心率變異性指標RMSSD和TLHRV在持續(xù)性運動訓練負荷監(jiān)控中的有效性研究

趙海燕 王林霞 趙德峰 梁世雷 王晨

1上海體育科學研究所（上海 200030）

2汕尾職業(yè)技術學院（廣東汕尾 516600）

運動訓練的目的就是通過調控訓練負荷，使運動員的運動能力不斷提高，進而提高競技能力和運動成績，即運動訓練最重要的控制內容就是訓練負荷。隨著運動員競技水平的不斷提高，教練員愈發(fā)趨向于對訓練的精細化控制，亦越來越意識到訓練負荷定量化的重要性，但是由于運動員個體的差異性，即使是相同的訓練負荷，不同運動員的身體內部反應（內部負荷）也會有所不同[1-3]，尋找一些可以精確反映運動員內部負荷的生理指標，為教練員制定個性化的訓練方案提供客觀依據(jù)是提高訓練水平的關鍵所在。目前國內外評價訓練負荷的指標有多種，其中最為傳統(tǒng)同時也是應用最廣泛的指標是心率和血乳酸（blood lactic acid,BLA），這兩個指標雖然可以較客觀的評價運動負荷強度，但不能量化負荷量。訓練沖量（training impulse,TRIMP）是1991年由Banister等人[4]提出的一個衡量運動負荷的指標，綜合考慮到了運動時間、運動強度以及其他一些因素。研究已經表明TRIMP反映的是機體所能承受的實際運動負荷，是機體對于外部負荷的綜合反映。Banister等人[4]最初提出的TRIMP是非常適合耐力訓練負荷的評定指標，經過Edwards、Lucia、Foster、Stagno、Manzi等人的不斷修訂[5-9]，TRIMP現(xiàn)已逐漸應用于持續(xù)性運動項目、集體對抗性項目的運動負荷監(jiān)控。使用TRIMP值計算方程需要準確測量運動中的心率、最大心率或者呼吸代償點心率等，由于這些指標的測定程序復雜，測試時間長，對實驗設備具有較高要求，同時，這些指標會隨著運動員的運動能力等因素的變化而不斷變化，需要經常進行測試；而對于集體對抗性項目訓練中激烈的對抗經常會造成心率表誤停、心率帶滑落等問題，進而無法采集到一堂訓練課完整的運動中心率等等，這些因素限制了該指標在訓練負荷監(jiān)控中的應用。

近20年來，心率變異性分析作為一種非侵入性的檢測自主神經興奮性的方法已廣泛的應用于臨床研究，心率變異性指標對疲勞、生理和心理壓力等反應非常敏感[10-12]，可以應用于監(jiān)控不同運動員對各種訓練負荷的身體內部反應[13,14]。近些年研究的熱點主要聚焦于不同訓練計劃與訓練后心率變異性指標的變化關系方面[15-17]。研究結果表明運動后的心率變異性相關指標可能用于客觀評估訓練負荷[15,18]。Saboul[19]等人定義了一個基于心率變異性量化訓練負荷的新指標心率變異性指數(shù)（heart rate variability index，TLHRV），TLHRV方程使用心臟相鄰心跳間期差值均方的平方根（root mean square successive difference，RMSSD）和運動持續(xù)時間計算運動負荷，并認為TLHRV是一個客觀合理的量化訓練負荷的指標。有研究表明心率變異性頻域指標在專業(yè)運動員中可靠性低[20,21]，然而RMSSD反映了相鄰心跳間的差異，是一個對短時、高頻心動周期搏動敏感的心率變異性時域指標[22]，對可以短時、迅速調節(jié)竇性心律的迷走神經活動非常敏感[23]，被廣泛的應用于運動生理學領域。

綜上，本研究旨在分析不同強度的持續(xù)性運動運動后的RMSSD指標的變化，TLHRV與TRIMP值的相關性以及一致性，探討并論證RMSSD和TLHRV監(jiān)控運動員持續(xù)性運動訓練負荷的有效性。

1 研究對象和方法

1.1 研究對象

研究對象為14名上海市健將級職業(yè)女子足球運動員，年齡22.9±2.0歲，身高168.6±4.6 cm，體重60.1±6.3 kg，專業(yè)訓練年限12.9±1.6年。所有的受試者均健康，沒有心腦血管疾病和傷病。

1.2 實驗儀器與方法

1.2.1 實驗儀器

本研究使用意大利跑步機COSMED T150進行運動測試，最大攝氧量測試儀器采用意大利COSMED Quark PFT ergo；心率變異性的測量儀器采用意大利HOSAND MINI Cardio Professional Model，軟件為HOSAND MC Soft；采用芬蘭SUUNTO T6d記錄運動中心率；采用日本便攜式血乳酸分析儀LT-1710測試血乳酸。

1.2.2 實驗方法

1.2.2.1 最大攝氧量速度測試

測試在實驗室進行，14名受試者在試驗開始前2小時均未進行過大強度運動。受試者以6 km/h的速度在跑步機上進行5 min的熱身運動后，帶好氣體分析面罩和心率表，在跑步機上以起始速度為8 km/h（坡度0.5°），每3 min遞增1 km/h的方式進行遞增負荷運動，直至力竭，采集運動結束后即刻的血乳酸，并記錄運動中出現(xiàn)的最大心率（maximum heart rate,HRmax）以及力竭時的運動速度和該速度下的運動持續(xù)時間。力竭必須同時滿足以下三個條件：受試者運動結束后即刻的血乳酸值大于8 mmol/l，心率大于180次/min，呼吸商（respiratory quotient，R）超過或接近1.1。最大攝氧量速度（maximal velocity of the graded maximal test，vVO2max）定義為測試中出現(xiàn)的最大速度，如果該速度沒有持續(xù)3 min，則用上一級的速度（last completed velocity，vlast）和運動中最大速度持續(xù)的時間（t，min）按以下公式進行計算：vVO2max=vlast+t/3[24]。

1.2.2.2 實驗方案

最大攝氧量速度測試結束后至少間隔2天，受試者回到實驗室開始2種不同強度的運動測試。14名受試者在測試前2天均未進行過大強度運動。每名受試者均需完成2組測試，兩組測試之間至少相隔2天。兩組測試均包括1個5 min的心率變異性（heart rate variability，HRV）基線測試，60%vVO2max強度下1 km的熱身跑，60%（或85%）vVO2max強度下3 km跑和35 min的坐位恢復。

圖1 測試程序

使用MINI Cardio收集受試者安靜狀態(tài)下坐位5 min 的HRV基線數(shù)據(jù)[Pre5（-5～0 min）]；LT-1710血乳酸分析儀測試安靜時血乳酸；SUUNTO T6d心率表全程監(jiān)控受試者運動中的心率。受試者在60%vVO2max下進行1km的熱身跑，待心率下降至100跳以下時，開始正式運動測試。受試者在60%（或85%）vVO2max強度下運動3 km，跑至3 km時采集血乳酸。跑動結束后用MINI cardio收集運動后坐位5分鐘[Post5（5～10 min）]和 30分鐘[Post30（30～35 min）]的HRV數(shù)據(jù)，收集HRV數(shù)據(jù)期間和恢復階段受試者禁止說話和移動。測試結束后用該設備配備的MCSOFT軟件把數(shù)據(jù)傳輸至電腦，并進行數(shù)據(jù)分析。

1.2.2.3 測試指標

本研究中采用的評價指標如下：

Pre5 RMSSD：安靜狀態(tài)下5min的RMSSD

Post5 RMSSD：運動后恢復階段5～10min的RMSSD

Post30 RMSSD：運動后恢復階段30～35min的RMSSD

TRIMP：采用Banister的方程[4]計算的訓練沖量

TLHRV：采用Saboul等人[19]定義的量化訓練負荷的方程計算

注：T=運動持續(xù)時間（min），Pre5:安靜狀態(tài)下5 min的RMSSD，Post5：運動后恢復階段5～10 min的RMSSD，Post30：運動后恢復階段30～35 min的RMSSD

由于TRIMP和TLHRV具有不同的單位，所以采用Saboul等人[19]的百分比轉換方法計算兩種方法中每個人的訓練負荷,并用TLHRV%和 TRIMP%表示。

BLA:血乳酸

1.3 統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS17.0 for windows和MedCalc1 Veision17.2軟件進行處理，數(shù)據(jù)以平均值 ±標準差（Mean±SD）表示。本研究中采用S-W檢驗（Shapiro-Wilk-Test），配對樣本t檢驗（Paired-SamplestTest），皮爾森積差相關分析（Pearson’s Correlation Analysis），斯皮爾曼相關分析（Spearman Rank Correlation Analysis）、Bland-Altman法對相關數(shù)據(jù)進行處理，統(tǒng)計顯著性水平選取雙側0.05。

2 研究結果

2.1 最大攝氧量速度測試結果

在最大攝氧量速度測試中，14名受試者力竭時即刻心率均大于180次/min，即刻的血乳酸值均大于8 mmol/l，R值均超過1.1，且測試中受試者已經發(fā)揮最大能力，經鼓勵后仍無法保持負荷，說明測試結束時受試者均已達到最大有氧能力。14名受試者的最大攝氧量速度和恒定強度運動測試的速度見表1。

表1 受試者最大攝氧量速度測試結果和不同強度運動測試的速度

2.2 不同強度的跑臺運動測試結果

2.2.1 測試指標正態(tài)分布檢驗結果

本研究采用S-W檢驗進行數(shù)據(jù)的正態(tài)分布檢驗，檢驗結果顯示，60%vVO2max即刻的BLA不服從正態(tài)分布，其余指標均服從正態(tài)分布（P＜0.01，見表2）。

表2 RMSSD、TLHRV、TRIMP等測試值正態(tài)分布結果

2.2.2 運動后RMSSD指標的變化

配對t檢驗結果顯示，在60%vVO2max和85%vVO2max強度的運動中，Post5 RMSSD較Pre5 RMSSD均出現(xiàn)了顯著性降低（P≤0.01），Post30 RMSSD 較Post5 RMSSD均出現(xiàn)了顯著性的增加（P≤0.01）；60%vVO2max與85%vVO2max相比，60%vVO2max強度下Post5 RMSSD和Post30 RMSSD均顯著高于85%vVO2max（P≤0.01）；在 60%vVO2max強度下，Post30 RMSSD和Pre5 RMSSD無顯著差異，而85%vVO2max強度下的Post30 RMSSD顯著低于Pre5 RMSSD。

表3 不同強度下的RMSSD指標變化比較

2.2.3 運動后RMSSD與BLABLA的相關性

相關分析結果顯示，Post5 RMSSD和BLA在60%vVO2max和85%vVO2max強度運動后無顯著相關性（P＞0.05，見表4）。

表4 Post5 RMSSD與BLA相關分析結果

2.2.4 TLHRV和TRIMP兩種訓練負荷評價方法的一致性分析

配對樣本t檢驗結果顯示，在60%vVO2max和85%vVO2max強度下TLHRV%和TRIMP%均值無顯著性差異（P＞0.05，見表5）。相關分析結果顯示，TLHRV與TRIMP相關（r=0.387；P≤0.05，見表6）。Bland-Altman檢驗結果顯示，TLHRV%和TRIMP%的差值符合正態(tài)分布（P＞0.05），可以使用Bland-Altman檢驗判斷兩組數(shù)據(jù)的一致性。從圖2和圖3中可以看出兩個強度的均值偏差非常接近0，14個點在d線上下分布均勻，且全部落在一致性界限內。

表5 TLHRV%與TRIMP%配對樣本t檢驗結果

表6 TLHRV與TRIMP相關分析結果

圖2 60%VVO2max TLHRV%與TRIMP%B-A散點圖

圖3 85%VVO2max TLHRV%與TRIMP%B-A散點圖

3 討論

3.1 運動后的RMSSD與運動強度的關系

本研究以健將級職業(yè)女子足球運動員為研究對象，檢測了受試者以兩種不同強度在跑步機上運動后HRV指標與運動負荷的關系。實驗結果顯示，運動后的RMSSD可以反應出60%vVO2max和85%vVO2max運動強度的變化，60%vVO2max和85%vVO2max的Post5 RMSSD均顯著低于Pre5 RMSSD，且85%vVO2max的Post5 RMSSD顯著低于60%vVO2max，說明Post5 RMSSD可以反應運動強度的變化。這與Saboul等人[19]的研究結果相一致。Saboul等人[19]發(fā)現(xiàn)在70%vVO2max、85%vVO2max、95%vVO2max、100%vVO2max四個強度下Post5 RMSSD均顯著低于Pre5 RMSSD，且隨著運動強度的升高Post5 RMSSD依次降低。

黃彩華等人[25]研究發(fā)現(xiàn)運動后的RMSSD不僅顯著下降，而且還與反映負荷強度的生化指標BLA的升高呈顯著負相關。而本研究實驗數(shù)據(jù)顯示，60%vVO2max和85%vVO2max強度的Post5 RMSSD與血乳酸濃度均無顯著性相關。實驗中不同的運動方式可能是造成不同的數(shù)據(jù)分析結果的原因，黃彩華等人[25]的研究中測試的內容是散打運動員隊內的教學比賽，運動方式為短時間高強度間歇運動，而本研究中的運動方式為恒定強度持續(xù)運動。Kaikkonen等人[15,18]分別對這兩種運動方式的HRV指標變化進行了研究，但并未分析HRV時域指標的變化情況；Saboul等人[19]的研究中雖然分析了運動后RMSSD的變化，但未對BLA進行測試，所以本研究認為，不同運動方式可能會影響運動后BLA與RMSSD的相關性，該研究結論還有待進一步實驗論證。

3.2 TLHRV與運動負荷

運動訓練監(jiān)控的關鍵是對運動負荷的定量化測量。因TRIMP可以準確量化運動負荷，已在集體項目[26-27]和持續(xù)性運動項目[28-30]的訓練負荷監(jiān)控中使用。然而目前TRIMP在訓練實踐中的應用，依然存在一些問題。

其中一個核心問題是對運動強度區(qū)間的準確劃分。不論是最初由Banister提出的TRIMP計算模型，還是之后經過Edwards、Lucia、Stagno、Manzi等人不斷修訂[5-9]后的模型，均采用心率作為計算運動強度的指標。Banister、Edwards、Stagno、Manzi計算模型均是以個人的最大心率劃分運動強度區(qū)間，Lucia計算模型以達到呼吸代償點和通氣閾時的心率劃分運動強度區(qū)間，因此，準確的確定個人最大心率或呼吸代償點和通氣閾時的心率是確保TRIMP準確量化運動負荷的基礎。文獻已報道最大心率的實測值與以年齡進行的估算值之間具有顯著性差異，且無相關性[31]，在運動實踐中實際應用最大心率和其相關指標時，應通過實驗測量來確定不同個體的最大心率值。然而最大心率、呼吸補償點和通氣閾值時的心率測定程序復雜，測試時間長，對實驗設備、實驗人員均具有較高要求。最大心率、呼吸補償點和通氣閾值亦會隨著運動訓練、停訓、年齡等因素的變化而變化，為保證計算結果的準確性，在運動訓練負荷監(jiān)控的過程中必須經常對上述指標進行測試，這些因素的存在，使TRIMP值在運動實踐中的應用受到限制。

而心率變異性可以反映自主神經系統(tǒng)活性，定量評估心臟交感神經與迷走神經的張力及平衡性，能更加客觀的反映運動員機體對運動負荷的反應，測量具有簡便、無創(chuàng)性特點[32-33]，可能是評估運動負荷的一個有價值的指標。Saboul[19]等人于2015年以心率變異性時域指標RMSSD定義了一個量化訓練負荷的新指標TLHRV，并認為TLHRV是一個客觀合理的量化訓練負荷的指標。與TRIMP相比較，TLHRV測量更簡單、方便、實用，目前國內外體育科學界尚無其它研究使用TLHRV量化運動負荷的報道。因此本研究選取了已經經過驗證的評價訓練負荷的指標Banister訓練沖量作為參考，研究和論證TLHRV是否可以用于運動員不同強度持續(xù)性運動的運動負荷監(jiān)控。實驗結果顯示，TLHRV和TRIMP兩種評價訓練負荷的方法之間具有正相關，且Bland-Altman檢驗結果顯示，兩組測量數(shù)據(jù)在60%vVO2max和85%vVO2max強度具有較好的一致性，也就是說兩種測量方法此時具有較好的可替代性，進一步論證了Saboul等人[19]的研究結論。

本研究研究對象為職業(yè)運動隊足球運動員，由于運動隊訓練安排、比賽等因素的影響，在實驗方案設計上受到一定的限制，本研究僅就HRV指標評價兩個中、高強度（60%vVO2max和85%vVO2max）的持續(xù)性運動訓練負荷的有效性進行了研究，研究結論可能存在一定的局限性，在未來的研究中，還需針對HRV指標在更廣泛的運動強度及運動方式，如間歇性運動、抗阻運動的訓練負荷監(jiān)控有效性方面進行進一步的研究論證。

4 結論

運動后即刻的HRV時域指標Post5 RMSSD可以評價運動員持續(xù)性運動的運動強度；TLHRV評價運動員的運動負荷與TRIMP具有較好的一致性，可以應用于運動員不同強度的持續(xù)性運動訓練負荷的監(jiān)控。