共振呼吸反饋訓(xùn)練對運(yùn)動(dòng)員心率變異性和選擇反應(yīng)時(shí)的影響*

安 燕， 鄭樊慧， 陸姣姣

((上海體育科學(xué)研究所， 上海 200030)

運(yùn)動(dòng)員因其訓(xùn)練和比賽的競爭性往往處于壓力之中，而研究發(fā)現(xiàn)，壓力會(huì)降低注意力、記憶和行為表現(xiàn)水平，過度的壓力則會(huì)導(dǎo)致焦慮和抑郁，直接會(huì)影響表現(xiàn)[1]。具體到運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，在競賽壓力下，認(rèn)知功能的下降可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)員失誤率的增加，從而影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。目前增強(qiáng)認(rèn)知功能的方法有很多，如認(rèn)知訓(xùn)練或表象訓(xùn)練，但是，這些方法針對的是認(rèn)知表現(xiàn)本身，而非壓力。更好地對壓力進(jìn)行管理或干預(yù)，能夠從根本上解決壓力對運(yùn)動(dòng)員認(rèn)知表現(xiàn)，乃至運(yùn)動(dòng)任務(wù)表現(xiàn)影響的問題。

有研究顯示，有壓力和緊張癥狀的個(gè)體在學(xué)習(xí)特殊形式的呼吸后，不僅壓力水平會(huì)下降，并且能夠更好地進(jìn)行思考[2-3]。共振呼吸是一種心理放松和情緒積極的人最常使用的呼吸模式，以每分鐘5～7次的呼吸頻率進(jìn)行平穩(wěn)的腹式呼吸為主要特征。Conrad等(2007)的研究指出自主控制呼吸是容易的，不費(fèi)力的，愉快的[3]。共振呼吸反饋訓(xùn)練屬于心率變異性(heart rate variability，HRV)生物反饋訓(xùn)練，要求個(gè)人以相同的頻次進(jìn)行緩慢呼吸，但每人達(dá)到最大振幅的頻次是不同的，大多數(shù)人通過緩慢呼吸產(chǎn)生最大波幅的共振頻率在0.1 Hz左右，即每分鐘呼吸6次[4]。通過共振呼吸可以在體內(nèi)達(dá)到交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的平衡，而自主神經(jīng)的平衡可以實(shí)現(xiàn)個(gè)體生理和心理的協(xié)調(diào)運(yùn)作，已有研究證明共振呼吸反饋訓(xùn)練在提升運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)、降低運(yùn)動(dòng)員焦慮、緩解疲勞方面有積極作用[5-7]。

反應(yīng)時(shí)是指從刺激呈現(xiàn)到有機(jī)體做出反應(yīng)之間所需的最短時(shí)間，主要反映出大腦神經(jīng)活動(dòng)的靈活性，在一定程度上反映出人的應(yīng)變能力和注意特征等心理特征，可表現(xiàn)出個(gè)人的認(rèn)知能力[8]。Pattyn等(2008)的研究表現(xiàn)，認(rèn)知表現(xiàn)的關(guān)鍵因素是對給定的刺激或任務(wù)保持持續(xù)注意或警覺[9]。警覺性的下降被描述為反應(yīng)時(shí)間變慢或錯(cuò)誤率增加。此時(shí)大腦皮層分析機(jī)能下降，特別是選擇反應(yīng)時(shí)，延遲會(huì)更明顯[10]。

射擊運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)求穩(wěn)、求準(zhǔn)的項(xiàng)目，比賽時(shí)間長，如10米氣手槍項(xiàng)目男子需在75 min內(nèi)完成60發(fā)射擊，對運(yùn)動(dòng)員的認(rèn)知能力要求高。除了面對比賽本身帶來的壓力外，隨著比賽時(shí)間的推移，運(yùn)動(dòng)員的精力和體力都在不斷消耗，隨之注意力、反應(yīng)、判斷等認(rèn)知能力也會(huì)降低，需要調(diào)整以保持身心穩(wěn)定，因此，比賽過程中認(rèn)知能力的保持很重要。Sutarto等(2012)的研究發(fā)現(xiàn)HRV反饋訓(xùn)練可以改善工業(yè)操作者的認(rèn)知功能[11]。但使用此方法在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域改善認(rèn)知功能方面的研究很少。本研究的目的是探討共振呼吸對運(yùn)動(dòng)員以視覺選擇反應(yīng)時(shí)為代表的認(rèn)知功能提升是否有效，同時(shí)也為心理訓(xùn)練的實(shí)際運(yùn)用效果提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為上海市射擊運(yùn)動(dòng)員。分為試驗(yàn)組和對照組，試驗(yàn)組為15人，其中男4人，女11人，平均年齡17.00歲，訓(xùn)練年限3.73年；對照組15人，其中男7人，女8人，平均年齡17.87歲，訓(xùn)練年限3.67年。

1.2 測試指標(biāo)及工具

1.2.1 反應(yīng)時(shí)指標(biāo) 采用第三版神經(jīng)行為測試評價(jià)系統(tǒng)(NES-C3)對運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行選擇反應(yīng)時(shí)測試[12]。分析指標(biāo)為反應(yīng)時(shí)。

1.2.2 生理指標(biāo) 心率變異性指標(biāo)：使用由美國Heart Math學(xué)院研究提供技術(shù)，北京豪峰數(shù)碼科技有限公司自主研發(fā)的生理相干和自主平衡系統(tǒng)SPCS進(jìn)行采集。本系統(tǒng)給出的數(shù)據(jù)報(bào)告包括時(shí)域和頻域兩種數(shù)據(jù)，分析的指標(biāo)有：心率(heart rate, HR)；頻域指標(biāo)總功率(total power, TP)、低頻功率(low frequency, LF)、高頻功率(high frequency, HF)和低頻/高頻功率(LF/HF)，其中頻域范圍設(shè)置為: TP：<0.4 HZ；LF： 0.04～0.15 Hz；HF：0.15～0.4 Hz。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)組運(yùn)動(dòng)員經(jīng)過心率變異性生物反饋訓(xùn)練且掌握調(diào)節(jié)方法(共振呼吸法：以相同頻次進(jìn)行呼吸調(diào)節(jié)，經(jīng)確定為每分鐘6次)，進(jìn)行每周5 d，共計(jì)4周的HRV訓(xùn)練，訓(xùn)練方案根據(jù)Lehrer等的HRV生物反饋訓(xùn)練程序設(shè)計(jì)[13]。所有反饋訓(xùn)練在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，每次訓(xùn)練時(shí)間為30～40 min，包括4部分內(nèi)容：(1)5 min基線測試，(2)10 min呼吸訓(xùn)練，(3)10～20 min游戲反饋訓(xùn)練，(4)5 min訓(xùn)練后基線測試。對照組不施加共振呼吸訓(xùn)練，其他活動(dòng)同試驗(yàn)組。

試驗(yàn)中通過測試運(yùn)動(dòng)員的視選擇反應(yīng)時(shí)來測評其認(rèn)知水平，在測試中運(yùn)動(dòng)員需要對不同的反應(yīng)做出選擇，在屏幕的中央有1個(gè)臉的圖標(biāo)，圖標(biāo)的上下左右另有4個(gè)空位，測試開始后屏幕上下左右4個(gè)空位中會(huì)隨機(jī)閃現(xiàn)不同的笑臉，當(dāng)你發(fā)現(xiàn)上下左右閃現(xiàn)的笑臉與中間笑臉一致時(shí)可按上下左右鍵迅速將其點(diǎn)滅，測試過程中屏幕上的笑臉發(fā)生改變時(shí)計(jì)算機(jī)會(huì)發(fā)出短暫的鈴聲用于提醒。

首先運(yùn)動(dòng)員安靜坐于椅子上進(jìn)行10 min基線測試，隨后運(yùn)動(dòng)員熟悉測試項(xiàng)目，練習(xí)結(jié)束后，詢問運(yùn)動(dòng)員是否清楚和掌握測試方法，如果得到肯定答復(fù)，則進(jìn)行第一次的反應(yīng)測試，如果不清楚則進(jìn)行解釋和練習(xí)。在完成第一次反應(yīng)測試后，試驗(yàn)組運(yùn)動(dòng)員按照共振呼吸法進(jìn)行10 min的自我調(diào)節(jié)，對照組運(yùn)動(dòng)員則休息。10 min后所有運(yùn)動(dòng)員再次進(jìn)行反應(yīng)測試。在整個(gè)過程中對運(yùn)動(dòng)員全程采集心率變異性數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練有效性的指標(biāo)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 共振呼吸調(diào)節(jié)操縱對運(yùn)動(dòng)員HR和HRV頻域指標(biāo)的影響

試驗(yàn)組運(yùn)動(dòng)員調(diào)節(jié)階段的HR低于安靜階段(P<0.05，表1)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，對照組運(yùn)動(dòng)員休息階段與安靜階段相比無顯著性差異(P>0.05)。

試驗(yàn)組運(yùn)動(dòng)員調(diào)節(jié)階段的TP、LF、LF/HF均顯著高于安靜階段(P<0.05，表1)，HF前后兩階段無顯著性差異(P> 0.05)，對照組運(yùn)動(dòng)員休息階段與安靜階段相比無顯著性差異(P>0.05)。

Tab. 1 The physiological variables of athletes at different phases n=15)

2.2 共振呼吸調(diào)節(jié)操縱對運(yùn)動(dòng)員選擇反應(yīng)時(shí)的影響

試驗(yàn)組運(yùn)動(dòng)員調(diào)節(jié)后的反應(yīng)時(shí)(RT=0.477)快于第一次反應(yīng)時(shí)(RT=0.540)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。對照組運(yùn)動(dòng)員休息后的反應(yīng)時(shí)(RT=0.516)與第一次反應(yīng)時(shí)(RT=0.529)相比無顯著性差異(P>0.05)。

3 討論

試驗(yàn)組運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行共振呼吸調(diào)節(jié)時(shí)，心率顯著下降。此外，在呼吸調(diào)節(jié)時(shí)運(yùn)動(dòng)員的心率變異性水平也產(chǎn)生顯著性變化，頻域指標(biāo)TP、LF、LF/HF顯著增加，而處于休息階段的對照組運(yùn)動(dòng)員心率變異性并沒有發(fā)生顯著性改變。已有研究證明采用正常呼吸頻率時(shí)，運(yùn)動(dòng)員自主神經(jīng)的總體調(diào)節(jié)能力沒有發(fā)現(xiàn)顯著變化，交感神經(jīng)的調(diào)節(jié)能力也沒有發(fā)生變化[14]。以上結(jié)果說明本次實(shí)驗(yàn)的操縱有效。HRV可以有效評價(jià)自主神經(jīng)的功能，頻域指標(biāo)TP反映心率變異性的大小以及自主神經(jīng)總的活性和對機(jī)體的調(diào)節(jié)能力；LF受交感和副交感神經(jīng)活性的雙重影響，其中以交感神經(jīng)作用占優(yōu)勢，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員處于平衡狀態(tài)時(shí)，頻譜能量大部分集中在此區(qū)域；LF/HF的比值反映交感、副交感張力的平衡，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)，頻譜能量集中在LF，LF/HF將大幅上升。對太極拳練習(xí)者的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其呼吸頻率升高時(shí)，心率變異性降低，當(dāng)呼吸頻率降低至0.1 Hz時(shí)，心率變異性達(dá)到最大；長期練習(xí)者因采用慢而深的呼吸而出現(xiàn)HRV低頻成分的增加，自主神經(jīng)系統(tǒng)的總體調(diào)節(jié)功能得到提高[15]。本研究的HRV數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行共振呼吸調(diào)節(jié)時(shí)，HRV的頻譜能量顯著向低頻區(qū)域轉(zhuǎn)移，包括在0.1 Hz的位置，這表明運(yùn)動(dòng)員學(xué)會(huì)如何操作和調(diào)節(jié)自主神經(jīng)系統(tǒng)的活性，使身體達(dá)到自主平衡狀態(tài)，從而對機(jī)體的調(diào)節(jié)能力增強(qiáng)。

胡斐等(2017)在研究中發(fā)現(xiàn)靜止站立30 min，心臟的自主神經(jīng)發(fā)生調(diào)整，HR上升，表明心臟自主調(diào)節(jié)向交感神經(jīng)活性(占主要支配)方面轉(zhuǎn)換[16]。射擊運(yùn)動(dòng)需要運(yùn)動(dòng)員長時(shí)間的站立，而HR的上升會(huì)影響運(yùn)動(dòng)員技術(shù)動(dòng)作的穩(wěn)定性。且有研究發(fā)現(xiàn)射擊運(yùn)動(dòng)員對心率的控制影響其技術(shù)水平即命中率，對同一射手而言，命中10環(huán)的心率較9環(huán)(及9環(huán)以下)時(shí)的心率約低8 beats/min[17]。而本研究結(jié)果顯示呼吸調(diào)節(jié)時(shí)運(yùn)動(dòng)員的心率可以顯著下降，這將有利于運(yùn)動(dòng)員射擊過程中技術(shù)水平的發(fā)揮。從前期的訓(xùn)練中可以發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員可以很快的掌握共振呼吸的方法，此方法無場地、年齡限制，同時(shí)有研究指出以簡單和簡短的指令改變呼吸不會(huì)改變激活水平[3]，因此適合運(yùn)動(dòng)員在比賽中運(yùn)用。

在選擇反應(yīng)時(shí)試驗(yàn)任務(wù)中，運(yùn)動(dòng)員首先要進(jìn)行判斷隨后要迅速做出反應(yīng)，對于與目標(biāo)刺激一致的刺激進(jìn)行按鍵。結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過調(diào)節(jié)后試驗(yàn)組運(yùn)動(dòng)員的反應(yīng)時(shí)明顯小于安靜階段后的反應(yīng)時(shí)，而對照組運(yùn)動(dòng)員10 min休息后的反應(yīng)時(shí)與安靜階段后的反應(yīng)時(shí)水平無差異性。本研究結(jié)果與McCraty等(2002)的研究相似，他們應(yīng)用HRV反饋技術(shù)評估受試者在聽覺辨別任務(wù)中的認(rèn)知表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用HRV反饋后，在識別任務(wù)中心率一致性明顯增強(qiáng)，反應(yīng)時(shí)間明顯縮短[18]。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過調(diào)節(jié)后運(yùn)動(dòng)員心率一致性的增強(qiáng)與認(rèn)知能力的顯著提高(反應(yīng)時(shí)間的減少)有關(guān)，任務(wù)表現(xiàn)更加好，能夠保持警覺性，心理狀態(tài)更加穩(wěn)定。

本研究并未考察實(shí)際射擊過程中運(yùn)用共振呼吸調(diào)節(jié)后對成績的影響，但有研究發(fā)現(xiàn)，自主神經(jīng)活動(dòng)水平會(huì)影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，如果自主神經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，將有助于訓(xùn)練的實(shí)施以及比賽的發(fā)揮，反之如果失衡或活動(dòng)降低的時(shí)間較長，將會(huì)導(dǎo)致訓(xùn)練效果和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的下降[19]。以后會(huì)進(jìn)一步探討共振呼吸調(diào)節(jié)對射擊成績的影響。此外，王維等也在研究中指出HRV越大，自我調(diào)節(jié)的能力越強(qiáng)。HRV的調(diào)節(jié)與具有執(zhí)行功能的前額葉皮質(zhì)的活動(dòng)性有關(guān)系，高HRV在認(rèn)知和注意任務(wù)中有更好的表現(xiàn)，更好的沖動(dòng)控制能力[20]。未來的研究可以進(jìn)一步探索共振呼吸調(diào)節(jié)與HRV和運(yùn)動(dòng)員注意等認(rèn)知能力之間的可能機(jī)制，更精確地運(yùn)用到運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)任務(wù)表現(xiàn)的提升上。

綜上所述，運(yùn)動(dòng)員通過共振呼吸調(diào)節(jié)，促進(jìn)交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)維持在一個(gè)良好的平衡狀態(tài)，機(jī)體的調(diào)節(jié)能力得到增強(qiáng)，而且影響認(rèn)知過程。因此，可在訓(xùn)練和比賽中作為自我調(diào)整的方法之一。