曹瑩瑩，周 武，賀亞楠，池愛平

（陜西師范大學(xué)體育學(xué)院，陜西 西安 710119）

運動過程中機(jī)體受到刺激產(chǎn)生主觀以及生理疲勞是一種正?，F(xiàn)象。運動性疲勞是由于在運動訓(xùn)練過程中，引起機(jī)體機(jī)能水平下降或運動能力降低，從而無法堅持一定的運動強(qiáng)度，但經(jīng)過適當(dāng)?shù)男菹⒄{(diào)整后可以調(diào)理恢復(fù)過來的現(xiàn)象。人體在運動過程中機(jī)體體內(nèi)乳酸堆積過多、酸堿度失衡、代謝產(chǎn)物自由基堆積、機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)失衡、大腦皮質(zhì)分泌多巴胺，進(jìn)而促使機(jī)體疲勞的產(chǎn)生。運動性力竭主要指機(jī)體的主觀感受已經(jīng)感覺到疲勞，但仍堅持運動直到骨骼肌與器官不能維持運動狀態(tài)的一種過度訓(xùn)練形式。有研究證明，適量的運動負(fù)荷可以有效提高心臟功能、增強(qiáng)免疫力，有利于防治心臟惰性，但大強(qiáng)度負(fù)荷運動在一定的程度上與心臟的病理性損傷有關(guān)，易造成機(jī)體中各個細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)發(fā)生病理變化，對人體心臟產(chǎn)生不良的影響，影響運動員的健康狀態(tài)及訓(xùn)練效果。

心率變異性（Heart Rate Variability，HRV）是指心臟中的竇房結(jié)節(jié)律性跳動在一定的周期內(nèi)連續(xù)R-R間期發(fā)生規(guī)律性變化的現(xiàn)象。其是一種間接衡量心臟自主參數(shù)評價心臟自主神經(jīng)功能的指標(biāo)，主要反映交感神經(jīng)張力與迷走神經(jīng)活性的平衡，在運動康復(fù)、競技體育、大眾健身等領(lǐng)域運用廣泛。

如今HRV作為一項非侵入性監(jiān)測運動中心臟自主神經(jīng)變化過程的指標(biāo)，多針對不同運動項目的運動員（國家二級運動員水平及以上）進(jìn)行研究，而對于體育教育專業(yè)大學(xué)生的相關(guān)研究十分有限。隨著“健康中國”戰(zhàn)略的提出，體育專業(yè)大學(xué)生作為體育教育事業(yè)的儲備人才，以社會需求為出發(fā)點，應(yīng)注重體育專業(yè)大學(xué)生多樣化學(xué)習(xí)與多樣性發(fā)展。體育專業(yè)大學(xué)生在增強(qiáng)體質(zhì)方面理應(yīng)作為最優(yōu)股，在注重發(fā)展理論課的同時，應(yīng)加強(qiáng)提升其運動技能，然而目前的高校體育教育對科學(xué)有效地指導(dǎo)體育教學(xué)與運動訓(xùn)練存在不足，合理掌握疲勞與恢復(fù)的平衡度尚有缺陷。由于HRV測試對實驗要求的嚴(yán)密性與實驗儀器的精準(zhǔn)性較高，在查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，對探索力竭狀態(tài)后體育專業(yè)大學(xué)生的相關(guān)報道更是少數(shù)。因此，本文通過Bruce跑臺運動方案搭建力竭運動模型，以體育專業(yè)大學(xué)生為實驗對象，通過記錄運動前、后與恢復(fù)的HRV和評估其他相關(guān)疲勞指標(biāo)，研究一次性力竭運動及性別對體育專業(yè)大學(xué)生心率變異性的影響。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以一次性力竭運動及性別對體育專業(yè)大學(xué)生心率變異性的影響為研究對象。

1.2 研究方法

通過中國知網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫，查閱與本文研究相關(guān)的文獻(xiàn)，為本文研究提供理論支撐。

（1）實驗對象。以S大學(xué)校的40名體育專業(yè)大學(xué)生為實驗對象，分為男生組（20名）、女生組（20名），年齡為18～22歲，在知曉其實驗流程與運動風(fēng)險的情況下，自愿參加本實驗。所有實驗對象身體指標(biāo)正常，沒有病史，心臟功能未出現(xiàn)異常，無煙酒嗜好，沒有過嚴(yán)重的運動損傷，生活習(xí)慣規(guī)律，實驗前一周未熬夜、酗酒、服用藥物，實驗前48小時內(nèi)沒有情緒大幅度波動和飲用濃茶或咖啡，保證實驗者睡眠良好未進(jìn)行過劇烈運動，女實驗對象均不處于月經(jīng)期。（表1）

表1 實驗對象基本情況 N=40

（2）測試指標(biāo)。生理指標(biāo)：實驗對象在進(jìn)行Bruce運動跑臺干預(yù)前后與疲勞相關(guān)指標(biāo)，選擇反應(yīng)時、閃光臨界融合頻率、收縮壓、舒張壓、血氧。疲勞量表：采用主觀感覺量表（RPE）。HRV指標(biāo)見表2。

表2 HRV指標(biāo) N=40

（3）測試儀器。本文實驗通過運動跑臺（h/P/cosmos cos10253 德國）來完成遞增負(fù)荷實驗方案。Bruce方案是通過調(diào)整步頻速度與跑臺坡度實現(xiàn)力竭運動（表3）。HRV測試采用 HRV檢測儀（ ActiGraPh GT9X Link，美國），HRV采集的數(shù)據(jù)通過Actlife軟件以HRV報告導(dǎo)入電腦。在Kubios HRV Premium3.3.1中處理并分析HRV的時域和頻域指標(biāo)，疲勞指標(biāo)采用傅里葉頻譜分析方法。生理指標(biāo)測試儀器主要有：閃光融合頻率主要由BD-Ⅱ-118 型（北京青鳥天橋）儀器采集，反應(yīng)時由華東師范大學(xué)科教儀器廠 EP206-P采集，血氧飽和度由血氧飽和度監(jiān)測儀（PM-50）采集。

表3 Bruce跑臺的遞增負(fù)荷方案

（4）測試方法。測試前，讓實驗對象仰臥，佩戴Polar心率帶，保持實驗環(huán)境安靜、溫度適宜，記錄運動前5min安靜時長。測試實驗對象的生理指標(biāo)，確保實驗對象在精力充沛狀態(tài)下完成實驗。與此同時，按照機(jī)器規(guī)定時間進(jìn)行預(yù)熱并要求實驗對象靜坐5min，記錄穩(wěn)定后的心率數(shù)據(jù)，再次向?qū)嶒瀸ο蠛喢鞫笠v述測試要求，消除實驗對象內(nèi)心恐懼并做出相應(yīng)的熱身活動。實驗對象佩戴Polar心率帶和GT9X設(shè)備，檢查是否正確穿戴跑臺安全帶，并開始按照Bruce方案進(jìn)行運動，當(dāng)負(fù)荷每次遞增的時候詢問一下實驗對象的自我感受，防止意外發(fā)生，直到實驗對象的運動節(jié)奏明顯混亂、主動示意已無法繼續(xù)運動或者心率已超過180次/min時，即判斷實驗對象已達(dá)到一次性力竭，測試隨著跑臺降速漸停，并在運動后5min將實驗對象置于絕對安靜的環(huán)境中，使實驗對象達(dá)到最大的恢復(fù)效果，更好地反映實驗對象的心肺功能，保證實驗的有效性，并記錄心率以及生理指標(biāo)。

判斷實驗對象達(dá)到力竭的主要依據(jù)：實驗對象的心率已達(dá)到最大心率的75%～85%或心率超過180次/min；實驗對象主觀感受上達(dá)到運動能力衰竭已無法堅持運動；實驗對象在運動時詢問中RPE量表已達(dá)到19～20。

2 結(jié)果與分 析

2.1 運動性疲勞生理指標(biāo)的測試結(jié)果

研究顯示，運動前后生理指標(biāo)均發(fā)生了變化。在實驗過程的兩個階段中，心率、收縮壓、舒張壓呈現(xiàn)明顯上升趨勢，且運動前與運動后差異均有顯著性。實驗對象的心率均呈現(xiàn)極顯著性升高（＜0.01）， 表示在運動過程心率與運動負(fù) 荷成正比。男生組運動后的收縮壓與運動前相比明顯上升（＜0.05），舒張壓無顯著性變化（＞0.05）；女生組運動后的收縮壓較運動前相比呈極顯著性升高（＜0.01），而舒張壓無顯著性變化，表示實驗對象在運動過程中血液重新分配速度加快，其動脈血壓發(fā)生變化。男生組與女生組的血氧數(shù)據(jù)在運動后與運動前相比均出現(xiàn)明顯下降，表示隨著運動負(fù)荷量的增加，其血乳酸濃度上升，機(jī)體中氧和血紅蛋白呈下降狀態(tài)。實驗對象在運動后與運動前相比，其反應(yīng)時與平均反應(yīng)時都出現(xiàn)反應(yīng)時間延長變化，且在女生組中總反應(yīng)時間呈顯著性增加（＜0.05），表明實驗對象在運動后疲態(tài)程度較深。運動前，男生組與女生組的閃光融合臨界頻率數(shù)值高，與運動后進(jìn)行比較，男生組和女生組均達(dá)到了不同的疲勞程度：男生組為重度疲勞，女生組為中度疲勞。（表4）

表4 男女生組運動前后生理指標(biāo)變化結(jié)果

2.2 男女生組力竭運動前后時域指標(biāo)測試結(jié)果

研究顯示，在運動前與運動后兩個時間段中，SDNN、RMSSD、PNN50值在運動后均出現(xiàn)明顯下降趨勢，且運動前與運動后相比較呈極顯著性差異（＜0.01）。女生組運動前的SDNN值比男生的低，女生組運動前的PNN50值與男生相比大致相同；運動后比較，男女組相比RMSSD值存在顯著性差異（＜0.01），而SDNN、PNN50比較無顯著性差異（＞0.05）。（表5、圖1）

圖1 男女生組力竭運動前后時域指標(biāo)測試結(jié)果

表5 男女生組力竭運動前后時域指標(biāo)測試結(jié)果

2.3 男女生組力竭運動前后頻域指標(biāo)測試結(jié)果

頻域指標(biāo)主要通過短程傅里葉轉(zhuǎn)換，HF測量定量分析迷走神經(jīng)活性其主要定量揭示自主神經(jīng)調(diào)節(jié)之間的關(guān)系，LF主要反映交感神經(jīng)活性，LF/HF的數(shù)據(jù)通過自主神經(jīng)系統(tǒng)參與，明確解釋交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)的平衡關(guān)系。研究顯示，HF、LF、LF/HF值運動前與運動后進(jìn)行比較，均具有極顯著性差異（＜0.01），HF、LF的運動后值比運動前呈明顯下降趨勢，LF/HF值明顯增長。運動前男生組與女生組HF、LF、LF/HF值比較，無明顯差異性變化（＞0.05）。運動后男生組與女生組比較HF、HF/LF值呈極顯著性差異（＜0.01），女生組HF值低于男生組，LF/HF值女生組明顯高于男生組，LF值差異不顯著（＞0.05）。（表6、圖2）

圖2 男女生組力竭運動前后頻域指標(biāo)測試結(jié)果

表6 男女生組力竭運動前后頻域指標(biāo)測試結(jié)果

2.4 男女生組力竭運動前后頻域指標(biāo)測試結(jié)果

心率變異性的非線性指標(biāo)主要揭示R-R間期的內(nèi)部變化趨勢。SD1與SD2通過Poincare散點圖來反映橫縱坐標(biāo)值變化，主要揭示心率起伏與波動頻率。表7顯示，SD1、SD2值在運動前到運動后呈現(xiàn)從高到低的趨勢，且運動后與運動前進(jìn)行比較呈極顯著性下降（＜0.01）。男生組與女生組的SD1、SD2值差異性并不顯著（＞0.05），男女組SD1值在運動后均出現(xiàn)下降趨勢且男生組高于女生組，男女組運動后相比SD2值存在顯著性差異（＜0.01），男女組在運動后均出現(xiàn)下降趨勢，但女生組SD2值下降幅度比男生大。

表7 男女生組力竭運動前后頻域指標(biāo)測試結(jié)果

2.5 分析與討論

人體長期處于健康穩(wěn)態(tài)下，主要源于身體中樞神經(jīng)的自主神經(jīng)系統(tǒng)。心率變異性指標(biāo)主要揭示自主神經(jīng)的相互關(guān)系，間接地反映交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)在外界刺激影響下的相互協(xié)調(diào)及均衡性。HRV在運動的過程中，可以定性定量地反映心血管系統(tǒng)變化，合理評價交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)的動態(tài)平衡。

本文主要通過Bruce方案使實驗對象處于重度疲勞狀態(tài)下，記錄比較實驗對象在運動前后的HRV數(shù)據(jù)，進(jìn)一步利用時域、頻域、非線性分析法分析HRV在運動前后的關(guān)系，尤其是在體育專業(yè)大學(xué)生這個群體中。本文對40名體育專業(yè)大學(xué)生進(jìn)行運動前后的疲勞生理指標(biāo)測試。男生組運動后的時域指標(biāo)（SDNN、RMSSD、PNN50）、頻域指標(biāo)（HF、LF、LF/HF）、非線性指標(biāo)（SD1、SD2）與運動前安靜時相比都具有極顯著性差異（＜0.01），女生組的結(jié)果與男生的結(jié)果基本相同，運動前與運動后相比存在極顯著性差異（＜0.01）。

本實驗結(jié)果與早期研究運動性疲勞與HRV的研究報道相似。有研究表明，心率變異性指標(biāo)變化與運動疲勞存在一定的聯(lián)系。運動疲勞會使心交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)出現(xiàn)暫時性失衡，HRV值明顯減小，表明交感神經(jīng)活性加強(qiáng)，迷走神經(jīng)受到明顯抑制而減弱。不論運動負(fù)荷強(qiáng)度，運動疲勞都會造成HRV值下降，且在恢復(fù)時期HRV明顯增加，這是由于在運動過程中交感神經(jīng)活性抑制迷走神經(jīng)活性，身體適應(yīng)運動負(fù)荷做出的調(diào)節(jié)機(jī)制。史博強(qiáng)、和振東認(rèn)為力竭訓(xùn)練后的運動員SDSD、RMSSD、SDNN呈顯著性差異（＜0.05），迷走神經(jīng)與交感神經(jīng)的失衡更為明顯，說明運動員的應(yīng)激能力下降且恢復(fù)時長與狀態(tài)都會受到影響。在中等強(qiáng)度運動中，HRV指標(biāo)（RMSSD、SDNN、LF、HF）都出現(xiàn)明顯下降，并發(fā)現(xiàn)在運動過程中，運動時間與負(fù)荷量對HRV下降并不存在太大波瀾，其主要受運動強(qiáng)度與生理的影響。實驗對象通過參與中等強(qiáng)度運動訓(xùn)練，產(chǎn)生機(jī)體疲勞并造成HRV值下降并在恢復(fù)過程中出現(xiàn)反彈，主要表現(xiàn)在SDNN、RMSSD、HF。研究證明，遞增負(fù)荷運動會使心率增加的同時，HRV下降。自主神經(jīng)系統(tǒng)對運動前后會做出不同的反應(yīng)，因此，通過HRV指標(biāo)可以檢測迷走神經(jīng)或交感神經(jīng)活性，反映人體狀況。

綜上所述，HRV是敏感性指標(biāo)，通過外界給予運動強(qiáng)度刺激會發(fā)生顯著性差異。從生理因素考慮，這可能與激素和神經(jīng)遞質(zhì)的分泌速率有關(guān)。通過檢測HRV指標(biāo)可以有效地評估個體對訓(xùn)練的適應(yīng)能力并制定相匹配的訓(xùn)練方案。因此，筆者認(rèn)為HRV是一項判斷運動性疲勞的可靠指標(biāo)，用來選擇適宜的訓(xùn)練量與強(qiáng)度以及制訂適宜的訓(xùn)練方案，防止過度疲勞導(dǎo)致出現(xiàn)病理現(xiàn)象。

HRV主要反映其心臟自主神經(jīng)活性，具有靈敏性特點，施予運動刺激可有效地改善降低交感神經(jīng)活性。近幾年文獻(xiàn)報道HRV與性別存在某種聯(lián)系。鐘運健、吳紀(jì)饒等提出HRV與年齡也密切相關(guān)，HRV參數(shù)隨著年齡的增長減小，女性HRV指標(biāo)多低于男性。Ramaekers在安靜狀態(tài)下通過監(jiān)測276名健康受試者（135名女性，141名男性），對其進(jìn)行24小時HRV測定，得出除PNN50與HF指標(biāo)值外，男性的HRV指標(biāo)值高于女性。姜媛、林崇德在男女運動員情緒調(diào)節(jié)與HRV的實驗中，發(fā)現(xiàn)女運動員的HRV要低于男運動員，因此判斷男女運動員在情緒狀態(tài)下迷走神經(jīng)活性存在顯著性差異。于阿信在樓梯運動研究后發(fā)現(xiàn)并非自主神經(jīng)功能調(diào)節(jié)機(jī)制，女性在運動后心率的恢復(fù)高于男性，由于男性竇性周期比女性長，因此女性迷走神經(jīng)活性強(qiáng)。孫朋等學(xué)者采用Bruce跑臺實驗進(jìn)行了2次測試，并記錄受試者運動前后以及運動后60min的HRV，分析并提出在中等強(qiáng)度運動中，男性的恢復(fù)能力與女性相比較弱，該差異可能是性激素分泌差異性造成的。劉雪興通過對競技健美操運動員進(jìn)行性別等分類，提出性別因素并不存在明顯差異性，但是個別指標(biāo)在不同訓(xùn)練年限、專業(yè)界別中有差異。丁玲玲選取384名網(wǎng)球運動員從性別、地區(qū)等探索賽前焦慮與HRV的關(guān)系，采用時域、頻域、龐家來散點圖進(jìn)行分析，其結(jié)果為不同性別的運動員在HRV的指標(biāo)并不存在統(tǒng)計學(xué)差異。綜上，HRV與性別的個體差異性還存在一定的爭議，盡管現(xiàn)在有很多研究性別因素與HRV的文獻(xiàn)，但是在運動性疲勞與力竭運動的HRV性別差異影響鮮有報道。

本文針對男生組與女生組對比運動前后的HRV指標(biāo)值進(jìn)行分析研究，運動前男生組與女生組對比均沒有統(tǒng)計學(xué)上的顯著差異性，但RMSSD、HF、LF、SD1、SD2的 女 生 指 標(biāo) 值均高于男性，其余指標(biāo)值（SDNN、PNN50、LF/HF）呈現(xiàn)男生高于女性。由于本文的實驗對象是體育專業(yè)大學(xué)生，其指標(biāo)值與健康人群研究數(shù)據(jù)存在些許差異，但實驗結(jié)果與黃暉明以優(yōu)秀田徑運動員為實驗對象的結(jié)果大致相同，說明具備良好運動能力的女運動員HRV均值高于同等運動水平的男運動員。RMSSD、HF主要反映迷走神經(jīng)張力，LF主要揭示交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)的調(diào)節(jié)功能，由此可以得出女生在靜息狀態(tài)下，雖然與男生的HRV值沒有太大的差異性，但是迷走神經(jīng)張力高于男生。

運動結(jié)束后的男女生組進(jìn)行比較，2組的HRV均值除LF/HF值外均明顯 降 低，其RMSSD、HF、LF/HF、SD1、SD2值男女組在運動后進(jìn)行對比具有顯著差異性（P＜0.01），除LF/HF值女生高于男生外，其余指標(biāo)男生組都高于女生組。此實驗結(jié)果說明，Bruce跑臺實驗方案隨著時間的增加、運動強(qiáng)度的改變會影響體育專業(yè)大學(xué)生HRV值變化，該結(jié)果與早前的以第九套廣播體操為運動方式的結(jié)果一致。RMSSD、SD2可以用來衡量在運動負(fù)荷遞增情況下運動員的身體機(jī)能與耐受能力，HF主要揭示迷走神經(jīng)活性，LF/HF反映交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的均衡性。男生組與女生組在運動即刻結(jié)束后，在力竭運動后迷走神經(jīng)張力存在差異。

當(dāng)前HRV作為一項生理指標(biāo)衡量性別差異機(jī)制還尚未清晰，現(xiàn)今大部分學(xué)者認(rèn)為其是不同性別激素差異導(dǎo)致的。有研究證明，雌激素可以調(diào)節(jié)迷走神經(jīng)活性，男性睪酮激素可以調(diào)節(jié)自主神經(jīng)功能。在運動過程中，性別會引起生理反射的差異。Dutra的研究表明，心臟調(diào)節(jié)平衡在不同性別之間存在差異，這種差異的特征是女性的自主迷走神經(jīng)成分和男性的交感神經(jīng)成分的影響更大。

綜上，性別會對HRV產(chǎn)生影響。在安靜狀態(tài)下男生組與女生組的HRV值整體一致，自主神經(jīng)調(diào)節(jié)功能沒有差別，交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)張力處于平衡狀態(tài)。在運動過后男生的交感神經(jīng)比女生高，女生的迷走神經(jīng)活性比男生高。

3 結(jié) 論

一次性力竭運動后，實驗對象HRV值呈明顯下降，即表示心交感神經(jīng)興奮，迷走神經(jīng)抑制，處于動態(tài)平衡中的交感神經(jīng)占明顯優(yōu)勢。

運動性疲勞狀態(tài)下性別因素影響存在差異性。運動前男女生組HRV值不存在差異性，自主神經(jīng)調(diào)節(jié)功能一致，交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)活性處于均衡；運動后，女生組迷走神經(jīng)活性增強(qiáng)的指標(biāo)高于男生組，女生組的迷走神經(jīng)強(qiáng)，男生組的交感神經(jīng)強(qiáng)。