長跑運動對心率變異度之影響

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(1)國立屏東大學體育學系健康與體育碩士在職專班. 碩士學位論文. 長跑運動對心率變異度之影響. 研究生：王得文撰指導教授：涂瑞洪博士. 中華民國 108 年 10 月.

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(3) 長跑運動對心率變異度之影響研究生：王得文指導教授：涂瑞洪博士. 中文摘要心率變異度各項參數，可以評估一個人心臟機能的優劣或檢測運動成效。長跑運動員在耐力運動訓練過程中，心臟有較高之負荷且會産生變化：冠狀動脈循環增強、心室容積增加、安靜心跳率低…等。本研究之目的是想了解長時間從事長跑運動員與一般人心率變異度之差異情形，以期能提供相關工作者教學研究或作為訓練之參考。研究方法：以長期從事馬拉松長跑運動員 20 位（實驗組）與一般成人 20 位（對照組）為受試者。實驗時受試者平躺 10 分鐘，再進行 10 分鐘測量記錄。利用 WIMU PRO 陀螺儀檢測儀器及 Scosche Rhythm 心跳帶測量其心率變異度（HRV）相關參數，並將所得資料以獨立樣本 t 檢定分析比較實驗組與對照組心率變異度是否達顯著，顯著水準 α=.05。研究結果顯示，心率變異度在時域各項指標中，心跳與心跳間期的平均時間（Mean RR）、每分鐘平均心跳數（Mean HR）及心跳間期(NN)的標準偏差（SDNN）達到顯著差異。頻域部分在極低頻（VLF）和高頻（HF）也達顯著差異。本研究結論如下：長期從事長跑運動者較一般民眾，在三項指標（Mean RR、Mean HR、SDNN）上有較大的心變異度，同時也有較好的心臟副交感神經調節能力。. 關鍵詞：心率變異度、長跑運動、自律神經 I.

(4) The Effect of Long-Distance Running on Heart Rate Variability Wang,Te-Wen Advisor：Dr. Tu,Jui-Hung. Abstract Heart rate variability parameters can be used to assess the pros and cons of a person's heart function or to detect the effectiveness of exercise. Long-distance runners have a higher load on the heart during the endurance exercise training and will change: Coronary circulation enhancement、 Ventricular volume increase、Quiet heart rate is low...etc. The purpose of this study is to understand the difference between long-term long-distance runners and the general heart rate variability, in order to provide relevant workers with teaching research or as a reference for training. Research methods: 20 long-term marathon runners (experimental group) and 20 adults (control group) were used as subjects. During the experiment, the subjects lay flat for 10 minutes and then recorded for 10 minutes. The heart rate variability (HRV) related parameters were measured using the WIMU PRO gyroscope instrument and the Scosche Rhythm heartbeat belt, and the data were analyzed by independent sample t to compare whether the heart rate variability of the experimental group and the control group was significant, significant level α= .05.. II.

(5) The results of the study showed that the heart rate variability in the time domain indicators, the mean time between heartbeat and heartbeat (Mean RR), the average number of beats per minute (Mean HR) and the standard deviation of the heartbeat interval (NN) (SDNN). A significant difference is reached. The frequency domain portion also shows significant differences at very low frequency (VLF) and high frequency (HF). Keywords：heart rate variability, long-distance running, autonomic nerve. III.

(6) 目次中文摘要……………………………………………………………………Ⅰ 英文摘要……………………………………………………………………Ⅱ 目次…………………………………………………………………………Ⅳ 圖次…………………………………………………………………………Ⅴ 表次…………………………………………………………………………Ⅵ. 第壹章. 緒論 ……………………………………………………………·1. 第一節. 研究動機……………………………………………………1. 第二節. 研究目的……………………………………………………3. 第三節. 研究問題……………………………………………………3. 第四節. 研究假設……………………………………………………3. 第五節. 名詞操作型定義……………………………………………3. 第六節. 研究範圍與限制……………………………………………5. 第貳章. 文獻探討 ………………………………………………………·6. 第一節. 心率變異度與健康之關係 ………………………………·6. 第二節. 心率變異度的測量與分析 ………………………………·8. 第三節. 運動訓練對心率變異度的影響…………………………·13. 第四節. 長跑對身體的影響………………………………………·15. 第參章. 研究方法與步驟………………………………………………·16. 第一節. 研究對象…………………………………………………·16. 第二節. 研究架構…………………………………………………·16. 第三節. 研究工具…………………………………………………·18. 第四節. 研究流程…………………………………………………·20 IV.

(7) 第五節. 實驗時間與地點…………………………………………·22. 第六節. 實驗步驟…………………………………………………·22. 第七節. 資料處理與統計分析……………………………………·23. 第肆章. 研究結果與討論 ……………………………………………·25. 第一節. 實驗受者基本資料 ………………………………………25. 第二節. 實驗組與對照組的心率變異度之比較-時域……………26. 第三節. 實驗組與對照組的心率變異度之比較-頻域……………29. 第伍章. 結論與建議 …………………………………………………·31. 第一節. 研究結論 …………………………………………………31. 第二節. 研究建議 …………………………………………………31. 參考文獻……………………………………………………………………33 中文部分………………………………………………………………33 英文部分………………………………………………………………35 附錄一同意書……………………………………………………………38 附錄二跑者健康狀況調查表……………………………………………39. V.

(8) 圖次圖 2-1 QRS 複合波示意圖 …………………………………………………8 圖 2-2 心電圖中相鄰兩個 R 波間隔時間為 RR 間距 ……………………9 圖 2-3 快速傅立葉轉換 …………………………………………………11 圖 2-4 功率頻譜（power spectra）……………………………………11 圖 3-1 研究架構圖 ………………………………………………………17 圖 3-2 WIMU PRO 陀螺儀檢測儀器示意圖 ………………………………18 圖 3-3 手臂式心跳帶示意圖 ……………………………………………19 圖 3-4 ASUS Notebook PC GL552V 筆電…………………………………19 圖 3-5 電腦軟體應用程式 SPRO.lnk 介面………………………………20 圖 3-6 研究流程圖 ………………………………………………………21 圖 3-7 受試者平躺收錄心率資料圖 ……………………………………22 圖 3-8 心電圖 ……………………………………………………………23 圖 3-9 HRV analysis 介面圖 ……………………………………………24. VI.

(9) 表次表 2-1 常用心率變異度頻域指標摘要表………………………………12 表 4-1 實驗參與者基本資料……………………………………………26 表 4-2 不同組別心率變異度（時域）之比較…………………………28 表 4-3 不同組別心率變異度（頻域）之比較…………………………30. VII.

(10) 第壹章緒論心血管疾病在死因排行中都名列前茅，如何預防或降低心血管疾病的發生，已成為一項重要的課題。從許多文獻中知道，運動有助於改善心臟機能，提升交感神經的活性。心率變異度(heart rate variability， HRV)則是這幾年被用來評估自主神經系統的重要指標。本章共分為六節：第一節、研究動機；第二節、研究目的；第三節、研究問題；第四節、研究假設；第五節、名詞解釋與操作型定義。. 第一節. 研究動機. 根據衛生福利部統計處 107 年國人十大死因顯示，臺灣死於心臟疾病人數位居十大死因第二位，僅次於惡性腫瘤。其中，胡大一（2014）提到，根據世界心臟聯盟的統計，心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）每年導致全球 1750 萬人死亡，每年全球總死亡人數當中，每三個就有一個死於心血管疾病。如何預防心血管疾病是當前重要的課題。心臟分為四個腔室，心跳時，竇房結放電，房室結傳導電刺激，引起心室收縮並泵出血液，血液流經全身，最後回到心房（吳宜香、吳瑞士，2008）。健康的心臟，上述的過程很平順，但是不健康的心臟，在血流輸送或回流的過程不平順，輕則不影響生活，重則致命。林正常（2009）指出，在安靜狀態，一個人每分心跳率約 60-85 下，受過耐力性運動訓練的運動員可能降至每分鐘 30 次以下。心臟經由運動訓練能使之強壯，同時耐力訓練也可以增進心臟之效率。胡大一（2014）提到全球大約有 75%心血管疾病導因於運動量不足、超重、吸菸等傳統因素。梁文薔（2011）提到任何的身體活動皆比身體靜止不動來得好，當我們身體動起來時，交感神經便作用使心跳加速，心跳加速時即提供身體更多的血液與氧氣，此時神經的刺激及內分泌訊 1.

(11) 號使血管放鬆，血液流暢，肌肉產生熱，促使關節分泌滑膜液，關節更靈活。這都說明運動好處非常多。陳奕伸、林正常、陳銘堯（2014）表示體操專長生在坐姿、安靜時與倒立板倒立時的狀態下，其心率變異度分析顯示有較佳的自律神經系統調控能力。杜鎮宇(2002)對七名大學生施以四週、每週三次，每次 30 分鐘高強度運動訓練後，其交感與副交感神經的活性與未經訓練前達顯著相關。Shin, Minamitani,Onishi, Yamazaki, & Lee, (1997)在他們的研究中指出，運動員的心率變異度中，其高頻功率明顯高於非運動員。也就是說，運動員的副交感神經活性優於非運動員，代表運動員運動過後心跳恢復情形較優異。基於以上所述，於是想了解接受長時間中高強度運動訓練的長跑運動員與一般人，其心率變異度之差異情形，藉以了解馬拉松長跑運動訓練歷程對於心率變異度的影響，以期能提供給相關工作者或運動訓練人員之參考。. 2.

(12) 第二節. 研究目的. 基於研究動機，本研究之目的：一、了解長跑運動員與一般民眾心率變異度之差異。二、了解長跑運動員與一般民眾在心率變異度參數-時域之差異。三、了解長跑運動員與一般民眾在心率變異度參數-頻域之差異。. 第三節. 研究問題. 根據研究目的，本研究問題為：一、長跑運動員與一般民眾心率變異度是否達顯著差異？二、長跑運動員與一般民眾在心率變異度參數-時域是否達顯著差異？三、長跑運動員與一般民眾心在心率變異度參數-頻域是否達顯著差異？. 第四節研究假設本研究假設為：一、長跑運動員與一般民眾心率變異度達顯著差異。二、長跑運動員與一般民眾心率變異度參數-時域達顯著差異。三、長跑運動員與一般民眾心率變異度參數-頻域達顯著差異。. 第五節名詞解釋與操作型定義一、心率變異度定義：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： 3.

(13) (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。. 4.

(14) (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。. 5.

(15) 第貳章文獻探討本章將此研究之相關文獻分別以第一節、心率變異度與健康之關係。第二節、心率變異度的測量與分析。第三節、運動對心率變異度的影響。第四節、長跑對身體的影響。分別詳述如下。. 第一節心率變異度與健康之關係人類的心臟是一顆神奇的器官，它的作用是推動血液流動，使血液攜帶養分到身體各部位，以維持身體健康。心臟跳動時並非以一個固定的速度跳動著，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。心臟主宰著身體的運行，心臟跳動時，輸送血液至全身，供給全身氧氣與養分。王顯智、黃美雪（2007）解釋心臟因竇房結放電而產生規律性跳動，而竇房結放電卻受到自律神經系統的調控，自律神經系統包含交感神經與副交感神經，交感神經系統作用竇房結，使心跳加速，以應付身體活動；副交感神經系統則控制竇房結，使心跳速率變慢，以利休息。交感神經系統與副交感神經系統兩者相互拮抗，使心臟的跳動表現出不同程度之變異性，這種變異性，稱之為心率變異度(HRV)。心率變異度的多項指標當中，有許多研究指出高頻處變異是由副交感神經系統調控，低頻處的變異則由副交感神經與交感神經共同調控。(陳高揚等，. 6.

(16) 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很多，如情緒、疾病、熱、高地、運動型態和旅行行程中失眠的影響等。楊翠芬等人（2007）在他們的研究中發現，受孕後週數大於 36 週的胎兒，他們自主神經系統的活動性顯著高於 36 週以下的個案。苗澤輝、劉勇（2010）的研究更進一步指出慢性心力衰竭患者的心率變異度部分指標變化可作為判定慢性心力衰竭患者病情嚴重程度和預後的參考指標。而廖燕清(2013)的研究也有相似的結果，在他的健康型與疾病型心率變異度之比較研究中，也發現健康型之心率變異度明顯優於疾病型之心率變異度。總結以上文獻，優異的心率變異度，顯示較佳的身體機能，同時也告訴我們心率變異度分析能評估心臟機能健康與否。. 7.

(17) 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. 8.

(18) 圖 2-2. RR 間距示意圖. 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。. 9.

(19) (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）。. 10.

(20) 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) 11.

(21) 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。 (五)低頻功率比(LF%)：低頻功率/(總功率–極低頻功率) ×100(單位： %)。代表交感神經活性的定量指標。 (六)高頻功率比(HF%)：高頻功率/(總功率–極低頻功率) ×100(單位： %)。代表副交感神經活性定量指標。 (七)低高頻功率比（LF/HF）：反應交感及副交感神經平衡的指標或代表交感神經調控的情形。表 2-1 常用心率變異度頻域指標摘要表名稱. 頻率範圍(Hz). 數值表示方式. 總功率 (TP). 0 ~ 0.4. 取自然對數，ln(毫秒平方). 極低頻功率(VLFP). 0.003 ~ 0.04. 取自然對數，ln(毫秒平方). 低頻功率(LFP). 0.04 ~ 0.15. 取自然對數，ln(毫秒平方). 高頻功率(HFP). 0.15 ~ 0.4. 取自然對數，ln(毫秒平方). 12.

(22) 第三節運動對心率變異度的影響人體心跳變異會受到運動、情緒…等因素而有不同變化，若能由心率變異度的測量，不僅可以評估身體的健康狀況更可以判斷心肺功能優劣，藉以評估運動及訓練效果，達成改變各項運動計畫或運動強度之指標，因此心率變異度運用在運動科學上有其動要性。（林正常、王順正， 2002） 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系統的影響，結果顯示規律的運動訓練可增強心臟副交感神經活性或降低減弱交感神經活性。王顯智等（2010）在他們的研究結果中發現運動員的平均心跳間期比非運動員長，而不同類型的運動員平均心跳間期並沒有明顯的差異。劉秀玲（2005）以三十六位國小健康的在學學生實施田徑運動員與一般兒童心率變異度之比較發現，經過半年以上規律運動訓練能夠提昇國小學童心肺適能及心臟副交感神經活性的表現。吳瑞士（2008）針對國小學童做 10 週運動訓練後，發現受試者增加安靜時心率變異度及提升副交感神經活性、降低交感神經活性。林佳皇（2005）探討 16 位長期接受籃球訓練的高中甲組籃球運動員與 15 位高中一般生，在腳踏車運動後心率 13.

(23) 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。. 14.

(24) 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。. 15.

(25) 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）。. 16.

(26) 馬拉松長跑運動員 (實驗組) 依. 變. 項馬拉松. Mean RR SDNN Mean HR RMSSD NN50 pNN50(%) LF HF FL/HF. 長跑運動員自. (實驗組). 獨立樣本 t 檢定. 變一般民眾. 項一般民眾. （對照組）. (對照組). 依. 變. 項. 圖 3-1 研究架構圖. 17. Mean RR SDNN Mean HR RMSSD NN50 pNN50(%) LF HF FL/HF.

(27) 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. (二) 手臂式心跳帶為一條手腕帶，將手腕帶配載於受試者手腕（如圖 3-3）。. 18.

(28) 圖 3-3 手臂式心跳帶示意圖. (三)收集資料儀器透過 ASUS Notebook PC，型號 GL552V(如圖 3-4)進行資料收集及資料分析。. 圖 3-4 ASUS Notebook PC GL552V 筆電. 19.

(29) (四)電腦軟體應用程式 SPRO.lnk 以 WIMU PRO 陀螺儀及電腦軟體應用程式 SPRO.lnk(如圖 3-5) 收錄受試者心電圖資料，收集完成後透過該軟體應用程式 SPRO.lnk 進行轉檔，即可得到心率變異數據。. 圖 3-5 電腦軟體應用程式 SPRO.lnk 介面. 第四節. 研究流程. 本研究選取馬拉松長跑運動員男、女各 10 位實驗參與者為實驗組，另外隨機選取男、女各 10 位一般民眾為對照組。實驗前先透過問巻方式，篩選適合之馬拉松長跑運動員。再接受實驗前，先向受試者說明實驗目的與流程，並填寫「實驗參與者同意書」與「健康狀況調查表」。研究流程（如圖 3-6）。. 20.

(30) 21.

(31) 第五節實驗時間與地點一、實驗日期：108 年 6 月 21 日至 108 年 7 月 21 日。二、實驗時間：上午 08：00 至下午 05：00。三、實驗地點：高雄市文府國小 2 樓空品教育中心。. 第六節. 實驗步驟. 一、空品教育中心開空調，溫度設定 27 度，燈光微暗。二、受試者個別進入視聽中心。實驗參與者放鬆心情平躺於軟墊上 3 分鐘後，左（右）手腕戴上手臂式心跳帶（如圖 3-7），開啟陀螺儀檢測儀器（WIMU PRO）（如圖 3-2），接著再開啟電腦軟體應用程式 SPRO.lnk 監測心跳(如圖 3-5)。收錄 10 分鐘心電圖資料(如圖 3-8)，心電圖的取樣頻率為 100 次/秒。. 圖 3-7. 受試者平躺收錄心率資料. 22.

(32) 圖 3-8 心電圖. 第七節資料處理與統計分析一、資料處理將心電圖數值透過應用程式 SPRO.lnk（如圖 3-5）及 HRVanaiysis_1.1 （如圖 3-9）的轉譯後，即可產出心率變異參數。二、統計分析將心率變異各數據資料輸入 SPSS19.0 套裝軟體進行統計分析：（一）描述性統計呈現受試者各項基本資料數值。（二）以獨立樣本 T 檢定分析比較實驗組與對照組心跳變異度是否達顯著。（三）本研究將顯著水準訂為α=.05。. 23.

(33) 圖 3-9 HRV analysis 介面圖. 24.

(34) 第肆章研究結果與討論本章根據研究工具所收錄擷取的心電圖數值透過應用程式 SPRO.lnk 及 HRVanaiysis_1.1 的轉譯後，即可獲得心率變異數據，再針對研究目的與研究問題，進行統計結果分析與討論。共分為三節：第一節實驗參與者基本資料、第二節實驗組與對照心率變異度-時域和第三節實驗組與對照心率變異度-頻域。. 第一節. 實驗參與者基本資料. 本研究之受試者分為實驗組與對照組。實驗組 20 人，平均年齡為 41.80±4.34 歲，平均身高 166.30±7.73 公分，平均體重 60.50±7.36 公斤，收縮壓 120.05±16.04 毫米汞柱，舒張壓 74.30±7.91 毫米汞柱，為從事馬拉松長跑運動之運動員；對照組 20 人，平均年齡為 40.85±4.21 歲，平均身高 167.40±5.25 公分，平均體重 62.85±7.61 公斤，收縮壓 117.35±10.50 毫米汞柱，舒張壓 74.55±8.29 毫米汞柱，為並未從事馬拉松長跑運動之一般民眾。. 25.

(35) 表 4-1 實驗參與者基本資料基本資料. 組別. 樣本數. 平均數. 標準差. 年齡. 實驗組. 20. 41.80. 4.34. （歲）. 對照組. 20. 40.85. 4.21. 身高. 實驗組. 20. 166.30. 7.73. （公分）. 對照組. 20. 167.40. 5.25. 體重. 實驗組. 20. 60.50. 7.36. （公斤）. 對照組. 20. 62.85. 7.61. 收縮壓. 實驗組. 20. 120.05. 16.04. （毫米汞柱）對照組. 20. 117.35. 10.50. 實驗組. 20. 74.30. 7.91. （毫米汞柱）對照組. 20. 74.55. 8.29. 參數. 舒張壓. 第二節. 實驗組與對照心率變異度之比較-時域. 本研究之受試者實驗組為從事馬拉松運動之運動員，對照組為一般民眾，實驗結果顯示（表 4-1）心跳與心跳間期的平均時間（Mean RR）、每分鐘平均心跳數（Mean HR）、心跳間期(NN)的標準偏差（SDNN）及相鄰正常心跳間期差值均方根（RMSSD）與對照組有達顯著標準，其餘各項指標皆未達顯著。經獨立樣本 t 檢定顯示心跳與心跳間期的平均值 t 值＝7.148 26.

(36) （P<.05 ）達到顯著差異；正常心跳間期的標準偏差（變異數）t 值＝3.804 （P<.05）達到顯著差異；每分鐘平均心跳數 t 值＝-7.294（P<.05）達到顯著差異；相鄰正常心跳間期差值均方根 t 值＝2.149（p.038）。再由平均數來看，實驗組心跳與心跳間期的平均值（Mean RR）為 1102.84(ms)，對照組為 848.36(ms)；實驗組正常心跳間期的標準偏差的平均值（SDNN）為 51.74(ms)，對照組為 31.08(ms)，實驗組相鄰正常心跳間期差值均方根平均值（RMSSD）為 18.43(ms), 對照組為 10.02(ms) 三項心率異度指標實驗組都高於對照組；且實驗組每分鐘平均心跳數的平均值（Mean HR）為 55.25(1/min)，對照組為 71.52(1/min) ，實驗組也優於對照組。陳怜佑( 2011)對 140 位四年級學童施以 10 週健走運動，結果不論男女、實驗前後、實驗組與對照組，每分鐘平均心跳數皆達顯著水準，黃川益（2015）研究 8~12 歲直排輪選手，發現菁英選手組心跳間隔平均值（Mean RR）高於控制組。與本研究結果相符。. 27.

(37) 表 4-2 不同組別心率變異度（時域）之比較時域. 組別. 樣本數. MeanRR. 實驗組. 20. (ms). SDNN. 平均數. 標準差. 1102.84. 對照組. 20. 848.36. 90.36. 實驗組. 20. 51.74. 22.12. 對照組. 20. 31.08. 10.02. HR. 實驗組. 20. 55.25. 6.52. (1/min). 對照組. 20. 71.52. 7.56. STD. 實驗組. 20. 2.59. 1.22. HR(1/min). 對照組. 20. 2.62. .88. RMSSD. 實驗組. 20. 18.43. 16.39. 對照組. 20. 10.02. 6.10. 實驗組. 20. 2.85. 8.63. NN50. pNN50 (%). 對照組. 20. .35. .99. 實驗組. 20. .49. 1.40. 對照組. 20. P值. 7.148. .000*. 3.804. .001*. -7.294. .000*. -.090. .929. 2.149. .038*. 1.287. .206. 1.284. .207. 131.10. (ms). (ms). t值. .09. .18. 註：* P<.05. 28.

(38) 第三節. 實驗組與對照心率變異度之比較-頻域. 至於頻域部分，實驗結果顯示（表 4-2）只有極低頻（VLF）和高頻（HF）與對照組達到統計上顯著差異水準，其餘頻域各項指標皆未達顯著差異。由於極低頻（VLF）部分目前生理意義不明（陳高揚等， 2001），大多數醫界仍採保留的態度，所以不討論。經獨立樣本 t 檢定顯示高頻（HF）t 值＝2.093（P<.05）達到顯著差異。由平均數上比較，實驗組高頻（HF）平均值為 24.48，對照組為 9.06，實驗組高於對照組，顯示從事馬拉松長跑的運動員有較高之副交感神經活性。Shin, Minamitani,Onishi, Yamazaki, & Lee, (1997)在他們的研究中指出，運動員的心率變異度中，其高頻功率明顯高於非運動員。陳益民（2007）在他的文章中提到非運動員的心率變異度低於運動員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無顯著差異。吳瑞士（2008）針對國小學童做 10 週運動訓練後發現增加安靜時心率變異度及提升副交感神經活性、降低交感神經活性。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。Galetta（11994）以相同年齡 10 位坐式生活建康人及 10 位長跑選手為受試者，探討自主神經和年齡的關係發現，長跑選手有較好的心臟副交感神經調節能力，也延遲了心臟自主神經因年齡增加而衰退現象。與本研究結果相符。. 29.

(39) 表 4-3 不同組別心率變異度（頻域）之比較頻域. 組別. 樣本數. 平均數. 標準差. 實驗組. 20. 1594.02. 1177.72. VLF 對照組. 20. 580.63. 404.90. 實驗組. 20. 241.799. 294.56. LF 對照組. 20. 180.72. 203.67. 實驗組. 20. 24.48. 32.77. HF 對照組. 20. 9.06. 3.53. 實驗組. 20. 14.43. 11.03. LF/ HF 對照組. 20. 18.93. 19.14. 註：* P<.05. 30. t值. P值. 3.639. .001*. .736. .450. 2.093. .043*. -.912. .368.

(40) 第伍章結論與建議本章根據研究結果的分析與討論，歸納出結論，並做出對實際上的應用與後續相關研究的建議，以供參考。本章共分為兩節，第一節為研究結論；第二節為研究建議。論述如下：. 第一節研究結論一、實驗組與對照組在 RR 間距平均時間 Mean RR（ms）、心跳間期的標準偏差 SDNN（ms）每分鐘平均心跳 Mean HR 與高頻功率 HF 這四項指標達顯著差異。其他心率變異度指標皆未達顯著差異。二、實驗組在 RR 間距平均時間 Mean RR（ms）、心跳間期的標準偏差 SDNN （ms）皆高於對照組。顯示從事馬拉松長跑的運動員在 Mean RR（ms）、 SDNN（ms）這兩項心率變異度指標優於一般民眾。三、從事馬拉松長跑的運動員每分鐘平均心跳數顯著少於一般未從事馬拉松長跑運動的民眾。四、高頻功率 HF 部分達顯著差異，顯示實驗組之副交感神經功能優於對照組，從事馬拉松長跑的運動員有較佳之副交感神經活性。. 第二節研究建議建議未來做心率變異度研究者可參考以下幾點：一、運動方式、種類會影響心率變異度，可針對不同類型的運動訓練，例如有氧、無氧運動等不同形式的運動訓練做比較。二、由於影響心率變異的因子非常多，如：性別、年齡、運動習慣…等，建議未來從事相關研究時應盡量排除可能的影響因子。三、本研究實驗組從事馬拉松長跑的運動員在心跳數顯著低於控制組未從事馬拉松長跑的一般民眾，在 Mean RR (ms)、SDNN（ms）及 RMSSD （ms）. 31.

(41) 指標有較佳之心率變異度，且高頻功率 HF 部分優於一般民眾，有較佳之副交感神經活性。顯示有參與此項運動之運動員其心肺適能顯著獲得正向的助益。為選擇提升心肺適能的運動項目之一。. 32.

(42) 參考文獻中文部份王顯智、黃美雪（2007）。心率變異度的發展與臨床應用。中華體育季刊， 21（3），1-9 。杜鎮宇(2002)。不同強度的規律運動訓練對人體安靜與運動狀態下心臟自主神經功能的影響（未出版之碩士論文）。國立體育學院，桃園縣。吳瑞士（2008 ）。運動訓練對國小學童心率變異度的影響（未出版之碩士論文）。輔仁大學，臺北縣。吳香宜、吳瑞士（2008）。運動訓練對心率變異度的影響。輔仁大學體育學刊，7，239-252。林正常（2009）。運動生理學。臺北市：師大書苑。苗澤輝、劉勇（2010）。慢性心力衰竭患者的心律變異性分析。吉林醫學， 31(29)，5071-5072。胡大一（2014 ）。保衛心血管大作戰。臺北市：達觀。翁根本、何慈育、歐善福、林竹川、謝凱生（2009）。心律變動性分析。臺灣醫界，52，6，290-293。陳高揚、郭正典、駱惠銘（2000）。心率變異度：原理與應用。中華民國急救加護醫學會雜誌，11(2)，47-58。取自 10.30018/jeccm.200006.0001 陳淑如、蔡月霞、羅映琪、蔡宜珊、鄭綺(2005) 。心率變異度的簡介及護理上的應用。新臺北護理期刊，7（1），1-11。陳益民（2007）。運動訓練對心率變異度之影響。國北教大體育，2，18-23。梁文薔（2011）。健康與長壽：老當益壯並不難。臺北市：健康文化。. 33.

(43) 楊翠芬、高念慈、詹瑞棋、郭博昭、陳淑貞（2007）。早產兒及足月兒心跳變異性的頻譜分析。台灣復健醫學雜誌，35(3)，127-135。廖燕清（2013）。健康型與疾病型心律變異之比較研究（未出版之碩士論文）。亞洲大學，臺中市。劉秀玲（2006）。國小兒童田徑運動員與一般兒童心率變異度之比較（未出版之碩士論文）。輔仁大學，臺北市。衛生福利部統計處（2018）。107 年度十大死因統計。取自 http://www.mohw.gov.tw/cp-16-33598-1.html 薛玟伶（2011）。跳繩訓練對國小學童心跳變異率之影響（未出版碩士論文）。國立臺南大學，臺南市。. 34.

(44) 英文部份 Aubert,A.,Seps,B.,& Beckers,F.(2003).Heart rate variability in athletes.Sports Medicine,33(12),889-919. Bulica,M.,& Dan Moga,V.(1999).Frequency domain methods for measurement of heart rate variability. Studies in Health. Technology and Informatics,68,359-364. Cowan,M.J.(1995) Measurement of heart rate variability.Western. Journal of Nursing Research,17(1),32-48. Ewing,D.J.Neilson,J.M.,Shapiro,C.M.,Stewart,J.A.,& Reid,W. (1991).Twenty four hour heart rate variability:effects of posture, sleep, and time of day in healthy controls and comparison with bedside tests of autonomic function in diabetic patients. Heart,65(5),239- 244. Galetta,F.,Lunardi, M.,Prattichizzo,F.A.,Rossi,M.,Cosci,S.,& Giusti,C.（1994）.Effects of physical activity on the cardio-vascular autonomic function in the aged.Minerva. Cardioangiol,42（7-8）,321-326. Hayano,J.,Sakakibara,Y.,Yamada,A.,Yamada, M., Mukai,S.,Fujinami,T.,et al.(1991). Accuracy of assessment of cardiac vagal tone by heart rate variability in normal subjects. The American Journal of Jardiology,67(2),199204.. 35.

(45) Powers,S.K.,Demirel,H.A.,Vincent,H.K.,Coombes,J.S.,Naito, H.,Hamilton,K.L.,et al.(1998). Exercise training improves myocardial tolerance to in vivo ischemiareperfusion in the rat. The American Journal of. Physiology ,275 (5 Pt 2),R1468-1477. Shin,K.,Minamitani,H.,Onishi,S.,Yamazaki,H.,& Lee,M.(1997). Autonomic differences between athletes & nonathletes: Spectral analysis approach. Medicine & Science. in Sports & Exercis,29,1482-1490. Tsuji,H.,Larson,M.G.,Venditti,F.J.,Manders,E.S., Evans,J.C.,Feldman,C.L.,& Levy,D.(1996). Impact of reduced heart rate variability on risk for cardiac events.. Circulation,94(11),2850-2855. Vrana,M.,Fejfar,Z.,Horak,O.,Hyza,Z.,Stupka,J.,& Lanska,V.(1993).Variation in the R-R intervals on the electrocardiogram. A new diagnostic method in cardiology.. Cor Et Vasa.35(1),32-40. Wolf,M.M.,Varigos,G.A.,Hunt,D.,& Sloman,J.G.(1978).Sinus arrhythmia in acute myocardial infarction. The Medical. 36.

(46) Journal of Australia,2(2),52-53.. 37.

(47) 附錄一同意書. 受試者同意書一、試驗主題：長跑運動對心率變異度之影響二、簡介：心率變異度是評估自律神經系統有用且非侵入性的方法，許多生理與病理狀態都可使心率變異度有所變化，例如起坐、老化、急性心肌梗塞、及慢性阻塞性疾病等等。因此，我們擬利用心率變異度分析法來紀錄運動員的自主神經活性，並比較分析其差異。三、試驗目的：透過運動員心率變異度的分析來推論運動員受馬拉松運動訓練的影響。四、試驗方法及程序說明：受試者平躺時，利用 WIMU PRO 陀螺儀檢測儀器，記錄 10 分鐘的心跳數據，以做為心率變異度分析之用。以受試者的資料利用統計方法做相關性分析。五、可能產生之副作用：無。六、預期試驗結果：一些研究初步發現經過規律運動訓練的選手其自主神經活性大於未受規律運動訓練者。因此本計劃擬利用心率變異度分析法來紀錄運動員的自主神經活性，並觀察受訓練與否的運動員其自主神經表現及分析其可能的差異。七、試驗執行時間預計自 108 年 1 月起。八、參與本研究計劃者，於整個過程中可隨時撤回同意，退出實驗計劃，且不會引起任何不愉快。我們將維護您在實驗過程中應得之權益。同時對您的檢查結果及內容，持保密的態度，以維護您的隱私，敬請安心。指導教授：國立屏東大學體育學系涂瑞洪博士研究者：國立屏東大學體育學系健康與體育碩士在職專班王得文地址：高雄市左營區文府路 399 號電話：分機. 以上的資訊已向本人說明，本人已了解且同意參與此項研究計劃，並同意配合之。. 受測人員：. 簽名. 日. 38. 期：. 年. 月. 日.

(48) 附錄二跑者健康狀況調查表. 各位跑團跑友：日安。我是屏東大學體育系健康與體育暑碩三研究生王得文。我的論文研究題目為「長跑運動對心率變異度之影響」，因此需要蒐集從事馬拉松長跑運動者的心率資料來作分析，屆時會有儀器及人員協助收錄，只需您配戴手臂式心跳帶平躺 10 分鐘。在此之前能幫我先填寫下列之「跑者健康狀況調查表」，並測量記錄血壓值，謝謝各位跑友的協助與幫忙。感恩！跑者健康狀況調查表姓名：性別： □男 □女身高： cm 體重： kg 年齡：□21~30 歲 □31~40 歲 □41~50 歲 □51~60 歲 □60 歲以上心血管疾病：□無 □有 □心臟病 □動脈瘤 □心房顫動（心律不整） □心肌病變 □高血壓 □糖尿病血壓值： ~ 每分鐘平均心跳數：（次/分）日常飲食習慣抽煙：□無 □有酗酒：□無 □有其它：跑齡：年參加跑團時間：年月平均週跑量： km（公里）/週填寫日期： 108 年. 39. 月. 日.

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