出  處: 中國醫藥研究叢刊
出版年度: 2007年
作  者: 呂萬安
單  位:

台北市立聯合醫院仁愛院區中醫科
國立陽明大學助理教授    

 

-- 太極拳運動前後心率變異度的頻譜分析 --

  

 

 

許多臨床研究已發現老化與疾病狀態均會導致副交感神經活性下降的情形,且下降的程度與其疾病嚴重度或預後有關,因此,如何提升副交感神經活性是學者們努力的目標。從1990年代開始,醫界對於人類健康的促進及預防醫學愈來愈重視。充足的營養與運動習慣的確會降低罹患各種疾病的風險,可以延長許多人的壽命,因此充足的營養與運動可視為目前最佳的健康長壽良方。太極拳與外丹功是二種普遍流行於東方國家的養生運動,他們都被認為適合於老年人及慢性病人。本研究的目地是探討太極拳與外丹功對於中老年人自律神經活性的效應,且進一步比較這兩種運動的生理效應。

 

心率的快慢受竇房結節律細胞的基本發電頻率和自律神經系統的調控這兩個主要因素影響。竇房結節律細胞的基本發電頻率是固定的,並不會在短時間內改變,而自律神經系統的活性則無時無刻不在變化,以因應身體的需要。竇房結放電頻率因自律神經系統的調控而表現出的變異度即為心率變異度。將心率的訊號作快速傅立葉轉換,就可得心率的功率頻譜圖,在功率頻譜圖上通常可以發現兩個明顯的波峰,即0.150.40赫茲的高頻處有由副交感神經調控的波峰,以及0.040.15赫茲處有由副交感神經及交感神經共同調控的低頻波峰。一般以高頻功率比(=100 ×高頻功率/總功率)做為副交感神經活性的指標,以低頻功率比(100 ×低頻功率/功率)做為交感與副交感神共同調控的指標,且以低高頻功率比(= 低頻功率/高頻功率)做為交感-副交感神經活性平衡的指標。

 

我們邀請二十名打太極拳及二十名對照組參與本研究,我們比較兩組參與者心率變異度的差異,以及太極拳運動後心率變異度的變化情形。結果顯示太極拳組運動前的總功率、極低頻功率、低頻功率、低頻功率比及低高頻功率比都顯著地大於對照組。太極拳組在太極拳運動後,高頻功率比從運動前的22.8 ± 14.6 nu 上升到運動後30分鐘的28.2 ± 16.1 nu,運動後60分鐘又持續又上升到30.6 ± 18.4 nu。相反的,低高頻功率比則由運動前的2.5 ± 2.4 下降到運動後30分鐘的1.8 ± 1.4 ,以及運動後60分鐘的2.2 ± 2.9。這些數據顯示太極拳的短期效應是提升副交感神經的活性,並使得交感神經的活性下降,故太極拳值得被推荐給中老年人,作為一種健身運動。

 

關鍵詞:運動、心率變異度、交感、副交感、自律神經活性

  

 

 

 

已知副交感神經活性在下列各種生理及病理情況會下降:如老化、急性心肌梗塞、糖尿病、慢性腎衰竭以及充血性心臟疾病。心臟副交感神經的功能,可經由心率變異度分析或壓力反射敏感性加以評估,故副交感神經活性被認為與疾病癒後診斷有關係。因為缺乏副交感神經活性明顯回復的診斷法,許多可以增加副交感神經活性的方法,對於那些飽受副交感神經活性下降的病人,具有優勢的好處。有些藥物已經被證明對於正常人、急性心肌梗塞的病人或是充血性心臟的病人,有增加其副交感神經活性的功能。但無論如何,藥物仍然有許多的問題,譬如安全性、耐受性的顧慮,因此較為安全、彈性以及較少副作用的生理性方法便受為歡迎。在許多可能提升副交感神經活性的生理性方法當中,右側臥已經被證明對於冠狀動脈疾病的病人以及急性心肌梗塞的病人,可以提升副交感神經的活性。除了右側臥外,是否有其他生理性方法可提升副交感神經活性?

 

手掌的反覆打開臥緊動作是一種生理性運動,且已經被證明可以提升副交感神經的活性。適合老年人的運動,應該是有氧的、能夠增強肌肉力以及柔軟度的訓練。急性心肌梗塞的病人在作心臟復健的過程中,低度及重度的運動訓練可以改善功能肺容積以及心肺的功能指數,尤其是在運動訓練前三個月期間。對於老年人而言,有一些東方的運動特別受到重視,這是因為它們較被易接受、經濟,並且比較適合推廣於社區當中。

 

太極拳是一種傳統的養生運動,能夠減緩有氧能力的衰退。太極拳訓練已被證實對心肺功能、平衡能力與肌肉強度有幫助。研究證明,作過心臟導管手術後且低危險因子的病人,經過為期一年有計畫的太極拳訓練之後,確實能夠增強這些人的心肺功能。有一篇研究指出,太極拳能夠降低壓力、焦慮以及情勢障礙。全世界有超過一億的人在打太極拳,研究太極拳的生理效應,應是非常有意義的事情。因此,本研究的目的是利用心率變異度的頻譜分析方法,來檢驗太極拳對中老年人自律神經活性的效應。

 

 

 

1. 受測者

本研究分為太極拳組與對照組,有心肺疾病,或是糖尿病、高血壓而需長期服藥,或是腎臟病及肝病的患者,不列入本研究。太極拳組的成員來自台灣的太極拳訓練團體,對照組的成員則來自社區,且從未打過太極拳者。所有受測者都接受問卷調查,內容包括過去的醫藥紀錄以及生活史,並且所有受測者具備與一般人無甚差異的生活型態,且每日的活動不受到任何的限制。本研究已獲榮總人體試驗委員會審核通過(VGHIRB No. 91-04-13A)。在研究前我們告知受測者所有的研究步驟過程,並且先取得受測者的同意書。

 

2. 太極拳運動標準化的評估

本研究選擇架式較複雜,且運動量較高的老架楊式太極拳。此式太極拳共有64式。每次練習包括暖身運動10分鐘,練拳20分鐘及緩和運動10分鐘,打拳時,均由老師示範,並由錄音機撥放預錄的招式名稱,以求動作及時序一致。所有的過程都在下午四點至七點間進行,且室溫維持在24-25º C

 

3. 心電圖訊號的記錄

所有受測者受檢前二十四小時內不得飲用含量咖啡因的飲料。受測者全部採取仰臥。在仰臥休息五分鐘之後,我們利用心電圖監視器(Biochem Vital Sign Monitor) 記錄受測者一系列的心電圖訊號,並立即傳到個人電腦內記錄15分鐘。在休息與記錄期間,受測者須閉眼以免視覺上的干擾。心電圖訊號的取樣頻率為200赫茲。記錄下來的心電圖訊號,先用軟體量測相鄰RR波間的間距。若有竇性中止、心房性或心室性心律不整,則刪除此異常RR波的間距。然後選取最後穩定的512RR波間距來做頻譜分析。如果因為心律不整而刪除的RR波間距超過5 %,則此患者的資料不列入分析。

 

4. 心率變異度分析

心電圖機的取樣頻率為200赫茲。我們選取512個心跳間期進行心率變異度的頻譜分析。頻譜的計算是以快速傅立葉轉換(Mathcad Software, Mathsoft Inc., Cambridge, Massachusetts, USA) 的方法來作運算。0.010.40赫茲間頻譜曲線下的面積定義為總功率;0.010.04赫茲間頻譜曲線下的面積定義為極低頻功率;0.040.15赫茲間頻譜曲線下的面積為低頻功率;而0.15赫茲到0.40赫茲間頻譜曲線下的面積為高頻功率。高頻功率比(高頻功率/總功率)為副交感神經活性的指標;低頻功率比(低頻功率/總功率)為交感與副交感神經共同調控的指標;低高頻功率比(低頻功率/高頻功率)為交感-副交感神經活性平衡的指標;極低頻功率比(極低頻功率/總功率)則為副交感神經活性下降及腎素-血管緊縮素-醛固酮系統的指標。

 

5. 統計學分析

太極拳組與對照組間的基本生理特性及心率變異度時域、頻域各項指標值以Mann-Whitney rank sum test (SigmaStat statistical software, SPSS Inc., Chicago, Illinois, USA) 來比較。太極拳組三組之間(打太極拳之前、打完太極拳後30分鐘、打完太極拳後60分鐘)的時域、頻域各項指標值以Friedman repeated measures analysis of variance on ranks (SigmaStat statistical software, SPSS Inc., Chicago, Illinois, USA) 來比較,p值小於0.05做為統計學上是否呈現顯著差異的判斷標準,若有顯著差異,再用Wilcoxon signed rank test with Bonferroni correction來比較兩兩之間的差異,以p值小於0.017做為兩兩之間統計學上是否呈現顯著差異的判斷標準。我們以線性迴歸分析太極拳齡與心率變異度各項指標值之間是否具有線性相關,各項統計法均以p值小於0.05做為統計學上是否呈現顯著差異的判斷標準。

 

 

 

 

1. 太極拳與對照組基本生理特性的比較

太極拳組與對照組各有二十名受測者參與本研究,其中太極拳組平均打拳1.9 ± 1.0 年,每週練拳3次,每次練拳至少1小時以上。兩組人除了拳齡有統計上的差異之外,其他在年齡、性別、體重、身高、BMI指數、心跳速率、皆無統計上差異。太極拳齡與心率變異度各項指標值之間沒有線性相關。太極拳組二十名受測者中,男性11名,女性9名,男女在心率變異度各項指標值之間沒有統計上差異。

 

2. 太極拳運動前後心率變異度的變化

在心率變異度頻域指標的部分,高頻功率比從運動前的22.8 ± 14.6 nu上升到運動後30分鐘的28.2 ± 16.1 nu接著又持續上升到運動後60分鐘的30.6 ± 18.4 nu並具有統計學意義。相反的,低高頻功率比從運動前的2.5 ± 2.4下降到運動後30分鐘的1.8 ± 1.4接著又上升到運動後60分鐘的接著2.2 ± 2.9,並且具有統計學意義。

 

3. 太極拳運動前與對照組心率變異度的比較

太極拳組運動前的心跳間期標準偏差、 心跳間期變異係數、總功率、極低頻功率、低頻功率、低頻功率比以及低高頻功率比等在統計上明顯高於對照組。圖1為某一名未曾打過太極拳者與另一名打太極拳者,於打拳之前,打拳之後30鐘及打拳之後60分鐘的典型RR間期功率頻譜圖。

 

 

 

1某一名未曾打過太極拳者(control)與另一名打太極拳者於打拳之前、打拳之後30分鐘、及打拳之後60分鐘的RR間期功率頻譜圖。nHFP=高頻功率比,nLFP=低頻功率比,LFP/HFP=低高頻功率比,nVLFP=極低頻功率比,nu=常規化單位,PSD=頻譜功率密度。

 

 

 

 

太極拳是傳統東方所謂身心協調、動作緩慢卻又柔中帶剛的一種養生運動,它由一系列具有圓形、和諧以及放鬆的招式所組成。它的每一個招式都是由向心、離心(陰陽)兩種力道保持平衡,以形成圓弧動作。太極拳運動能夠明顯地增強人體下半身的強度,相反地上半身卻完全放鬆。太極拳具有以下許多有益的特點:第一,它不需要特別的工具、儀器及設備;第二,它不受時空的限制;第三,它不需要很高的技術和昂貴的金錢,容易在社區中推廣;第四,太極拳對於心肺功能與健康有促進的效果。

 

Channer及同事指出經過八週低運動量的太極拳訓練,急性心肌梗塞的病人可以明顯地降有效低血壓。賴氏等人研究指出,經過二年追蹤發現,打太極拳的老年人比沒有打太極拳的老年人擁有較佳的心臟血管功能,而且可以減緩心臟血管功能的衰退,是適合老年人的一種有氧運動。他們更指出太極拳訓練對許多健康都有益,是很適合老年人的運動。藍青等人的研究指出,經過12個月的太極拳訓練,老年人的心肺功能、肌肉強度與柔軟度都有顯著的效果。藍青等人後來又證實太極拳對於冠狀動脈繞道手術的病人,能夠增強他們的最大攝氧量、最大功率。同樣的,洪氏等人的研究也指出,長期規律地進行太極拳運動,可以增進老年人身體的平衡能力、柔軟度與心臟血管功能。本研究發現太極拳齡與心率變異度各項指標之間並無相關性。導致這樣結果的原因有許多,例如練拳者的身體狀況、個體差異,投入練拳的熱誠以及練拳的方法技巧等,這些因素都可能會影響太極拳自律神經活性的調控。

 

本研究發現太極拳對受測者許多心率變異度的指標皆有效應。譬如太極拳組的心跳間期標準偏差、 心跳間期變異係數、總功率、極低頻功率、低頻功率、低頻功率比以及低高頻功率比等都明顯大於對照組且具有統計學意義。這個結果表示太極拳的長期效果或說是太極拳的累積效果是提升低頻的部分,對於高頻的部分則沒有影響。由於太極拳組具有較高的低頻指標,因此可以推論,長期打太極拳會提升交感神經的活性。

 

Hull 等證明,當有急性心肌缺血的時候,慢性運動不僅可以增加高頻功率,並且可以預防心室振顫。Goldsmith 等證明身體健康程度與副交感神經的活性有關,而且高頻功率的指標代表副交感神經的活性。Kurita 等指出,健康人作出手掌反覆張開與收縮的運動,會使高頻功率明顯上升,但是低頻功率與低高頻功率比則沒有統計上的差異。Wilmore 以及Costill 也說當人體需求量愈大的時候,隨著身體及情緒上多次的緊迫,會使得交感神經系統呈現優勢狀態,當緊迫解除之後,副交感神經系統又會再度呈現優勢狀態。本研究的結果是太極拳的短期效應可以提升副交感神經的活性,同時抑制交感神經的活性,故本研究的結果和以上諸研究結果相符合。因為老化以及疾病均會使副交感神經活性下降,同時交感神經活性上升,且本研究的結果指出太極拳可以提升副交感神經的活性,故太極拳運動是值得推荐給中老年人的。

 

打完太極拳之後會產生令人放鬆、舒服的感覺,這可以從心跳速率與收縮壓有意義地下降得到證實。心跳速率從尚未運動時的每分鐘67.6 ± 9.5明顯地下降至運動後30分鐘時候的每分鐘65.9 ± 7.8持續又下降至運動後60分鐘時候的每分鐘64.6 ± 8.2次;收縮壓則從尚未運動時的118.4 ± 12.8 mmHg明顯地下降至運動後30分鐘時候的110.8 ± 11.1 mmHg運動後60分鐘時候的109.9 ± 11.1 mmHg以上的結果吻合Wilmore 以及Costill 兩位教授所說,運動本身也算是一種身體上的緊迫,運動結束也正是緊迫解除的時候,所以運動後副交感神經系統處於優勢狀態,因此副交感神經的活性明顯的上升。所量測的結果也告訴我們,當太極拳運動結束後,高頻功率比的指標隨著上升,並且證據顯示至少可以持續維持一個小時。

 

綜觀之,太極拳運動不受時間約束、不受空間限制、不需設備、不費金錢、運動傷害很少、沒有競速性及接觸性、單獨運動或團體運動都行、男女老少皆合宜,故適合推廣作為國民的健身運動,尤其適合於中老年人。對於老年人口持續成長、醫療支出不斷增加的國家,太極拳作為社區預防醫學、防止老化與復健運動等多方面應用頗具潛力。從2003年起,全世界遭受到SARS之威脅,在這恐慌期間,造成人與人之間的距離變長,活動空間無形中受到限制,於是人人變得緊張、焦慮,太極拳運動的諸多利益,似可幫助大家渡過這段恐慌期,值得政府及全民一起來推廣。

 

 

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