杜維平，宋 婧，郝建華，池愛平

(1.陜西師范大學(xué) 體育學(xué)院，陜西 西安 710119;2.包頭市體育運(yùn)動學(xué)校，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

充足的睡眠可以有效恢復(fù)人體的體能，而低質(zhì)量的睡眠不僅不能使人體體能得到恢復(fù)，還會造成心交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的失衡，從而造成運(yùn)動能力的下降[1]。研究發(fā)現(xiàn)，一次睡眠不足后，對人體最大無氧功率無較大影響，但會造成平均無氧功率和最小無氧功率顯著性下降，疲勞指標(biāo)出現(xiàn)梯度上升；此外，與睡眠正常者相比，一次性睡眠不足者運(yùn)動時達(dá)到最大攝影量峰值的時間也會顯著性提前，睡眠不足會造成人體無氧能力和抗疲勞能力下降，并且對有氧能力的消極影響也較為明顯[2-3]。

運(yùn)動后的心臟自主神經(jīng)活性可以用心率變異性(Heart Rate Variability，HRV)和單位時間心率恢復(fù)的速度(Heart Rate Recovery HRR)來評價，心率變異性包含了大量自主神經(jīng)對心臟系統(tǒng)的調(diào)節(jié)信息，在運(yùn)動前后檢測HRV可以有效評估心交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的平衡性，是監(jiān)控心臟自主神經(jīng)和運(yùn)動訓(xùn)練適應(yīng)性的有效手段[4]。

盡管已有文獻(xiàn)對睡眠和訓(xùn)練學(xué)參數(shù)對心臟自主神經(jīng)影響進(jìn)行了研究，但二者的交互性對心臟自主神經(jīng)的影響及其變化規(guī)律的研究目前鮮有報(bào)道。因此，為了探索一次性睡眠不足對人體力竭運(yùn)動后心臟自主神經(jīng)活性的影響，以體育專業(yè)大學(xué)生為實(shí)驗(yàn)對象，建立不同程度的睡眠不足模型，檢測其通過布魯斯(Bruce)方案的跑臺力竭運(yùn)動后的HRV指標(biāo)和HRR指標(biāo)，探索睡眠不足后進(jìn)行力竭運(yùn)動對人體心臟自主神經(jīng)活性的影響，為進(jìn)一步闡明睡眠與運(yùn)動性疲勞之間的關(guān)系提供理論依據(jù)。

1 研究對象與研究方法

1.1 研究對象

選取某高校體育教育專業(yè)30名男生(18～20歲)為研究對象，所有研究對象為普通高考體育類考生(考試訓(xùn)練項(xiàng)目均為100 m、800 m、鉛球、立定跳遠(yuǎn))；根據(jù)某高校體育專業(yè)學(xué)生身體素質(zhì)達(dá)標(biāo)測試成績進(jìn)行篩選，確定研究對象具有良好的運(yùn)動能力。

納入研究對象的篩選條件：100 m成績達(dá)到12.3 s、800 m成績達(dá)到2 min 16 s和立定跳遠(yuǎn)達(dá)到2.66 m。

對研究對象的身高、體重、體成分(體成分測試儀，型號Inbody3.0)等指標(biāo)進(jìn)行測試，確保實(shí)驗(yàn)對象身體基本條件相對均一，離散度較為集中。

1.2 研究方法

1.2.1 睡眠模式的建立

參考2015年美國睡眠基金會18～25歲青年人夜晚睡眠時間推薦量，建立了不同程度睡眠不足模型[5]：輕度睡眠不足組(T1)(4 h<睡眠時間<6 h)和重度睡眠不足組(T2)(睡眠時間≤4 h)兩種模型。造模前告知研究對象本次實(shí)驗(yàn)的過程與目的，并簽訂知情同意書，且在造模期間，研究對象不能有抽煙、喝酒、劇烈運(yùn)動和情緒波動等情況。

睡眠模型的時間控制：三組研究對象入睡時間分別為：對照組夜間十點(diǎn)；T1組次日凌晨一點(diǎn)；T2組次日凌晨四點(diǎn)；所有研究對象均在次日早晨七點(diǎn)準(zhǔn)時被喚醒；同時，研究對象在夜晚佩戴人體機(jī)能檢測儀(GTX-9美國)，用來確認(rèn)實(shí)際睡眠時間。對睡眠時間數(shù)據(jù)整理與分析，篩選出符合輕度睡眠不足和重度睡眠不足要求的研究對象各10人；此外，選擇另外10名睡眠時間在7 h～9 h的測試者作為對照組。

1.2.2 運(yùn)動模型的建立

采用運(yùn)動跑臺(h/p/cosmos cos10253 德國)的布魯斯方案(Bruce Protocol)作為一次性力竭運(yùn)動的干預(yù)方式。調(diào)節(jié)跑臺模式為Bruce運(yùn)動方案，為防范受試者發(fā)生體力不支等意外情況，在受試者上跑臺前將系好緊急安全帶并佩戴Polar表監(jiān)測和記錄動態(tài)心率；啟動跑臺后，系統(tǒng)自動每三分鐘升一級，每級末根據(jù)主觀感覺運(yùn)動負(fù)荷評估表(Rating of Perceived Exertion RPE)詢問受試者每級別跑臺的感受并記錄。

力竭運(yùn)動終止的標(biāo)準(zhǔn)為受試者出現(xiàn)以下任意三種情況[6-8]：①行為表現(xiàn)：受試者表現(xiàn)出呼吸困難并伴隨大汗的情況；②血壓變化：受試者收縮壓大于150 mmHg，舒張壓大于75 mmHg；③心率：受試者心率接近或達(dá)到本人最大心率(220-年齡)；④RPE等級：受試者RPE值達(dá)到18～19級時，經(jīng)鼓勵后仍無法繼續(xù)運(yùn)動。

1.2.3 HRV及HRR指標(biāo)采集方法

三種睡眠時間后讓實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行力竭運(yùn)動，采集每次運(yùn)動前安靜狀態(tài)下5 min、運(yùn)動后即刻及運(yùn)動后30 min HRV指標(biāo)以及運(yùn)動后心率恢復(fù)指標(biāo)。

HRV指標(biāo)采集：使用身體機(jī)能檢測儀GTX-9檢測實(shí)驗(yàn)對象實(shí)驗(yàn)期間HRV的時域指標(biāo)：R-R間期標(biāo)準(zhǔn)差(SDNN)和相鄰R-R間期差的均方根(RMSSD)；頻域指標(biāo)：低頻輸出功率的均值(LF)和高頻輸出功率的均值(HF)。

HRR指標(biāo)采集：檢測實(shí)驗(yàn)對象實(shí)驗(yàn)期間恢復(fù)心率，計(jì)算運(yùn)動后60 s心率下降的絕對值(HRR60)；運(yùn)動后120 s心率下降的絕對值(HRR120)；運(yùn)動后60 s心率下降與運(yùn)動最大心率比值(%HRR60)；運(yùn)動后心率恢復(fù)的相對系數(shù)(CHRR)；%HRR60和CHRR計(jì)算公式如下：

%HRR60=HRR60/HRpeak×100%；

CHRR=HRR60/HRpeak-HRrest×100%。

1.2.4 統(tǒng)計(jì)分析

將HRV與HRR數(shù)據(jù)從Kubios軟件中導(dǎo)出，再運(yùn)用Microsoft Excel、SPSS 24.0、GraphPad Prism統(tǒng)計(jì)分析作圖；數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布采用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)，方差齊性采用Levene檢驗(yàn)；符合正態(tài)分布與方差齊性的數(shù)據(jù)采用單因素重復(fù)方差分析(one-way rmANOVA)；不符合正態(tài)分布與方差齊性的數(shù)據(jù)采用Friedman檢驗(yàn)；數(shù)據(jù)結(jié)果以“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”(χ±s)表示，顯著性差異水平為P<0.05。

2 研究結(jié)果

2.1 睡眠模型評估結(jié)果

根據(jù)不同程度睡眠不足模型的造模方法，同時采用睡眠檢測儀記錄實(shí)驗(yàn)對象的實(shí)際睡眠時間，確保研究對象的睡眠時間符合模型要求，三組睡眠時間結(jié)果見圖1 所示。

圖1 研究對象睡眠結(jié)果注：與對照組比較*表示P<0.05，** 表示P<0.01，***表示 P<0.001；#與T1組比較# 表示P<0.05，##表示 P<0.01。

圖1結(jié)果顯示，研究對象在T1、T2兩種睡眠不足模型中的實(shí)際睡眠時間均符合造模要求，即：T1為4～6h、T2≤4h；且正常對照組的睡眠時間也大于7h。

2.2 運(yùn)動模型評估結(jié)果

為了明確運(yùn)動力竭的終止標(biāo)準(zhǔn)，本實(shí)驗(yàn)確定以行為表現(xiàn)、血壓變化、心率峰值和RPE等級4項(xiàng)條目作為運(yùn)動力竭的評價標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果見表1所示。

表1結(jié)果顯示，在運(yùn)動力竭的終止標(biāo)準(zhǔn)評價的4個指標(biāo)中，研究對象運(yùn)動行為表現(xiàn)均為：呼吸急促/大汗；收縮壓大于150 mmHg且舒張壓大于75 mmHg；心率接近本人最大心率(200～202次/min)；RPE等級達(dá)到18～20級。上述4個指標(biāo)中超過3個符合本實(shí)驗(yàn)的力竭運(yùn)動標(biāo)準(zhǔn)。

表1 運(yùn)動模型評估結(jié)果(N=30)

2.3 不同睡眠模式組力竭運(yùn)動后HRR結(jié)果

表2結(jié)果顯示的是三種睡眠模式下進(jìn)行力竭運(yùn)動后心率恢復(fù)的變化特點(diǎn)。

表2 不同睡眠模式組力竭運(yùn)動后HRR變化

表2結(jié)果顯示，與對照組相比，運(yùn)動后T2組120 s心率下降的絕對值顯著性下降(P<0.05)；三組相比較，運(yùn)動后60 s心率下降的絕對值、運(yùn)動后60 s心率下降與運(yùn)動最大心率比值以及運(yùn)動后心率恢復(fù)的相對系數(shù)隨著睡眠剝奪時間的增加呈現(xiàn)出下降趨勢，但與對照組相比無顯著性差異。

2.4 不同睡眠模式組力竭運(yùn)動前后HRV時域指標(biāo)結(jié)果

不同睡眠模式組力竭運(yùn)動前后HRV時域指標(biāo)結(jié)果見圖2所示。

圖2 不同睡眠模式組力竭運(yùn)動前后時域指標(biāo)變化注：(a：RMSSD比較，b：SDNN比較)；與運(yùn)動前同組相比較，*表示P<0.05；**表示P<0.01；#表示與對照組相比P<0.05。

圖2中短時HRV時域指標(biāo)顯示，運(yùn)動前安靜狀態(tài)下睡眠時間越少對應(yīng)越低時域指標(biāo)，且與對照組相比：T2組運(yùn)動前時域RMSSD和SDNN均有顯著性下降(P<0.05)。與運(yùn)動前相比：運(yùn)動后即刻三組RMSSD均極顯著性下降(P<0.01)，T1組和T2組SDNN顯著性下降(P<0.05)，對照組SDNN運(yùn)動后即刻下降但無顯著性。運(yùn)動后30 min，三組的RMSSD對比運(yùn)動前仍極顯著性下降(P<0.01)，T1組SDNN與運(yùn)動前相比也顯著性下降(P<0.05)。

2.5 不同睡眠模式組力竭運(yùn)動前后HRV頻域指標(biāo)結(jié)果

不同睡眠模式組力竭運(yùn)動前后HRV頻域指標(biāo)結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 不同睡眠模式組力竭運(yùn)動前后頻域指標(biāo)變化注：(a：運(yùn)動前LF、HF比較，b：運(yùn)動后即刻LF、HF比較，c：運(yùn)動后30 min LF、HF比較；#表示與對照組比較 P<0.05，##表示P<0.01；*表示與運(yùn)動前同組相比較P<0.05，**表示P<0.01。

由圖3可以看出，HRV頻域指標(biāo)變化較大；運(yùn)動前安靜狀態(tài)下隨睡眠時間剝奪的增加呈現(xiàn)越低的頻域指標(biāo)LF和HF，且與對照組相比，運(yùn)動前安靜狀態(tài)下T1組LF、HF有顯著性下降(P<0.05)，T2組LF、HF極顯著性下降(P<0.01)；與運(yùn)動前相比：運(yùn)動后即刻和運(yùn)動后30 min三組的HRV頻域指標(biāo)LF和HF均極顯著性下降(P<0.01)；運(yùn)動后30 min與對照組相比：T2組HF極顯著性下降(P<0.01)。

圖4顯示的是不同睡眠模式組力竭運(yùn)動后LF和HF兩者比值的變化。三組LF/HF比值在一次力竭運(yùn)動后呈現(xiàn)梯度上升；與運(yùn)動前相比，運(yùn)動后即刻三組LF/HF均顯著性上升(P<0.05)；運(yùn)動后30 min恢復(fù)過程中，與對照組相比，T1組和T2組恢復(fù)較慢，且T2組與對照組相比有顯著性差異(P<0.05)；說明睡眠是影響力竭運(yùn)動后心自主神經(jīng)恢復(fù)的重要因素。

圖4 不同睡眠模式組力竭運(yùn)動后LF/HF比值結(jié)果注：*表示與運(yùn)動前同組相比較P<0.05；#表示與對照組同項(xiàng)比較P<0.05。

3 分析與討論

3.1 睡眠不足對人體安靜狀態(tài)下HRV的影響

身體在受到睡眠不足影響后會激活自主神經(jīng)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)循環(huán)功能，而循環(huán)功能的調(diào)節(jié)主要通過交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)(副交感神經(jīng))的相互作用來實(shí)現(xiàn)[9-10]。研究表明，HRV時域指標(biāo)SDNN的下降代表了心交感神經(jīng)的活性增強(qiáng)，時域RMSSD和頻域HF的降低代表迷走神經(jīng)活性受到抑制[9]。本實(shí)驗(yàn)中，體育專業(yè)大學(xué)生接受不同程度的睡眠剝奪后發(fā)現(xiàn)，睡眠時間越少對應(yīng)越低的HRV時域指標(biāo)RMSSD、SDNN和頻域指標(biāo)LF、HF，且與對照組相比，T2組安靜狀態(tài)下HRV時域RMSSD、SDNN和頻域HF、LF均有顯著性下降，T1組運(yùn)動前安靜狀態(tài)下HRV頻域指標(biāo)HF、LF也顯著性下降。因此本研究認(rèn)為，對人體睡眠時間的剝奪(少于4～6 h)會導(dǎo)致心交感神經(jīng)在心臟自主調(diào)節(jié)的過程中占主導(dǎo)，心迷走神經(jīng)對HR的調(diào)節(jié)效應(yīng)性減少，從而造成運(yùn)動前安靜狀態(tài)下自主神經(jīng)在心臟節(jié)律的過程中失衡。關(guān)于睡眠不足后引起自主神經(jīng)失衡的生理機(jī)制，研究認(rèn)為，心律失常受自主神經(jīng)系統(tǒng)、激素和心理等多種因素的影響，短時間的睡眠也可以使交感神經(jīng)系統(tǒng)過度激活，交感神經(jīng)過度激活后，使心率加快、心肌收縮力增強(qiáng)，從而導(dǎo)致室性心動過速、心室纖顫、心房顫動等心律失常[10]。此外，睡眠不足還可升高健康人群血液循環(huán)中的去甲腎上腺素及腎上腺素水平，而去甲腎上腺素能激活心肌細(xì)胞膜上的β1腎上腺素受體，β1受體通過一系列化學(xué)反應(yīng)使細(xì)胞內(nèi)鈣離子增加而加快心率，導(dǎo)致心律失常的發(fā)生[11]。

3.2 睡眠不足對人體力竭運(yùn)動后HRV的影響

越來越多的實(shí)驗(yàn)證明，運(yùn)動強(qiáng)度是造成HRV變化的主要因素[12]。研究發(fā)現(xiàn)，大強(qiáng)度運(yùn)動(VO2max80%以上)疲勞后，運(yùn)動員心率的瞬時波動趨向減少，HRV的時域RMSSD和SDNN指標(biāo)比安靜狀態(tài)顯著下降；此外，5周的高原訓(xùn)練中(有氧間歇、中等強(qiáng)度有氧、無氧閾)，第4周與第1周相比，SDNN、RMSSD指標(biāo)分別下降了16.42%和21.92%。而從低運(yùn)動強(qiáng)度到中等運(yùn)動強(qiáng)度(約50%～60%的最大攝氧量)，RMSSD下降最大，直到第一個乳酸閾值/通氣閾值，此后，迷走神經(jīng)對HR控制的貢獻(xiàn)率逐漸減少。在HRV頻域指標(biāo)方面，一般認(rèn)為人體運(yùn)動過程中心率大于100次/min時，迷走神經(jīng)對心臟HR調(diào)節(jié)的作用增強(qiáng)，HRV頻域指標(biāo)LF、HF上升，但隨著運(yùn)動強(qiáng)度的不斷增強(qiáng)，迷走神經(jīng)對HR的調(diào)節(jié)作用逐漸減少，此時表現(xiàn)為較低的LF和HF。這些發(fā)現(xiàn)解釋迷走神經(jīng)對心率的控制隨運(yùn)動強(qiáng)度上升穩(wěn)步下降，自主神經(jīng)出現(xiàn)失衡。本實(shí)驗(yàn)讓受試者在睡眠不足情況下進(jìn)行力竭運(yùn)動，運(yùn)動后5 min限度內(nèi)時域指標(biāo)顯示：與運(yùn)動前相比，運(yùn)動后即刻三組HRV時域指標(biāo)RMSSD、頻域指標(biāo)HF與LF均呈現(xiàn)極顯著性下降，說明力竭運(yùn)動強(qiáng)度的加壓下，迷走神經(jīng)對HR的控制達(dá)到最低，此強(qiáng)度對心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)造成的影響是明顯的。且運(yùn)動后即刻與對照組相比，T1和T2兩組并無顯著性差異，提示運(yùn)動強(qiáng)度是造成心臟自主神經(jīng)在運(yùn)動后失衡的主要原因，這與大多數(shù)實(shí)驗(yàn)相一致。但我們發(fā)現(xiàn)：較對照組相比，T1組和T2組時域SDNN也顯著性下降，運(yùn)動后即刻睡眠不足組LH/HF均高于對照組，且睡眠時間越短，運(yùn)動后SDNN指標(biāo)越低，對照組無顯著性下降，說明睡眠不足會進(jìn)一步加深運(yùn)動強(qiáng)度對自主神經(jīng)的影響。

而在恢復(fù)期間，我們發(fā)現(xiàn)：運(yùn)動后30 min三組的HRV時域和頻域指標(biāo)與運(yùn)動前相比仍呈顯著性下降趨勢，未能完全恢復(fù)到運(yùn)動前的基線，說明力竭運(yùn)動對心臟自主神經(jīng)造成的負(fù)荷短時間內(nèi)不能完全恢復(fù)，迷走神經(jīng)活性仍處于抑制狀態(tài)。但與對照組相比較，T1和T2兩組的時域和頻域指標(biāo)恢復(fù)速度較慢，且HF和LF/HF比值與對照組相比有顯著性的差異，分析認(rèn)為這可能是睡眠不足影響迷走神經(jīng)對HR的抑制作用，造成運(yùn)動性心血管系統(tǒng)疲勞的恢復(fù)速度減慢。

3.3 睡眠不足對人體力竭運(yùn)動后HRR的影響

心率恢復(fù)(HRR)與迷走神經(jīng)有關(guān)，并且是高強(qiáng)度運(yùn)動后評價迷走神經(jīng)再激活的重要指標(biāo)[5]，HRR相關(guān)指標(biāo)如CHRR、%HRR、HRR120和HRR60等的下降與運(yùn)動強(qiáng)度與運(yùn)動疲勞也有一定的關(guān)系，這就提示我們HRR可以作為機(jī)體對運(yùn)動強(qiáng)度的適應(yīng)性與非適應(yīng)性變化，為運(yùn)動中心臟自主神經(jīng)的研究提供了更多的視角。本文對力竭運(yùn)動后HRV反饋的結(jié)果分析認(rèn)為，睡眠不足會進(jìn)一步加深運(yùn)動強(qiáng)度對自主神經(jīng)調(diào)節(jié)HR的影響，這一點(diǎn)從力竭運(yùn)動后HRR指標(biāo)中也得到了證實(shí)。本實(shí)驗(yàn)中，HRR的相關(guān)指標(biāo)隨著睡眠時間剝奪程度的增加而呈現(xiàn)出降低的趨勢，并且與對照組相比，運(yùn)動后T2組120 s心率下降的絕對值(HRR120)存在顯著性下降。研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動后心率的下降主要原因是迷走神經(jīng)的再激活效應(yīng)，即迷走神經(jīng)活性在疲勞后的恢復(fù)和交感神經(jīng)的降低，并且β-腎上腺素并不在這一階段中起阻滯的作用，交感神經(jīng)的活性在運(yùn)動后即刻不再升高。本實(shí)驗(yàn)與對照組相比，T1組和T2組HRR相關(guān)指標(biāo)下降，更加證明了睡眠不足情況下的力竭運(yùn)動對其疲勞程度較對照組更加顯著，造成心迷走神經(jīng)在運(yùn)動后再激活過程減緩，恢復(fù)過程受到的抑制也更加明顯。因此，本文認(rèn)為睡眠不足與運(yùn)動強(qiáng)度的交互作用在自主神經(jīng)系統(tǒng)對心血管系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程中具有重要的影響。

4 結(jié)論

(1)睡眠不足造成心臟自主神經(jīng)節(jié)律失衡，表現(xiàn)為運(yùn)動前安靜狀態(tài)下與對照組相比，T2組HRV時域指標(biāo)RMSSD、SDNN和HRV頻域指標(biāo)LF、HF顯著性下降。(2)力竭運(yùn)動負(fù)荷是造成運(yùn)動后心血管系統(tǒng)疲勞的主要原因，但睡眠不足進(jìn)一步加深了對此的影響，主要表現(xiàn)為與運(yùn)動前相比，運(yùn)動后三組HRV時域指標(biāo)RMSSD、SDNN、頻域指標(biāo)HF與LF均顯著性降低，且睡眠不足組與對照組相比有顯著性差異。(3)在恢復(fù)期間，與對照組相比，T1組和T2組HF和LF/HF恢復(fù)較慢，HRR指標(biāo)下降，但T2組與對照組相比有顯著性差異，說明睡眠不足還是影響力竭運(yùn)動后心功能恢復(fù)的重要因素。