李天義 王金之 徐 琳 楊 靖 馬繼政

長期以耐力運動為主鍛煉健康青年男性心臟自主神經(jīng)功能的變化*

李天義1,2王金之2徐 琳2楊 靖2馬繼政2

（1.金陵科技學(xué)院體育部， 江蘇 南京 211169；2.陸軍工程大學(xué)軍事運動科學(xué)研究中心，江蘇 南京 211101）

【目的】評定長期（3年）以耐力運動為主鍛煉對自主神經(jīng)功能的影響?！痉椒ā?157名經(jīng)過訓(xùn)練的健康男性學(xué)員作為研究對象，133名未經(jīng)訓(xùn)練的健康男性學(xué)員作為對照組，分別記錄安靜狀態(tài)的RR間期，并進行心率變異（HRV）分析?！窘Y(jié)果】與對照組相比，經(jīng)過3年鍛煉健康青年安靜HR均值顯著降低（＜ 0.05），HF均值顯著升高（＜ 0.05），LF/HF均值顯著降低（＜ 0.05）；與對照組相比，RMSSD、SDNN和SDNN/HR均值均顯著升高（＜ 0.05）?！窘Y(jié)論】整體上，HRV 提高。長期充分、適宜有氧耐力訓(xùn)練有助于提高和維持健康青年心肺的適應(yīng)能力。

有氧耐力練習(xí)；自主神經(jīng)功能；心率變異

常規(guī)的鍛煉可通過心血管系統(tǒng)的中樞和外周機制，促進功能和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[1]。運動員安靜時的心率過緩，通常被認(rèn)為是訓(xùn)練效果的一個標(biāo)志物[2]，其變化和心臟自主和非自主適應(yīng)有關(guān)[3]。運動員交感-迷走神經(jīng)平衡的典型表現(xiàn)為副交感活性占據(jù)主導(dǎo)作用[4]。

心臟自主的控制可通過檢測心率變異（Heart rate variability，HRV）來進行評定。HRV是一個無創(chuàng)的技術(shù)，可用于評估RR間期的瞬時變動。HRV指標(biāo)的變化表明自主神經(jīng)系統(tǒng)可應(yīng)答多樣生理和環(huán)境上的刺激，例如呼吸、鍛煉、精神壓力、血流動力學(xué)和代謝上的變化、睡眠、體位等。一些因素，如體適能的水平、運動經(jīng)歷、練習(xí)的強度、訓(xùn)練的計劃影響生理和情感（焦慮、賽前應(yīng)激）方面的變化，可改變自主應(yīng)答[5]。

目前研究認(rèn)為，HRV功率譜能夠更為精確地反映自主神經(jīng)系統(tǒng)在心臟水平的調(diào)節(jié)，盡管，目前對HRV的神經(jīng)調(diào)節(jié)機制還不十分清楚。但在競技體育HRV已廣泛用于調(diào)整訓(xùn)練的負(fù)荷、診斷和預(yù)防疲勞、評定過度訓(xùn)練以及有氧能力[3-5]。目前，尚不清楚，普通人群長期運動對心臟自主功能產(chǎn)生的影響。因此，本研究評估長期有氧耐力鍛煉（3年）對普通人群心臟自主調(diào)節(jié)產(chǎn)生的影響，為日常精準(zhǔn)運動鍛煉計劃提供依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為157名經(jīng)過訓(xùn)練的健康男性學(xué)員(年齡：21.30±0.41歲；身高：174.39±5.42cm；體重：66.47±6.49kg；體指數(shù)：21.60±3.42kg/m2)；訓(xùn)練年限3年，但無器械力量訓(xùn)練歷史。所有測試者均無疾病史、吸煙史和酗酒史，有規(guī)律參加耐力性鍛煉（每周鍛煉2-4次，每次訓(xùn)練時間>45min），排除超重或偏瘦的學(xué)員，排除標(biāo)準(zhǔn)為體指數(shù)（BMI）：BMI<18.5或BMI>24.0。另外，133名未經(jīng)訓(xùn)練的健康男性學(xué)員(年齡：18.16±0.61歲；身高：175.20±4.39cm；體重：67.36±7.21kg；體指數(shù)：21.28±1.52kg/m2)作為對照組。

1.2 研究方法和和指標(biāo)

利用Firstbeat團隊心率儀（Finland）記錄RR間期：10min安靜狀態(tài)（臥位），并利用Firstbeat SPORTS 系統(tǒng) （version 4.4.0.2, Firstbeat Technologies Ltd., Jyv?skyl?, Finlan）進行分析，數(shù)據(jù)采集的時間為安靜狀態(tài)后5min（5-10 min）。實驗室室溫為22℃-26℃，濕度為50%-56%。

研究指標(biāo)為心率和心率變異（HRV）的時域指標(biāo)和頻域指標(biāo)。時域指標(biāo)包括全程相鄰NN間期之差的均方根值（RMSSD），單位為ms；全部NN間期的標(biāo)準(zhǔn)差（SDNN）；SDNN/HR。頻域指標(biāo)包括低頻（LF），單位為ms2，頻譜范圍：0.04–0.15Hz；高頻（HF），單位為ms2，頻譜范圍：0.15–0.40Hz以及LF/HF。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理

2 結(jié)果

2.1 長期鍛煉安靜狀態(tài)下HR和HRV時域指標(biāo)的變化

與對照組相比，安靜HR均值顯著降低（＜0.05），HF均值顯著升高（＜0.05），LF/HF均值顯著降低（＜0.05）。LF均值有升高但無明顯差異（0.05）數(shù)據(jù)見表1。

表1 未鍛煉和長期鍛煉安靜狀態(tài)HR和HRV時域指標(biāo)（±s）

與未鍛煉相比，＜0.05，下同

2.2 長期鍛煉安靜狀態(tài)HRV頻率指標(biāo)的變化

與對照組相比，RMSSD、SDNN和SDNN/HR均值均顯著升高（＜0.05）。數(shù)據(jù)見表2。

表2 未鍛煉和長期鍛煉安靜狀態(tài)安靜期間HRV頻域指標(biāo)（±s）

3 討論

運動鍛煉是健康生活方式一個重要的組成部分。長期訓(xùn)練運動員可對心血管系統(tǒng)產(chǎn)生良性影響，其中之一和自主神經(jīng)系統(tǒng)的適應(yīng)有關(guān)。類似于運動員，整體上，普通人群長期鍛煉HR下降，HF和RMSSD增加。部分原因和孤束核、延髓頭端腹外側(cè)、下丘腦室旁核控制能力提高有關(guān)[1]，這一生理上的適應(yīng)可提高副交感神經(jīng)的活性，從而提高HRV。自主神經(jīng)系統(tǒng)有2個不同的分支，副交感神經(jīng)系統(tǒng)和交感神經(jīng)系統(tǒng)，其功能相反，相互平衡，從而為重要的器官提供心輸出量，受體位變化、溫度和運動所影響[6]。運動時，心血管系統(tǒng)的應(yīng)答受前饋控制，即“中樞指令”，涉及到腦部區(qū)域。持續(xù)運動，來自于收縮肌群的機械和代謝信號提供反饋至腦部的心血管中心，稱為“運動壓力反射”，從而嚴(yán)格平衡系統(tǒng)氧的傳遞和代謝需求。此外，動脈壓力感受器傳遞信號至腦部的心血管中心，調(diào)節(jié)副交感神經(jīng)系統(tǒng)和交感神經(jīng)系統(tǒng)活動，并受“運動壓力反射”所調(diào)控[6]。

副交感和交感神經(jīng)活性比率受運動類型，身體能力水平以及心肺壓力感受器的負(fù)荷所影響。不同類型的急性運動其變化是不同的[7-11]。一般認(rèn)為其活性逐漸由副交感功能向交感功能轉(zhuǎn)變。副交感功能降低可用HRV展示出來，隨著強度的增加，HF逐漸下降[12]。例如，動力性的自行車運動，其比率由安靜狀態(tài)4:1，可在65%最大強度運動時減少為1:1，在75%最大強度時為1:4[13]。此外，盡管急性力量練習(xí)可提高HR，但其程度是有限的[14]。

有氧耐力訓(xùn)練通常指的是利用大肌群工作的能力，如步行、跑步、自行車、劃船、游泳等。一般認(rèn)為持續(xù)時間超過10min，練習(xí)強度為中-高（60-80%最大HR）即為有氧練習(xí)[6]。長期有氧鍛煉導(dǎo)致HR下降應(yīng)歸因于長期的適應(yīng)。盡管急性運動和長期運動HR變化之間的聯(lián)系尚不確定。但短期和長期鍛煉均可觀察到運動上的益處。在運動時中樞指令和運動壓力反射是決定心肺應(yīng)答的關(guān)鍵因素，這些前反饋和反饋信號的相互作用和交感神經(jīng)、副交感神經(jīng)的長期調(diào)整有關(guān)[1,6]。

無活動和交感神經(jīng)活性增加有關(guān)，短暫臥床或宇宙飛行副交感神經(jīng)活動下降，交感神經(jīng)系統(tǒng)的活性增加[15]，但有氧耐力訓(xùn)練基礎(chǔ)副交感神經(jīng)活性的下降，主要和中樞神經(jīng)系統(tǒng)區(qū)域控制交感輸出上的適應(yīng)有關(guān)[16]。另外，運動可通過髓質(zhì)核系統(tǒng)促進交感抑制，來調(diào)控心血管系統(tǒng)[16]。低靜息的交感輸出和高靜息的副交感輸出是腦部心肺中樞長期重構(gòu)的結(jié)果[17]。

利用HRV分析，研究表明長期運動副交感的調(diào)節(jié)增加。運動類型、訓(xùn)練量和強度均影響HRV的變化。通常，長持續(xù)或強度大于85%可提高健康人員HRV（更多迷走上的調(diào)節(jié)）[18]。老年群體練習(xí)負(fù)荷和HRV的提高存在線性相關(guān)[19]。另外，研究表明一周大于4次有強度的有氧練習(xí)，持續(xù)超過45min，可最佳化心臟的健康，持續(xù)時間超過6個月，靜息心率和次最大強度運動，HR可降低5-20次[20]。本研究受試對象的負(fù)荷基本達到這一標(biāo)準(zhǔn)，較大規(guī)模研究結(jié)果顯示長期鍛煉（3年）表明HR顯著下降，HRV顯著提高。對于有氧能力的提高，高迷走神經(jīng)上的調(diào)節(jié)是需要的。此外，研究發(fā)現(xiàn)力量練習(xí)對HRV的影響并不明顯[21]，可能和力量訓(xùn)練本身的特點有關(guān)，大程度施加于骨骼肌，而不是心肺。但8周力量和耐力組合訓(xùn)練HRV表現(xiàn)為耐力樣的變化[22]，6周基礎(chǔ)運動技能訓(xùn)練，同樣可提高HRV[23]。上述研究表明運動方式中存在耐力性的活動時，心肺代謝能力方面的適應(yīng)較為明顯。

當(dāng)前，心肺適應(yīng)能力是預(yù)測心血管疾病重要指標(biāo)之一，心肺能力的提高可降低心血管疾病的潛在風(fēng)險，本研究結(jié)果表明充分、適宜有氧耐力訓(xùn)練有助于提高和維持健康青年心肺的適應(yīng)能力。

[1]Michelini LC, Stern JE. Exercise-induced neuronal plasticityin central autonomic networks: Role in cardiovascularcontrol[J].ExpPhysiol,2009,94(9):947-960.

[2]Dixon EM, Kamath MV, McCartney N, et al. Neuralregulation of heart rate variability in endurance athletesand sedentary controls[J]. Cardiovasc Res, 1992,26(7):713-719.

[3]Aubert AE, Seps B, Beckers F. Heart rate variability inathletes[J].Sports Med, 2003,33(12):889-919.

[4]Bellenger CR, Fuller JT, Thomson RL, et al.Monitoring athletic training status throughautonomic heart rate regulation: a systematicreview and meta-analysis[J].Sports Med, 2016，46(10):1461-1486.

[5]da Silva VP, de Oliveira NA, Silveira H, et al.Heart rate variability indexes as a marker of chronic adaptation in athletes: a systematic review[J]. Ann Noninvasive Electrocardiol, 2015,20(2):108-118.

[6]Perez-Quilis C, Kingsley JD, Malkani K, et al. Modulation of Heart Rate by Acute or Chronic Aerobic Exercise. Potential Effects on Blood Pressure Control[J]. Curr Pharm Des,2017,23(31):4650-4657.

[7]丁明超,胡斐,王增剛,等.熱環(huán)境下大強度的無氧間歇和有氧組合練習(xí)次序?qū)謴?fù)期心臟自主神經(jīng)功能和溫度的影響[J].軍事體育學(xué)報,2018,37(1):116-120.

[8]胡斐,徐盛嘉,沈銘彬,等.大強度的無氧間歇練習(xí)、有氧耐力練習(xí)及其組合練習(xí)的次序?qū)謴?fù)期心臟自主神經(jīng)功能的影響[J].體育科研,2017,38(6):87-92.

[9]胡斐,王金之,黃佩玲,等.不同負(fù)重量站立30min對健康青年心臟自主神經(jīng)功能的影響[J].中國應(yīng)用生理學(xué)雜志,2017,33(2):193-196.

[10]王增剛,胡斐,徐盛嘉,等.18 km中等強度負(fù)重行軍對心臟自主神經(jīng)功能的影響[J].軍事體育學(xué)報,2018,37(1):112-115.

[11]胡斐,徐盛嘉,王曉磊,等.力量和耐力組合訓(xùn)練對青年男性心臟自主神經(jīng)功能影響的研究[J].遼寧體育科技,2018,40(2):48-53.

[12]Mendonca GV, Fernhall B, Heffernan KS, Pereira FD. Spectralmethods of heart rate variability analysis during dynamic exercise[J].ClinAuton Res, 2009,19(4): 237-245.

[13]White DW, Raven PB. Autonomic neural control of heart rateduring dynamic exercise: Revisited[J]. J Physiol 2014,592(12):2491-2500.

[14]于文兵,高麗麗,李天義,等.三種力量訓(xùn)練方案對健康青年心臟自主神經(jīng)功能的影響[J].中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2017,32(5):548-553.

[15]Hughson RL, Shoemaker JK. Autonomic responses to exercise: deconditioning/inactivity[J]. AutonNeurosci,2015（188）:32-35.

[16]Leosco D, Parisi V, Femminella GD, et al. Effects of exercisetraining on cardiovascular adrenergic system[J]. Front Physiol,2013（4）：348.

[17]Nelson AJ, Juraska JM, Musch TI, Iwamoto GA. Neuroplasticadaptations to exercise: Neuronal remodeling in cardiorespiratoryand locomotor areas[J]. J ApplPhysiol (1985),2005,99(6):2312-2322.

[18]al-Ani M, Munir SM, White M, Townend J, Coote JH. Changes inR-R variability before and after endurance training measured bypower spectral analysis and by the effect of isometric muscle contraction[J].Eur J ApplPhysiolOccupPhysiol, 1996,74(5):397-403.

[19]Okazaki K, Iwasaki K, Prasad A, et al. Dose-response relationshipof endurance training for autonomic circulatory control in healthyseniors[J]. J ApplPhysiol (1985), 2005,99(3):1041-1049.

[20]Wilson MG, Ellison GM, Cable NT. Basic science behind the cardiovascular benefits of exercise[J]. Heart, 2015，101(10):758-765.

[21]Bhati P, Moiz JA, Menon GR et al. Does resistance training modulate cardiac autonomic control?A systematic review and meta?analysis [J].Clin Auton Res, 2019，29(1):75-103.

[22]姚增強,胡斐,趙彥,等.8周力量和耐力組合訓(xùn)練對健康青年心臟自主神經(jīng)功能產(chǎn)生的影響[J].南京師大學(xué)報(自然科學(xué)版),2017,40(4):116-119.

[23]馬繼政,徐盛嘉,丁明超，等.基本運動訓(xùn)練原則在促進新入校大學(xué)生基礎(chǔ)運動技能方面的實踐研究[J].體育科技,2018(2):136-142.

On the Change of Healthy Young Males’ Cardiac Autonomic Nervous Function after Long-term Aerobic-based Exercise Training

LI Tianyi, etal.

(Jinling Institute of Technology, Nanjing 211169, Jiangsu, China)

解放軍理工大學(xué)預(yù)先研究基金（KYJYZLXY1602-35）；全軍軍事類研究生資助課題（2016JY374）；江蘇省普通高校學(xué)術(shù)學(xué)位研究生科技創(chuàng)新計劃項目（KYCX17_1369）。

李天義（1978—），碩士，講師，研究方向：運動訓(xùn)練。