常玉 高炳宏
上海體育學(xué)院(上海 200438)
游泳項(xiàng)目屬于體能為主導(dǎo)的競技體育項(xiàng)目,游泳運(yùn)動員的體能,特別是運(yùn)動素質(zhì),對競技能力和比賽成績起著重要作用。因此,競技能力的各個方面都成為了監(jiān)控的主要內(nèi)容。運(yùn)動訓(xùn)練的生理生化監(jiān)控可以很好地反映機(jī)體內(nèi)在的應(yīng)激和適應(yīng)性變化。然而,目前常用的一些生理生化指標(biāo)對運(yùn)動訓(xùn)練中機(jī)能狀態(tài)的監(jiān)控逐漸暴露出一些弊端,如分析結(jié)果片面化、影響因素多、測試有創(chuàng)等,因而,尋找準(zhǔn)確度高、針對性強(qiáng)且無創(chuàng)的機(jī)能狀態(tài)監(jiān)控指標(biāo)顯得尤其重要。
近年來,研究人員已逐漸嘗試將自主神經(jīng)系統(tǒng)(autonomic nervous system,ANS)的相關(guān)研究應(yīng)用到運(yùn)動員的機(jī)能監(jiān)控中。ANS是決定機(jī)體對運(yùn)動反應(yīng)和適應(yīng)的重要因素,ANS通過應(yīng)答性反應(yīng)來維持由于運(yùn)動應(yīng)激而引起的機(jī)體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的變化。高原作為一個氧分壓較低的特殊環(huán)境,在高原進(jìn)行運(yùn)動訓(xùn)練將會使機(jī)體承受環(huán)境缺氧和負(fù)荷缺氧的雙重刺激,高原訓(xùn)練所引起的抗缺氧性改變與心血管系統(tǒng)對低氧的應(yīng)激和適應(yīng)緊密相關(guān),由于ANS廣泛參與心血管系統(tǒng)的調(diào)節(jié),因此高原訓(xùn)練帶給運(yùn)動員的雙重刺激很容易引起ANS調(diào)節(jié)功能的改變。
心率變異性(heart rate variability,HRV)是量化ANS的經(jīng)典指標(biāo),包含了大量神經(jīng)體液因素對心血管系統(tǒng)的調(diào)節(jié)信息[1],監(jiān)測運(yùn)動或安靜后HRV的活性可以定量評估心臟交感與副交感神經(jīng)張力及二者的平衡性,分析運(yùn)動訓(xùn)練過程中心血管系統(tǒng)壓力和洞察運(yùn)動后生理恢復(fù)過程,是目前監(jiān)控運(yùn)動個體自主神經(jīng)狀態(tài)和訓(xùn)練適應(yīng)性非常有潛力的手段[2],且具有無創(chuàng)、可重復(fù)性、敏感性高等優(yōu)點(diǎn)[3]。
HRV被廣泛應(yīng)用于訓(xùn)練周期安排、運(yùn)動負(fù)荷設(shè)計(jì)以及恢復(fù)質(zhì)量評價(jià)等方面[1,4-7]。而近年來,有關(guān)高原及人工模擬低氧環(huán)境下HRV的研究正逐步引起關(guān)注,在高原缺氧地區(qū)進(jìn)行訓(xùn)練必然會使機(jī)體ANS的平衡與調(diào)節(jié)能力受到影響,如果能夠準(zhǔn)確判斷機(jī)體對環(huán)境以及訓(xùn)練負(fù)荷的反應(yīng)和適應(yīng)能力,將有助于教練員對運(yùn)動員機(jī)能狀態(tài)的了解,從而制定更適合個體訓(xùn)練的負(fù)荷安排。本研究通過對7名優(yōu)秀游泳運(yùn)動員在高原訓(xùn)練期間的HRV進(jìn)行測試,旨在探索高原訓(xùn)練對HRV的影響及其變化特點(diǎn),為HRV在高原訓(xùn)練監(jiān)控領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用研究提供參考。
研究對象為上海隊(duì)7名優(yōu)秀男子游泳運(yùn)動員,均為運(yùn)動健將,年齡19.50±0.79歲,身高186.43±4.35 cm,體重79.71±5.78 kg。無心血管系統(tǒng)等疾病,無吸煙史,對受試對象的測試均經(jīng)過運(yùn)動員本人和教練員的知情同意。
本次測試安排在冬訓(xùn)期間,在云南昆明1890 m海拔的高原上進(jìn)行訓(xùn)練。訓(xùn)練周期分為3個階段:上高原前階段、高原訓(xùn)練階段和高原后調(diào)整階段。每周一至周六上午為訓(xùn)練時間,周六下午與周日全天運(yùn)動員進(jìn)行休息恢復(fù)。其中高原訓(xùn)練階段的負(fù)荷安排見表1。
表1 高原訓(xùn)練階段負(fù)荷安排
1.3.1 測試指標(biāo)
1.3.1.1 HRVHRV指標(biāo)
時域指標(biāo):反映HRV總體變化的R-R間期標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation of the NN interval,SDNN)、反映副交感神經(jīng)活動的相鄰R-R間期差值均方根(root mean square successive difference,RMSSD)、反映副交感神經(jīng)調(diào)節(jié)能力的相鄰間期的差值標(biāo)準(zhǔn)差(adjacent normal RR interval of the difference between the standard deviation,SDSD);
頻域指標(biāo):總功率(total power,TP)、反映副交感神經(jīng)調(diào)節(jié)能力的高頻功率(high frequency,HF)、反映交感神經(jīng)活性為主的低頻功率(low frequency,LF)、反映交感與副交感均衡性的高頻功率與低頻功率比值(the ration of low frequency power and high frequency power,LF/HF)。
1.3.1.2 機(jī)能狀態(tài)指標(biāo)
針對引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重大科技成果不足的問題,江蘇要主動對接國家重大科技項(xiàng)目。當(dāng)前,江蘇的科技項(xiàng)目申報(bào)僅限于江蘇省境內(nèi)注冊的具有獨(dú)立法人資格的企業(yè)、高校和科研院所等創(chuàng)新組織,限制了重大技術(shù)、成果的引進(jìn)。建議借鑒廣東省經(jīng)驗(yàn),結(jié)合江蘇科技創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)發(fā)展重大需求,探索以省部聯(lián)動、聯(lián)合招標(biāo)等方式在江蘇組織實(shí)施重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。探索擴(kuò)大省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等科技計(jì)劃資助范圍,吸納國家科技重大專項(xiàng)、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等重大科技計(jì)劃項(xiàng)目中的優(yōu)秀項(xiàng)目,并建立項(xiàng)目庫,常年受理項(xiàng)目申請。及時摸排正在實(shí)施的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)情況,加強(qiáng)對接,推動項(xiàng)目成果在江蘇轉(zhuǎn)化、產(chǎn)業(yè)化。
肌酸激酶(creatine kinase,CK)、血尿素(blood urea,BU)、晨脈(resting heart rate,RHR )、血氧飽和度(oxygen saturation,SpO2%)。
1.3.2 測試方法
Parrado等人用PolarS810i心率表和Omegawave系統(tǒng)收集96名成年人的HRV數(shù)據(jù),研究表明兩種儀器收集到的HRV數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.96,從而說明兩測試儀器均可有效獲取HRV信號,也為Omega wave系統(tǒng)的使用提供了理論依據(jù)[8]。
在整個高原訓(xùn)練期間,共進(jìn)行了6次HRV和常規(guī)機(jī)能指標(biāo)測試:T1=高原訓(xùn)練前1周,T2=高原訓(xùn)練第1周,T3=高原訓(xùn)練第3周,T4=高原訓(xùn)練第4周,T5=高原訓(xùn)練第5周,T6=高原訓(xùn)練后1周。6次HRV測試均在每周訓(xùn)練結(jié)束后的恢復(fù)期進(jìn)行,即每周周日午飯4小時后開始測試。使用美國Omega wave運(yùn)動員實(shí)時機(jī)能狀態(tài)綜合診斷系統(tǒng)對7名運(yùn)動員進(jìn)行HRV測試。運(yùn)動員測試前沒有茶或咖啡的攝入,每次測試均在同一個房間進(jìn)行,溫度控制在25℃。整個測試過程中均要求運(yùn)動員處于安靜放松且靜止的仰臥位狀態(tài),開始測試前講解測試注意事項(xiàng),使運(yùn)動員在安靜恒溫的環(huán)境下舒適平躺5 min左右調(diào)整,然后用酒精棉球輕拭需要貼電極的位置,并按系統(tǒng)要求正確連接胸導(dǎo)、腦導(dǎo)和肢導(dǎo)電極,連接完成后點(diǎn)擊開始,計(jì)算機(jī)開始進(jìn)行10 min左右的心電信號采集,當(dāng)受試者達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)且數(shù)據(jù)采集完成后即可手動停止測試。同時于次日周一晨起安靜狀態(tài)下進(jìn)行RHR和SpO2%數(shù)據(jù)的采集,并在空腹?fàn)顟B(tài)下給運(yùn)動員采指尖血進(jìn)行CK和BU的測試。
所有數(shù)據(jù)均采用SPSS20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件和Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行處理分析,測試結(jié)果以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示。使用重復(fù)測量方差分析法,對運(yùn)動員高原訓(xùn)練前、中、后6個時間段測試進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,顯著性水平為P<0.05。
表2顯示,與高原訓(xùn)練前1周相比,高原訓(xùn)練第1周后HRV時域指標(biāo)出現(xiàn)一定程度的下降,且以副交感神經(jīng)調(diào)節(jié)能力下降為主,RMSSD、SDSD分別下降18.6%、20.4%(P>0.05),HRV 總體指標(biāo) SDNN 下降6.47%;高原訓(xùn)練第3周后,HRV各指標(biāo)均有所回升;高原訓(xùn)練第4周為負(fù)荷強(qiáng)度增加周,與高原訓(xùn)練前1周相比,HRV各指標(biāo)又開始下降,SDNN、RMSSD、SDSD分別下降16.42%(P<0.05)、21.89%、21.92%,且均處于整個高原訓(xùn)練階段最低值;高原訓(xùn)練第5周調(diào)整周,HRV各指標(biāo)開始回升;高原后1周,與高原訓(xùn)練訓(xùn)練前1周相比,運(yùn)動員HRV指標(biāo)SDNN、RMSSD、SDSD分別下降16.15%(P=0.053)、17.29%、17.71%。
表2 高原訓(xùn)練不同階段HRV時域指標(biāo)變化情況
表3 高原訓(xùn)練不同階段HRV頻域指標(biāo)變化情況
高原訓(xùn)練后1周CK水平升高,且明顯高于高原訓(xùn)練第4、5周,兩者間差異顯著(P<0.05)。BU在高原訓(xùn)練第3、4周逐漸升高,但與高原訓(xùn)練前1周、第1周和高原訓(xùn)練后1周相比均沒有顯著性差異(P>0.05)。高原訓(xùn)練第1、3、4、5周的SpO2%均明顯低于高原訓(xùn)練前1周,具有極顯著性差異(P<0.01)。與高原訓(xùn)練前1周比,高原訓(xùn)練第1周RHR有增加,但沒有顯著性差異(P>0.05),隨后高原訓(xùn)練第3周和高原訓(xùn)練第5周明顯下降,并明顯低于高原訓(xùn)練第1周(P<0.05)。
表4 高原訓(xùn)練期間機(jī)能狀態(tài)指標(biāo)的變化
HRV分析方法有:時域分析法、頻域分析法和非線性分析法。目前最為常用的是時域分析法和頻域分析法,其分析理論基本成熟,各項(xiàng)指標(biāo)意義明確[9]。HRV提供了有關(guān)ANS的關(guān)鍵信息,是定量評估ANS最有效的測量手段[10]。ANS主要分布于內(nèi)臟、心血管和腺體,由兩個分支組成,分別是交感神經(jīng)系統(tǒng)(sympathetic nervous system,SNS)和副交感神經(jīng)系統(tǒng)(parasympathetic nervous system,PSNS)。正常情況下,下丘腦自主神經(jīng)中樞通過交感和副交感實(shí)現(xiàn)了對周圍血管和心腦控制的平衡[11]。由于訓(xùn)練適應(yīng)性的原因,在正常的氧供應(yīng)環(huán)境下運(yùn)動員在安靜時表現(xiàn)為交感神經(jīng)興奮性弱、副交感神經(jīng)興奮性較強(qiáng)的特點(diǎn)[12],并保持相對平衡,這種平衡保證了心血管的相對穩(wěn)定,當(dāng)機(jī)體處于高原缺氧狀態(tài),自主神經(jīng)間的平衡將由適應(yīng)性的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)槭Ш鉅顟B(tài)[13]。一旦交感與副交感神經(jīng)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系出現(xiàn)失衡,將導(dǎo)致心血管系統(tǒng)功能的紊亂和機(jī)體適應(yīng)能力的改變。在高原環(huán)境下進(jìn)行HRV測試,可以對缺氧環(huán)境下ANS功能的變化及時監(jiān)測,有利于避免運(yùn)動員由于心臟不能承受較大的負(fù)荷而造成的疲勞積累,避免過度訓(xùn)練。因此,通過定期測試HRV指標(biāo)分析,研究高原訓(xùn)練期間ANS的波動性變化,將有助于我們了解低氧和訓(xùn)練負(fù)荷的雙重刺激對機(jī)體心血管系統(tǒng)的影響以及機(jī)體的適應(yīng)情況。
由于高原特殊的缺氧環(huán)境,運(yùn)動員在進(jìn)入高原進(jìn)行訓(xùn)練后將面臨缺氧和訓(xùn)練負(fù)荷的雙重刺激,必然會導(dǎo)致分解代謝能力增強(qiáng)。若要保證運(yùn)動員在高原訓(xùn)練期間具備良好的體能狀態(tài),就要求運(yùn)動員在進(jìn)入高原前具有較好的心功能儲備,以更好地承受高原期間雙重負(fù)荷的刺激。HRV作為定量評價(jià)人體心臟植物神經(jīng)功能的有效方法[14],可以較好地反映運(yùn)動員的心功能儲備情況。從Omega Wave綜合診斷系統(tǒng)測出的HRV以及本研究未公開的分析數(shù)據(jù)顯示,運(yùn)動員整體植物神經(jīng)系統(tǒng)在正常范圍內(nèi),心功能儲備較好,可以承受較大的訓(xùn)練負(fù)荷。且CK、BU均處于正常水平,機(jī)能狀態(tài)較好。因此,本次高原訓(xùn)練前運(yùn)動員各項(xiàng)指標(biāo)處于正常范圍,具有較好的功能儲備,為接下來的高原訓(xùn)練奠定了良好的體能基礎(chǔ)。
目前國內(nèi)外關(guān)于高原低氧對HRV影響的研究大多集中在急進(jìn)高原后的影響。研究表明,急進(jìn)高原后,副交感神經(jīng)興奮性受到抑制,交感神經(jīng)興奮性有所升高[15-17]。而Zuzewicz[18]的研究則表明,初入高原時,交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)興奮性均顯著減弱,交感神經(jīng)活動相對占優(yōu)勢并在后期逐漸增強(qiáng)。隆敏[19]的研究結(jié)果也表明初入高原交感與副交感神經(jīng)興奮性均受到抑制而減弱。本研究也發(fā)現(xiàn),與高原訓(xùn)練前1周相比,高原訓(xùn)練第1周的HRV時域和頻域指標(biāo)下降,RMSSD、SDSD、HF分別下降18.60%、20.40%和12.60%,LF下降2.07%,HRV總體指標(biāo)SDNN、TP分別下降6.47%、6.65%,LF/HF下降29.20%,副交感神經(jīng)興奮性大幅度下降,說明在此階段副交感神經(jīng)興奮性受到抑制。急進(jìn)高原初期,由于訓(xùn)練負(fù)荷較低,BU有所下降,CK也保持高原前水平,表明機(jī)體對訓(xùn)練負(fù)荷較為適應(yīng)。但由于受到低氧環(huán)境的影響,RHR升高,SpO2%也明顯低于高原前水平,因而,高原第一周HRV的降低更多的是受高原缺氧環(huán)境的影響。
高原第3周,訓(xùn)練負(fù)荷已逐漸增加,且以無氧閾訓(xùn)練為主。雖然第3周訓(xùn)練總量達(dá)到55300米,BU也有所增加,但CK、BU均處于正常范圍,RHR也顯著下降,說明運(yùn)動員對本周的訓(xùn)練內(nèi)容較為適應(yīng),且隨著對低氧的適應(yīng),機(jī)體利用氧的能力提高,對低氧刺激的反應(yīng)也有所降低。本周HRV指標(biāo)也開始回升,其中TP、HF較高原訓(xùn)練前1周相比分別增加14.23%、33.26%(P>0.05)。表明運(yùn)動員在經(jīng)過了前期的高原適應(yīng)后,自主神經(jīng)系統(tǒng)已逐漸適應(yīng)高原低氧環(huán)境,且以副交感神經(jīng)的興奮性占主導(dǎo),這一結(jié)果與Mazzuero[20]在有關(guān)高原訓(xùn)練對HRV影響的綜述中提到的一致,即有些研究者認(rèn)為HF所反映的副交感調(diào)節(jié)能力的改變是對缺氧脅迫的防御,當(dāng)機(jī)體對缺氧刺激適應(yīng)后,副交感神經(jīng)調(diào)節(jié)能力就會增加,而LF反映的交感神經(jīng)調(diào)節(jié)能力就會下降[21]。
大量研究表明[22-26],適度的有氧訓(xùn)練和低氧應(yīng)激會使HRV總功率增加,副交感神經(jīng)興奮性增加和交感神經(jīng)興奮性降低,而高訓(xùn)練負(fù)荷和低氧應(yīng)激通常會誘發(fā)ANS的交感活性增加,副交感興奮性降低,較長時間和較大強(qiáng)度的訓(xùn)練抑制了副交感神經(jīng)的興奮性。盡管是少量高強(qiáng)度訓(xùn)練的刺激,在理論上仍然可能維持交感神經(jīng)占優(yōu)勢,表現(xiàn)為HRV副交感神經(jīng)指標(biāo)降低[27]。本研究結(jié)果與上述結(jié)論一致,高原后期較高原前期訓(xùn)練強(qiáng)度開始增大,尤其是專項(xiàng)能力和乳酸耐受能力的訓(xùn)練比例有所增加,加深了訓(xùn)練負(fù)荷對機(jī)體的刺激。因此在高原訓(xùn)練第4周HRV開始下降,總體表現(xiàn)為交感神經(jīng)占主導(dǎo),副交感神經(jīng)調(diào)節(jié)能力的減弱,具體表現(xiàn)為高原訓(xùn)練第4周HRV相關(guān)指標(biāo) SDNN、RMSSD、SDSD、LF與高原訓(xùn)練前1周相比分別下降了16.42%(P<0.05)、21.89%、21.92%、35.31%,且均處于整個高原訓(xùn)練階段最低值。由于高頻區(qū)域的功率與呼吸驅(qū)動的副交感神經(jīng)活性密切相關(guān),高頻區(qū)域的峰值受呼吸節(jié)律的影響較大[28],這可能是大強(qiáng)度運(yùn)動后副交感神經(jīng)興奮性指標(biāo)大幅度下降的原因。而交感神經(jīng)興奮性的升高可能是因?yàn)殡S著訓(xùn)練負(fù)荷的增加,運(yùn)動中血流的流體切應(yīng)力增加[29],從而導(dǎo)致壓力感受性神經(jīng)反射功能提高,使自主神經(jīng)平衡向交感神經(jīng)優(yōu)勢傾斜[30]。本周強(qiáng)度增加,但CK處于較低水平,說明運(yùn)動員的肌肉組織對運(yùn)動強(qiáng)度較為適應(yīng),而增加的運(yùn)動強(qiáng)度對ANS的影響則表現(xiàn)為HRV的相關(guān)指標(biāo)SDNN、RMSSD、SDSD、LF大幅度下降且均處于整個高原階段的最低值。與高原第1、3周相比,SpO2%略有下降但不明顯,RHR也有所升高,這表明相對于高原缺氧的刺激來說,長時間的較大負(fù)荷與低氧刺激的疊加作用對HRV的影響更大。
高原第5周為下高原前的調(diào)整周,隨著訓(xùn)練負(fù)荷的下調(diào),CK、BU均下降,RHR也較前一周有所下降,運(yùn)動員對本周訓(xùn)練適應(yīng)較好。因而,HRV相關(guān)指標(biāo)也有所回升,與高原訓(xùn)練前1周相比,SDNN升高了10.53%,達(dá)到整個高原訓(xùn)練期間的最高水平,其他副交感神經(jīng)指標(biāo)也出現(xiàn)一定的回升,而在此階段的LF、LF/HF分別增加27.17%、27.74%,也均達(dá)到整個高原訓(xùn)練期間的最高水平。高原訓(xùn)練期間SpO2%的變化波動非常小,說明低氧刺激對機(jī)體的影響較為恒定,因此,5周高原訓(xùn)練中HRV的變化特點(diǎn)主要受低氧環(huán)境和訓(xùn)練負(fù)荷變化的影響,前期主要受低氧環(huán)境的影響,中后期主要受訓(xùn)練負(fù)荷的影響。
Gibelli等[31]研究表明,高原運(yùn)動時的HRV水平明顯低于平原運(yùn)動,提示運(yùn)動和高原低氧等因素對HRV的影響產(chǎn)生疊加作用。本研究結(jié)果顯示,高原訓(xùn)練后1周,SDNN、RMSSD、SDSD、TP、HF、LF較高原訓(xùn)練前1周分別下降了16.15%(P=0.053)、17.29%、17.71%、25.65%、30.82%、16.90%,提示去適應(yīng)階段初期,ANS活動相比高原前依然受到抑制,以副交感神經(jīng)興奮性受抑制為主,說明下高原一周后,高原缺氧和負(fù)荷的疊加效應(yīng)對ANS的影響持續(xù)存在[32]。有研究表明,在高原后去適應(yīng)階段初期,副交感神經(jīng)相關(guān)指標(biāo)會表現(xiàn)出先下降再上升至高原前平原水平的趨勢[33]。本研究只發(fā)現(xiàn)下高原后副交感神經(jīng)指標(biāo)的下降趨勢,由于高原后期訓(xùn)練負(fù)荷的增加打破了交感與副交感神經(jīng)調(diào)節(jié)的平衡,而這種平衡的重建需要時間,但本研究沒有進(jìn)行高原后的持續(xù)跟蹤測試,所以無法判斷運(yùn)動員后期自主神經(jīng)調(diào)節(jié)功能的恢復(fù)情況,對于高原訓(xùn)練后交感與副交感平衡能力失衡后的重建時間,也將是未來研究的一個重要方向。
(1)5周高原訓(xùn)練過程中,優(yōu)秀男子游泳運(yùn)動員的心率變異性指標(biāo)呈現(xiàn)波浪形的變化特點(diǎn),其中高原前期主要受低氧環(huán)境的影響,高原后期主要受訓(xùn)練負(fù)荷的影響。
(2)高原環(huán)境下,心率變異性指標(biāo)可以反映隨著高原缺氧和訓(xùn)練負(fù)荷的交互作用導(dǎo)致的自主神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控能力波動性的變化,提示利用HRV來分析缺氧和訓(xùn)練負(fù)荷的交互作用對機(jī)體的影響具有一定的實(shí)踐意義。