郭 峰

(1.沈陽體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)學(xué)院，遼寧 沈陽 110102;2.吉林大學(xué)白求恩基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，長(zhǎng)春 130021)

心率變異性(heart rate variability，HRV)是反映自主神經(jīng)系統(tǒng)活性和定量評(píng)估心臟交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)張力及其平衡性的指標(biāo)，它能夠判斷心血管疾病的病情及預(yù)后，以及預(yù)測(cè)心臟性猝死。HRV降低通常是由交感神經(jīng)張力增高引起的，這會(huì)降低心室顫動(dòng)的閾值，屬于不利因素;HRV升高表現(xiàn)為副交感神經(jīng)張力增高，這可以提高室顫閾值，屬于保護(hù)因素。

已經(jīng)有研究證明迷走神經(jīng)的調(diào)節(jié)功能在各種生理性和病理性條件下會(huì)下降，例如，老年化［1］、急性心肌梗死［2］以及糖尿?。?］。HRV 分析發(fā)現(xiàn)心臟迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)功能下降與心臟不良預(yù)后有關(guān)［4］，所以能夠提高病人迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)功能的方法都有利于病人心臟功能的康復(fù)。有氧運(yùn)動(dòng)能夠提高老年人的HRV［6］，其中太極拳(Tai Ji Quan，TJQ)是中國(guó)傳統(tǒng)的健身鍛煉方法，太極拳是一種中小強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)，具有延緩植物神經(jīng)系統(tǒng)衰老進(jìn)程的作用［7］。盡管國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多學(xué)者展開了對(duì)太極拳運(yùn)動(dòng)的研究［6-8］，但是研究結(jié)果不一致，可能主要與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不同有關(guān)。據(jù)我們所知，只有Lu和Kuo［9］觀察了練習(xí)太極拳后即刻對(duì)練習(xí)者自主神經(jīng)系統(tǒng)的影響，而且主要考察了對(duì)練習(xí)者迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)功能，沒有記錄呼吸對(duì)心率變異性的影響。而本研究預(yù)以長(zhǎng)期練習(xí)太極拳和初學(xué)的老年人為研究對(duì)象，使用心率變異性指標(biāo)來觀察老年人練習(xí)太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)自主神經(jīng)系統(tǒng)功能的影響，希望能夠?yàn)樘珮O拳運(yùn)動(dòng)在老年人大眾健身以及臨床康復(fù)訓(xùn)練中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究選取長(zhǎng)期練習(xí)太極拳的老年人和初學(xué)老年人為研究對(duì)象，均來自遼寧省老干部大學(xué)太極拳練習(xí)班。其中長(zhǎng)期練習(xí)者:10人，年齡(63.2±5.5)歲，其太極拳鍛煉年限為(7.1±1.2)年，每天1次，每次至少1 h;初學(xué)者年齡(59.9±7.1)歲，8人，太極拳鍛煉年限為(1.2±1.1)年，每周3次，每次1 h。全部受試者身體健康，在執(zhí)行試驗(yàn)開始之前，向受試者介紹本試驗(yàn)的程序，最終得到了全部受試者的同意，受試者自愿參加本研究。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)方案 試驗(yàn)要求受試者至少在24h之內(nèi)不允許攝入酒精和咖啡因。首先，記錄受試者在安靜狀態(tài)下的心電數(shù)據(jù)，令受試者仰臥位，休息10min之后，開始記錄受試者的心電信號(hào)，記錄時(shí)間為5 min。記錄完基線心電信號(hào)之后，受試者進(jìn)行5 min的熱身運(yùn)動(dòng)(主要是腰背部和下肢肌肉的拉伸運(yùn)動(dòng))，然后令受試者模仿平時(shí)太極拳練習(xí)的情況，進(jìn)行陳氏太極拳運(yùn)動(dòng)1 h，運(yùn)動(dòng)后令受試者坐位休息，休息期間可以互相聊天，但是不能隨意走動(dòng)。當(dāng)?shù)竭\(yùn)動(dòng)后休息到30min和60min時(shí)，分別進(jìn)行與運(yùn)動(dòng)開始前一樣的測(cè)試方法記錄心電信號(hào)。同時(shí)，對(duì)受試者安靜狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)后30min即刻、運(yùn)動(dòng)后60min即刻的血壓和脈搏進(jìn)行測(cè)量。另外，提示受試者要自然呼吸，不要刻意控制自己的呼吸。

1.2.2 儀器設(shè)備與材料 16導(dǎo)聯(lián)的遙測(cè)表面肌電儀ME6000(Mega公司，芬蘭)、ME6000的關(guān)節(jié)角度計(jì)配件、一次性心電電極、75%酒精、ProComp Infiniti生物反饋儀(Thought Technology公司，加拿大)、Pro-Comp Infiniti生物反饋儀的呼吸傳感器(采樣頻率256Hz)。血壓計(jì)采用水銀血壓計(jì)。

1.2.3 數(shù)據(jù)采集與分析 本研究使用ME6000生理電信號(hào)采集系統(tǒng)、ProComp Infiniti呼吸感應(yīng)器采集受試者心電信號(hào)以及呼吸頻率(respiratory rate，RR)信號(hào)，利用水銀血壓計(jì)測(cè)量受試者的血壓。心電記錄采用雙極記錄方法，負(fù)極連接到右側(cè)鎖骨正中線下1 cm，正極連接到腹部正中線外側(cè)2 cm，參考電極連接在左側(cè)鎖骨正中線下1 cm。采集受試者安靜仰臥位時(shí)5 min的心率，采樣頻率設(shè)置為1000Hz。在線采集數(shù)據(jù)后，將原始的心電數(shù)據(jù)從導(dǎo)出再導(dǎo)入到Chart 5軟件中，Chart軟件是powerlab的專門分析HRV的軟件。以上儀器設(shè)備均來自沈陽體育學(xué)院國(guó)家體育總局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的電生理實(shí)驗(yàn)室。

為了準(zhǔn)確而全面地反映受試者自主神經(jīng)系統(tǒng)的變化，我們主要采集的指標(biāo)有:(1)反映受試者血壓的指標(biāo):收縮壓與舒張壓;(2)HRV的時(shí)域指標(biāo):心率(heart rate，HR)、RR間期(ms)，即兩個(gè)R波之間的時(shí)間差;正常RR間期的標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviations of normal-to-normal intervals，SDNN)，在所測(cè)試的5 min內(nèi)眾多正常范圍內(nèi)RR間期數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差;相鄰RR間期差值的均方根(root mean square of standard deviations，RMSSD)。(3)HRV 的頻域指標(biāo):在功率譜中將0.01～0.4 Hz的功率曲線構(gòu)成的面積定義為總功率(total power，TP);0.01～0.04 Hz的功率曲線構(gòu)成的面積定義為極低頻率功率(very low frequency power，VLFP);0.04 ～0.15 Hz的功率曲線構(gòu)成的面積定義為低頻率功率(low frequency power，LFP);0.15～0.40Hz的功率曲線構(gòu)成的面積定義為高頻率功率(high frequency power，HFP);標(biāo)準(zhǔn)化高頻功率(normalized HFP，nHFP=HFP/(TP-VLFP))，作為評(píng)價(jià)迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)功能的指數(shù);標(biāo)準(zhǔn)化低頻功率(normalized LFP，nLFP=LFP/(TP-VLFP))，作為交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)的指數(shù);低頻功率/高頻功率(LFP/HFP)，作為交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)平衡調(diào)節(jié)的指數(shù)。而對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化低頻功率只有在呼吸處于絕對(duì)低頻帶時(shí)才能作為交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的調(diào)節(jié)的評(píng)價(jià)指數(shù)，因此，要使用該指標(biāo)同時(shí)需要測(cè)量呼吸情況。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果

2.1 受試者自然情況

受試者的自然情況為10名長(zhǎng)期從事太極拳練習(xí)的老年人基本能夠保證每天都練習(xí)太極拳，并且每次至少1 h，其中有6名女性、4名男性。而8名初學(xué)者每周3次，每次1 h，其中有5名女性，3名男性。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明兩組受試者在年齡、男女性別比例、身高以及體重差異沒有顯著性，但是鍛煉年限有顯著性差異(P＜0.01，表1)。

Tab.1 Basic condition of subjects

2.2 受試者血壓、HR以及呼吸頻率

不同的太極拳鍛煉年限對(duì)老年人的血壓具有顯著的交互效應(yīng)，其中對(duì)于收縮壓來說降壓尤其顯著。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)對(duì)于長(zhǎng)期鍛煉組來說，練習(xí)太極拳運(yùn)動(dòng)后對(duì)收縮壓具有顯著的降壓效應(yīng)(P＜0.01);對(duì)于初學(xué)者來說，盡管練習(xí)太極拳后的效應(yīng)不明顯，但具有降低收縮壓的趨勢(shì)(表2)。對(duì)于舒張壓來說，也存在顯著的交互效應(yīng)(P＜0.01)，這種顯著效應(yīng)主要體現(xiàn)在長(zhǎng)期鍛煉組受試者，而練習(xí)太極拳運(yùn)動(dòng)后對(duì)于初學(xué)者的舒張壓沒有顯著的效應(yīng)(表2)。另外，從長(zhǎng)期鍛煉組與初學(xué)者組之間的組間比較能夠看出，長(zhǎng)期鍛煉組受試者的血壓安靜時(shí)要顯著低于初學(xué)者組。同時(shí)，長(zhǎng)期練習(xí)太極拳對(duì)老年人血壓影響的效應(yīng)尺度要大于初學(xué)者，這體現(xiàn)出需要長(zhǎng)期堅(jiān)持練習(xí)太極拳運(yùn)動(dòng)，才能對(duì)老年人心血管系統(tǒng)機(jī)能得到積極的效果。總體來說，從本研究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象來看，太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)老年人的血壓有積極作用，而且發(fā)現(xiàn)太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)受試者收縮壓的影響的效應(yīng)尺度要大于舒張壓。

經(jīng)過長(zhǎng)期練習(xí)太極拳后，再休息60min與安靜時(shí)HR相比，HR顯著降低(P＜0.05)，而初學(xué)者組HR沒有顯著變化。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)前長(zhǎng)期鍛煉組老年人的安靜心率要顯著低于初學(xué)者組(P＜0.01)。安靜狀態(tài)以及運(yùn)動(dòng)后60min長(zhǎng)期鍛煉組受試者的呼吸頻率要顯著低于初學(xué)者組受試者(表2)。

2.3 受試者HRV比較

2.3.1 HRV時(shí)域指標(biāo)比較 對(duì)于HRV的其它指標(biāo)來說，在運(yùn)動(dòng)前安靜狀態(tài)下，太極拳長(zhǎng)期鍛煉組老年人的RR、SDNN要顯著高于初學(xué)者(P＜0.05)，而且在運(yùn)動(dòng)后30min和60min時(shí)也出現(xiàn)了顯著性差異(P＜0.05，表3)，RMSSD沒有明顯變化。

Tab.2 Changes of blood pressure，HR and RR before TJQ and 30min，60min after TJQ

Tab.3 HRV in time domain before TJQ and 30min，60min after TJQ

2.3.2 HRV頻域指標(biāo)比較 對(duì)于HRV的頻域指標(biāo) TP、VLFP、LFP、HFP、nHFP 來說，長(zhǎng)期鍛煉組要顯著高于初學(xué)者(P＜0.05)，而LFP/HFP顯著低于初學(xué)者(P＜0.05)。對(duì)于練習(xí)太極拳后不同休息時(shí)間后的變化特點(diǎn)來說，長(zhǎng)期鍛煉組老年人在練習(xí)太極拳后休息30min、60min時(shí)HFP和nHFP要顯著高于運(yùn)動(dòng)前安靜狀態(tài)(P＜0.05)，但是二者之間沒有顯著性差異，nLFP在運(yùn)動(dòng)后60min時(shí)顯著低于運(yùn)動(dòng)前安靜狀態(tài)，但是與在運(yùn)動(dòng)后30min時(shí)相比沒有顯著性差異。運(yùn)動(dòng)后30min和60min后LFP/HFP與運(yùn)動(dòng)前安靜狀態(tài)相比顯著降低(P＜0.05)，但是運(yùn)動(dòng)后30min和運(yùn)動(dòng)后60min相比沒有顯著差異。但是初學(xué)者的HRV指標(biāo)只呈現(xiàn)出變化趨勢(shì)，沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(表4)。

Tab.4 HRV in frequency domain before TJQ and 30min，60min after TJQ

3 討論

太極拳是東方傳統(tǒng)集身心于一體的健身操，以其獨(dú)特的緩慢而優(yōu)雅的動(dòng)作著稱。太極拳運(yùn)動(dòng)由一系列姿勢(shì)組成，這些動(dòng)作平緩連貫而放松。太極拳運(yùn)動(dòng)主要是在半蹲姿勢(shì)下完成的同時(shí)伴隨著下肢肌肉不同程度的向心收縮和離心收縮［7］。Lai等人研究了長(zhǎng)期不從事體育運(yùn)動(dòng)的受試者和從事太極拳運(yùn)動(dòng)練習(xí)2年的老年人對(duì)心血管功能的影響［10］，結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)正常的太極拳練習(xí)者可能推遲了心血管功能的下降，并且認(rèn)為太極拳運(yùn)動(dòng)是適合老年人的有氧運(yùn)動(dòng)。同時(shí)他們還認(rèn)為太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)身體健康是有好處的，是一種適合老年人健身運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。在另外一項(xiàng)研究中，Lan等人發(fā)現(xiàn)老年人經(jīng)過12個(gè)月的太極拳練習(xí)能夠有效地提高老年人的心肺功能、肌肉力量以及柔韌性［11］。Lan等人在隨后的研究中發(fā)現(xiàn)對(duì)于經(jīng)歷過冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)病人來說，練習(xí)太極拳運(yùn)動(dòng)能夠顯著地增加他們的峰值攝氧量和峰值功率［12］。綜合來看，太極拳運(yùn)動(dòng)是適合正常老年人和患有冠狀動(dòng)脈疾病病人的健身運(yùn)動(dòng)。

太極拳運(yùn)動(dòng)已經(jīng)被證明能夠提高老年人的心肺功能，因此將長(zhǎng)期練習(xí)太極拳的受試者與初學(xué)者之間進(jìn)行比較分析是有一定意義的，以便從科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)方面說明長(zhǎng)期練習(xí)太極拳運(yùn)動(dòng)的好處。在本研究中 HRV 的一些指標(biāo)，例如:SDNN、TP、LFP、HFP、nHFP以及LFP/HFP在運(yùn)動(dòng)前安靜狀態(tài)下，長(zhǎng)期練習(xí)太極拳的老年人顯著高于初學(xué)者。這些測(cè)試結(jié)果提示長(zhǎng)期堅(jiān)持練習(xí)太極拳的積累效應(yīng)顯著提高了練習(xí)者的心率變異性。我們進(jìn)一步觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期練習(xí)太極拳的老年人其血壓和心率要顯著低于初學(xué)者，同時(shí)SDNN以及總功率也要顯著高于初學(xué)者，這些事實(shí)又否定了上面太極拳會(huì)提高交感神經(jīng)調(diào)節(jié)功能的論斷。事實(shí)上，長(zhǎng)期練習(xí)太極拳要求太極拳練習(xí)者將他們的呼吸與姿態(tài)運(yùn)動(dòng)同步化，因此長(zhǎng)期練習(xí)太極拳運(yùn)動(dòng)可能使受試者改變了他們的呼吸方法。因?yàn)樘珮O拳練習(xí)者偶爾會(huì)采用慢而深的呼吸，這可能就是為什么長(zhǎng)期鍛煉從事太極拳鍛煉者在運(yùn)動(dòng)之前的安靜狀態(tài)下HRV表現(xiàn)出更高的低頻成分的原因。為了觀察長(zhǎng)期練習(xí)太極拳受試者的HRV低頻成分的增加是否是由于他們控制緩慢的呼吸引起的，必須將兩組受試者的呼吸頻率進(jìn)行比對(duì)。我們對(duì)其呼吸頻率進(jìn)行了進(jìn)一步的分析。

我們觀察了受試者呼吸的情況，長(zhǎng)期從事太極拳鍛煉的老年人在安靜狀態(tài)下的呼吸頻率要顯著低于初學(xué)者。呼吸會(huì)通過自主神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)HRV產(chǎn)生影響，其原因是呼吸是影響迷走神經(jīng)的直接因素，而迷走神經(jīng)是自主神經(jīng)系統(tǒng)的重要組成部分，所以呼吸會(huì)通過影響迷走神經(jīng)對(duì)HRV產(chǎn)生作用。簡(jiǎn)單地說，吸氣時(shí)，迷走神經(jīng)被抑制，心率加快;呼氣時(shí)，迷走神經(jīng)抑制取消，心率變慢，這就是呼吸性竇性心律不齊［13］。可見呼吸是HRV的重要影響因素之一，由于呼吸對(duì)HRV有著重要影響，因此想要正確認(rèn)識(shí)太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)練習(xí)者自主神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能的影響，必須要觀察其呼吸情況。對(duì)比正常人同一時(shí)段的心率變異功率譜與呼吸功率譜圖發(fā)現(xiàn)，由自然呼吸頻率開始，當(dāng)呼吸頻率升高時(shí)，心率變異性降低［14］，當(dāng)呼吸頻率降低至0.1 Hz時(shí)，心率變異性達(dá)到最大，之后再降低呼吸頻率，心率變異性再次降低［15］，也就說對(duì)于人體來說呼吸頻率越低，HRV越高。在呼吸對(duì)對(duì)HRV頻域影響的研究中發(fā)現(xiàn)，呼吸對(duì)HRV的影響主要體現(xiàn)在HF頻段上，但是，最近的研究表明呼吸頻率對(duì)心率變異性的低頻(LF)也有影響，當(dāng)呼吸頻率升高時(shí)，心率變異性的低頻段功率隨之降低［16］，而且HF與LF的功率比隨著呼吸頻率增高向LF移動(dòng)。因此，長(zhǎng)期練習(xí)太極拳導(dǎo)致的練習(xí)者氣息產(chǎn)生的變化可能是導(dǎo)致其心率變異性表現(xiàn)出更佳的一個(gè)主要原因。

Hull等人的研究表明有氧慢性鍛煉可以提高練習(xí)者 HRV 的高頻功率成分［7］。Goldsmith 等人［17］研究表明身體健康程度與迷走神經(jīng)的調(diào)節(jié)能力呈現(xiàn)高度相關(guān)，而本研究表明長(zhǎng)期鍛煉組老年人在進(jìn)行一次性太極拳練習(xí)后其HRV所表現(xiàn)出較高的高頻功率成分。Kurita等人［18］研究發(fā)現(xiàn)正常受試者在握力練習(xí)過程中低頻功率成分以及低頻/高頻功率比值沒有顯著性變化，但是高頻成分顯著增加。與以上學(xué)者的研究結(jié)果相近，本研究數(shù)據(jù)表明長(zhǎng)期練習(xí)太極拳的老年人在練習(xí)1 h太極拳后休息30min、60min后其TP、HFP、nHFP會(huì)持續(xù)增加，同時(shí)LFP/HFP持續(xù)降低，說明太極拳的短期效應(yīng)提高了迷走神經(jīng)的活動(dòng)，并且使交感-迷走神經(jīng)平衡活動(dòng)傾向于迷走神經(jīng)。另外，我們進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)TP和HFP在60min時(shí)與安靜時(shí)相比增加的程度顯著高于30min增加的程度。說明一定運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的太極拳運(yùn)動(dòng)可以在一定時(shí)間內(nèi)持續(xù)提高練習(xí)者的心率變異性，這可能就是這種長(zhǎng)期練習(xí)太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)其自主神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的良好效應(yīng)的原因。盡管初學(xué)者在練習(xí)太極拳運(yùn)動(dòng)1 h后，收縮壓以及SDNN出現(xiàn)了顯著性變化，但是HRV的頻域指標(biāo)沒有顯著性變化，這可能與其鍛煉年限有關(guān)。因此，要長(zhǎng)期堅(jiān)持太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)老年人的自主神經(jīng)系統(tǒng)才能才能良好的效應(yīng)。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)一次性練習(xí)太極拳運(yùn)動(dòng)后能夠顯著提高老年人迷走神經(jīng)的調(diào)節(jié)功能，而且在交感-迷走平衡系統(tǒng)中傾向于降低交感神經(jīng)的調(diào)節(jié)作用。另外，長(zhǎng)期堅(jiān)持練習(xí)太極拳運(yùn)動(dòng)的效果要明顯優(yōu)于初學(xué)者，因此太極拳運(yùn)動(dòng)是適合老年人長(zhǎng)期從事的健身運(yùn)動(dòng)。

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