踏階運(yùn)動(dòng)對(duì)青少年心率變化特征的影響

聞劍飛，王 強(qiáng)，袁玉鵬

（合肥師范學(xué)院，安徽合肥 230601）

踏階運(yùn)動(dòng)對(duì)青少年心率變化特征的影響

聞劍飛，王 強(qiáng)，袁玉鵬

（合肥師范學(xué)院，安徽合肥 230601）

抽取合肥市小學(xué)20名男生，進(jìn)行臺(tái)階高度分別為20cm、30cm和40cm，每個(gè)高度3min，共9min踏階運(yùn)動(dòng)，POLAR Team2心率遙測(cè)儀采集實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)心率，旨在觀察11～12歲青少年在遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)下的心率變化特征，為青少年科學(xué)運(yùn)動(dòng)提供依據(jù)。結(jié)果顯示，受試者運(yùn)動(dòng)心率、心率變化率（%）、HRmax%隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間、負(fù)荷的增加而變化，與前一時(shí)間點(diǎn)相比，第 1、4、5、8、9min 時(shí)運(yùn)動(dòng)心率明顯升高（p＜0.05）；第 5、9min 心率變化率差異具有顯著性（p＜0.05），第 2、4、5、8、9min HRmax%上升幅度明顯（p＜0.05）。由此得出，11～12歲青少年在遞增運(yùn)動(dòng)過程中心率變化曲線出現(xiàn)兩個(gè)拐點(diǎn)，分別為搏出量拐點(diǎn)和心率拐點(diǎn)；另外，對(duì)于11～12歲青少年按“220-年齡”估算HRmax、心率儲(chǔ)備及相關(guān)指標(biāo)可能不準(zhǔn)確。

遞增負(fù)荷；心率變化率；心率拐點(diǎn)

0 引言

心率（heart rate，HR）是反映機(jī)體心泵功能的重要指標(biāo)，對(duì)機(jī)體內(nèi)外環(huán)境變化非常敏感，能較真實(shí)地反映機(jī)體機(jī)能狀態(tài)，也是科學(xué)評(píng)價(jià)和監(jiān)控體育鍛煉和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練效果最簡(jiǎn)易的方法[1-2]。而不同年齡段、不同性別人群在運(yùn)動(dòng)刺激下心率變化存在差異，尤其處于生長(zhǎng)發(fā)育期的青少年。目前，關(guān)于青少年在遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中心率變化的研究報(bào)道并不多見。本文對(duì)11～12歲青少年采用遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)，觀察運(yùn)動(dòng)前、中、后的心率動(dòng)態(tài)變化，以期為此年齡段學(xué)生的有效體育教學(xué)和科學(xué)參與體育鍛煉提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

從合肥市某小學(xué)抽取11～12歲的男生20名，身高為 152.5±7.4cm，體重為 45.4±7.8kg，BMI為19.4±2.3kg/m2，運(yùn)動(dòng)測(cè)試前告知受試者測(cè)試方法、程序及注意事項(xiàng)，對(duì)受試者進(jìn)行常規(guī)體格檢查，無運(yùn)動(dòng)禁忌或心血管疾病方可參加測(cè)試。

1.2 研究方法

1.2.1 運(yùn)動(dòng)測(cè)試方案

運(yùn)動(dòng)方式采用連續(xù)踏階運(yùn)動(dòng)。具體方案為：測(cè)試安靜時(shí)心率；受試者進(jìn)行10min準(zhǔn)備活動(dòng)后，當(dāng)心率恢復(fù)至安靜心率±10次時(shí)，進(jìn)行臺(tái)階高度分別為20cm、30cm和40cm，每個(gè)高度持續(xù)3min，共9min踏階運(yùn)動(dòng)，上、下臺(tái)階的頻率為120次/min。采用POLAR心率遙測(cè)儀（POLAR Team2，芬蘭）監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)心率并記錄運(yùn)動(dòng)后3min內(nèi)的心率。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

將數(shù)據(jù)導(dǎo)出后，用IBMSPSS Statistics 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，數(shù)值以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，統(tǒng)計(jì)方法主要為描述性統(tǒng)計(jì)、配對(duì)t檢驗(yàn)、單因素方差分析，顯著性水平定義為p＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 11～12歲青少年遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)心率變化特點(diǎn)

表1 11～12歲青少年遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)心率變化特點(diǎn)

表1數(shù)據(jù)顯示，受試者運(yùn)動(dòng)心率隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間、負(fù)荷的增加而加快。相鄰兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)相比較，第一級(jí)負(fù)荷1min后運(yùn)動(dòng)心率明顯高于安靜心率（p＜0.05），第一級(jí)負(fù)荷2min、3min后運(yùn)動(dòng)心率雖有上升但與前一時(shí)刻無明顯變化（p＞0.05）；運(yùn)動(dòng)至第二級(jí)負(fù)荷4min時(shí)，運(yùn)動(dòng)心率明顯高于3min時(shí)的心率（p＜0.05），5min時(shí)運(yùn)動(dòng)心率明顯高于 4min（p＜0.05），但運(yùn)動(dòng)至 6min 時(shí)，心率上升未發(fā)生顯著變化（p＞0.05）；運(yùn)動(dòng)至第三級(jí)負(fù)荷7min時(shí)，與6min時(shí)心率相比，差異無明顯變化（p＞0.05），直到8min后心率上升明顯（p＜0.05），9min時(shí)達(dá)到最大值。

心輸出量是評(píng)價(jià)心泵功能的重要指標(biāo)，隨機(jī)體代謝的需要增加而增加。影響心輸出量大小的主要因素取決于心率和每搏輸出量。青少年時(shí)期心臟發(fā)育尚未成熟，神經(jīng)體液調(diào)節(jié)不平衡，表現(xiàn)為心臟容積體積較小，交感神經(jīng)占優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致搏出量小、心率較快的特點(diǎn)[3]。從圖1可以看出，隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的遞增，運(yùn)動(dòng)心率呈上升趨勢(shì)。在1～3min、3～5min之間心率與運(yùn)動(dòng)負(fù)荷基本呈線性關(guān)系，但這兩個(gè)時(shí)間段斜率不一樣，第4min較第3min上升幅度存在顯著差異（p＜0.05），出現(xiàn)第一個(gè)拐點(diǎn)。筆者認(rèn)為，該拐點(diǎn)可能與每搏輸出量有關(guān)。隨運(yùn)動(dòng)負(fù)荷增加心輸出量增加，在運(yùn)動(dòng)初期心輸出量增加主要表現(xiàn)在搏出量增加，當(dāng)搏出量增加不能滿足運(yùn)動(dòng)需要時(shí)，通過心率加快增加心輸出量。因此，該拐點(diǎn)可認(rèn)為是搏出量拐點(diǎn)，在本實(shí)驗(yàn)中相對(duì)應(yīng)心率為139.2±9.5次/min，即11～12歲青少年在此心率范圍內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)可以提高心泵功能。當(dāng)運(yùn)動(dòng)至第5～6min時(shí)心率上升幅度減慢，出現(xiàn)平臺(tái)期，即第二個(gè)拐點(diǎn)。該拐點(diǎn)與Conconi等[4]、Ballarin 等[5]研究結(jié)果相似，即心率上升的曲線中出現(xiàn)平臺(tái)趨勢(shì)，Conconi稱為心率閾值。張穎等[6]研究表明，心率拐點(diǎn)與乳酸閾在時(shí)間上有高度一致性。因此，該心率拐點(diǎn)可以用來評(píng)價(jià)11～12歲青少年有氧代謝能力的指標(biāo)。目前，關(guān)于心率拐點(diǎn)的生理機(jī)制尚不明確。大部分學(xué)者認(rèn)為，該拐點(diǎn)可能與心肌的神經(jīng)體液調(diào)節(jié)有關(guān)[7]。本實(shí)驗(yàn)中該心率拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的心率值為168.6±10.2次/min，即11～12歲青少年運(yùn)動(dòng)心率超過此范圍時(shí)運(yùn)動(dòng)的供能方式由有氧代謝轉(zhuǎn)向無氧代謝。第7min后隨運(yùn)動(dòng)負(fù)荷增加線性關(guān)系又逐漸呈現(xiàn)，直到最大值。

圖1 不同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷與心率變化關(guān)系圖

2.2 11～12歲青少年遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)心率變化率、HRmax%變化特點(diǎn)

運(yùn)動(dòng)心率變化率（%）=（運(yùn)動(dòng)心率-安靜心率）/安靜心率×100%，是反映心率儲(chǔ)備的重要指標(biāo)，可作為評(píng)價(jià)機(jī)體心臟功能的指標(biāo)之一[8-9]。表2數(shù)據(jù)表明，隨運(yùn)動(dòng)負(fù)荷遞增，心率變化率逐漸增加，其中第5、9min較各自前一時(shí)刻心率變化率上升幅度明顯（p＜0.05）；心率變化率差值表現(xiàn)為第 4、5、6min 之間變化較明顯（p＜0.05），其中第 4、5min 差值最大為21.1±6.8%。該變化出現(xiàn)在搏出量拐點(diǎn)之后，進(jìn)一步說明在第4、5min時(shí)機(jī)體對(duì)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷不適應(yīng)，只有通過心率加快滿足運(yùn)動(dòng)需要。

表2 不同負(fù)荷等級(jí)運(yùn)動(dòng)心率變化率、HRmax %均值比較(n=20)

最大心率百分比（HRmax%）是評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度及指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)鍛煉常用指標(biāo)之一。從表2數(shù)據(jù)可以看出，HRmax%隨運(yùn)動(dòng)負(fù)荷增加而增加，其中第2、4、5、8、9min上升幅度明顯（p＜0.05），與前一時(shí)間點(diǎn)差值數(shù)據(jù)顯示，第 4、5、6min 之間變化較明顯（p＜0.05），與運(yùn)動(dòng)心率變化率差值變化一致，提示11～12歲青少年在4～6min之間負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)心率出現(xiàn)明顯動(dòng)態(tài)變化，這可能是青少年發(fā)生運(yùn)動(dòng)心血管風(fēng)險(xiǎn)的高危時(shí)間段。

圖2 不同負(fù)荷等級(jí)運(yùn)動(dòng)心率變化率、HRmax%變化

圖2顯示，11～12歲青少年運(yùn)動(dòng)心率變化率、HRmax%均隨運(yùn)動(dòng)負(fù)荷遞增而發(fā)生變化。在1～3min隨HRmax%遞增，心率變化率也在增加，但增加幅度不明顯，提示此時(shí)心輸出量增加主要依靠搏出量增加；當(dāng)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷增至4min時(shí)，心率變化率突增，形成第一個(gè)拐點(diǎn)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)至5min后，心率變化率幅度減緩，出現(xiàn)第二個(gè)拐點(diǎn)。心率變化率曲線中出現(xiàn)的兩個(gè)拐點(diǎn)與心率曲線拐點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，進(jìn)一步反映出11～12歲青少年在遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中心率變化特征，為青少年科學(xué)運(yùn)動(dòng)鍛煉提供了有力支持。

2.3 11～12歲青少年最大心率（HRmax）、心率儲(chǔ)備比較

表3 11～12歲青少年運(yùn)動(dòng)心率相關(guān)指標(biāo)比較(n=20)

HRmax是制定、評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的重要指標(biāo)，在運(yùn)動(dòng)健身、訓(xùn)練及教學(xué)中廣泛應(yīng)用[10]。HRmax常用“220-年齡”的方法進(jìn)行估算。此公式中年齡是唯一變量，是否適用于所有人群（尤其是青少年人群）受到質(zhì)疑。張卿華等[11]統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，8～18歲間HRmax并非隨年齡增加而遞減，HRmax的變化也未呈現(xiàn)明顯的規(guī)律，這可能與此時(shí)期生長(zhǎng)發(fā)育不平衡、神經(jīng)系統(tǒng)過度調(diào)節(jié)有關(guān)。彭莉等[12]對(duì)10名女大學(xué)生進(jìn)行遞增負(fù)荷至力竭運(yùn)動(dòng)的研究中發(fā)現(xiàn)，實(shí)測(cè)平均最大心率比與估算的最大心率低11.6次/min，認(rèn)為以年齡預(yù)測(cè)的最大心率可能不夠準(zhǔn)確。據(jù)報(bào)道，平均HRmax出現(xiàn)在10歲左右，性成熟后HRmax才隨年齡增加而遞減。也有學(xué)者認(rèn)為HRmax估算公式不適用于10歲及以下人群，甚至10～17歲青少年。本研究表3數(shù)據(jù)顯示，遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中受試者實(shí)測(cè)HRmax為203.3±5.7次/min，按“220-年齡”估算為208.5±0.5次/min，兩者之間差異具有顯著性（p＜0.05）。心率儲(chǔ)備是HRmax與安靜心率的差值，是心泵功能儲(chǔ)備的重要組成部分。本研究表明，受試者心率儲(chǔ)備實(shí)測(cè)值明顯低于估算值，且差異具有顯著性（p＜0.05）。研究結(jié)果與前人相似，提示對(duì)于11～12歲青少年按“220-年齡”估算HRmax、心率儲(chǔ)備及相關(guān)指標(biāo)可能不準(zhǔn)確。

3 結(jié)論

（1）11～12歲青少年運(yùn)動(dòng)心率、心率變化率等指標(biāo)隨運(yùn)動(dòng)負(fù)荷遞增而增加，在遞增運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)兩個(gè)心率拐點(diǎn)：第一拐點(diǎn)為搏出量拐點(diǎn)，可能與心搏出量最大值有關(guān)；第二個(gè)拐點(diǎn)為心率拐點(diǎn)，可能與乳酸閾密切相關(guān)，可用來評(píng)價(jià)青少年有氧代謝能力。

（2）對(duì)于11～12歲青少年按“220-年齡”估算HRmax、心率儲(chǔ)備及相關(guān)指標(biāo)可能不準(zhǔn)確，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)通過真實(shí)測(cè)定來確定HRmax。

［1］田野.運(yùn)動(dòng)生理學(xué)高級(jí)教程［M］.北京：高等教育出版社，2003.

［2］萬文君.利用心率變化科學(xué)設(shè)計(jì)、監(jiān)控和評(píng)價(jià)體育鍛煉［J］.廣州體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，23（3）：35-37.

［3］姚鴻恩.體育保健學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［4］ Conconi F，F(xiàn)errari M，Ziglio P G，et al.Determination of the anaerobic threshold by a noninvasive field test in runners.［J］.Bollettino Della Società Italiana Di Biologia Sperimentale，1980，56（23）：2504-10.

［5］ Ballarin E，Borsetto C，Cellini M，et al.Adaptation of the“Conconi test” to children and adolescents［J］.International Journal of Sports Medicine，1989，10（5）：334.

［6］張穎，趙克勇.青少年足球運(yùn)動(dòng)員在遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中各生理指標(biāo)的變化研究及應(yīng)用 ［J］.武漢體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，46（9）：78-82.

［7］張立，劉新黎.足球運(yùn)動(dòng)員CONCONI測(cè)試中心率拐點(diǎn)的形成及與個(gè)體乳酸閾和最大有氧速度之間的關(guān)系［J］.北京體育大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，26（5）：617-619.

［8］陳學(xué)偉，張娜，徐傳香，等.最大攝氧量間接測(cè)量法-踏階運(yùn)動(dòng)心率的變化特征 ［J］.解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，2015，33（1）：43-44.

［9］蔡秋，陳偉華.長(zhǎng)沙市10～16歲青少年極量負(fù)荷后心率變化特征分析［J］.中國學(xué)校衛(wèi)生，2009，30（6）：531-532.

［10］葉衛(wèi)兵，陶倩，王守軍.運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)最大心率的影響［J］.天津體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，20（3）：41-43.

［11］張卿華，王文英.最高心率與年齡、性別、賽跑距離的關(guān)系［J］.中國運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，1988，7（4）：40-41.

［12］彭莉.對(duì)遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中最大心率的研究［J］.中國體育科技，2009，45（1）：102-106.

Study on Heart Rate Change in Step Movements among Adolescents

WEN Jian-fei，WANG Qiang，YUAN Yu-peng
（Hefei Normal University，Hefei 230601，China）

20 male students from Hefei primary school were selected to participate in 3 groups of step movements exercise.The height of the steps were 20cm，30cm and 40cm，each of which would make 3min step movement，and in total 9min exercise.The Team2 POLAR heart rate telemetry instrument would collected in real time the heart rate of adolescents.This study is to observe the changes of heart rate in 11 ～ 12 years old adolescents under graded exercise，and to provide the basis for scientific exercise.The results showed that the adolescents’HR，change of heart rate（%）and%HRmaxchanges with increase of load and time of exercise，compared with the previous time points，1，4，5，8，9min’s exercise heart rate increased significantly （P＜0.05）；5，9min’s change of heart rate（%）was significant（P＜0.05），2，4，5，8，9%HRmaxrise significantly（P＜0.05）.In conclusion，11 to 12 year olds’heart rate variation curve in incremental exercise shows two deflection points，which are stroke volume and heart rate deflection point.Besides，for adolescents aged 11 to 12，it may be not accurate to estimate HRmaxand heart rate reserve using220-age estimation.

incremental exercise；change of heart rate；heart rate deflection point

G804.21

A

1674-3229（2017）04-0097-03

2017-09-12

安徽省2015年度高校人文社科重點(diǎn)項(xiàng)目 （SK2015A472）；合肥師范學(xué)院2015年度科研團(tuán)隊(duì)專項(xiàng)（2015TD12）

聞劍飛（1982-），男，碩士，合肥師范學(xué)院體育科學(xué)學(xué)院講師，研究方向：體育保健與康復(fù)。