運(yùn)動后恢復(fù)期心率對心功能的評價
——臺階指數(shù)對不同年齡段人群心功能評價的局限性Post-exercise Recovery Heart Rate Reflecting Heart Fitness—Limitation of Fitness Index in Evaluation of Heart Fitness Associated with Increasing Age

李 然，江崇民，蔡 睿，王 梅LI Ran，JIANG Chong-min，CAI Rui，WANG Mei

運(yùn)動后恢復(fù)期心率對心功能的評價
——臺階指數(shù)對不同年齡段人群心功能評價的局限性Post-exercise Recovery Heart Rate Reflecting Heart Fitness—Limitation of Fitness Index in Evaluation of Heart Fitness Associated with Increasing Age

李 然，江崇民，蔡 睿，王 梅LI Ran，JIANG Chong-min，CAI Rui，WANG Mei

以完成定量負(fù)荷后恢復(fù)期心率的變化進(jìn)行心功能的評定，是目前廣泛使用的臺階試驗測試所遵循的依據(jù)。然而，評價心功能的3min臺階試驗存在不能進(jìn)行縱向年齡趨勢分析的問題，使得國民體質(zhì)監(jiān)測中缺少了一項反映不同年齡人群心功能狀況的重要信息。因此，著重分析了目前使用的3min臺階試驗不能反映縱向年齡趨勢的原因，通過對恢復(fù)期平均心率和恢復(fù)期心率變化（曲線）的分析，發(fā)現(xiàn)恢復(fù)期平均心率能夠更好地反映心臟隨年齡增長而下降的變化。在評價各年齡人群的心功能變化時，建議恢復(fù)期平均心率作為一個主要參數(shù)。

心功能評價；國民體質(zhì)監(jiān)測；臺階試驗；臺階指數(shù)；恢復(fù)期平均心率

心臟的功能是向身體的組織及器官供給營養(yǎng)物質(zhì)，其中，最為重要的就是供氧。因而，心臟功能是全身耐力的原動力以及構(gòu)成體力的重要因素，也是身體健康的必要條件，其功能的評價是體質(zhì)水平的重要指標(biāo)之一。心臟功能對運(yùn)動的適應(yīng)性水平，可通過定量的運(yùn)動負(fù)荷試驗測定。在非個性化的體質(zhì)測試中，目前，主要是以觀察和分析運(yùn)動負(fù)荷中以及負(fù)荷后的心率，通過這些簡易生理功能指標(biāo)進(jìn)行心功能評測。20世紀(jì)40年代由美國學(xué)者設(shè)計的哈佛臺階試驗和隨后的各種改良臺階試驗方法，都是評定心血管系統(tǒng)功能水平的簡易方法［5，7］。這些方法原則上都是以完成定量負(fù)荷后心率的變化作為評定依據(jù)，普遍被用于評價心功能水平和耐力素質(zhì)。目前，我國采用的是經(jīng)過改良后的臺階試驗，通過計算定量負(fù)荷運(yùn)動的時間與負(fù)荷后心率變化的關(guān)系，即臺階指數(shù)的計算，評定心功能水平［1，2］。

然而，目前通過臺階試驗獲得的臺階指數(shù)在評價心功能水平的時候仍然存在較大的問題。因為，臺階指數(shù)無法明確說明心功能隨年齡增長而下降的變化，所以，在反映不同年齡心功能的變化趨勢上出現(xiàn)悖論。本研究對臺階試驗獲得的心率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，闡述臺階指數(shù)評價方法存在問題的原因，并且進(jìn)一步揭示運(yùn)動后恢復(fù)期平均心率和恢復(fù)期心率變化率隨年齡變化的特點(diǎn)，為建立新的心功能評價方法提供依據(jù)。

1 研究對象與方法

本研究以現(xiàn)場試驗和統(tǒng)計分析為主要研究方法。

1.1 研究對象

2005年國民體質(zhì)監(jiān)測樣本的臺階試驗數(shù)據(jù)包括恢復(fù)期3個時間段的脈搏每分次數(shù)（1/min）、年齡（yr）和性別（men/women）的數(shù)據(jù)（年齡段為20～60歲；其中，男性70 226名，女性70 061名，表1）。

表1 本研究小樣本臺階試驗健康受試者各年齡段情況一覽表Table 1 Healthy Subjects in Small-sample Trial

1.2 國民體質(zhì)監(jiān)測臺階指數(shù)測試方法

男性使用臺階高度為30cm，女性使用臺階高度為25 cm，以60次/min的頻率連續(xù)進(jìn)行3min臺階試驗，運(yùn)動結(jié)束后，坐在椅子上測量運(yùn)動后1～1.5、2～2.5、3～3.5min 3次心率（分別記為HR1、HR2和HR3），單位：次/min。臺階指數(shù)計算公式：臺階指數(shù)＝運(yùn)動負(fù)荷持續(xù)時間（s）×100/2（HR1＋HR2＋HR3）?；謴?fù)期平均心率（ARHR，Average of recovery heart rate）＝（HR1＋HR2＋HR3）/3。

1.3 小樣本試驗測試方法

受試者使用臺階高度和測試方法同上，不同在于，運(yùn)動結(jié)束后，每個受試者通過佩戴的polar表記錄整個恢復(fù)期過程的心率（本研究選取恢復(fù)期5min內(nèi)的連續(xù)心率）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與檢驗方法

使用SPSS 10.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行描述性分析和統(tǒng)計。采用student-t檢驗，檢驗標(biāo)準(zhǔn)為0.001。使用Microsoft Excel 2007軟件繪制圖表。

2 結(jié)果

本研究主要通過對2005年國民體質(zhì)監(jiān)測中臺階試驗采集的恢復(fù)期心率數(shù)據(jù)，以及小樣本人群的恢復(fù)期連續(xù)心率測試數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，說明臺階指數(shù)無法反映心功能水平的年齡差異，并提出和驗證了恢復(fù)期平均心率在心功能評價上的作用。

2.1 臺階指數(shù)無法反映心率隨年齡增長而變化的趨勢

通過對2005年國民體質(zhì)監(jiān)測中臺階試驗采集的恢復(fù)期心率數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)臺階試驗的恢復(fù)期心率值存在明顯隨年齡變化趨勢。首先，將2005年國民體質(zhì)監(jiān)測獲得的臺階試驗恢復(fù)期1～1.5min（HR1），2～2.5min（HR2），3～3.5min（HR3）的平均心率加和后，再取平均值作為臺階試驗的恢復(fù)期平均心率（ARHR）。之后，通過比較不同年齡段ARHR的數(shù)值變化，可以發(fā)現(xiàn)男性人群各年齡段ARHR的變化趨勢呈現(xiàn)先略有升高而后隨年齡增長而逐漸降低，而女性人群各年齡段ARHR隨年齡增加而降低的趨勢也較為明顯（圖1、圖2）。所以，在總體趨勢上，臺階試驗中ARHR的高低反映了自然情況下成年人群心功能與年齡之間的變化趨勢。

然而，據(jù)臺階指數(shù)的計算公式可知，HR1＋HR2＋HR3的大小是與臺階指數(shù)的大小成反比，由圖1、圖2可知，HR1＋HR2＋HR3（即3×ARHR）大小隨年齡的增加而變小，所以，導(dǎo)致臺階指數(shù)隨年齡的增加也變大。通常情況下，使用臺階指數(shù)評價時，認(rèn)為臺階指數(shù)較大時，心功能較好，所以就產(chǎn)生了老年人的臺階指數(shù)大于年輕人的臺階指數(shù)，導(dǎo)致無法反映心功能隨年齡增長而下降的變化趨勢。比較而言，臺階試驗的ARHR則不存在這種問題，能夠較好地反映心功能隨年齡變化的趨勢情況。

圖1 2005年國民體質(zhì)監(jiān)測男性ARHR與年齡關(guān)系曲線圖Figure 1. Trends in ARHR in Men with Increasing Age based on National Fitness Monitoring Data in 2005

圖2 2005年國民體質(zhì)監(jiān)測女性ARHR與年齡關(guān)系曲線圖Figure 2. Trends in ARHR in Women with Increasing Age based on China Fitness Monitoring Data in 2005

2.2 臺階試驗恢復(fù)期心率下降的變化率沒有明顯年齡差異

2005年國民體質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，在臺階試驗中，運(yùn)動恢復(fù)期1～1.5min、2～2.5min、3～3.5min 3個時間段所記錄的各年齡段人群平均心率（HR1、HR2和HR3）下降趨勢是基本一致的（圖3、圖4）。各年齡段男性群體恢復(fù)期心率之差為HR1－HR2＝9.76±0.25，HR2－HR3＝5.14±0.19，變異系數(shù)僅為2.6%和3.7%；各年齡段女性群體恢復(fù)期心率之差為HR1－HR2＝10.48±0.33，HR2－HR3＝4.87±0.20，變異系數(shù)僅為3.1%和4.1%。說明臺階試驗中，運(yùn)動后的恢復(fù)期心率從HR1下降到HR3的過程沒有明顯年齡差異，也就是說，各年齡段恢復(fù)期心率下降趨勢變化是一致的。由此可見，使用恢復(fù)期心率的變化率很難區(qū)分不同年齡段心功能水平。然而，結(jié)合對臺階試驗的ARHR的分析，可以使用恢復(fù)期的心率平均值（如ARHR）代表恢復(fù)期心率變化的總體趨勢。

圖3 本研究不同年齡段男性臺階試驗恢復(fù)期1～1.5min（HR1），2～2.5min（HR2），3～3.5min（HR3）平均心率變化趨勢示意圖Figure 3. Heart rates of Men of Different Age Groups during the Recovery Period at 1～1.5min（HR1），2～2.5min（HR2）and 3～3.5min（HR3）

圖4 本研究不同年齡段女性臺階試驗恢復(fù)期1～1.5min（HR1），2～2.5min（HR2），3～3.5min（HR3）平均心率變化趨勢示意圖Figure 4. Heart Rates of Women of Different Age Groups during the Recovery Period at 1～1.5min（HR1），2～2.5min（HR2）and 3～3.5min（HR3）

但是，考慮到性別可能對心功能評價帶來的差異，將男性和女性群體的臺階試驗恢復(fù)期心率的變化率分別進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，確實存在性別差異，男性群體比女性群體恢復(fù)期心率變化慢一些（圖5，P＜0.001），提示在使用臺階試驗恢復(fù)期心率進(jìn)行心功能評價時，要分別對男、女性群體進(jìn)行分析。

為了進(jìn)一步驗證臺階試驗數(shù)據(jù)分析得到的結(jié)果，即人群平均恢復(fù)期心率的變化率隨年齡變化的特點(diǎn)。我們在小樣本的試驗中，采用了實時監(jiān)測心率的方案。20～24歲、25～29歲、30～34歲、35～39歲、40～49歲和50～59歲6個年齡組人群平均恢復(fù)期心率的變化如圖6（男性人群）和圖7（女性人群）所示。對各年齡段人群的平均恢復(fù)心率變化進(jìn)行二次曲線擬合，可以發(fā)現(xiàn)各曲線的二次項系數(shù)的變異較?。行匀巳盒穆首兓示禐?.0082±0.0011，變異系數(shù)為13.4%；女性人群心率變化曲率均值為0.0089±0.0005，變異系數(shù)為5.6%，）（表2、表3）。各年齡段人群恢復(fù)心率變化進(jìn)行二次曲線擬合的結(jié)果，進(jìn)一步驗證了各年齡段人群心率的變化率沒有明顯的年齡差異。然而，通過比較不同年齡段人群的恢復(fù)期心率曲線，可以發(fā)現(xiàn)其截距隨年齡增加而遞減，該截距和恢復(fù)期心率呈正比關(guān)系，說明通過恢復(fù)期心率（如ARHR）的比較可以進(jìn)行各年齡段人群心功能的評價和比較。

圖5 本研究男性與女性恢復(fù)期心率變化比較示意圖（P＜0.001）Figure 5. The Comparison of the Change in Recovery Heart Rates in Men and Women（P＜0.001）

3 結(jié)論和討論

通過對不同年齡段臺階試驗恢復(fù)期平均心率（ARHR）和恢復(fù)期心率變化（曲線）的分析，揭示臺階指數(shù)無法評價不同年齡段心功能的原因，證明恢復(fù)期心率（如ARHR）能夠更好地反映心臟隨年齡增長而下降的變化。所以，在評價各年齡人群的心功能變化時，應(yīng)該將ARHR做為參考依據(jù)。

3.1 臺階指數(shù)存在的意義

在運(yùn)動負(fù)荷一定的條件下，臺階指數(shù)的高低與3次心率（HR1＋HR2＋HR3）之和成負(fù)相關(guān)。臺階指數(shù)不能反映隨年齡變化的心功能，其原因就在于，3次心率取和后，忽略掉了最大運(yùn)動心率和平均恢復(fù)心率隨年齡增長而明顯減少生理變化。而使用臺階指數(shù)評價時，由于存在不同年齡健康人群3次心率加和后相近或者年老人群的3次心率之和更低，所以，出現(xiàn)年老人群臺階指數(shù)反而好于年輕人群現(xiàn)象，也就無法說明心功能隨年齡增長而下降的變化。

圖6 本研究不同年齡段男性臺階試驗恢復(fù)期連續(xù)心率曲線圖Figure 6. Relationship between the Curvature of the Recovery Heart Rate Change Curve and Age in Men

表2 本研究不同年齡段男性臺階試驗恢復(fù)期心率曲線回歸一覽表Table 2 Fitting of Quadratic Curves for Recovery Heart Rate in Different Age Groups for Men

圖7 本研究不同年齡段女性臺階試驗恢復(fù)期連續(xù)心率曲線圖Figure 7. Relationship between the Curvature of the Recovery Heart Rate Change Curve and Age in Women

表3 不同年齡段女性臺階試驗恢復(fù)期心率曲線回歸一覽表Table 3 Fitting of Quadratic Curves for Recovery Heart Rate in Different Age Groups for Women

但是，在實際工作中，相同年齡段人群中比較心功能差異時，臺階指數(shù)確實能夠起到較好的區(qū)分作用。因為，通常情況下恢復(fù)期平均心率較低（HR1＋HR2＋HR3）的同齡人，被認(rèn)為是具有更高的心率儲備能力，其心功能更好［6］。然而，國民體質(zhì)監(jiān)測的目的不只是對個體進(jìn)行篩選和評價為目的，而是關(guān)注人群體質(zhì)情況，所以，對于不同年齡段人群之間比較心功能變化時，臺階指數(shù)就顯得無能為力了。

3.2 心率隨年齡改變的生理機(jī)制

心功能伴隨著年齡的增長必然出現(xiàn)一個老化的過程。由于受到內(nèi)外環(huán)境各種因素的影響，這種老化過程個體差異比較大，老化的進(jìn)展速度也各不相同，通常是一個漫長的過程。心臟生理功能的改變體現(xiàn)在心率，心律，心肌收縮力，心排出量的改變。心率的改變是由于竇房結(jié)的老化，表現(xiàn)在固有心率隨年齡而降低，最大運(yùn)動心率明顯減慢，靜息心率輕度降低［3，4］。所以，成年人群的運(yùn)動后恢復(fù)期的最大心率和平均心率均呈現(xiàn)隨年齡增加而低的趨勢。

以往研究認(rèn)為，在運(yùn)動后老年人的心率恢復(fù)較慢，而年輕人相反，得出這個結(jié)論主要是根據(jù)竇房結(jié)的功能是隨著年齡增加而老化的規(guī)律。但是，在2005年國民體質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)所得的各年齡段人群恢復(fù)期3次心率變化趨勢，以及小樣本的心率實時監(jiān)測過程中得到的各年齡段平均恢復(fù)心率曲線上，可以發(fā)現(xiàn)，年老人和年輕人之間的心率的恢復(fù)趨勢上并沒有明顯的差異，也就是說，在3min臺階試驗中并不是我們通常認(rèn)為的運(yùn)動后老年人的心率恢復(fù)較慢，而年輕人較快。從理論上說，這可能是由于運(yùn)動恢復(fù)期心率是竇房結(jié)受到交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)綜合調(diào)控的結(jié)果，而這種綜合調(diào)控使得在各年齡段人群的心率恢復(fù)趨勢沒有明顯的差別。

［1］沈國琴，周永平，王健.臺階試驗研究進(jìn)展［J］.浙江體育科學(xué)，2003，25（4）：19-21.

［2］王健，鄧樹勛.臺階試驗質(zhì)疑［J］.中國體育科技，2003，39（2）：61-64.

［3］朱妙章，袁文俊，吳博威.心血管生理學(xué)與臨床［M］.北京：高等教育出版社，2004：192-199.

［4］MALTSEV VA，LAKATTA EG.Normal heart rhythm is initiated and regulated by an intracellular calcium clock within pacemaker cells［J］.Heart Lung Circ，2007，16（5）：335-348.

［5］MIHALOVA E.Evaluation of joint flexibility and cardiovascular efficiency in children and adolescents with haemophilia and their healthy peers［J］.Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Czech Repub，2007，151（1）：117-119.

［6］PATTERSON JL JR，GRAYBIEL A，LENHARDT HF，et al.Evaluation and Prediction of Physical Fitness，Utilizing Modified Apparatus of the Harvard Step Test［J］.Am J Cardiol，1964，14：811-827.

［7］SLOAN AW.A modified Harvard step test for women［J］.J Appl Physiol，1959，14：985-986.

Analysis of recovery heart rate can reflect the important information of heart fitness.As known，F(xiàn)itness Index，which was calculated by 3min step test，was used to evaluate the heart fitness，but it couldn’t show the decline of heart fitness with increasing age.However，fitness index wasn’t used to evaluate the heart fitness in population.This paper analyzed the defects in the fitness index and found out that average recovery heart rate reflected the decline in physical fitness associated with increasing age，but that rate change of recovery heart rate were similar in different age groups.This suggests that recovery heart rate is a useful index reflecting heart fitness.

heart fitness evaluation；national physical fitness monitoring work；step test；fitness index；average recovery heart rate

book=62,ebook=7

G804.49

A

2011-11-24；

2012-05-04

國家體育總局資助科研項目（委10-21）。

李然（1979-），內(nèi)蒙古赤峰人，助理研究員，博士，主要研究方向為體質(zhì)研究與健康干預(yù)，Tel：（010）87182596，E-mail：liran＠ciss.cn。

國家體育總局體育科學(xué)研究所群眾體育研究中心，北京100061

China Institute Sport Science，Beijing 10061，China.