【疲勞監控】心率變異分析 (Heart Rate Variability)

Eric Poon
發表於2019/06/27
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運動科技日新月異,越來越多運動員習慣採用不同儀器數據監察身體狀態。當中,心率變異分析 (Heart Rate Variability,簡稱 HRV) 是近年運動科學界炙手可熱的課題。以下文章將淺談 HRV 的原理和高水平運動應用:

(圖片來源:Science for Sport)


何謂 HRV?

HRV 是指每下連續心跳之間的時間差異,又稱「R-R intervals 變異」。簡單來說,每個人的心跳節奏皆會隨身體狀況出現變化,而非像拍子機般規律。舉例一個人的靜止心跳約為每分鐘 60下,但其實每下跳動的間距是有一定分別的 (I.e. 這一下相距0.9秒,接著一下可相距1.1秒,而不是每下都固定相距一整秒的)。

(圖片來源:firstbeat.com)

 

文獻指出,HRV 主要受體內自主神經系統 (Autonomous Nervous System,ANS)的活動影響。ANS 可再分為交感(Sympathetic) 和副交感 (Parasympathetic)神經系統。前者負責身體的活躍反應 (fight or flight),後者則負責身體的靜態反應 (rest & digest),兩組神經系統對身體各器官呈相反作用。

(圖片來源:fourdirectionswellness.com)

 

這兩組系統本應互相牽引協調身體功能,但一旦心率變異減少 (即 HRV 數值下降),便有機會反映系統運作出現「不平衡」,身體狀態欠佳/未完全恢復,繼而引致表現下滑。

 

HRV 的發展和工具

HRV 早年已獲廣泛應用於醫學診斷 (如心血管疾病,多配合心電圖 ECG),直至近年各國頂尖科研人員和教練開始把這套概念引入至高水平運動訓練。

 

一般的 HRV 測量做法為於早上起床後佩戴心跳帶和運動手錶,然後按指示作簡單動作 (例如平躺和站立,需時1分鐘至10分鐘不等)。完成後把數據上傳至電腦/智能裝置的相關程式軟件,用家就能得出當日的 HRV 數據,並可與其他日子的平均數據比較,以檢測疲勞恢復狀態。現時市面多間運動心率商品公司如 Polar 和 Garmin 皆有出售具 HRV 功能的產品和軟件,其餘可供下載的智能程式則包括 Apple Health、Welltory、HRV4Training和Elite HRV 等。 這些程式的介面設計大眾化,能自動把複雜的HRV 數據轉化為各項相對顯淺的疲勞指標,方便用家解讀。

(詳細程式介紹:bit.ly/2GvdnVA

(圖片來源:imore)

(圖片來源:imore)

(圖片來源:Polar & Garmin)

(圖片來源:Garmin)


HRV 對訓練和表現的影響

正如上述提及,HRV 數值越高一般反映狀態越好 (多見於充足休息後或大賽前調整階段);數值越低則反映狀態欠佳 (多見於持續劇烈訓練後)。教練團隊於是能藉此檢測運動員每日的狀態,調整訓練安排。常見做法如在HRV高的日子增加訓練負荷,相反 HRV 低的日子則減低訓練量或多作休息。

 

(進階用家亦可獨立分析分別代表交感和副交感神經的高低頻率數據,但暫不在此詳述。)

 

外國有關 HRV 與運動表現的研究於十多年前已開展,其中芬蘭學者 Kiviniemi 和其團隊在2007 年曾進行一項標誌性實驗,找來26位健康成年男士進行四星期隨機分組測試。結果發現,利用 HRV 數據來每日調控耐力運動計劃 (HRV-guided Training),對比只遵從預先制定的計劃 (Pre-defined Training),能更有效改善最大攝氧量 (VO2peak)和心肺耐力表現[註1]。該團隊於2010年所作的另一項八星期研究 (涉及21位男性和32位女性參加者) ,也得出相近結論,顯示 HRV 主導訓練較一般標準訓練優勝[註2]。

 

本地方面,HRV 監控亦常見於精英運動員訓練。香港體育學院曾在2011年發表一項六星期研究,探討訓練強度和時間對 HRV的影響[註3]。24位來自本地大學代表隊的男運動員進行了一系列測試,研究團隊採集的數據同樣支持「HRV 測量能作高強度訓練期監控恢復的可行方法」。

 

應用限制和其他注意事項

1. 雖然現時有一定文獻支持HRV 能準確反映運動員的短期疲勞回復狀態,但必須強調狀態/數值本身亦可受訓練以外的因素影響 (如先天基因、情緒壓力、睡眠質素、環境溫度和疾病等)。

2. 故此,運動員應追蹤長期HRV數據,同時紀錄主觀疲勞感覺變化,方能最有效編排訓練。

3. 鑒於每個人的HRV基礎數值不同,比較時建議只針對個人,不宜與他人直接對比

4. HRV 對檢測長期過度訓練(Overreaching) 和評估受傷風險的可行性暫未有充足數據支持[註4]。

5. 目前文獻主要支持HRV 對於耐力訓練的應用,日後仍有待更多針對力量運動員的訓練研究[註4]。

 

結語
總括而言,HRV 是一個近年運動科學界興起的的疲勞恢復指標,幫助運動員和教練更客觀地監察身體狀態,調整練習負荷。目前 HRV 主要應用於高水平運動員訓練,但隨着科技普及,相信有關產品和分析程式日後將更普及至廣大運動愛好者之中,大家不妨拭目以待。

 

參考文獻:

1. Kiviniemi, A.M., Hautala, A., Kinnumen, H., & Tulppo, M. (2007) Endurance training guided by daily heart rate variability measurements. European Journal of Applied Physiology, 101: 743-751.

2. Kiviniemi, A.M., Hautala A.J., Kinnunen, H., Nissila, J., Virtanen, P., Karjalainen, J., & Tulppo, M.P. (2010) Daily exercise prescription on the basis of HR variability among men and women. Medicine & Science in Sport & Exercise, 42(7): 1355-1363.

3. 香港體育學院研究摘要- 《訓練強度和時間對心率變異性的影響》. 2011年3月 (www.hksi.org.hk/f/publication/595/RH201103_5c.pdf )

4. Bellenger, C.R. et al. (2016)Monitoring Athletic Training Status Through Autonomic Heart Rate Regulation: A Systematic Review and Meta-Analysis. Sports Med, 46(10):1461-1486

 

延伸閱讀: 《Heart Rate Variability》- Science for Sport

https://www.scienceforsport.com/heart-rate-variability-hrv/#toggle-id-1
 

撰文: Eric Poon (運動科學博士生,香港大學理學士(一級榮譽), 雙主修運動科學及食物營養系,認可體能訓練專家 NSCA-CSCS,運動生理學家 ACSM-EPC)


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