共振呼吸反馈训练对运动员心率变异性和选择反应时的影响*

安 燕， 郑樊慧， 陆姣姣

((上海体育科学研究所， 上海 200030)

运动员因其训练和比赛的竞争性往往处于压力之中，而研究发现，压力会降低注意力、记忆和行为表现水平，过度的压力则会导致焦虑和抑郁，直接会影响表现[1]。具体到运动领域，在竞赛压力下，认知功能的下降可能会导致运动员失误率的增加，从而影响运动表现。目前增强认知功能的方法有很多，如认知训练或表象训练，但是，这些方法针对的是认知表现本身，而非压力。更好地对压力进行管理或干预，能够从根本上解决压力对运动员认知表现，乃至运动任务表现影响的问题。

有研究显示，有压力和紧张症状的个体在学习特殊形式的呼吸后，不仅压力水平会下降，并且能够更好地进行思考[2-3]。共振呼吸是一种心理放松和情绪积极的人最常使用的呼吸模式，以每分钟5～7次的呼吸频率进行平稳的腹式呼吸为主要特征。Conrad等(2007)的研究指出自主控制呼吸是容易的，不费力的，愉快的[3]。共振呼吸反馈训练属于心率变异性(heart rate variability，HRV)生物反馈训练，要求个人以相同的频次进行缓慢呼吸，但每人达到最大振幅的频次是不同的，大多数人通过缓慢呼吸产生最大波幅的共振频率在0.1 Hz左右，即每分钟呼吸6次[4]。通过共振呼吸可以在体内达到交感神经和副交感神经的平衡，而自主神经的平衡可以实现个体生理和心理的协调运作，已有研究证明共振呼吸反馈训练在提升运动员表现、降低运动员焦虑、缓解疲劳方面有积极作用[5-7]。

反应时是指从刺激呈现到有机体做出反应之间所需的最短时间，主要反映出大脑神经活动的灵活性，在一定程度上反映出人的应变能力和注意特征等心理特征，可表现出个人的认知能力[8]。Pattyn等(2008)的研究表现，认知表现的关键因素是对给定的刺激或任务保持持续注意或警觉[9]。警觉性的下降被描述为反应时间变慢或错误率增加。此时大脑皮层分析机能下降，特别是选择反应时，延迟会更明显[10]。

射击运动是一项求稳、求准的项目，比赛时间长，如10米气手枪项目男子需在75 min内完成60发射击，对运动员的认知能力要求高。除了面对比赛本身带来的压力外，随着比赛时间的推移，运动员的精力和体力都在不断消耗，随之注意力、反应、判断等认知能力也会降低，需要调整以保持身心稳定，因此，比赛过程中认知能力的保持很重要。Sutarto等(2012)的研究发现HRV反馈训练可以改善工业操作者的认知功能[11]。但使用此方法在运动领域改善认知功能方面的研究很少。本研究的目的是探讨共振呼吸对运动员以视觉选择反应时为代表的认知功能提升是否有效，同时也为心理训练的实际运用效果提供实验依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

研究对象为上海市射击运动员。分为试验组和对照组，试验组为15人，其中男4人，女11人，平均年龄17.00岁，训练年限3.73年；对照组15人，其中男7人，女8人，平均年龄17.87岁，训练年限3.67年。

1.2 测试指标及工具

1.2.1 反应时指标 采用第三版神经行为测试评价系统(NES-C3)对运动员进行选择反应时测试[12]。分析指标为反应时。

1.2.2 生理指标 心率变异性指标：使用由美国Heart Math学院研究提供技术，北京豪峰数码科技有限公司自主研发的生理相干和自主平衡系统SPCS进行采集。本系统给出的数据报告包括时域和频域两种数据，分析的指标有：心率(heart rate, HR)；频域指标总功率(total power, TP)、低频功率(low frequency, LF)、高频功率(high frequency, HF)和低频/高频功率(LF/HF)，其中频域范围设置为: TP：<0.4 HZ；LF： 0.04～0.15 Hz；HF：0.15～0.4 Hz。

1.3 试验设计

试验组运动员经过心率变异性生物反馈训练且掌握调节方法(共振呼吸法：以相同频次进行呼吸调节，经确定为每分钟6次)，进行每周5 d，共计4周的HRV训练，训练方案根据Lehrer等的HRV生物反馈训练程序设计[13]。所有反馈训练在实验室内完成，每次训练时间为30～40 min，包括4部分内容：(1)5 min基线测试，(2)10 min呼吸训练，(3)10～20 min游戏反馈训练，(4)5 min训练后基线测试。对照组不施加共振呼吸训练，其他活动同试验组。

试验中通过测试运动员的视选择反应时来测评其认知水平，在测试中运动员需要对不同的反应做出选择，在屏幕的中央有1个脸的图标，图标的上下左右另有4个空位，测试开始后屏幕上下左右4个空位中会随机闪现不同的笑脸，当你发现上下左右闪现的笑脸与中间笑脸一致时可按上下左右键迅速将其点灭，测试过程中屏幕上的笑脸发生改变时计算机会发出短暂的铃声用于提醒。

首先运动员安静坐于椅子上进行10 min基线测试，随后运动员熟悉测试项目，练习结束后，询问运动员是否清楚和掌握测试方法，如果得到肯定答复，则进行第一次的反应测试，如果不清楚则进行解释和练习。在完成第一次反应测试后，试验组运动员按照共振呼吸法进行10 min的自我调节，对照组运动员则休息。10 min后所有运动员再次进行反应测试。在整个过程中对运动员全程采集心率变异性数据作为训练有效性的指标。

1.4 统计学处理

2 结果

2.1 共振呼吸调节操纵对运动员HR和HRV频域指标的影响

试验组运动员调节阶段的HR低于安静阶段(P<0.05，表1)，差异具有统计学意义，对照组运动员休息阶段与安静阶段相比无显著性差异(P>0.05)。

试验组运动员调节阶段的TP、LF、LF/HF均显著高于安静阶段(P<0.05，表1)，HF前后两阶段无显著性差异(P> 0.05)，对照组运动员休息阶段与安静阶段相比无显著性差异(P>0.05)。

Tab. 1 The physiological variables of athletes at different phases n=15)

2.2 共振呼吸调节操纵对运动员选择反应时的影响

试验组运动员调节后的反应时(RT=0.477)快于第一次反应时(RT=0.540)，差异具有统计学意义(P<0.01)。对照组运动员休息后的反应时(RT=0.516)与第一次反应时(RT=0.529)相比无显著性差异(P>0.05)。

3 讨论

试验组运动员在进行共振呼吸调节时，心率显著下降。此外，在呼吸调节时运动员的心率变异性水平也产生显著性变化，频域指标TP、LF、LF/HF显著增加，而处于休息阶段的对照组运动员心率变异性并没有发生显著性改变。已有研究证明采用正常呼吸频率时，运动员自主神经的总体调节能力没有发现显著变化，交感神经的调节能力也没有发生变化[14]。以上结果说明本次实验的操纵有效。HRV可以有效评价自主神经的功能，频域指标TP反映心率变异性的大小以及自主神经总的活性和对机体的调节能力；LF受交感和副交感神经活性的双重影响，其中以交感神经作用占优势，当运动员处于平衡状态时，频谱能量大部分集中在此区域；LF/HF的比值反映交感、副交感张力的平衡，当达到平衡状态，频谱能量集中在LF，LF/HF将大幅上升。对太极拳练习者的研究发现，当其呼吸频率升高时，心率变异性降低，当呼吸频率降低至0.1 Hz时，心率变异性达到最大；长期练习者因采用慢而深的呼吸而出现HRV低频成分的增加，自主神经系统的总体调节功能得到提高[15]。本研究的HRV数据也发现运动员在进行共振呼吸调节时，HRV的频谱能量显著向低频区域转移，包括在0.1 Hz的位置，这表明运动员学会如何操作和调节自主神经系统的活性，使身体达到自主平衡状态，从而对机体的调节能力增强。

胡斐等(2017)在研究中发现静止站立30 min，心脏的自主神经发生调整，HR上升，表明心脏自主调节向交感神经活性(占主要支配)方面转换[16]。射击运动需要运动员长时间的站立，而HR的上升会影响运动员技术动作的稳定性。且有研究发现射击运动员对心率的控制影响其技术水平即命中率，对同一射手而言，命中10环的心率较9环(及9环以下)时的心率约低8 beats/min[17]。而本研究结果显示呼吸调节时运动员的心率可以显著下降，这将有利于运动员射击过程中技术水平的发挥。从前期的训练中可以发现，运动员可以很快的掌握共振呼吸的方法，此方法无场地、年龄限制，同时有研究指出以简单和简短的指令改变呼吸不会改变激活水平[3]，因此适合运动员在比赛中运用。

在选择反应时试验任务中，运动员首先要进行判断随后要迅速做出反应，对于与目标刺激一致的刺激进行按键。结果发现经过调节后试验组运动员的反应时明显小于安静阶段后的反应时，而对照组运动员10 min休息后的反应时与安静阶段后的反应时水平无差异性。本研究结果与McCraty等(2002)的研究相似，他们应用HRV反馈技术评估受试者在听觉辨别任务中的认知表现，发现应用HRV反馈后，在识别任务中心率一致性明显增强，反应时间明显缩短[18]。这一实验结果表明，经过调节后运动员心率一致性的增强与认知能力的显著提高(反应时间的减少)有关，任务表现更加好，能够保持警觉性，心理状态更加稳定。

本研究并未考察实际射击过程中运用共振呼吸调节后对成绩的影响，但有研究发现，自主神经活动水平会影响运动表现，如果自主神经达到平衡状态，将有助于训练的实施以及比赛的发挥，反之如果失衡或活动降低的时间较长，将会导致训练效果和运动表现的下降[19]。以后会进一步探讨共振呼吸调节对射击成绩的影响。此外，王维等也在研究中指出HRV越大，自我调节的能力越强。HRV的调节与具有执行功能的前额叶皮质的活动性有关系，高HRV在认知和注意任务中有更好的表现，更好的冲动控制能力[20]。未来的研究可以进一步探索共振呼吸调节与HRV和运动员注意等认知能力之间的可能机制，更精确地运用到运动员运动任务表现的提升上。

综上所述，运动员通过共振呼吸调节，促进交感神经和副交感神经维持在一个良好的平衡状态，机体的调节能力得到增强，而且影响认知过程。因此，可在训练和比赛中作为自我调整的方法之一。