5周高原训练期间优秀男子游泳运动员心率变异性指标的变化特点

常玉 高炳宏

上海体育学院（上海 200438）

游泳项目属于体能为主导的竞技体育项目，游泳运动员的体能，特别是运动素质，对竞技能力和比赛成绩起着重要作用。因此，竞技能力的各个方面都成为了监控的主要内容。运动训练的生理生化监控可以很好地反映机体内在的应激和适应性变化。然而，目前常用的一些生理生化指标对运动训练中机能状态的监控逐渐暴露出一些弊端，如分析结果片面化、影响因素多、测试有创等，因而，寻找准确度高、针对性强且无创的机能状态监控指标显得尤其重要。

近年来，研究人员已逐渐尝试将自主神经系统（autonomic nervous system，ANS）的相关研究应用到运动员的机能监控中。ANS是决定机体对运动反应和适应的重要因素，ANS通过应答性反应来维持由于运动应激而引起的机体内稳态的变化。高原作为一个氧分压较低的特殊环境，在高原进行运动训练将会使机体承受环境缺氧和负荷缺氧的双重刺激，高原训练所引起的抗缺氧性改变与心血管系统对低氧的应激和适应紧密相关，由于ANS广泛参与心血管系统的调节，因此高原训练带给运动员的双重刺激很容易引起ANS调节功能的改变。

心率变异性（heart rate variability，HRV）是量化ANS的经典指标，包含了大量神经体液因素对心血管系统的调节信息[1]，监测运动或安静后HRV的活性可以定量评估心脏交感与副交感神经张力及二者的平衡性，分析运动训练过程中心血管系统压力和洞察运动后生理恢复过程，是目前监控运动个体自主神经状态和训练适应性非常有潜力的手段[2]，且具有无创、可重复性、敏感性高等优点[3]。

HRV被广泛应用于训练周期安排、运动负荷设计以及恢复质量评价等方面[1，4-7]。而近年来，有关高原及人工模拟低氧环境下HRV的研究正逐步引起关注，在高原缺氧地区进行训练必然会使机体ANS的平衡与调节能力受到影响，如果能够准确判断机体对环境以及训练负荷的反应和适应能力，将有助于教练员对运动员机能状态的了解，从而制定更适合个体训练的负荷安排。本研究通过对7名优秀游泳运动员在高原训练期间的HRV进行测试，旨在探索高原训练对HRV的影响及其变化特点，为HRV在高原训练监控领域的进一步应用研究提供参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

研究对象为上海队7名优秀男子游泳运动员，均为运动健将，年龄19.50±0.79岁，身高186.43±4.35 cm，体重79.71±5.78 kg。无心血管系统等疾病，无吸烟史，对受试对象的测试均经过运动员本人和教练员的知情同意。

1.2 高原训练安排

本次测试安排在冬训期间，在云南昆明1890 m海拔的高原上进行训练。训练周期分为3个阶段：上高原前阶段、高原训练阶段和高原后调整阶段。每周一至周六上午为训练时间，周六下午与周日全天运动员进行休息恢复。其中高原训练阶段的负荷安排见表1。

表1 高原训练阶段负荷安排

1.3 测试指标与测试方法

1.3.1 测试指标

1.3.1.1 HRVHRV指标

时域指标：反映HRV总体变化的R-R间期标准差（standard deviation of the NN interval，SDNN）、反映副交感神经活动的相邻R-R间期差值均方根（root mean square successive difference，RMSSD）、反映副交感神经调节能力的相邻间期的差值标准差（adjacent normal RR interval of the difference between the standard deviation，SDSD）；

频域指标：总功率（total power，TP）、反映副交感神经调节能力的高频功率（high frequency，HF）、反映交感神经活性为主的低频功率（low frequency，LF）、反映交感与副交感均衡性的高频功率与低频功率比值（the ration of low frequency power and high frequency power，LF/HF）。

1.3.1.2 机能状态指标

针对引领产业创新发展的重大科技成果不足的问题，江苏要主动对接国家重大科技项目。当前，江苏的科技项目申报仅限于江苏省境内注册的具有独立法人资格的企业、高校和科研院所等创新组织，限制了重大技术、成果的引进。建议借鉴广东省经验，结合江苏科技创新及产业发展重大需求，探索以省部联动、联合招标等方式在江苏组织实施重点研发计划。探索扩大省重点研发计划等科技计划资助范围，吸纳国家科技重大专项、重点研发计划等重大科技计划项目中的优秀项目，并建立项目库，常年受理项目申请。及时摸排正在实施的国家重点研发计划重点专项情况，加强对接，推动项目成果在江苏转化、产业化。

肌酸激酶（creatine kinase，CK）、血尿素（blood urea，BU）、晨脉（resting heart rate，RHR ）、血氧饱和度（oxygen saturation，SpO2%）。

1.3.2 测试方法

Parrado等人用PolarS810i心率表和Omegawave系统收集96名成年人的HRV数据，研究表明两种仪器收集到的HRV数据相关系数高达0.96，从而说明两测试仪器均可有效获取HRV信号，也为Omega wave系统的使用提供了理论依据[8]。

在整个高原训练期间，共进行了6次HRV和常规机能指标测试：T1=高原训练前1周，T2=高原训练第1周，T3=高原训练第3周，T4=高原训练第4周，T5=高原训练第5周，T6=高原训练后1周。6次HRV测试均在每周训练结束后的恢复期进行，即每周周日午饭4小时后开始测试。使用美国Omega wave运动员实时机能状态综合诊断系统对7名运动员进行HRV测试。运动员测试前没有茶或咖啡的摄入，每次测试均在同一个房间进行，温度控制在25℃。整个测试过程中均要求运动员处于安静放松且静止的仰卧位状态，开始测试前讲解测试注意事项，使运动员在安静恒温的环境下舒适平躺5 min左右调整，然后用酒精棉球轻拭需要贴电极的位置，并按系统要求正确连接胸导、脑导和肢导电极，连接完成后点击开始，计算机开始进行10 min左右的心电信号采集，当受试者达到稳定状态且数据采集完成后即可手动停止测试。同时于次日周一晨起安静状态下进行RHR和SpO2%数据的采集，并在空腹状态下给运动员采指尖血进行CK和BU的测试。

1.4 统计学分析

所有数据均采用SPSS20.0统计分析软件和Microsoft Excel 2007软件进行处理分析，测试结果以平均数±标准差（x±s）表示。使用重复测量方差分析法，对运动员高原训练前、中、后6个时间段测试进行统计分析，显着性水平为P＜0.05。

2 结果

2.1 高原训练不同阶段HRVHRV时域指标的变化

表2显示，与高原训练前1周相比，高原训练第1周后HRV时域指标出现一定程度的下降，且以副交感神经调节能力下降为主，RMSSD、SDSD分别下降18.6%、20.4%（P＞0.05），HRV 总体指标 SDNN 下降6.47%；高原训练第3周后，HRV各指标均有所回升；高原训练第4周为负荷强度增加周，与高原训练前1周相比，HRV各指标又开始下降，SDNN、RMSSD、SDSD分别下降16.42%（P＜0.05）、21.89%、21.92%，且均处于整个高原训练阶段最低值；高原训练第5周调整周，HRV各指标开始回升；高原后1周，与高原训练训练前1周相比，运动员HRV指标SDNN、RMSSD、SDSD分别下降16.15%（P=0.053）、17.29%、17.71%。

表2 高原训练不同阶段HRV时域指标变化情况

2.2 高原训练不同阶段HRVHRV频域指标的变化

表3 高原训练不同阶段HRV频域指标变化情况

2.3 高原训练期间机能状态指标的变化

高原训练后1周CK水平升高，且明显高于高原训练第4、5周，两者间差异显着（P＜0.05）。BU在高原训练第3、4周逐渐升高，但与高原训练前1周、第1周和高原训练后1周相比均没有显着性差异（P＞0.05）。高原训练第1、3、4、5周的SpO2%均明显低于高原训练前1周，具有极显着性差异（P＜0.01）。与高原训练前1周比，高原训练第1周RHR有增加，但没有显着性差异（P＞0.05），随后高原训练第3周和高原训练第5周明显下降，并明显低于高原训练第1周（P＜0.05）。

表4 高原训练期间机能状态指标的变化

3 分析与讨论

HRV分析方法有：时域分析法、频域分析法和非线性分析法。目前最为常用的是时域分析法和频域分析法，其分析理论基本成熟，各项指标意义明确[9]。HRV提供了有关ANS的关键信息，是定量评估ANS最有效的测量手段[10]。ANS主要分布于内脏、心血管和腺体，由两个分支组成，分别是交感神经系统（sympathetic nervous system，SNS）和副交感神经系统（parasympathetic nervous system，PSNS）。正常情况下，下丘脑自主神经中枢通过交感和副交感实现了对周围血管和心脑控制的平衡[11]。由于训练适应性的原因，在正常的氧供应环境下运动员在安静时表现为交感神经兴奋性弱、副交感神经兴奋性较强的特点[12]，并保持相对平衡，这种平衡保证了心血管的相对稳定，当机体处于高原缺氧状态，自主神经间的平衡将由适应性的调节转变为失衡状态[13]。一旦交感与副交感神经之间的协调关系出现失衡，将导致心血管系统功能的紊乱和机体适应能力的改变。在高原环境下进行HRV测试，可以对缺氧环境下ANS功能的变化及时监测，有利于避免运动员由于心脏不能承受较大的负荷而造成的疲劳积累，避免过度训练。因此，通过定期测试HRV指标分析，研究高原训练期间ANS的波动性变化，将有助于我们了解低氧和训练负荷的双重刺激对机体心血管系统的影响以及机体的适应情况。

3.1 高原训练前男子游泳运动员HRVHRV指标特点

由于高原特殊的缺氧环境，运动员在进入高原进行训练后将面临缺氧和训练负荷的双重刺激，必然会导致分解代谢能力增强。若要保证运动员在高原训练期间具备良好的体能状态，就要求运动员在进入高原前具有较好的心功能储备，以更好地承受高原期间双重负荷的刺激。HRV作为定量评价人体心脏植物神经功能的有效方法[14]，可以较好地反映运动员的心功能储备情况。从Omega Wave综合诊断系统测出的HRV以及本研究未公开的分析数据显示，运动员整体植物神经系统在正常范围内，心功能储备较好，可以承受较大的训练负荷。且CK、BU均处于正常水平，机能状态较好。因此，本次高原训练前运动员各项指标处于正常范围，具有较好的功能储备，为接下来的高原训练奠定了良好的体能基础。

3.2 高原训练中HRVHRV相关指标的变化特点

目前国内外关于高原低氧对HRV影响的研究大多集中在急进高原后的影响。研究表明，急进高原后，副交感神经兴奋性受到抑制，交感神经兴奋性有所升高[15-17]。而Zuzewicz[18]的研究则表明，初入高原时，交感神经和副交感神经兴奋性均显着减弱，交感神经活动相对占优势并在后期逐渐增强。隆敏[19]的研究结果也表明初入高原交感与副交感神经兴奋性均受到抑制而减弱。本研究也发现，与高原训练前1周相比，高原训练第1周的HRV时域和频域指标下降，RMSSD、SDSD、HF分别下降18.60%、20.40%和12.60%，LF下降2.07%，HRV总体指标SDNN、TP分别下降6.47%、6.65%，LF/HF下降29.20%，副交感神经兴奋性大幅度下降，说明在此阶段副交感神经兴奋性受到抑制。急进高原初期，由于训练负荷较低，BU有所下降，CK也保持高原前水平，表明机体对训练负荷较为适应。但由于受到低氧环境的影响，RHR升高，SpO2%也明显低于高原前水平，因而，高原第一周HRV的降低更多的是受高原缺氧环境的影响。

高原第3周，训练负荷已逐渐增加，且以无氧阈训练为主。虽然第3周训练总量达到55300米，BU也有所增加，但CK、BU均处于正常范围，RHR也显着下降，说明运动员对本周的训练内容较为适应，且随着对低氧的适应，机体利用氧的能力提高，对低氧刺激的反应也有所降低。本周HRV指标也开始回升，其中TP、HF较高原训练前1周相比分别增加14.23%、33.26%（P＞0.05）。表明运动员在经过了前期的高原适应后，自主神经系统已逐渐适应高原低氧环境，且以副交感神经的兴奋性占主导，这一结果与Mazzuero[20]在有关高原训练对HRV影响的综述中提到的一致，即有些研究者认为HF所反映的副交感调节能力的改变是对缺氧胁迫的防御，当机体对缺氧刺激适应后，副交感神经调节能力就会增加，而LF反映的交感神经调节能力就会下降[21]。

大量研究表明[22-26]，适度的有氧训练和低氧应激会使HRV总功率增加，副交感神经兴奋性增加和交感神经兴奋性降低，而高训练负荷和低氧应激通常会诱发ANS的交感活性增加，副交感兴奋性降低，较长时间和较大强度的训练抑制了副交感神经的兴奋性。尽管是少量高强度训练的刺激，在理论上仍然可能维持交感神经占优势，表现为HRV副交感神经指标降低[27]。本研究结果与上述结论一致，高原后期较高原前期训练强度开始增大，尤其是专项能力和乳酸耐受能力的训练比例有所增加，加深了训练负荷对机体的刺激。因此在高原训练第4周HRV开始下降，总体表现为交感神经占主导，副交感神经调节能力的减弱，具体表现为高原训练第4周HRV相关指标 SDNN、RMSSD、SDSD、LF与高原训练前1周相比分别下降了16.42%（P＜0.05）、21.89%、21.92%、35.31%，且均处于整个高原训练阶段最低值。由于高频区域的功率与呼吸驱动的副交感神经活性密切相关，高频区域的峰值受呼吸节律的影响较大[28]，这可能是大强度运动后副交感神经兴奋性指标大幅度下降的原因。而交感神经兴奋性的升高可能是因为随着训练负荷的增加，运动中血流的流体切应力增加[29]，从而导致压力感受性神经反射功能提高，使自主神经平衡向交感神经优势倾斜[30]。本周强度增加，但CK处于较低水平，说明运动员的肌肉组织对运动强度较为适应，而增加的运动强度对ANS的影响则表现为HRV的相关指标SDNN、RMSSD、SDSD、LF大幅度下降且均处于整个高原阶段的最低值。与高原第1、3周相比，SpO2%略有下降但不明显，RHR也有所升高，这表明相对于高原缺氧的刺激来说，长时间的较大负荷与低氧刺激的叠加作用对HRV的影响更大。

高原第5周为下高原前的调整周，随着训练负荷的下调，CK、BU均下降，RHR也较前一周有所下降，运动员对本周训练适应较好。因而，HRV相关指标也有所回升，与高原训练前1周相比，SDNN升高了10.53%，达到整个高原训练期间的最高水平，其他副交感神经指标也出现一定的回升，而在此阶段的LF、LF/HF分别增加27.17%、27.74%，也均达到整个高原训练期间的最高水平。高原训练期间SpO2%的变化波动非常小，说明低氧刺激对机体的影响较为恒定，因此，5周高原训练中HRV的变化特点主要受低氧环境和训练负荷变化的影响，前期主要受低氧环境的影响，中后期主要受训练负荷的影响。

3.3 高原训练后HRVHRV的变化特点

Gibelli等[31]研究表明，高原运动时的HRV水平明显低于平原运动，提示运动和高原低氧等因素对HRV的影响产生叠加作用。本研究结果显示，高原训练后1周，SDNN、RMSSD、SDSD、TP、HF、LF较高原训练前1周分别下降了16.15%（P=0.053）、17.29%、17.71%、25.65%、30.82%、16.90%，提示去适应阶段初期，ANS活动相比高原前依然受到抑制，以副交感神经兴奋性受抑制为主，说明下高原一周后，高原缺氧和负荷的叠加效应对ANS的影响持续存在[32]。有研究表明，在高原后去适应阶段初期，副交感神经相关指标会表现出先下降再上升至高原前平原水平的趋势[33]。本研究只发现下高原后副交感神经指标的下降趋势，由于高原后期训练负荷的增加打破了交感与副交感神经调节的平衡，而这种平衡的重建需要时间，但本研究没有进行高原后的持续跟踪测试，所以无法判断运动员后期自主神经调节功能的恢复情况，对于高原训练后交感与副交感平衡能力失衡后的重建时间，也将是未来研究的一个重要方向。

4 小结

（1）5周高原训练过程中，优秀男子游泳运动员的心率变异性指标呈现波浪形的变化特点，其中高原前期主要受低氧环境的影响，高原后期主要受训练负荷的影响。

（2）高原环境下，心率变异性指标可以反映随着高原缺氧和训练负荷的交互作用导致的自主神经系统调控能力波动性的变化，提示利用HRV来分析缺氧和训练负荷的交互作用对机体的影响具有一定的实践意义。