劉 珂

1 引言

Omegawave系統(tǒng)是美國Omegawave Technologies LLC開發(fā)的一種測試系統(tǒng)，能夠針對心臟系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)進行身體機能的評價，其特點是簡單方便，反饋及時。這種監(jiān)控方法，充分應(yīng)用了“訓(xùn)練窗”理論，對于精英運動員的個性化訓(xùn)練提供了試試的可能性和可操作性［1］。通過長期的Omegawave機能狀態(tài)監(jiān)控可以準(zhǔn)確把控運動員在訓(xùn)練階段中競技狀態(tài)的變化，提高訓(xùn)練效率，避免過度疲勞和運動損傷。

目前常用的生化指標(biāo)以及心率指標(biāo)的監(jiān)控雖然能夠起到不錯的效果，但只能反映心臟和機體功能，不能反映出運動員的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的狀態(tài)。且生化標(biāo)本的采集是有創(chuàng)的，在采血之后很多項目的訓(xùn)練是受限的，獲得結(jié)果時間較長。而Omegawave測試能夠通過無創(chuàng)的測量方式一次性獲取心臟功能、中樞神經(jīng)機能狀況、植物神經(jīng)系統(tǒng)等生物學(xué)參數(shù)，并對運動員的機能狀態(tài)做出實時的綜合性診斷和評估，為教練員安排訓(xùn)練計劃及賽前準(zhǔn)備提供參考。

2 Omegawave系統(tǒng)的基本原理

2.1 心臟功能系統(tǒng)

心臟系統(tǒng)的功能狀態(tài)能夠反映多級系統(tǒng)在適應(yīng)訓(xùn)練負(fù)荷過程中調(diào)節(jié)心臟功能的綜合反應(yīng)。其作用是形成關(guān)鍵有效的適應(yīng)，從而改善運動員的訓(xùn)練狀態(tài)。功能狀態(tài)水平是心臟系統(tǒng)執(zhí)行此功能的一個重要指標(biāo)。Omegawave用心率帶進行采集靜息心率（RHR）和心率變異性（HRV），通過仰臥3-5分鐘的評估，采用專有的模型和算法全面分析和確定壓力水平、功能儲備，以及心臟系統(tǒng)的恢復(fù)模式，最終評估心臟系統(tǒng)的功能狀態(tài)，反映了對訓(xùn)練負(fù)荷準(zhǔn)備情況的準(zhǔn)確圖像。

靜息心率能夠反映身體的機能狀態(tài)，如果一個運動員在疲勞狀況下，靜息心率會明顯高于平時正常狀態(tài)。而在過度疲勞狀態(tài)下，達到平時訓(xùn)練的心率其主觀疲勞感覺會增加，且恢復(fù)時間更長［2］。

心率變異（HRV）是指逐次心動周期之間的時間變異系數(shù)，即心率快慢的變化差異和規(guī)律，一般通過R-R間期來計算。正常情況下，由植物神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)心血管功能，使竇房結(jié)按照一定的節(jié)律搏動，而這種內(nèi)在的平衡會在機體疲勞或出現(xiàn)疾病時被打破，從而引發(fā)HRV的改變。而植物神經(jīng)由交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)兩大神經(jīng)系統(tǒng)所支配，二者是相互拮抗的，副交感神經(jīng)使心率變慢，而交感神經(jīng)使心率變快［3，4］。

交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)二者相互制約達到動態(tài)平衡。當(dāng)機體出現(xiàn)疲勞時，交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)失去平衡，心跳節(jié)律和心血管系統(tǒng)功能紊亂，從而表現(xiàn)出心率變異。通常用心率變異來表現(xiàn)體液調(diào)節(jié)。HRV隨著疲勞程度的增加而升高［5］。

促使運動員產(chǎn)生HRV改變的主要因素是運動量、運動強度和訓(xùn)練時間。運動員心率變緩的最主要原因是心肌重構(gòu)，使心自主神經(jīng)調(diào)節(jié)達到新的穩(wěn)態(tài)。當(dāng)訓(xùn)練負(fù)荷達到一定程度時，迷走神經(jīng)興奮以減少心肌損耗，減輕心肌負(fù)荷，從而保護心肌收到進一步的損傷［6］。

影響HRV的生理因素很多，除了性別、年齡、體型等因素外，情緒、心理、性格等心理因素、呼吸、運動、血壓、月經(jīng)周期以及睡眠等均對HRV產(chǎn)生不同程度的影響。同時，神經(jīng)源性疾病、心血管疾病、內(nèi)分泌等病理因素均可能影響結(jié)果［7］。因此，想要準(zhǔn)確評估運動員當(dāng)前的心臟功能狀態(tài)，需要與運動員進行進一步的交流與溝通，以排除上述的影響因素。

Omegawave通過心率帶測量，主要采用時域和頻域分析法，獲取各種參數(shù)，對運動員的心功能進行評估。時域分析獲得參數(shù)有R-R間期標(biāo)準(zhǔn)差SDNN，SDSD，R-R間期差的均方根RMSSD，通過非線性HRV分析法，計算心率變異的散點圖和柱狀圖，如圖一所示。如果R-R間期在正常調(diào)控范圍內(nèi)，散點圖會在綠色區(qū)域，且分布比較均勻，柱狀圖呈正態(tài)分布，如果交感神經(jīng)緊張，則散點圖會和柱狀圖聚集，副交感神經(jīng)緊張，則比較分散。

圖一 心率變異的散點圖和柱狀圖

頻域分析獲得參數(shù)有低頻均值LF、高頻均值HF、交感-迷走神經(jīng)平衡指數(shù)LF/HF等。

通過低頻和高頻計算頻譜圖，如圖二 所示。一般認(rèn)為，LF增多表明交感神經(jīng)興奮，HF增多，則表現(xiàn)為迷走神經(jīng)興奮［8］。

圖二 頻譜柱狀圖和頻譜圖

圖三為Omegawave系統(tǒng)測試的心肺調(diào)節(jié)系統(tǒng)的評估結(jié)果，根據(jù)左右兩圖的具體參數(shù)，給出心肺調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能狀態(tài)和壓力的評分（1-7分，7分為最好，1分為最差）。

圖三 心肺調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能狀態(tài)

2.2 中樞神經(jīng)系統(tǒng)

大腦激活程度或喚醒水平?jīng)Q定了中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）處理內(nèi)部和外部信息并做出適當(dāng)反應(yīng)的能力。中樞神經(jīng)系統(tǒng)準(zhǔn)備良好或處于最佳激活狀態(tài)對于運動員掌握技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)技能，認(rèn)知控制，情緒調(diào)節(jié)，精神和運動活動的協(xié)調(diào)等起積極作用。中樞神經(jīng)系統(tǒng)也對心理準(zhǔn)備狀態(tài)和心理韌性起決定性影響，并且能夠反映精神疲勞狀態(tài)［9］。

Omegawave使用大魚際線和大腦前額測量大腦的超低生物電信號（范圍在0到0.5Hz）。并對對這一信號進行分析與評估中樞神經(jīng)系統(tǒng)狀態(tài)。分布在頭部表面的頻率反映了大腦的激活程度——從深度睡眠到高喚醒水平。腦前葉的活動與認(rèn)知功能有關(guān)（感知，注意力，記憶力，準(zhǔn)備能力等），同時它還能夠調(diào)節(jié)肌肉張力并協(xié)調(diào)自主運動，姿勢等。大腦中存在直流電位，是安靜時在皮層表面之間或皮層與皮層下之間呈現(xiàn)的電位差。這種點電位在無外界刺激影響時這種電位差能保持相當(dāng)穩(wěn)定，因此也叫作“恒定電位”（SP）［10］。因此Omegawave采用靜息狀態(tài)下直流電位來記錄中樞神經(jīng)狀態(tài)，反映休息時的狀態(tài)和處理即將到來的符合準(zhǔn)備程度。

直流電位與呼吸，周圍的氧合作用，中樞和外周血流動力學(xué)的變化有關(guān)［11］。大腦的直流電位測量大腦極低控制系統(tǒng)的活動水平，反映了覺醒和精神活動的水平，抵抗競技準(zhǔn)備能力發(fā)展過程中的壓力、代償能力和生物適應(yīng)成本。在更復(fù)雜的層面上，直流電位反映了系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)程度。直流電勢反映了運動員大腦活動和中樞神經(jīng)系統(tǒng)準(zhǔn)備狀態(tài)的一般水平［12］。直流電的潛在動態(tài)變化和特征（振幅，形式，穩(wěn)定時間等）代表適應(yīng)了當(dāng)前運動強度后的大腦代謝平衡變化，并且它還與認(rèn)知和心理負(fù)荷相關(guān)［13］。直流電位的顯著變化與代謝系統(tǒng)維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)平衡能力的下降有關(guān)，這將影響認(rèn)知和情緒控制，增加焦慮并導(dǎo)致出現(xiàn)錯誤和運動表現(xiàn)水平下降。

直流電位一般在25-45mV處于最佳狀態(tài)，過低（＜0mV）代表中樞神經(jīng)處于極度疲勞狀態(tài)，對認(rèn)知活動、學(xué)習(xí)能力下降，過高（＞45mV）表明精神活躍度緊張，由于高度緊張狀態(tài)導(dǎo)致大腦終身機制的調(diào)節(jié)功能降低，身體適應(yīng)能力變差。同時，根據(jù)穩(wěn)定的時間和直流電位的圖形最后評估中樞神經(jīng)的狀態(tài)，用來反映中樞神經(jīng)系統(tǒng)的狀態(tài)、休息的狀態(tài)和處理即將到來的負(fù)荷的準(zhǔn)備程度。圖四為Omegawave測試的中樞神經(jīng)結(jié)果。結(jié)果會對中樞神經(jīng)系統(tǒng)準(zhǔn)備狀態(tài)給出評分（1-7分，7分為最好，1分為最差）。

圖四 中樞神經(jīng)系統(tǒng)準(zhǔn)備狀態(tài)

3 Omegawave監(jiān)控的應(yīng)用

Omegawave將身體需要發(fā)展的素質(zhì)分為四個模塊：耐力、速度&爆發(fā)力、力量、協(xié)調(diào)能力&技巧。通過測試，評估運動員的當(dāng)前準(zhǔn)備狀態(tài)，根據(jù)運動員對先前負(fù)荷的生理適應(yīng)的頻繁監(jiān)測和分析，確定新負(fù)荷的有效時間框架，也叫窗口，分析運動員適合訓(xùn)練哪個模塊。一方面使訓(xùn)練達到最佳效果，另一方面避免運動損傷。如圖五所示，如果身體機能不適合某一類型的運動，訓(xùn)練窗口就會關(guān)閉，此時不應(yīng)該嘗試訓(xùn)練關(guān)閉的窗口，這時可以訓(xùn)練其他身體素質(zhì)。同時還顯示需要發(fā)展的身體素質(zhì)的靶心率。Omegawave的應(yīng)用理念打破了一貫地以教練員為主體的訓(xùn)練體系，主要是以運動員為主體，通過對運動員當(dāng)天的心臟功能與中樞神經(jīng)準(zhǔn)備狀態(tài)來確定訓(xùn)練計劃，最大程度提高訓(xùn)練效果，有效預(yù)防運動損傷。

圖五 Omegawave總體結(jié)果和訓(xùn)練窗

經(jīng)文獻查詢，目前我國多個國家隊、省隊以及高校都使用該設(shè)備，涉及的項目有足球、皮劃艇、賽艇、射擊、射箭、手球等。但目前我國報道的文獻中，Omegawave更多地運用于訓(xùn)練強度與負(fù)荷的監(jiān)控，而非指導(dǎo)訓(xùn)練［14，15］。

如果訓(xùn)練前進行測試，根據(jù)當(dāng)前運動員的身體準(zhǔn)備狀態(tài)去制定訓(xùn)練計劃才能使該設(shè)備達到最佳效果。同時需要指出的是，單次的Omegawave測試只能反映當(dāng)時的狀態(tài)，重要的是跟蹤短期和長期適應(yīng)各種形式的負(fù)荷，以便成功地管理訓(xùn)練過程的每個階段（即：單次訓(xùn)練，小循環(huán)、大循環(huán)，訓(xùn)練板塊，頂端/達到峰值）。這些信息可用于評估正在進行的適應(yīng)過程，并采取相應(yīng)措施調(diào)整訓(xùn)練過程。