時雪瑩 孔兆偉 聶金雷

1 駐馬店幼兒師范高等?？茖W(xué)校（河南 駐馬店 463000）

2 澳門大學(xué)教育學(xué)院（澳門 999078）

3 澳門理工大學(xué)健康科學(xué)及體育學(xué)院（澳門 999078）

操控訓(xùn)練壓力及其恢復(fù)是提高耐力素質(zhì)的重要原則，然而，如果不能保持生理適應(yīng)所需的高訓(xùn)練壓力與從這種壓力中適當(dāng)恢復(fù)之間的微妙平衡，高訓(xùn)練應(yīng)激引起的疲勞可能會累積導(dǎo)致運動員進入功能性過量訓(xùn)練（functional overreaching，F(xiàn)OR）狀態(tài)，如進一步發(fā)展可到非功能性過量訓(xùn)練（non-functionally overreached，NFOR）狀態(tài)，最終甚至導(dǎo)致過度訓(xùn)練綜合征[1]。因此，建立能夠準(zhǔn)確反映運動訓(xùn)練狀態(tài)的標(biāo)志物是運動生理學(xué)研究的一個熱點問題。如果這種標(biāo)志物可以用于監(jiān)測訓(xùn)練引起的疲勞或恢復(fù)/適應(yīng)水平，則會有助于精準(zhǔn)調(diào)整訓(xùn)練負(fù)荷，使訓(xùn)練計劃個體化[1]。

在運動及其恢復(fù)期自主神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮維持穩(wěn)態(tài)的功能，適度反復(fù)暴露在運動壓力下會導(dǎo)致生理適應(yīng)從而減少后續(xù)壓力對穩(wěn)態(tài)平衡的擾動[1]。因此，評估自主神經(jīng)對訓(xùn)練負(fù)荷變化的反應(yīng)有助于了解機體耐受或適應(yīng)運動應(yīng)激的能力[2]。自主神經(jīng)的調(diào)節(jié)可以通過心率變異性來評估，這樣理論上心率變異性也可以反映訓(xùn)練狀況，但早先的研究結(jié)果缺乏一致性[2]。近些年來，便攜式心率測試設(shè)備特別是可穿戴傳感器技術(shù)及相關(guān)算法的發(fā)展促進了此領(lǐng)域的研究，現(xiàn)在已經(jīng)意識到早先多數(shù)研究呈現(xiàn)的矛盾很可能是由于當(dāng)時對監(jiān)測中的一些關(guān)鍵問題如分析和解釋數(shù)據(jù)的認(rèn)識不足有關(guān)，這是基于近些年在利用心率變異性監(jiān)測耐力訓(xùn)練狀態(tài)和利用監(jiān)測結(jié)果指導(dǎo)耐力訓(xùn)練兩方面都有了證據(jù)堅實的新認(rèn)識。本文總結(jié)心率變異性應(yīng)用于耐力訓(xùn)練“監(jiān)”與“控”兩方面的研究進展。

1 rMSSD監(jiān)測訓(xùn)練的關(guān)鍵問題

一般而言，在訓(xùn)練實踐中監(jiān)測機能狀態(tài)需要解決的關(guān)鍵問題主要是如何準(zhǔn)確收集有意義的數(shù)據(jù)以及如何合理分析及解釋數(shù)據(jù)。另外，運動員對測試實施的依從性也應(yīng)著重考慮。

目前一致的觀點是用于運動員監(jiān)測的首選心率變異性參數(shù)是反映心臟副交感神經(jīng)活動的連續(xù)相鄰R-R間期差的均方根（root mean square of successive RR interval differences，rMSSD）。這是因為與其他心率變異性參數(shù)相比，rMSSD 受呼吸頻率的影響較小并在測量穩(wěn)定性和重復(fù)性上占有優(yōu)勢[3]。另外，傳統(tǒng)的評估心率變異性的標(biāo)準(zhǔn)程序應(yīng)包括至少5分鐘的心率收集期以及在此之前至少5分鐘的穩(wěn)定期[4]。研究已顯示，在運動人群，只需1分鐘的穩(wěn)定期以及1分鐘的心率收集期即可得到準(zhǔn)確的rMSSD值[3，5]，測試耗時短也有利于rMSSD檢測實施的依從性。

獲取準(zhǔn)確的rMSSD 主要取決于使用的儀器測量R-R 間期的準(zhǔn)確性。心電圖機當(dāng)然是作為金標(biāo)準(zhǔn)的首選，但長期用于運動員監(jiān)測并不實用。近些年已驗證了準(zhǔn)確性與心電圖相仿的實用的R-R 間期測量硬件，包括Polar 公司的H7/H10 型心率胸帶[6]、Polar 公司的Vantage V2 型腕表[7]和Schosche 公司的Rhythm 24型臂帶[8]。值得注意的是，單獨利用智能手機借助專門的軟件測試得到的rMSSSD 的高效度及信度已得到嚴(yán)謹(jǐn)實驗的驗證[9]，這給運動員利用rMSSD監(jiān)測訓(xùn)練提供了極大便利。

收集有意義數(shù)據(jù)問題涉及選擇合適的觀察點。由于自主神經(jīng)活動對環(huán)境條件（如噪音、光線或溫度）高度敏感，因此應(yīng)盡量使測試條件標(biāo)準(zhǔn)化，以解析出訓(xùn)練對自主神經(jīng)功能的影響[2]。目前比較趨于一致的觀點是選擇早晨剛睡醒時臥位測試，這是因為與其他觀察點相比，如運動中及運動后，晨起測試更準(zhǔn)確[2]。另外，睡眠中測試一直都被認(rèn)為可能是理論上的標(biāo)準(zhǔn)化觀察點。然而已發(fā)現(xiàn)睡眠模式如慢波或快波睡眠會嚴(yán)重影響心率變異性，從而限制了在睡眠中監(jiān)測的實際應(yīng)用[10]。不過新近的研究顯示，運動員整晚睡眠心率變異性的平均值與他們晨起的測試值高度一致[11]，這提示了一種選擇夜間睡眠期監(jiān)測的方案。然而脫離實驗室條件，目前仍缺乏便于運動員及一般鍛煉者在日常睡眠中使用的相應(yīng)軟硬件，這值得研究者進一步在不同運動人群驗證以及相關(guān)廠商跟進。

監(jiān)測實踐中發(fā)現(xiàn)，即便是選擇了精準(zhǔn)的測試儀且也堅持晨起就做測試，心率變異性數(shù)據(jù)依然有很高的日間變異，這意味著連續(xù)幾天之間的rMSSD 可以有很大的波動，這個心率變異性的固有特點給解釋數(shù)據(jù)帶來挑戰(zhàn)[2]。因此，解釋數(shù)據(jù)的第一步是需要能確定哪些變化只是正常日常波動，而哪些變化的確重要或真正反映了對訓(xùn)練的反應(yīng)或適應(yīng)。計算最小有意義變化（smallest worthwhile change，SWC）是目前普遍采用的解決方案[2]。多數(shù)研究采用的具體計算方法是，在機能穩(wěn)定的一段時間，通常是2 至8 周，連續(xù)測試一名運動員每日晨起rMSSD，計算所有值的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差，則最小有意義變化等于標(biāo)準(zhǔn)差×0.5，也就是說，如每日具體值落在“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差x0.5”這個最小有意義變化范圍內(nèi)，則應(yīng)解釋為正常波動而不具有監(jiān)測意義（見圖1）[12]。另一個克服心率變異性日間波動大的方法是引入7天滾動平均值（7-day rolling average）的計算，即每日的7天滾動平均值是當(dāng)日算起近七天rMSSD 的平均值[12]。Plews 等的研究顯示，當(dāng)rMSSD 數(shù)據(jù)在一周內(nèi)被平均時，運動員非功能性過量訓(xùn)練的狀態(tài)被清晰顯示，表現(xiàn)為7 天滾動平均值在過量訓(xùn)練期間遠(yuǎn)低于正常波動范圍。然而，當(dāng)用孤立的單日值分析時，rMSSD數(shù)據(jù)會導(dǎo)致極大誤導(dǎo)，即當(dāng)運動員訓(xùn)練處于機能狀態(tài)良好時，很多rMSSD單日值卻遠(yuǎn)低于正常波動范圍（見圖1）[12]。這表明，與單個孤立的早晨靜息rMSSD相比，近7日rMSSD 平均值更能準(zhǔn)確反映運動員自主神經(jīng)平衡的實際變化。Le Meur 等的研究不僅再次證實了最小有意義變化和7 天滾動平均值的監(jiān)測價值，更為重要的是揭示了當(dāng)7天滾動平均值高于正常波動范圍時的監(jiān)測意義，即反映了運動員處于功能性過量訓(xùn)練[13]。這樣，Plews等[12]和Le Meur等[13]的這兩項研究相互驗證和補充，從而建立了rMSSD 監(jiān)測訓(xùn)練中分析與解釋數(shù)據(jù)的原則是逐日每天測試晨起臥位rMSSD并依據(jù)7 天滾動平均值落在最小有意義變化范圍的位置解釋訓(xùn)練狀態(tài)。

圖1 兩名運動員晨起臥位rMSSD監(jiān)測訓(xùn)練狀態(tài)示例[12]

2 rMSSD指導(dǎo)訓(xùn)練的實證研究

2007 年Kiviniemi 等首次測試了心率變異性在耐力運動處方中的效用[14]，發(fā)現(xiàn)與常規(guī)訓(xùn)練相比，心率變異性指導(dǎo)的訓(xùn)練提高最大跑速幅度更大，且只有心率變異性指導(dǎo)的訓(xùn)練顯著提高了最大攝氧量。這是首次發(fā)現(xiàn)心率變異性指導(dǎo)的訓(xùn)練在耐力訓(xùn)練效果上有優(yōu)勢[14]。此后隨著對心率變異性監(jiān)測訓(xùn)練的關(guān)鍵問題認(rèn)識的深入，監(jiān)測及分析策略不斷改進，多數(shù)研究在指標(biāo)上逐漸趨于使用rMSSD，并采用個體最小有意義變化范圍及7天rMSSD 滾動平均值作為數(shù)據(jù)分析與解讀的重要環(huán)節(jié)，其中Vesterinen 等的研究最具有代表性[15]。該研究[15]為了驗證在耐力訓(xùn)練處方中使用rMSSD提高耐力的效果，將40名休閑耐力跑訓(xùn)練者分為rMSSD 指導(dǎo)訓(xùn)練組和傳統(tǒng)訓(xùn)練組。在4 周的準(zhǔn)備訓(xùn)練期后，傳統(tǒng)訓(xùn)練組按照預(yù)定的計劃進行訓(xùn)練，包括在8 周的強化訓(xùn)練期間每周進行2～3次中/高強度訓(xùn)練，而rMSSD指導(dǎo)訓(xùn)練組的訓(xùn)練安排是基于每天早上測量的安靜rMS?SD 狀況，即如果7 天rMSSD 滾動平均值在個人正常波動范圍內(nèi)，就安排中/高強度訓(xùn)練，否則就進行低強度訓(xùn)練且持續(xù)到rMSSD恢復(fù)至平均水平再開始安排高強度訓(xùn)練。圖2顯示了該研究中一名訓(xùn)練者整個研究期間如何利用rMSSD 來安排訓(xùn)練?？偣?1 人完成了整個實驗，結(jié)果顯示盡管訓(xùn)練提升最大攝氧量的幅度在兩組間沒有顯著性差異，但只有rMSSD 指導(dǎo)訓(xùn)練組顯著提高了三千米跑的成績（約13.4 秒）。值得注意的是，與傳統(tǒng)訓(xùn)練組相比，rMSSD指導(dǎo)訓(xùn)練組中/高強度訓(xùn)練的次數(shù)顯著減少，這提示以心率變異性為基礎(chǔ)的個體化的訓(xùn)練盡管總體訓(xùn)練強度降低，但訓(xùn)練適應(yīng)的獲益更大。該研究結(jié)果表明，與主觀預(yù)設(shè)的訓(xùn)練相比，根據(jù)rMSSD 來確定高強度訓(xùn)練的時機更為理想，也就是在合適的時間給予合適的運動刺激會產(chǎn)生更優(yōu)的積極適應(yīng)。該研究進一步提示心率變異性在耐力訓(xùn)練處方實踐中有價值，但僅為單項研究，樣本量小。

圖2 Vesterinen等研究中用rMSSD指導(dǎo)訓(xùn)練示例[15]

為彌補單一研究的局限性，新近有多篇Meta 分析論文從不同角度綜述了此領(lǐng)域的實證研究[16-19]?？偨Y(jié)這些綜述的結(jié)論，比較肯定的觀點是，在提升亞極量運動的生理參數(shù)，如無氧閾及其相應(yīng)的運動強度等方面，rMSSD 指導(dǎo)較常規(guī)訓(xùn)練有顯著的中等程度優(yōu)勢[16-19]。然而，對運動成績提高是否有優(yōu)勢卻有分歧[16]，比較確切的觀點是rMSSD指導(dǎo)的訓(xùn)練有顯著優(yōu)勢的運動項目是跑步，如三千米/五千米跑[17]。另外，觀察個體數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)訓(xùn)練相比，rMSSD指導(dǎo)的訓(xùn)練成績提高的人數(shù)占比更大，因此，遵循基于心率變異性的日常訓(xùn)練有更大的概率提高有氧耐力水平[16-18]。另一個值得注意的特點是，相對于常規(guī)訓(xùn)練，rMSSD指導(dǎo)的訓(xùn)練較少利用高強度運動或訓(xùn)練總次數(shù)減少，但耐力上的獲益相當(dāng)或更優(yōu)[16，17]。另外，對不同訓(xùn)練水平者獲益的差異分析結(jié)果顯示，業(yè)余水平和女性參與者采用rMSSD指導(dǎo)的訓(xùn)練獲益更大，而優(yōu)秀耐力運動員的獲益相對較小[19]。

3 優(yōu)秀運動員的獨特性

優(yōu)秀耐力運動員訓(xùn)練負(fù)荷高但恢復(fù)期短，因此會不斷觸及功能性與非功能性過量訓(xùn)練的邊界以最大程度增進體能。由于遺傳及訓(xùn)練差異，優(yōu)秀運動員對訓(xùn)練壓力及隨后恢復(fù)的反應(yīng)可能與一般鍛煉者有所差異[20]。研究發(fā)現(xiàn)，雖然高水平訓(xùn)練的耐力運動員通常安靜心率較低而心率變異性較高，但也會出現(xiàn)心率及心率變異性同時降低[2]。低心率時心率變異性降低的機制可能是：迷走神經(jīng)高張力引起細(xì)胞水平乙酰膽堿受體飽和，導(dǎo)致竇房結(jié)被持續(xù)的副交感神經(jīng)超強控制，這反而會削弱呼吸性心臟調(diào)節(jié)從而降低心率變異性[2]。這種飽和現(xiàn)象，即低心率同時低心率變異性，對于利用心率變異性評估優(yōu)秀耐力運動員訓(xùn)練狀態(tài)來說是一個重要考慮因素。例如，實際訓(xùn)練中在高負(fù)荷下，可發(fā)生心率變異性的降低，在理論上這意味著自主神經(jīng)功能的壓力很大或非功能性過量訓(xùn)練狀態(tài)，后續(xù)訓(xùn)練原則上應(yīng)降低負(fù)荷，然而對于優(yōu)秀的耐力運動員，此時應(yīng)評估心率變異性的降低是否是飽和現(xiàn)象。評估的方法之一是使用Ln rMSSD（rMSSD 的自然對數(shù)值）與R-R 間期的比值，即如果心率變異性降低時伴隨著Ln rMSSD與R-R 間期的比值降低，則意味著運動員處于飽和狀態(tài)，后續(xù)訓(xùn)練可不必降低負(fù)荷[2]。Plews 等的研究顯示了優(yōu)秀運動員自主神經(jīng)功能飽和現(xiàn)象及鑒別方法（見圖3）[21]。對一名賽艇運動員在世錦賽前7 周訓(xùn)練期間晨起Ln rMSSD 每周均值及其與R-R 間期比值的變化進行觀察發(fā)現(xiàn)，有兩個觀察點的Ln rMSSD 明顯降低，理論上這提示適應(yīng)不良，應(yīng)在后續(xù)訓(xùn)練中降低負(fù)荷，但Ln rMSSD 與R-R 間期比值的大幅降低提示飽和現(xiàn)象存在，因此在后續(xù)訓(xùn)練并沒有大幅降低負(fù)荷，此運動員在隨后的比賽中獲得了賽艇世錦賽冠軍[21]。另一個降低飽和現(xiàn)象干擾的方法是采用非臥位測量方式。與通常采用的臥位測量相比，坐位或站位會產(chǎn)生低水平的持續(xù)交感神經(jīng)張力從而抑制迷走神經(jīng)活動過低而進入飽和狀態(tài)[2]。因此目前傾向于推薦優(yōu)秀運動員晨起rMSSD的測試采用坐位或站位[2]。

圖3 優(yōu)秀運動員自主神經(jīng)功能的飽和現(xiàn)象及鑒別方法示例[21]

對于一個在高負(fù)荷訓(xùn)練期間顯示出飽和狀態(tài)的運動員，飽和現(xiàn)象的突然消失（表現(xiàn)為Ln rMSSD 與R-R間期比值明顯增加，如圖3 所示的最后一周）則意味著，要么進入了積極性適應(yīng)，如賽前狀態(tài)，要么是出現(xiàn)了嚴(yán)重疲勞。對于積極性適應(yīng)與疲勞這兩者的鑒別，除了可以結(jié)合主觀健康量表及神經(jīng)肌肉機能測試（如反向縱跳測試）綜合判斷外，另一個重要的方法是觀察rMSSD 的變異系數(shù)[2]。因為只有在平衡可恢復(fù)的自主神經(jīng)功能狀態(tài)下，心率變異性對日常負(fù)荷變化的反應(yīng)才可能出現(xiàn)較大的日間波動，即有較大的rMSSD 變異系數(shù)提示積極適應(yīng)。相反，在交感神經(jīng)過度興奮下，一天的休息或低負(fù)荷訓(xùn)練可能不足以使副交感神經(jīng)活動恢復(fù)至基礎(chǔ)水平，這很大程度消除了副交感活動相關(guān)指標(biāo)的日間波動，即很低的rMSSD 變異系數(shù)則意味著消極適應(yīng)[12]。值得注意的是，對rMSSD 變異系數(shù)的解讀應(yīng)考慮訓(xùn)練者的背景，上述情況多發(fā)生于高水平耐力運動員，由于他們不斷以高負(fù)荷挑戰(zhàn)非功能性過量訓(xùn)練的邊界，持續(xù)的rMSSD降低合并其變異系數(shù)降低，提示嚴(yán)重的適應(yīng)不良[12]。但對于一般訓(xùn)練者其訓(xùn)練負(fù)荷遠(yuǎn)未挑戰(zhàn)生理極限，當(dāng)提高訓(xùn)練負(fù)荷時，rMSSD變異系數(shù)通常會增加，而隨后如果降低則意味著對當(dāng)前負(fù)荷的積極適應(yīng)[22]。rMSSD變異系數(shù)可以理解為“機能波動”，波動大意味著對訓(xùn)練刺激有反應(yīng)且機能復(fù)原能力強，而波動小有可能意味著積極適應(yīng)，也可以意味著機體對訓(xùn)練刺激已無反應(yīng)，后者是機能很差的表現(xiàn)。

4 研究局限及未來工作

既有研究發(fā)現(xiàn)，訓(xùn)練負(fù)荷量的變化并不總是與晨起rMSSD 值呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)[2，23]。這是因為rMSSD 只是一種捕捉副交感神經(jīng)活動的方法，其反映的是機體生理壓力的總體水平[2，23]。然而，無論是專業(yè)運動員和業(yè)余訓(xùn)練者，訓(xùn)練不可能是日常生活中唯一的壓力源，除了運動訓(xùn)練，其他壓力源可來自家庭、工作甚至學(xué)業(yè)等。因此，非訓(xùn)練因素的壓力，如心理因素可強烈影響晨起心率變異性的水平，這使得難以將心率變異性的變化歸因于特定的因素。這似乎是利用心率變異性監(jiān)控運動訓(xùn)練的一個重要局限。然而，從另一個角度看，如果晨起的心率變異性與訓(xùn)練負(fù)荷完全相關(guān)，當(dāng)測量了訓(xùn)練的外部負(fù)荷后，則意味著心率變異性這個指標(biāo)并無實踐價值，因為它沒有提供任何新的信息。事實上，研究已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)訓(xùn)練負(fù)荷增加，晨起rMSSD可保持在正常范圍或增加，這意味著對訓(xùn)練壓力的反應(yīng)很好，是訓(xùn)練適應(yīng)良好的標(biāo)志[2]。另一方面，也可以觀察到由于其他壓力，如睡眠不足、長途旅行、超時工作或炎熱環(huán)境下低訓(xùn)練負(fù)荷時晨起心率變異性顯著降低，這反映了機體對生理總壓力的適應(yīng)不良[24，25]。這些研究結(jié)果強烈提示，晨起rMSSD水平實質(zhì)上反映了機體（主要是心血管自主神經(jīng)機能）適應(yīng)和應(yīng)對總壓力的“機能盈余”，雖然較高的訓(xùn)練壓力通常以晨起rMSSD的減少為突出表現(xiàn)，但對訓(xùn)練壓力的良好適應(yīng)可使晨起rMSSD 保持穩(wěn)定或增加。這個“機能盈余”的信息有重要實踐價值，因為它可以提供客觀的機能適應(yīng)的反饋從而對訓(xùn)練做出有意義的調(diào)整。因此，在沒有適當(dāng)?shù)纳罴坝?xùn)練背景下可能會錯誤解讀晨起心率變異性的意義。不過，新近的相關(guān)研究的測試中已包括了生活和訓(xùn)練背景以及心理指標(biāo)測量[24，25]，這也將是未來研究及監(jiān)控實踐必要的組成部分。

縱觀前期利用心率變異性指導(dǎo)訓(xùn)練的實證研究，仍有以下局限性值得考慮：首先是研究數(shù)量少，即使采用Meta分析，樣本量依然不大，這限制了對不同訓(xùn)練方案以及不同運動人群適用性的了解[16-19]。其次在研究質(zhì)量方面，幾乎所有的研究都沒有采用雙盲或交叉實驗設(shè)計，使心理因素及個體差異對結(jié)果的影響仍未能得到有效控制。另外，觀察的時間短（普遍是8周的訓(xùn)練期）以及心率變異性測試仍缺乏標(biāo)準(zhǔn)化也是重要的研究限制。因此，除了繼續(xù)探索心率變異性測試的進一步標(biāo)準(zhǔn)化，在多種運動人群采用雙盲隨機對照交叉設(shè)計且觀察期更長的研究非常值得期待。

近些年來，新型監(jiān)測心率的可穿戴設(shè)備不斷涌現(xiàn)，但目前大多數(shù)面向消費者的、旨在監(jiān)測心率變異性的可穿戴傳感器仍沒有進行效度及信度驗證[26]，考慮到心率變異性計算對心動周期（R-R間期）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的要求遠(yuǎn)高于運動心率測量[2]，因此，驗證不斷出現(xiàn)的監(jiān)測心率變異性的可穿戴設(shè)備也應(yīng)是未來工作的重要內(nèi)容。

5 小結(jié)

近些年來，在利用心率變異性監(jiān)測耐力訓(xùn)練狀態(tài)和采用監(jiān)測結(jié)果指導(dǎo)耐力訓(xùn)練方面都有了堅實的研究進展，主要包括，一方面，心率變異性監(jiān)測訓(xùn)練的操作原則是每天測試晨起臥位rMSSD 并依據(jù)7天滾動平均值落在最小有意義變化范圍的位置且結(jié)合非訓(xùn)練因素解釋訓(xùn)練狀態(tài)，并留意優(yōu)秀運動員自主神經(jīng)調(diào)節(jié)的飽和現(xiàn)象，另一方面，在提升亞極量運動的生理參數(shù)如無氧閾和訓(xùn)練效率等方面，rMSSD 指導(dǎo)較常規(guī)訓(xùn)練有優(yōu)勢。