和对照组运动员训练前血清皮质醇水平无显着性差异（P＞0.05），训练后实验组运动员血清皮质醇水平低于对照组运动员，差异具有统计学意义（z=2.261，P=0.023）。

实验组运动员训练后血清皮质醇水平低于训练前，差异具有统计学意义（z=1.988，P=0.047），对照组运动员训练前后无显着性差异（P＞0.05）。见表5。

2.3.2 不同性别运动员训练前后的血清皮质醇变化

实验组男女运动员间训练前后血清皮质醇水平无显着性差异（P＞0.05）；对照组男女运动员间训练前后血清皮质醇水平也均未见显着性差异（P＞0.05）。

表5 两组运动员训练前后的血清皮质醇水平（μg/dl）

实验组男运动员训练前后血清皮质醇水平未见显着性差异（P＞0.05）；女运动员训练后的血清皮质醇水平低于训练前，差异具有统计学意义（z=2.366，P=0.018）。对照组男运动员和女运动员训练前后血清皮质醇水平均未见显着性差异（P＞0.05）。见表6。

表6 男女运动员训练前后血清皮质醇变化（μg/dl）

3 讨论

本研究进行了4周的HRV反馈训练，实验组运动员的心率变异性指标TP、LF显着增加，对照组则没有显着性变化。训练前和训练后的测试中，实验组和对照组男运动员和女运动员之间心率变异性指标并未见差异，但实验组男运动员和女运动员在训练后TP、LF显着增加，对照组男运动员和女运动员训练前后则未见显着变化，这与上述实验组和对照组训练前后的比较结果一致，表明性别因素并未对心率变异性指标产生影响。TP代表自主神经系统的整体活性，反映自主神经系统对机体状态的调节能力，TP值越大，表明HRV越大；LF主要反映压力感受性反射和血压调节引起的心率变化，受交感神经和副交感交感神经的共同作用，其中以交感神经作用占优势，LF值越大说明植物神经系统对心脏活动的双重支配能力越强。从心率变异性指标变化看，运动员训练后心率变异性增大，自主神经系统对机体状态的调节能力增强，提高了植物神经系统对心脏活动的双重支配能力。在实施整个反馈训练过程中，实验组运动员以自身的适宜呼吸频率进行呼吸，通过对数据分析发现为每分钟6次，在反馈训练结束后运动员都可以掌握每分钟6次的呼吸方法。当运动员按照每分钟6次频率呼吸时会产生平滑的正弦波曲线，此时呼吸性窦性心律不齐增加，随着呼吸性窦性心律不齐的增加，HRV的频谱能量分布出现变化，总变异性的更多比例出现在低频阶段，包括0.1 Hz的位置。Paul等[13]研究HRV反馈训练对篮球运动员心理运动表现的影响，发现HRV反馈训练组的TP和LF在反馈训练结束时增加，而HF在训练后下降，王楠[14]在对冬季两项运动员的心理调节能力的训练中也发现，随着训练次数的增加，运动员心率变异性增大，表现为TP值变大。本研究的结果与其相似，这些数据的变化表明运动员通过训练后学会了如何有效调节自主神经系统的活动从而达到自主的平衡状态，提升了对自主神经系统的控制，而当人处于平衡状态时更容易表现出最佳状态。

本研究使用POMS心境状态量表来测评运动员的心理状态。研究中发现训练前以及训练后两组之间心理状态无差异性存在。但就训练效果看，通过HRV生物反馈训练后实验组运动员的紧张、疲劳和抑郁分量表的水平显着下降，对照组训练前后则无差异性存在，提示HRV反馈训练对运动员有积极的效果，可以降低负性情绪。这与国外的研究结果相类似，临床研究[15-16]发现HRV反馈训练可以有效降低抑郁患者的抑郁症状，在体育领域Paul等[8]对30名有焦虑症状的篮球运动员进行研究，将其随机分为反馈训练组、观看励志视频的安慰剂组以及不接受任何训练的控制组，考察HRV反馈训练对运动员的心理表现和情感自我调节的影响。他们进行了连续10天、每天20分钟的训练后发现，反馈训练组运动员的焦虑水平显着下降。可见，通过对运动员HRV的调节促进了自主神经系统的平衡，从而实现个体生理和心理的协调运作，能全面提升个人思维、情感和行为表现。

对不同性别运动员的研究发现，训练前男女运动员心境状态没有差异，训练后男女运动员也不存在差异性，但实验组男运动员在训练后疲劳感显着下降，而女运动员无差异，同时在对照组中男女运动员出现了相似的结果。在运动锻炼中，研究认为性别对运动参与者的心境变化没有明显的影响，运动前后变化基本一致[17]。而在本研究中发现心理训练也有相似的结果，训练前后变化一致，其自身产生变化差异，特别是对照组男运动员疲劳感的显着降低考虑可能与运动员的主观感受有关。训练后实验组和对照组之间心理状态上也没有差异性，出现这些情况可能与两个方面的原因有关，一方面，情绪反应具有很强的即时性，随着时间的推移可能发生变化，如果运动员没有按照要求填写问卷则会对最终的结果产生影响，情绪反应的结果不一定是准确的。另一方面，问卷的测量具有被试的主观性存在，运动员的参与度决定了问卷的有效性，测试时心情的好坏也影响运动员对问卷的填写，可见问卷不一定能真实反映运动员的情绪变化。因此，POMS结合生理生化指标来对运动员进行评定可能更加有效。然而，虽然在心境状态的组间检验上并未表现出差异，但本研究对实验组和对照组的数据进行了观察，发现实验组和对照组运动员在精力和与自我有关的情绪这两个正性情绪量表上出现了相反的趋势，实验组运动员的精力值增加，与自我有关的情绪也增加，而对照组运动员的这两个量表的平均分值呈现下降，从这些变化可以看出，生物反馈训练可能会提升运动员正性情绪。

下丘脑-垂体-肾上腺皮质（hypothalamic–pituitary–adrenal axis，HPA）轴是人体内与应激反应密切相关的神经内分泌系统，皮质醇是HPA作用于肾上腺分泌的主要糖皮质激素，应激能够显着激活HPA轴，从而使皮质醇水平增加。皮质醇被称为人体的“压力激素”，是衡量机体遭受压力强弱程度的生物化学量化指标[18]，如果人体长期处于压力状态，体内的皮质醇水平会迅速上升。平时人体的皮质醇水平每个月变化是不明显的，生物反馈训练后皮质醇水平的显着下降，表明运动员有效增强了应对压力的能力。共振呼吸训练教会个体达到体内自主神经系统平衡的方法，自主神经系统的平衡使得机体处于最佳的身体状态，从而降低HPA的反应，使得皮质醇水平下降。在对不同性别运动员反馈训练后的研究中发现，实验组女运动员皮质醇水平下降得更为显着，女运动员的抗压能力增强显着好于男运动员。研究发现在应激任务中，皮质醇性别差异的研究尚未有统一定论，有的研究发现在应激任务中男生皮质醇的变化显着高于女生[19-20]，也有研究并未发现皮质醇的性别差异[21]。本研究在实施反馈训练过程中，运动员按照日常计划进行训练，期间无比赛，面对的应激压力基本一致，出现男女运动员在皮质醇水平上的不同变化，分析其原因认为女运动员在反馈训练中的依从性要好于男运动员，这也与训练实际过程相符，女生比男生更能认真完成训练过程；从男运动员反馈训练前后的皮质醇均值数据看，男运动员维持了训练前后的皮质醇水平，均值略有下降，也可以表明HRV反馈训练可以帮助运动员维持其抗压水平。此外，与男性不同，女性每月会经历月经期，且有研究指出皮质醇随女性月经周期会呈现一定的变化规律[22]，由于本研究在4周实验期内进行皮质醇测试时未碰到受试女运动员处于月经周期，故而未能进行此方面的探讨，以后会进一步对训练时女运动员月经周期的皮质醇变化进行研究。

一般来说，高的HRV表现出较好的自主神经系统灵活性，可以快速应对内部和外部的刺激，与快的反应和适应性有关，低的HRV表现出较差的自主神经系统灵活性，对不断变化的刺激和压力应对能力下降。研究发现HRV的降低与一些疾病和心理问题有关，心脑血管问题、一般性焦虑、惊恐性障碍、创伤后应激障碍、与压力有关的失调等[23]。研究发现冥想训练可以降低皮质醇水平[24]，在冥想训练中也包括对调息的练习，所以HRV反馈也可以看作是一种注意集中的冥想。此外，研究也发现心率变异性高的人能更好地集中注意力，避免及时行乐的想法，更好地应对压力，在困难面前更不容易放弃[25]。而这些研究的发现支持了本研究的结果，本研究发现训练后运动员的心率变异性水平增加，虽然在反馈训练前后出现皮质醇的性别差异，但皮质醇整体水平下降，可见HRV反馈训练可以作为提升抗压能力的工具。

4 结论

共振呼吸反馈训练能够改善运动员的心理和生理状态，使交感神经和副交感神经的活动维持在一个良好的平衡状态，增强运动员的抗压能力，缓解压力和疲劳，提高情绪调节能力，改善紧张和抑郁情绪。因此，在心理训练中可以作为首选方法使用并作为运动员日常的心理监测和长期的心理训练手段。