[doc] 利用心率变异指标评价运动员睡眠质量

[doc] 利用心率变异指标评价运动员睡眠质量 利用心率变异指标评价运动员睡眠质量 文章编号:1002—9826(2009)06—0083—04中国体育科技 2009年(第45卷)第6期 CHINASPORTSCIENCEANDTECHNOLOGY Vo1.45,No.6,83—86,2009. 利用心率变异指标评价运动员睡眠质量 EvaluationonSleepingQualityofAthleteswithHeartRateVariability 齐华,周越 QIHua,ZHOUYue 摘要:目的:通过同步测量多导睡眠图(脑电,眼动和颌肌电)以及心率变异,找出睡眠质 量指标和心率变异指标之间的关联性,从而利用心率变异指标来反映睡眠质量.方法:1O 名田径运动员参加测试,利用多导睡眠监测结果评价运动员睡眠质量,与用Polar表同步记 录计算所得的心率变异数据进行相关性分析.结果:睡眠效率,即睡眠总时间与总记录时间 之比,同心率变异频域指标的低频与高频比(LF/断)呈负相关(r一一0.853,P<O.01);深 度睡眠时间百分比,即(S3+S4)/SUM,同心率变异频域指标I/I-IF呈负 相关(r一一O.827, P<O.01).结论:利用通用的心率表可以在一定程度上较便利地评 价运动员睡眠质量,主 要应用指标为LF/. 关键词:运动员;睡眠;质量;脑电图;心率变异;相关分析 Abstract:Thepurposeofthisstudywastofindoutthecorrelationbetweenindicatorsofsleep— ingqualityandheartratevariability(HRV)anddiscussthefeasibilitytousesimplemethodto evaluatetheathletessleepingproblems.Method:10athletesgetthewholenightdataofdiffer— entstagesofEEGandHRV.ThesoftwareofPolarProTrainer5wasusedtoanalyzethedata ofHRV.ThecorrelationanalysiswasusedbetweenEEGandHRV.Result:S1eepingefficien— ey,thatwastheratioofthetotalsleepingtimeandthetotalrecordingtime,wasnegativeeor— relatedwiththeratioofhigh—frequencyandlow—frequency(LF/HF)ofthef requency—domain indexesofHRV(r一一 0.853,P<0.01);thepercentageofheavysleep,(S3+S4)/SUM, wasnegativecorrelatedwiththefr6quency—domainindexLF/HF(r一一 0.827,P<0.01). Conclusion:HRV,indexLF/HFmainlY,whichcomesfromthePolarwatchca nreflectthe sleepingqualityandreplacetheEEGpartially. Keywords:athletesleep;quality;E髓;heartratevaribility;correlationanalysis 中图分类号:G804.3文献标识码:A 1前言 睡眠质量与人的身心健康及工作效率密切相关,睡眠 不好往往会影响人的正常工作和生活[143.在体育界,运动 员也经常会因为大赛的临近,过度疲劳或是减体重而出现 程度不同的睡眠问题.正常,充足的睡眠对于运动员来 说,可以最大程度地恢复体能.而低质量的睡眠和睡眠不 足使得人体机能恢复受到影响,进而削弱免疫系统和内分 泌系统的功能,同时,还有可能影响运动员的思维和判断 力,增加受伤的概率.因此,对运动员睡眠质量的评价是 运动员体能恢复过程中的重要一环. 目前,进行睡眠质量评价的标准方法是进行多导睡眠 监测(PSC-),即同时记录脑电(EEG),眼动(EOG),颌肌电 (EMG)等指标进行综合分析.1957年,~ment及Kleit— mm【”通过多导描记(脑电图,眼动图,肌电图及心电图) 的研究观察成年人睡眠,认为睡眠不是一个稳定过程,将 人类的睡眠分为快速眼动睡眠(R刚)和非快速眼动睡眠 (NR,I),两者交替进行,其中,NREM又划分为由浅到深 S1一S44个睡眠阶段. 临床上也常采用一些心理学量表对睡眠障碍做出量 化的评估,以便分析睡眠紊乱的程度和评价治疗效果.常 用的评估量表如【睡眠信念和态度量表】,【睡眠卫生知识 和睡眠卫生习惯量表】,【阿森斯失眠量表(MS)1,【匹兹堡 睡眠质量指数量表(PSQI)】,【爱泼沃斯思睡量表(ESS)】 以及相关的焦虑,抑郁量表等. 然而,由于多导睡眠图的监测操作复杂,成本高,较多 固定的电极也可能会影响睡眠,因此,其应用通常仅局限 于医院的相关科室.心理量表只能反映某一阶段时期睡 眠质量情况,而不能很好反映当晚即时的情况.另一方 面,在很多场合,人们并不需要获取很准确的睡眠分期状 况,只需要一种方便而不影响睡眠的手段来评价睡眠质 收稿日期:2009—06—18;修订日期:2009—09—08 作者简介:齐华(1983一),女,河北邯郸人,硕士,研究方向为运动员 机能评定,Email:qihua一0407@163.corn;周越(1966一), 男,吉林长春人,副教授,博士,硕士研究生导师,研究方 向为运动员机能评定,Te1:(010)62989582,Email: chowyue@163.com. 作者单位:北京体育大学运动人体科学学院,北京100084 BeijingSportUniversity,Belling100084,China. 83 中国体育科技2009(第45卷)第6期 量,而心率是最容易提取的生理参数之一,由心率得出的 心率变异指标也同睡眠有密切的关系. 心率变异性(Heartratevariability,HRV)和人体自主神 经的活动密切相关,HRV已成为评价自主神经活动的主 要手段.同时,HRV和睡眠有着密切的联系,睡眠中 HRV呈现出和脑电类似的周期性变化,陬V的频域和时 域特征在不同的睡眠时期也都有其特点.目前,对HRV 的检测方法分为时域分析与频域分析两类.时域指标SD 是计算24h内连续每5min内正常R—R间期标准差的平 均数.频域指标中,高频功率(HF)反映迷走神经调节功 能,与呼吸性心率不齐有关,低频功率(LF)与压力感受器 反射系统的活动有关,反应交感神经和迷走神经的复合调 节功能,某些情况下可反应交感神经系统张力.I/HF 可反应交感神经和迷走神经的均衡性. 本研究目的是通过同步测量运动员睡眠脑电,眼动和 颌肌电以及心率变异,找出睡眠分期指标以及睡眠质量指 标和心率变异指标之间的关联性,从而用心率变异指标来 反映运动员睡眠质量,以便更好地对运动员的睡眠问题给 出有针对性的建议. 2实验对象和方法 2.1实验对象 参加本实验的受试者共有1O名田径运动员,年龄 2O.4O?2.37岁,身高175.6--4-5.25cIn,体重61.()(]?3.62 ,其中1名为女性,其余均为男性.每名受试者测量2 次,取较为完整的一次测试数值.为了不干扰运动员正常 睡眠,测试地点安排在受试者住地. 2.2实验仪器 脑电,眼动,肌电信号的记录使用成都仪器厂产的四 导生物信号采集系统RM6240C型(全隔离型);使用芬兰 产的P()LARRS800心率表记录心率. 2.3实验方法 每天晚上有一名值班人员负责在夜间检查受试者的 脑电波形是否出现异常,以及心率表是否正常显示.实验 在无照明条件下室温2O?,23.C进行,从当晚22:O0,次 日早晨6:00进行整个睡眠过程监护.在受试者睡觉前要 监督受试者完成【匹兹堡睡眠质量指数量表】. 测量内容主要为脑电,眼电,肌电和心率.清洁皮肤, 涂好导电膏,放置电极.脑电图正极放在右枕部02,负极 放在右额Fp2,地线放在左额Fpl处.然后给受试者带上 约2crn宽的绷带以防电极移动.记录眼球水平运动的眼 电极置于外眦约1crn处,在左侧帖正极电极,右侧帖负极 电极,在额部中央印堂穴的位置帖地线电极.颌肌电电极 放置在下颌的左右两侧,分别粘帖正负电极,在正负电极 的旁边帖地线电极.用POLAR表采集心率. 2.4指标数据计算 睡眠质量的评价,一方面,是利用【匹兹堡睡眠质量指 数量表】进行评价;另一方面,利用多导睡眠图记录的脑电 图指标进行评价. 腩电主要川来反映受试者的睡眠状况,以眼动图辅以 颌肌电图进行NREM和REM的分期,并以不同时期脑电 的波形特征和用MATLAB7.0计算的频率值进行S1,S4 的划分. 通过软什PolarProTrainer5计算心率变异相应的HF 和LF数值. 2.5统计分析 睡眠质量数据与心率变异分析结果利用SPSS13.0 进行描述统计和Pearmn相关分析统计,着性水平JP< 0.05. 3结果 3.1睡眠质量的评价 测试结果表明,匹兹馒睡眠质量指数平均6.10,在正 常范围内.多导睡眠监测结果表明,睡眠结构及睡眠进程 测试结果的平均值均住正常范围内.在lO名受试者中, 有2人睡眠潜伏期较长,深度睡眠时间占总睡眠时间的百 分比较低,睡眠质量较差;有2人深度睡眠时间占总睡眠 时问的百分比比正常值稍低一些,说明睡眠质量一般,其 他人的睡眠进程和睡眠结构指标均在正常范围内,睡眠质 量较好(表1). 表1本研究受试者睡眠质量测试结果一览表(n-10) 3.2与睡眠同步的心率变异指标测试结果 与多导睡眠监测同步进行的心率测试的心率变异分 析结果显示,测试中不同受试者表现出较大的个体差异, 其中HF的测试结果标准差表现出很大的变动范围,而LF 变化范围相对小一些.与安静状态下LF/HF的正常比值 1.5,2.0不同,本测试结果表明睡眠时LF/HF处于较低 水平(表2). 3.3睡眠质量指标与心率变异指标的相关性 对心率变异指标与多导睡眠质量评价结果进行相关性 84 分析,统计结果显示(表3),在整晚睡眠过程中,睡眠效率指 标,即睡眠总时问与总记录时间之比,同心率变异频域指标 的LF/HF呈密切负相关(r一一0.853,P%0.01);深度睡眠 时间百分比,即S3+S4/SUM,同心率变异频域指标LF/ ItF呈密切负相关负相关(r一--0.827,P%0.01). 表2本研究受试者整晚心率变异指标的结果一览表(n一10) 齐华,等:利用心率变异指标评价运动员睡眠质量 表3本研究受试者睡眠指标与整晚心率变异指标的相关性一览表 4讨论 4.1关于睡眠质量的评定 匹兹堡睡眠质量指数(PSQI)用于评定受测者最近1 个月的睡眠质量,共l8个项目,组成7个成分,分别是主 观睡眠质量,入睡时间,睡眠时问,睡眠效率,睡眠障碍,催 眠药物,日问功能障碍.每个成分按0,3计分,累计各成 分得分为PSQI总分.总分范围为o,21,总分?8分,代 表存在睡眠紊乱,得分愈高表示睡眠质量愈差l1].本实验 的受试者匹兹堡睡眠质量指数平均6.1O,在正常范围内. 在1O名受试者中,有3人的得分大于8分,说明睡眠质量 较差,其中两人的分值接近8分,说明睡眠质量不是很好. 有5人的分数在1,5分之问,说明睡眠质量良好. 与【匹兹堡睡眠质量指数量表】用一个指数得分评价 睡眠质量的方法不同,多导睡眠图对睡眠质量的评价足从 睡眠结构和睡眠进程两个方面对睡眠质量进行综合评价 的:1)睡眠结构指标包括NREM中各Sl,S2和S3+S4睡 眠时期的时间及REM睡眠时间占总时间(SUM)的百分 数.REM睡眠时问占正常人整夜睡眠时间的2O, 25,约100min.S1占5,1O,S2占5O,反映深度 睡眠的s3及s4共占2o%.如果受试者睡眠结构的各个 指标的值在正常范围内,说明睡眠质量良好;所占百分比 过高或过低,则说明睡眠质量都不好.2)睡眠进程指标包 括睡眠潜伏期和睡眠效率.睡眠潜伏期为熄灯至s1期睡 眠出现之间的时间.睡眠潜伏期的时间越长,说明睡眠质 量越差.睡眠效率为睡眠总时间与总记录时间之比.睡 眠效率越高,说明睡眠质量越好l1. 本研究比较了匹兹堡睡眠质量测量结果与多导睡眠 监测评价结果,发现其间存在差异.这可能与【匹兹堡睡 眠质量指数量表】反映一个阶段的睡眠情况,并且与受试 者主观感受影响较大有关.说明【匹兹堡睡眠质量指数量 表】并不能完全代替多导睡眠监测的方法. 4.2睡眠时心率变异的周期性变化 研究证实?l,HRV和人体自主神经的活动密切相关, HRV已成为评价自主神经活动的主要手段.同时,HRV 和睡眠有着密切的联系,睡眠中HRV呈现出和脑电类似 的周期性变化,HRV的频域和时域特征在不同的睡眠期 也都有各自特点.但到目前为止,利用HRV来推算睡眠 分期并不很成功.这可能同HRV的个体差异很大有关, 很难像EEG那样对所有人采用同一标准进行判别『2].虽 然庄志等[5利用隐马尔可夫模型(HMM)对睡眠过程中的 心率变异性(HRV)进行分析,识别HRV在不同睡眠分期 的模式变化,从而推算出相应的睡眠分期,正确率可以达 到6O,8O,但是这些方法过于复杂,较难理解与应 用. 本实验结果显示,心率变异虽然也在睡眠时期呈现周 期性的变化,但是分期并不十分明显,个人差异也比较大, 但是可以大致分辨出NREM和REM时期.在长达8h的 睡眠心率数据中,心率会呈现一段时间较低,一段时间较 高的状态,其中心率较高的时段即为睡眠时期的REM时 期.这样的周期会出现4,6次. 4.3心率变异指标同睡眠质量指标的相关性 研究发现『5],睡眠与控制心脏动力学特性的交感/ 副交感调制有关,心率,RR间期或HRV在一定程度上能 反映睡眠状态.RRI(RRinterva1)散点图在不同睡眠状态 具有明显不同的模式.正常成人夜间HRV的频谱分析发 现,HRV是睡眠状态,时间和EEG觉醒的函数,在低分辨 率下HRV存在着与睡眠结构关系密切的节律,RRI低频 成分与高低频成分之比LF/(LF+I-IF)具有8O,120min 的次昼夜节律,此振荡节律与整夜占波活性节律基本上镜 像耦合,而艿波活性被认为能反映睡眠深浅[8]. 孙阳等_3]测试结果显示,失眠症患者PSQI各成分中, 睡眠质量,睡眠时间,睡眠效率,睡眠障碍,催眠药物与其 躯体化,焦虑和其他因子呈显着正相关,说明失眠症患者 伴有较多的躯体化症状,焦虑情绪和其他情况.提示睡眠 质量差容易产生或加重心身症状,同时,心身症状的加重 又会严重影响睡眠质量,使患者处于一个恶性循环状态, 这可能是导致失眠长期存在的原因【.匹兹堡睡眠质量 指数分为两部分,有5个他评和18个自评,他评是不计分 的,而自评可能会导致主观性较强,可能与自身的真实情 况不太符合.Baker等【6]对2O例健康人进行睡眠状况研 究发现,其自我评估值较PSG检测差异有显着性,也就是 说,正常人对睡眠的自我估计也可能存在不准确,但没有 失眠症患者明显,而且正常人对睡眠常感到满意,而失眠 症患者对睡眠常感到不满意.所以,通过匹兹堡睡眠质量 指数可以从一定程度上反映出睡眠质量,但是它只能作为 辅助手段,还要通过更为准确的测量脑电的仪器来反映睡 眠质量. 在HRV指标中,能比较稳定反映睡眠质量的指标有 频域指标HF和LF/HF,其中t-IF和睡眠效率,s3+$4/ SUM呈正相关,当睡眠质量越好时,I-IF值越高,LF/HF 和睡眠效率及S3+S4/SUM呈负相关,当睡眠质量越好 时,LF/HF越低. 4.4用POLAR表评价睡眠质量 本实验采用的S-800tK)LAR系统可以计算出R—R问 期值以及心率变异的频域和时域指标,可用来评价心率变 异.在体育界,POLAR表应用范围比较广,而且携带和操 作都比较方便. 通过IK)LAR表得出的心率变化可以大致反映出 NREM和REM时期的划分.NREM时期中的S3与S4阶 段的时间为深度睡眠时间,其总时间可以反映出睡眠质 量,而在整个睡眠过程中,深度睡眠主要发生在第1个和 第2个睡眠周期.在深度睡眠时期,心率值也较其他时间 85 中国体育科技2009(第45卷)第6期 低,可以很容易找到这个时间段,然后截取心率,读取圈定 数据,用LH/I-IF的值来反映睡眠质量.在深度睡眠时 期,迷走神经的活性较高,反映迷走神经的HF值也较高, LF/HF则较低,比值正常范围在1.5,2.0,如果<1.0,说 明睡眠质量良好_1.如果整晚的心率值浮动不大,都较高 的话,说明深度睡眠时间较少,睡眠质量较差.另外,可以 统计出I也M所占的时间比例,整晚的数据大概有4,6次 REM时段,可以计算出总REM时间所占睡眠时间的百分 比,如果在2O左右,说明睡眠质量良好,过多或过少,说 明睡眠质量都不好. POLAR表无论从携带或是操作都比脑电图仪方便, 虽然不能准确地反映睡眠分期,但是可以反映出睡眠质量 的好坏,进而制定出调整睡眠的方法. 4.5心率变异指标评价睡眠质量指标的方法 在睡眠时期,心率变异值变化较大,且个体差异较大, 很难用HF值或LF值来反映睡眠质量.但是,LF/HF的 变化范围比较稳定,在深度睡眠时期,其比值<1,说明睡 眠质量良好,如果比值>1.5,说明迷走神经活性没有明显 增高,睡眠质量较差l】 根据睡眠质量心理量表和多导睡眠图综合测试结果,可 将本实验受试者分为3个等级,其中l号,2号,7号的睡眠 质量良好,其LF/HF值在0.39,0.53;6号,8号,9号,l0 号的睡眠质量一般,其LF/HF值在0.79,1.27;3号,4号, 5号的睡眠质量较差,其LF/HF值在1.58,2.62. 5结论 1I部分运动员在H常训练过程中存在睡眠质量问题. 2.心率变异频域指标t-IF随着睡眠深度的增加而逐 渐升高,LF/HF随着睡眠深度的增加而逐渐降低. 3.可以用测量心率变异的仪器来代替脑电图仪,从一 定程度上评价睡眠质量,主要应用指标为LF/HF. 参考文献: E1]刘贤臣,唐茂芹,胡蕾,等.匹兹堡睡眠质量指数的信度和效度研 究EJ].中华精神科杂志,1996,29(2):103107. [2]孙京霞,白延强.心率变异分析方法的研究进展[J].航天医学与医 学工程,2001,14(3):230234. [3]孙阳,杨志杰,于古雅兰,等.失眠症患者睡眠质量和心理健康状况 及其多导睡眠图的研究[J].中国行为医学科学,2006,15(6):498— 500. [4]王雪笠,冯连元,贺银芳,等.伴有抑郁或焦虑症状的慢性失眠症患 者多导睡眠图分析[J].中国行为医学科学,2005,14(3):246. [53庄志,高上凯,高小榕.基于心率变异分析的睡眠分期方法[J].生 物医学工程杂志,2006,23(3):499~504. r6]BAK职FC,IVIAOLNEYS,DRIVERHS,eta1.Acomparisonof subjectiveestimateofsleepwithobjectivepolysomnographiedatain healthymenandwomen[J].JPsyehosomRes,1999,47(4):335— 341. r7]13~MAM,SWENN~CA,130LHUlSHH,eta1.Heart rateandheartratevariabihtyasindexesofsympathovagalbalance [J].AmJPhysiol,1994,226(4Pt2):H1565H1571. [8](j,EHRHARTJ,PIQUARDF,eta1.Inverse cou-plingbetweenultradianoscillationsindeltawaveacfi~tyand heartratevariabilityduringsleep[J].ClinNeurophysioI,2001,112 (6):992—996. [9]F日D一S1,RAMBIL,BIANc}?A,zu)MM,eta1.111einapact ofcyclicalternatingpatternOilheartratevariabilityduringsleepin healthyyoungadults[J].ClinNeurophysiol,2000,111(1):99—101. [1O]HAI上M,VASKOR,BUYSSED,eta1.Acutestre~affectsheart ratevariabilityduringdleep[J].PsychosomMed,2004,66(1):56— 62. [11]ICHIMARUY,KATAYAMAsRhythmsinthecentralnervous systemand1/ffluctuationsoftheheartrate[J~.FrontMedBi0l Eng,1994,6(2):117130. [12]JORDI八Understandingautonomicsympathovagalbalancefrom shorttermheartratevariations[J].CompBiochemPhysiolAMol IntegrPhysiol,1999,124(4):447460. [13]O’LEARYHansBergerOiltheHectroencephalogramofMarln1e Fourteen(西ReportsOiltheHun~2Hectroenceplialcgr~n[J]. Sci,1970,168:562—563, [14R()UxF,D’AMBROSIOC,M【】HSENINVSleet~relatedbreath— ingdisordersandcardiova~ulardisea~[J].AmJMed,2000,108 (5):396402. (上接第7O页) [2]高志红,崔志强,张立红.对当前我国竞技跆拳道技,战术应用 情况的调查研究口].山东体育学院,2005,15(2):37—41. [3]高志红,艾康伟,王志杰.韩国跆拳道运动员防守技战术应用特 点分析_J].中国体育科技,2008,44(1):135—139. [4]高志红,鲁凡,张雷,等.2006年全国跆拳道锦标赛暨第十五届 亚运会选拔赛防守技术应用情况的调研[J].山东体育学院学 报,2007,23(4):9597. [5]刘宝成,赵秋蓉,鲁凡.97”康富来杯”全国跆拳道锦标赛技术分 析[J].西安体育学院,1998,15(2):37—41. 86 [6]鲁凡,高志红,张雷.1什界男子跆拳道技战术的发展趋势和中国 跆拳道男队的差距分析[J].武汉体育学院,2006,40(12): 96—98. [7]曾于久.中国跆拳道队参加第l4届男子第7届女子世界跆拳道 锦标赛情况分析[J].武汉体育学院,1999,33(6):37—39. [8]曾于久.跆拳道运动员的技能及其训练[J].中国体育科技, 2005,41(1):48—5O. [93赵磊.跆拳道裁判员记分理论与实践].搏击?跆拳道,2004, (9):2226.