心率變異度(heart rate variability，HRV)指的是心跳與心跳間距 長短(interval)改變的情形(Cowan,1995)，一般人的心跳與心跳之間，
會有幾十毫秒以內的差距，這種差距稱之為心率變異度。將心跳監測儀 所收錄的心率訊號轉換為 HRV 數據，這些數據可用來評估心臟自律神經 系統的活性。HRV 的分析指標有很多(吳宜香、吳瑞士，2008；薛玟伶，
2011；陳高揚、郭正典、駱惠銘，2000；劉秀玲，2006；王顯智、黃美 雪，2007)，本研究所採取的 HRV 參數如後：
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(一) RR 間距平均時間 (Mean of the all NN interval)：心跳間隔 的平均值。間隔越大表示心搏越慢。
(二) 心跳間期標準偏差(standard deviation of all normal to normal intervals，SDNN)：正常心跳間期的標準偏差，即變異 數(variance)的開平方，其標準差愈大，心率變異度愈大，為 整體心率變異度的指標。
(三) Mean HR (1/min)：平均每分鐘心跳數。
(四) 相鄰正常心跳間期差值平方和的均方根(The square root of the mean of the sum of the squares of differences between adjacent NN intervals，RMSSD)：反映副交感神經功能。
(五) 正常心跳間期差值超過 50 毫秒的個數(Number of pairs of adjacent NN intervals differing by more than 50 ms in the entire recording， NN50)︰反映副交感神經功能。
(六) 相鄰正常心跳間期差值超過 50 毫秒的比例(NN50 count
divided by the total number of all NN intervals，pNN50%)：
Ewing 等(1991) 證實 pNN50％是反應副交感神經的可靠指標。
(七) 心跳間期的變異係數(Coefficient of variation，CV)：CV(RRI)
＝SDNN(RRI)/ mean(RRI)。
(八) 總功率(total power，TP)：截取之頻率為<0.4Hz，指正常心跳 間期的變異數。
(九) 高頻功率(high frequency power，HF)：截取之頻率為
0.15-0.4Hz，指高頻範圍的正常心跳間期的變異數，代表副交 感神經活性的指標，反應副交感神經調控的情形。
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(十) 低頻功率(low frequency power，LF)：截取之頻率為
0.04-0.15Hz，指低頻範圍的正常心跳間期的變異數，代表交感 神經活性。
(十一) 低頻/高頻功率比（LF/HF）：反應交感/副交感神經平衡的指 標。
二、馬拉松長跑運動員：
本研究所指之馬拉松長跑運動員為跑齡至少在三年以上，每年至少 參加 5 場半馬（21 km）或全馬（42.195 km）以上賽事的長跑運動員，
且近二年持續在進行馬拉松長跑訓練。
第六節 研究範圍與限制
研究對象中所謂的馬拉松長跑運動員，為長期性參與馬拉松長跑運 動之民眾。每個運動員有不同的運動習慣、飲食習慣、健康狀況、家庭 背景等差異，這可能是本研究中較不易控制的變項。
6 的速度跳動著，每一次正常的心跳與心跳之間( NN interval)，存在著 幾十毫秒以內的微小差距，我們稱這種差異為心率變異度(Heart rate variability，簡稱 HRV)。我們可以從心率變異度的各項參數中可以判定 一個人心臟機能的優劣。以 Wolf 等（1978）的研究為例，他們發現心肌 梗塞病人的心率變異度下降，死亡率相對提高。Tsuji 等人（1996）的研 究結果也顯示心率變異度的變化是心血管疾病的危險因子。
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2000；翁根本等，2009；吳宜香、吳瑞士，2008；陳淑如等，2005；王 顯智、黃美雪，2007)。
心率變異度(HRV) 是近幾年來評估心臟自律神經一種較便利的方法。
由於心率變異度分析與操作容易，且具有非侵入性特點(Hayano 等，1991)。
舉凡運動訓練、老化現象、胎兒監控、長期臥床或是疾病、壓力等狀態 下，其自律神經調控機轉均可藉由心率變異度分析得到評估數據，於臨 床應用上相當具有潛力與前瞻性。在醫學研究中，心率變異度常用以預 測心臟相關病患者病情的好轉與否(Vrana 等，1993；Freeman 等，1991)。
在應用科學中，心率變異度常用來檢測運動成效(Powers 等，1998)。
運動生理學-教練指南（1989）一書中提到，影響心跳率評估的因素
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第二節 心率變異度的測量與分析
近年來科技發達，心率變異度的分析法已成為評估心臟自律神經系 統功能一種非侵入性的方法，並藉由電腦軟體對心跳間期差異的精細分 析來評估自律神經的功能。心率變異度的測量是利用心電圖進行分析，
即偵測出連續心電圖中的每一 QRS 複合波(如圖 2-1)之間隔，相鄰的 R 波 代表著心跳之週期，此間距即為 R-R interval(RRI)，而由連續的 R-R interval 所構成的連續間距則代表著心率變動性，定義為
Normal-to-Normal (NN) interval，心電圖上的 R 波是較為顯著而且容 易被偵測的，所以用兩個相鄰的 R 波(RR 間距)來代表心跳間期。(如圖 2-2)。(翁根本、何慈育、歐善福、林竹川、謝凱生，2009)。
圖 2-1 QRS 複合波示意圖
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要測量相鄰 QRS 波間的時距即 R 波的時距，必須將心電圖的類比訊 號數位化，再透過心率變異度分析的電腦軟體，量取相鄰 R 波的時距，
去除雜訊後會得到一組正常心跳間期的數列，再據以進一步的分析，來 評估自律神經系統的功能。而分析心率變異度的主要方法有兩種，一種 是時域分析（time domain），一種是頻域分析（frequency domain），
或稱頻譜分析。分析方法如下：
一、時域分析法(time-domain analysis)
時域分析法常使用統計法，統計法是將所有的心跳間期做各種統計 學上的計算，以求得各種變異度的指標，一般常用者如下：
(一) Mean RR(mean of the NN interval)：正常心跳與心跳間期的 平均值。
(二) SDNN(standard deviation of all normal to normal intervals)：
正常心跳間期(NN)的標準偏差，即變異數(variance)的開平方。
目前建議的比較基準是 5 分鐘或 24 小時 。 圖 2-2 RR 間距示意圖
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(三) SDANN index (standard deviation of average normal to normal intervals index)：計算短時間的平均正常心跳間期，
通常是 5 分鐘，然後再計算全程的平均標準差。
(四) SDNN index (standard deviation of all normal to normal intervals index)：計算每 5 分鐘正常心跳間期的標準差，再 計算所有標準差的平均值。
(五) R-MSSD (The square root of the mean of the sum of the squares of differences between adjacent NN intervals)︰
正常心跳間期差值平方和的均方根。
(六) NN50(Number of pairs of adjacent NN intervals differing by more than 50 ms in the entire recording)︰正常心跳間 期差值超過 50 毫秒的個數。
(七) PNN50(NN50 count divided by the total number of all NN intervals)︰相鄰正常心跳間期差值超過 50 毫秒的比例。
pNN50=(NN50 count)/(total NN count)。
二、頻域分析法（frequency-domainanalysis）
適合使用於短時間的分析，把 R-R interval(RRI)隨時間而變動的訊 號轉變為隨頻率而變化的訊號，做法是把 RR 間期的波，分解成許多不同 頻率和振幅的正弦波（sine waves），由之而得心跳間期頻譜，通常 RRI 頻譜的頻率在 1Hz（Hertz，1Hz＝1/sec）以下。）頻譜分析利用分析軟 體以快速傅立葉轉換(fast fourier transform,FFT)（圖 2-3），將一般 心電圖轉換為功率頻譜（power spectra）（圖 2-4）。
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圖 2-3 快速傅立葉轉換
（fast fourier transform, FFT）資料來源：Bulica, M., & Dan Moga, V. (1999）
圖 2-4 功率頻譜（power spectra）
資料來源：Bulica, M., & Dan Moga, V. (1999)
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功率頻譜中的各頻率範圍如表 2-1 所示。常用的頻域分析指標如下：
(一)總功率(total power,TP)：正常心跳間期(NN)之變異數。評估整 體心率變異度。
(二)極低頻功率(very low frequency power,VLFP)：指極低頻範圍 的正常心跳間期(NN)之變異數。生理意義不明。
(三)低頻功率(low frequency power,LFP)：指低頻範圍的正常心跳 間期(NN)之變異數，反映交感及副交感神經活性。
(四)高頻功率(high frequency power,HFP)：指高頻範圍的正常心跳 間期(NN)之變異數。為副交感神經活性的指標。
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Aubert, Seps, and Beckers (2003) 以 12 位年輕人（年齡 19-21）
和 12 位中年人（年齡 40-45）作 12 週強度達最大心跳的 70％-90%的跑 步訓練，結果發現兩組安靜時的心跳率訓練後比訓練前減少，心率變異、
總功率、高頻功率有明顯的增加。Puig 等 (1993)以 33 名運動員、33 名 健康人為受試者，利用心率變異頻譜分析來評估運動員心臟自主神經系 統的交感、副交感活動的狀態，發現運動員有較高心率變異度，是因為 副交感神經增強的作用。Ishida and Okada(1997) 以 8 名受過訓練的運 動員及 16 名為沒受過訓練者為對象，藉以探討規律運動對心臟自主神經
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變異度之差異發現，高中甲組籃球員較一般高中生於相同的運動負荷後，
副交感神經活性明顯增加及心率變異度亦明顯變大。
陳益民（2007）在他的文章中提到運動員較非運動員有較高的心率 變異度，可見運動能改善心臟自律神經系統的活性，如果從事長期的、
高強度的或耐力性的運動訓練，可增加心率變異度並減少罹患心血管疾 病的風險；而短期的、中強度的運動訓練項目對心率變異度的影響則較 無顯著差異。
由以上研究顯示，發現運動對心率變異的影響並非絕對，但運動對 心率變異大多有正面的影響。
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第四節 長跑對身體的影響
跑步可說是現今最熱門的全民健康運動，馬拉松路跑是一項考驗耐 力的長跑運動，若讓跑者能正確自我訓練，以增進運動技術，完成賽事，
此運動必能發展得更長遠持久。
經常性的跑步對健康非常有益，包括能降低 50%的心肌梗塞風險。在 馬拉松耐力運動訓練過程中心臟在會產生的變化：冠狀動脈的循環增強、
心室肌肉增厚，尤其是左心室(代表每一下的心跳，可以打出更多的血液 進入體循環)、心室容積增加、心跳降低(每一次心跳打出的血液增加，
代表心臟不需要跳這麼多下做那麼多的功)，總而言之，心臟經過訓練會 變得更有力，使用更少的能量。Carter, Banister, and Blaber (2003) 以 12 位年輕人（年齡 19-21）和 12 位中年人（年齡 40-45）作 12 週強 度達最大心跳的 70％-90%的跑步訓練，結果發現兩組安靜時的心跳率訓 練後比訓練前減少，心率變異、總功率、高頻功率有明顯的增加。
馬拉松是一項考驗耐力的長跑運動，要參加馬拉松賽事的選手，必 須要在比賽前將自己訓練到能夠跑完全程的狀態，才會去參加比賽。由 於馬拉松路跑是以有氧運動為主，且對於心臟之負荷相當顯著。因此，
本研究想要了解馬拉松長跑運動員與一般人的心率變異度是否有顯著差 異，以期能提供給相關工作者教學研究或作為訓練之參考。
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第參章 研究方法與步驟
本研究方法與步驟可分為六個部分加以說明：第一節、研究對象；
第二節、研究架構；第三節、研究工具；第四節、研究流程；第五節、
實驗時間與地點；第六節、實驗步驟；第七節、資料處理與統計分析。
第一節 研究對象
本研究之受試者對象為 40 位男女成人，分為實驗組 20 位男女成人，
與對照組 20 位男女成人。其中實驗組 20 位男女長跑運動員，跑齡至少 2 年以上且最近 2 年每年最少參加 5 場以上半馬或全馬以上的馬拉松比賽。
在實驗前讓受試者完全了解本實驗內容與流程，並簽屬受試者同意書，
方可參與實驗的進行。
第二節 研究架構
本研究在比較馬拉松長跑運動員與一般民眾，其心率變異的差異，
研究架構圖（如圖 3-1）。
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第三節 研究工具
本研究使用一顆陀螺儀與、ASUS Notebook PC，以及電腦軟硬體等，
各項研究工具介紹如下。
(一) 陀螺儀
本研究採用 WIMU PRO 陀螺儀檢測儀器(如圖 3-2)，長 8 公分，
寬 4.5 公分。
圖 3-2 WIMU PRO 陀螺儀檢測儀器示意圖
圖 3-2 WIMU PRO 陀螺儀檢測儀器示意圖