不同恢復(fù)方式對高強度間歇運動后自主 神經(jīng)功能和血液動力學(xué)反應(yīng)的影響

湯 靜

(河南工程學(xué)院 體育部，河南 鄭州 451191)

高強度間歇運動(high-intensity interval exercise，HIE)是近年來競技體育和大眾健身領(lǐng)域新興的一種訓(xùn)練模式，要求參訓(xùn)者以較高的負(fù)荷強度(往往>90%VO2max)進行多次持續(xù)時間為數(shù)秒到數(shù)分鐘的運動，且每兩次運動之間安排使機體不足以完全恢復(fù)的靜息或低強度運動[1]。人體試驗[2-5]以及Meta-分析[6]均證實，與傳統(tǒng)中低強度持續(xù)運動相比較，HIE可讓運動員更長時間維持較高的生理反應(yīng)(接近甚至超過個體最高水平)，以達到提高有氧、無氧運動能力的目的[1]。對于普通健身者以及慢性病患者而言，雖然HIE消耗能量少、完成總運動負(fù)荷低，但可誘導(dǎo)機體產(chǎn)生相似的代謝適應(yīng)[2-5]，因此具有省時有效等特點，尤其適用于缺乏鍛煉時間的中青年人群。

心率變異性(heart rate variability，HRV)作為評價心血管自主神經(jīng)系統(tǒng)功能的無創(chuàng)方法，能敏感反映急性運動誘導(dǎo)交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)調(diào)節(jié)功能的變化。評估運動后自主神經(jīng)功能和血液動力學(xué)反應(yīng)，對于深入了解神經(jīng)系統(tǒng)對心血管應(yīng)激的調(diào)控具有重要的生理和臨床意義。近些年，因HRV在預(yù)測運動能力變化、心血管不良事件發(fā)生風(fēng)險等方面具有獨特的預(yù)測價值，諸多研究采用HRV觀察運動前后自主神經(jīng)功能的變化情況。一次急性運動(特別是高強度運動)能夠顯著改變心臟自主神經(jīng)調(diào)節(jié)功能，表現(xiàn)為交感神經(jīng)活性升高而副交感神經(jīng)(迷走神經(jīng))緊張度下降，繼之促使血壓升高、心率加快，從而保證各組織器官血供充足，以避免發(fā)生組織缺氧。運動后恢復(fù)期上述反應(yīng)得到部分恢復(fù)：由于運動誘導(dǎo)的血管舒張反應(yīng)持續(xù)至運動后而使血壓下降[7]，但心率在一段時間內(nèi)仍處于較高水平，其機制可能與自主神經(jīng)功能穩(wěn)態(tài)尚未恢復(fù)有關(guān)[8]。運動后血液動力學(xué)變化，特別是血壓下降，在一定程度上能夠增加心肌氧需量，同時減少心肌氧供，因此某些易感人群(如心血管疾病患者)運動后心血管不良事件的發(fā)生率增加[9]。多種方法如運動前準(zhǔn)備活動、特異性吸氣肌訓(xùn)練和運動后整理活動、積極性恢復(fù)，以及冷水浸泡(cold water immersion)等，均可減輕運動后心血管不良事件發(fā)生率[10-11]。上述研究均以持續(xù)有氧運動或遞增負(fù)荷運動為實驗?zāi)Ｐ?，關(guān)于HIE鮮有關(guān)注。王晨宇的研究證實，HIE間歇期采用積極性恢復(fù)(active recovery，AR)較消極性恢復(fù)(passive recovery，PR)能夠更加快速消除乳酸積累、改善運動中的血液動力學(xué)反應(yīng)并提高運動表現(xiàn)和訓(xùn)練效果[12]，然而不同恢復(fù)方式對HIE后恢復(fù)期自主神經(jīng)功能和血液動力學(xué)反應(yīng)的影響鮮有關(guān)注。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)遞增負(fù)荷運動中采用AR和PR對于運動后的自主神經(jīng)調(diào)節(jié)并無顯著性差異[13]，但這一結(jié)果是否適用于HIE尚不得而知。因此本研究的目的，在于探討不同恢復(fù)手段(AR vs.PR)對青年男性HIE后自主神經(jīng)功能和血液動力學(xué)反應(yīng)的影響。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

20名健康青年男性自愿參加本實驗。納入標(biāo)準(zhǔn)：體力活動準(zhǔn)備問卷(physical activity readiness questionnaire，PAR-Q)中7個問題均回答“否”，根據(jù)美國運動醫(yī)學(xué)會(American College of Sports Medicine，ACSM)運動指南中運動風(fēng)險分層等級為低危者，體重指數(shù)(body mass index，BMI)<25 kg/m2，無各種急慢性疾病，無運動損傷，3個月內(nèi)無規(guī)律運動習(xí)慣(每周2次，每次>30 min)，近期未服用任何藥物及營養(yǎng)補劑。所有受試者在實驗前了解實驗?zāi)康暮土鞒滩⒑炗喼橥鈺?。受試者一般特征見?。

表1 受試者一般特征

1.2 整體實驗流程

實驗前至少24 h內(nèi)要求受試者清淡飲食、避免劇烈運動、禁煙酒及咖啡、保證充足睡眠。所有測試在相似的條件下進行，以避免環(huán)境因素以及生物節(jié)律造成的誤差。受試者于清晨(7：00～9：00)進入運動生理實驗室進行基線變量測定(年齡、身高、體重、BMI、HR、SBP和DBP)，利用遞增負(fù)荷運動實驗測定最大攝氧量(maximal oxygen uptake，VO2max)。間隔1周后，受試者返回實驗室，先坐位休息5 min，然后進行安靜時血液動力學(xué)和自主神經(jīng)功能測試，準(zhǔn)備活動結(jié)束后進行兩次HIE實驗，間歇期分別進行AR和PR。AR和PR實驗間隔72 h，以消除急性運動的影響[14]，每個受試者兩次測試的順序采用隨機原則。整理運動后受試者坐位休息30 min，根據(jù)預(yù)實驗以及Pescatello等[15]的研究，分別于第10、20、30 min時利用無創(chuàng)手指血壓監(jiān)測儀(Omrom HEM 742，中國)測定心率(heart rate，HR)和血壓(blood pressure，BP)，后者包括收縮壓(systolic blood pressure，SBP)和舒張壓(diastolic blood pressure，DBP)，計算心率-收縮壓乘積(rate pressure product，RPP)(RPP=HR×SBP)。利用遙測心率監(jiān)測儀(Polar RS800CX，芬蘭)連續(xù)監(jiān)測RR間期，采樣頻率為1000 Hz。采集5 min安靜值以及運動后第5～10 min、15～20 min、25～30 min的數(shù)據(jù)用于HRV分析。整體實驗流程見圖1所示。

1.3 VO2max測試

利用功率車測功儀(Monark 839E，瑞典)進行遞增負(fù)荷運動力竭實驗，測定受試者最大有氧運動能力，即VO2max。由于受試者運動風(fēng)險分層等級均為低危，因此運動過程中無需醫(yī)學(xué)監(jiān)控。受試者先進行10 min準(zhǔn)備活動，包括5 min拉伸、3 min慢跑以及2 min蹬車(負(fù)荷為30 W)，隨后開始正式測試，起始負(fù)荷為50 W，每2 min遞增30 W。用氣體代謝分析儀(Cortex MetaLyzer 3B，德國)每隔15 s監(jiān)測氣體代謝參數(shù)，每次測試前利用空氣和標(biāo)準(zhǔn)氣對系統(tǒng)進行校準(zhǔn)。運動過程中若出現(xiàn)以下4個標(biāo)準(zhǔn)中3個即停止實驗：呼吸商≥1.15；出現(xiàn)攝氧量平臺，即攝氧量的變化幅度<150 ml/min；HR≥180 bpm；受試者主訴力竭。將運動實驗過程中持續(xù)超過15 s的VO2最高值作為VO2max。

圖1 整體實驗流程

1.4 運動方案

VO2max測試后1周，受試者利用功率自行車(POWERMAX-Ⅷ，日本)完成一次急性HIE，運動方案參照Little等[16]的研究。AR實驗時，先進行10 min準(zhǔn)備活動，即3 min拉伸、5 min慢跑、以50 W負(fù)荷熱身2 min，然后反復(fù)以90%VO2max對應(yīng)的功率蹬車1 min，間歇期以50 W負(fù)荷蹬車1 min，共完成10組，最后以50 W負(fù)荷進行5 min整理運動，實驗過程中始終保持60 rpm的蹬車頻率。PR實驗時，除間歇期(75 s)坐在功率車上休息外，其他步驟同AR實驗。

1.5 血液動力學(xué)和自主神經(jīng)功能測定

利用無創(chuàng)手指血壓監(jiān)測儀(Omrom HEM 742，中國)監(jiān)控BP和HR。根據(jù)右上臂圍度調(diào)整袖帶直徑，袖帶下方置于肘窩上2～3 cm處，并與心臟位置平齊。每隔2 min連續(xù)測定3次BP和HR，取均值。

利用遙測心率監(jiān)測儀(Polar RS800CX，芬蘭；采樣頻率=1000 Hz)獲取RR間期數(shù)據(jù)，用Kubios心率變異性軟件系統(tǒng)(芬蘭)進行HRV分析，由1名操作員進行單盲評價。利用軟件進行時域分析和頻域分析，其中時域分析包括全部正常RR間期標(biāo)準(zhǔn)差(standard diviation of NN intervals，SDNN)和相鄰正常RR間期差值均方根(root mean square of the squared differences between adjacent normal RR intervals，RMSSD)；頻域分析時將RR間期信號經(jīng)快速傅里葉轉(zhuǎn)換得到HR變異功率譜中的低頻功率(low frequency，LF)和高頻功率(high frequency，HF)，0.04～0.4 Hz頻域具有生理學(xué)意義，其中0.04～0.15 Hz為LF，0.15～0.40 Hz為HF。由于HF和LF受總功率(total power，TP；0.00～0.40 Hz)和極低頻功率(very low frequency，VLF；<0.04Hz)的影響，因此將其進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即標(biāo)準(zhǔn)化低頻功率(normalized low frequency，LFn)=100×LF/(TP-VLF)，標(biāo)準(zhǔn)化高頻功率(normalized high frequency，HFn)=100×LF/(TP-VLF)，同時計算LFn/HFn比值。HRV中的SDNN反映心率總變異程度，LF代表心臟交感神經(jīng)活性，RMSSD和HF反映副交感神經(jīng)活性，LF/HF比值則代表交感/副交感平衡狀態(tài)(均衡性)。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)以“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。使用Shapiro-Wilk進行正態(tài)性檢驗，對不符合正態(tài)分布的自主神經(jīng)功能參數(shù)進行自然對數(shù)(natural logarithm，ln)轉(zhuǎn)換。實驗前的基礎(chǔ)血液動力學(xué)和自主神經(jīng)功能參數(shù)比較使用配對t檢驗；實驗前后血液動力學(xué)和自主神經(jīng)功能的時程變化使用重復(fù)測量的方差分析，同一時間點不同恢復(fù)方式(AR vs.PR)比較使用配對t檢驗；將實驗后血液動力學(xué)和自主神經(jīng)功能的時程變化進行積分處理后計算其均值(即運動后30 min的平均值)，運動前后的均值比較使用配對t檢驗。P<0.05定為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同間歇方式運動前基礎(chǔ)血液動力學(xué)和自主神經(jīng)功能參數(shù)比較

實驗前AR和PR基礎(chǔ)血液動力學(xué)(HR、SBP、DBP和RPP)和自主神經(jīng)功能(SDNN、RMSSD、LF和HF)參數(shù)如表2所示，各指標(biāo)在不同恢復(fù)方式間均無顯著性差異(P>0.05)。

2.2 不同間歇方式運動后血液動力學(xué)參數(shù)的變化

SBP時程變化：與運動前比較，PR時在運動后各時間點均顯著性下降(P<0.05)，AR時則在運動后20 min和30 min降低(P<0.05)；與PR比較，AR在運動后10 min升高(P<0.05)。SBP均值變化：與運動前比較，PR和AR均在運動后顯著性降低(P<0.05)，然而AR和PR并無顯著性差異(P>0.05)，見圖2、圖3。

表2 實驗前的基礎(chǔ)血液動力學(xué)和自主神經(jīng)功能參數(shù)

DBP時程變化：與運動前比較，PR和AR時在運動后各時間點均無顯著性差異(P>0.05)；PR和AR在各時間點同樣無顯著性差異(P>0.05)。DBP均值變化：與運動前比較，PR和AR在運動后均無顯著性差異(P>0.05)，AR和PR無顯著性差異(P>0.05)，見圖4、圖5。

HR時程變化：與運動前比較，PR和AR在運動后各時間點均顯著性升高(P<0.05)；與PR比較，AR在運動后10 min升高(P<0.05)。HR均值變化：與運動前比較，PR和AR均在運動后顯著性升高(P<0.05)，然而AR和PR并無顯著性差異(P>0.05)，見圖6、圖7。

RPP時程變化：與運動前比較，PR和AR在運動后10 min和20 min均顯著性升高(P<0.05)；PR與AR在各時間點均無顯著性差異(P>0.05)。RPP均值變化：與運動前比較，PR和AR均在運動后顯著性升高(P<0.05)，然而AR和PR并無顯著性差異(P>0.05)。見圖8、圖9。

注：Pre，HIE前，Post，HIE后；與pre比較，*P<0.05； 與PR比較，#P<0.05；以下同此圖2 SBP時程變化

圖3 SBP均值變化

圖4 DBP時程變化

圖5 DBP均值變化

圖6 HR時程變化

2.3 運動后自主神經(jīng)功能參數(shù)的變化

LnSDNN時程變化：與運動前比較，PR和AR在運動后10 min、20 min均顯著性下降(P<0.05)；PR與AR在各時間點均無顯著性差異(P>0.05)。LnSDNN均值變化：與運動前比較，PR和AR均在運動后顯著性下降(P<0.05)，然而AR和PR并無顯著性差異(P>0.05)。見圖10、圖11。

圖7 HR均值變化(PR85，AR81)

圖8 RPP時程變化

圖9 RPP均值變化

LnRMSSD時程變化：與運動前比較，PR和AR在運動后10 min和20 min均顯著性下降(P<0.05)；與PR比較，AR在運動后10 min升高(P<0.05)。LnRMSSD均值變化：與運動前比較，PR和AR均在運動后顯著性下降(P<0.05)，然而AR和PR并無顯著性差異(P>0.05)，見圖12、圖13。

LF時程變化：與運動前比較，PR和AR在運動后10 min和20 min均顯著性升高(P<0.05)；與PR比較，AR在運動后10 min降低(P<0.05)。LnLF均值變化：與運動前比較，PR和AR均在運動后顯著性升高(P<0.05)，然而AR和PR并無顯著性差異(P>0.05)，見圖14、圖15。

LnHF時程變化：與運動前比較，PR和AR在運動后10 min和20 min均顯著性下降(P<0.05)；與PR比較，AR在運動后10 min升高(P<0.05)。LnHF均值變化：與運動前比較，PR和AR均在運動后顯著性下降(P<0.05)，然而AR和PR并無顯著性差異(P>0.05)，見圖16、圖17。

LnLF/HF比值時程變化：與運動前比較，PR和AR在運動后10 min和20 min均顯著性升高(P<0.05)；與PR比較，AR在運動后10 min降低(P<0.05)。LnLF/HF比值均值變化：與運動前比較，PR和AR均在運動后顯著性升高(P<0.05)，然而AR和PR并無顯著性差異(P>0.05)，見圖18、圖19。

圖10 lnSDNN時程變化

圖11 lnSDNN均值變化

圖12 lnRMSSD時程變化

圖13 lnRMSSD均值變化

圖14 lnLF時程變化

圖15 lnLF均值變化

3 討論

本研究旨在探討一次HIE中采用不同恢復(fù)方式(AR vs.PR)對運動后自主神經(jīng)功能和血液動力學(xué)反應(yīng)的影響。發(fā)現(xiàn)運動后恢復(fù)期(～30 min)SBP下降，DBP無顯著性變化，HR和RPP高于安靜水平并逐漸下降，LnSDNN、LnRMSSD和HF低于安靜水平并逐漸升高，LF和LF/HF比值高于安靜水平并逐漸降低；其中AR在運動后10 min時SBP和HR高于PR，運動后10 min和20 min時LnRMSSD和LnHF高于PR、LnLF和LnLF/HF比值低于PR，提示AR能夠加速自主神經(jīng)功能恢復(fù)，同時SBP和HR下降延緩。因此，HIE時進行AR能夠改善HIE后的自主神經(jīng)調(diào)節(jié)功能以及血液動力學(xué)反應(yīng)。

圖17 lnHF均值變化

圖18 lnLF/HF比值時程變化

圖19 lnLF/HF比值均值變化

3.1 不同恢復(fù)方式對HIE后血液動力學(xué)的影響

高強度劇烈運動時，交感神經(jīng)系統(tǒng)興奮誘導(dǎo)心臟發(fā)生正性變時、變力和變傳導(dǎo)效應(yīng)，以滿足機體運動時的能量需求。運動停止后，由于代謝需求下降、副交感神經(jīng)系統(tǒng)活性增強、循環(huán)中兒茶酚胺濃度下降以及電解質(zhì)含量的變化，心血管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)被破壞，心臟前負(fù)荷、后負(fù)荷、心肌收縮力等隨之發(fā)生劇烈波動，運動停止后血壓下降以及自主神經(jīng)功能失調(diào)與心血管不良事件有關(guān)[17]。運動結(jié)束后若未進行整理活動，由于肌肉收縮突然終止造成肌肉泵停止工作，繼之引起靜脈回流(至心臟)量下降，因此血壓特別是收縮壓降低(即運動后低血壓反應(yīng))。據(jù)此推測，訓(xùn)練結(jié)束后若繼續(xù)進行低強度運動可預(yù)防運動后低血壓反應(yīng)。前期的研究證實[12]，一次超大強度訓(xùn)練后進行AR對心肺功能的恢復(fù)效果優(yōu)于PR，然而HIE時不同恢復(fù)方式的效果尚不明確。在本研究中，AR在運動后10 min的SBP高于PR，提示AR能夠延緩血壓下降、減輕運動后低血壓反應(yīng)，其機制可能與AR時心輸出量較高有關(guān)(心輸出量是SBP的主要決定因素)。由于心輸出量=HR×每搏輸出量，我們前期的研究證實[12]，一次超大強度運動后進行AR時每搏輸出量高于PR，本研究中AR時HR在運動后10 min高于PR，因此HIE間歇期進行AR能夠使心輸出量在運動后維持較高水平。PR時由于缺乏肌肉泵作用，靜脈血回流減少造成心臟前負(fù)荷下降，心肌收縮力降低，每搏輸出量隨之下降；HR降低則是由于運動停止后神經(jīng)系統(tǒng)運動皮質(zhì)停止發(fā)放中樞指令來自機械感受器的刺激減少造成的[12]。需要提及的是，由于兩種恢復(fù)方式運動后均以50 W負(fù)荷繼續(xù)蹬車3 min，因此AR和PR對于血液動力學(xué)反應(yīng)的差異性影響并非來自運動后的整理活動，而與HIE間歇期采用不同恢復(fù)方式有關(guān)。

從運動后30 min內(nèi)血壓的總體變化來看，AR和PR分別使SPB下降了9.8 mmHg和8.8 mmHg，DBP升高了1.5 mmHg和2.2 mmHg，但兩種恢復(fù)方式間并無顯著性差異，因此兩種恢復(fù)方式并未改變運動后血壓變化的趨勢，只是AR減緩了SBP下降的速率，這對于預(yù)防運動后不良心血管事件具有積極意義。相同負(fù)荷運動后血壓變化的幅度與受試者基礎(chǔ)血壓水平以及體能狀態(tài)有關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)[15，18]，體能水平較高(規(guī)律運動)者以及基礎(chǔ)血壓水平較低者運動后低血壓反應(yīng)減輕。雖然運動后10 min時SBP在PR較AR降低，但受試者在運動中及運動后均未出現(xiàn)任何不適甚至?xí)炟拾Y狀，因此PR并未誘導(dǎo)更為嚴(yán)重的低血壓反應(yīng)。其原因可能包括：第一，受試者運動風(fēng)險分層等級為“低危人群”且均無運動暈厥史以及自主神經(jīng)和血液動力學(xué)異常；第二，本研究設(shè)計的運動方案并未引起明顯的外周血管舒張反應(yīng)[19-20]；第三，Raine等[21]的研究發(fā)現(xiàn)，運動后恢復(fù)期端坐體位有利于靜脈回流，因此在一定程度上對抗由于肌肉泵停止工作造成的心輸出量減少。上述因素對于預(yù)防運動后低血壓反應(yīng)具有重要意義。

3.2 不同恢復(fù)方式對HIE后自主神經(jīng)功能的影響

與血液動力學(xué)的變化相似，兩種恢復(fù)方式后，HRV中LnSDNN、LnRMSSD和LnHF下降，LnLF和LF/HF比值升高，提示自主神經(jīng)功能平衡(交感-迷走)呈現(xiàn)交感優(yōu)勢，隨后各指標(biāo)逐漸恢復(fù)。急性運動誘導(dǎo)自主神經(jīng)功能與均衡性發(fā)生改變的確切機制尚不清楚。據(jù)報道[22]，運動時肌肉代謝產(chǎn)物(乳酸、K+等)增加、熱量蓄積體溫升高以及兒茶酚胺(去甲腎上腺素、腎上腺素)分泌增多刺激肌肉化學(xué)敏感傳入神經(jīng)元而改變自主傳出神經(jīng)調(diào)節(jié)功能，造成交感神經(jīng)興奮性增加，而副交感神經(jīng)再激活受到抑制。先前的研究顯示[23]運動后進行AR有利于加速運動時代謝產(chǎn)物清除、促進機體散熱、下調(diào)兒茶酚胺的作用，上述因素對心臟自主神經(jīng)功能恢復(fù)具有積極作用[24]。因此我們推測HIE恢復(fù)期進行AR同樣能夠改善運動后自主神經(jīng)功能調(diào)節(jié)。Soares等[14]的研究指出，持續(xù)有氧運動后進行AR和PR對于HF、LF的影響并無顯著性差異，可能與恢復(fù)時間較短(5 min)而不足以加速代謝反應(yīng)(即代謝產(chǎn)物清除)有關(guān)，然而持續(xù)運動后能夠改善自主神經(jīng)功能的最短AR時間尚無報道。在本研究中，兩種恢復(fù)方式訓(xùn)練后整理活動的時間同樣只有5 min，然而AR在運動后10 min和20 min時LnRMSSD和LnHF高于PR、LnLF和LnLF/HF比值低于PR，提示AR能夠加快運動后交感活性下降以及副交感再激活的速率，即HIE恢復(fù)期采用AR能夠加速自主神經(jīng)功能恢復(fù)。結(jié)合前人的研究，我們推測HIE間歇期繼續(xù)進行低強度運動(即AR)具有加快血流、加速骨骼肌內(nèi)乳酸和H+清除并促進肌肉內(nèi)pH值恢復(fù)[25]、維持肌纖維中離子平衡穩(wěn)態(tài)[26]、促進散熱[27]、抑制兒茶酚胺上調(diào)[28]等作用，繼之通過直接或間接影響自主神經(jīng)系統(tǒng)而產(chǎn)生良性效應(yīng)。

4 結(jié)論與展望

以不同恢復(fù)方式進行HIE時，AR能夠改善運動后的自主神經(jīng)功能以及血液動力學(xué)反應(yīng)。本研究結(jié)果提示存在心血管危險因素的患者(高血壓、糖尿病等)運動中(如HIE)間歇期應(yīng)采用AR方式進行恢復(fù)，以預(yù)防和減少心血管事件的發(fā)生。今后的研究應(yīng)納入自主神經(jīng)功能異常者并采用各種影響心血管系統(tǒng)的刺激因素探討AR和PR對于血液動力學(xué)和自主神經(jīng)功能的作用，為制定有針對性的運動處方提供依據(jù)。