心率变异性(HRV)就是指逐次心跳间期之间的微小差异，人体输出的心率变异性信号中隐藏着重要的非线性动力学信息，它受人体自主神经系统的调控，能够反映心脏的生理和病理状态。作为一种无创性检查手段，心率变异性测度的降低可以用来预测心脏事件或猝死，近年来不断发现越来越多的自主神经性病变引起的疾病都会造成心率变异性参数的降低，因此其临床价值也越来越受到了人们的重视。 上世纪90年代以来，心率变异性信号的研究逐渐引入到体育锻炼和运动领域中来，借助于心率变异性信号这一工具，科研人员研究了长期的体育锻炼带来的自主神经功能的改变以及心血管调节能力的改善。通过记录不同项目专业运动员以及不同运动阶段的心率变异性信号，提取出有价值的参数，进而比较不同阶段参数间的差异，最后判断运动量、运动强度以及运动疲劳与心率变异性信号之间的联系。但目前研究的对象都是集中在耐力型为特点体育项目上，例如中长跑、自行车运动等。而射击运动是一项技术性要求非常高的体育项目，比赛过程中运动员的体力消耗不是很大，但要求运动员具有超常的心理调控能力。为了获得好的比赛成绩和发挥自己的真实水平，比赛过程中，运动员需要很好地克服情绪的波动和抵抗一切内界外应激源的干扰。而心理的变化和情绪的波动，从生理学的角度来看，它与人的自主神经功能密切相关，而人体输出的心率变异性信号已经被证明可以反映出自主神经功能的变化。 我们首次将心率变异性信号作为工具应用在射击这一与运动员心理素质密切相关的体育项目上，实验对象为有着3年以上专业训练经验的7名男性射击运动员组成，其中3人来自江苏省射击队气手枪组，另外4名为地市级射击队集训运动员。我们借助于南京大学生物医学电子工程研究所自行研制和开发的自主神经功能采集仪(ANS-100)，采集了7名射击运动员休息和射击比赛两种状态下的心率变异性信号，并从时域和频域、线性和非线性、复杂度和相关性等多角度、多侧面量化和比较了两种状态下HRV信号间的差异，以此来认识射击运动项目的特点以及评估射击运动员射击比赛时自主神经功能的状态和变化，并初步考察了优秀射击运动员和低水平运动员HRV测度之间的差异，以期待为今后对射击运动员实施科学的训练监控、训练质量评估以及实战心理选材等方面做一些有益的探索。本文主要完成了以下工作，也是本论文的创新之处： (1)我们首次利用HRV的线性分析方法(侧重频域分析)量化和比较了专业射击运动员休息和射击比赛时自主神经功能间的差异，得到了射击比赛时运动员交感神经兴奋，迷走神经受抑制的结论，初步发现频域参数LFnorm、HFnorm和LF/HF可以用来评价射击运动员的运动能力和运动发挥。 HRV的线性分析方法包括时域和频域两类参数，这两类参数简单易行，其中频域参数物理意义明显，反映了自主神经系统中的两个分支：交感神经和迷走神经间的拮抗性和动态平衡性。我们计算和分析了所有运动员休息和比赛时HRV信号的平均RR间期(平均心率)和多个短时程(3 min)频域参数，结果发现运动员射击比赛时心率变异性信号的LFnorm和LF/HF都会显著上升，而HFnorm则显著下降，同时运动员的平均RR间期缩短，即其心跳明显加快了。LFnorm代表了自主神经系统中的交感神经的活性或交感迷走的共同活性，HFnorm代表了自主神经系统中的迷走神经的活性，而高低频比值LF/HF则反映了交感和迷走活动的均衡性。因此分析结果说明射击比赛时，运动员在一定的心理应激下，其自主神经系统中的交感活性增强，迷走神经活性降低，交感迷走间的平衡性转变为交感神经活动水平占据主导地位，为运动员的射击比赛提供了生理上的保障。 进一步观察后发现，进入比赛后不同运动能力和发挥水平的射击运动员频域参数和心率的变化程度并不相同，优秀运动员以及发挥水平较高的运动员频域参数值变化范围大；年轻集训运动员频域参数值总体变化范围小；状态下滑、发挥极差的老运动员频域参数甚至出现了相反方向的变化。对于比赛时的心率来说，优秀运动员心率有一定程度的加快，反映出比赛时保持了一定的兴奋程度；年轻的低水平运动员心跳加快很多，反映出比赛时兴奋过度，变得不易发挥出真实水平；年老的运动员心率有所加快，但十分不明显，反映出类似的比赛和训练已经不足以调动其自身的积极性，也可能是自主神经受到了损伤，这也可能是训练质量不高、状态下滑的原因。 (2)我们首次利用近似熵和样本熵这两种非线性复杂度方法研究了射击运动员休息和比赛时心率变异性信号间的复杂度差异，发现射击比赛时运动员HRV信号的熵值小，得出了运动员射击比赛时心跳更加有规律的结论。 近似熵和样本熵是两种有效的时间序列复杂度分析方法，它们可以有效地区分出不同生理和病理状态下的生理信号。我们利用这两种熵测度计算了所有实验对象休息和射击比赛两种状态下短时HRV信号的熵值。结果发现只要矢量匹配容差选择合适，近似熵和样本熵这两种测度均可以将射击运动员休息和比赛时的心率变异性信号区分开来，而且无论是近似熵还是样本熵，射击运动员射击比赛时心率变异性信号的熵值要明显低于比赛时的熵值，这说明了运动员射击比赛时心跳体现出一定的规则性。通过改变矢量匹配容差，我们发现样本熵比近似熵具有更为一致的区分结果；通过缩短心跳间隔序列的长度后，我们可以发现样本熵依然可以很好的将两种状态下采集的心率变异性信号区分开来。以后研究的重点将放在熵测度的大小或其变化量的大小与运动员的运动能力和运动发挥之间的关系上。 (3)我们首次利用去趋势波动分析(DFA)这一尺度分析技术研究了射击运动员休息和射击比赛时的短时心率变异性信号尺度指数间的差异，发现了射击比赛时运动员HRV信号尺度指数明显增加，得到了运动员射击比赛时每一心跳间相关性增强的结论，初步发现尺度指数可以用来评价射击运动员的运动能力和运动发挥。 DFA技术是用来探测含有噪声的生理时间序列中长时相关性的一种有效的方法。本文中我们利用DFA方法量化了射击运动员休息和射击比赛时短时心跳间隔序列的尺度指数，结果发现射击比赛时运动员心跳间隔序列的尺度指数明显大于其休息时的值，这说明与休息时相比，运动员射击比赛时其心跳间隔序列中点与点之间的相关性增强了，也就是说当前的心跳受到该时刻以前多个心跳的影响。 根据参加实验的每名运动员的运动表现、教练评价及其休息和射击比赛两种状态下HRV信号计算出的尺度指数，我们可以得到这样一个基本的判断，优秀运动员或发挥良好的运动员，其心跳间隔序列的尺度指数都较休息时有一个较大的增加，而状态下滑的老运动员和年轻的低水平运动员其心跳间隔序列的尺度指数在射击比赛时尽管也有增加，但增加的幅度较前者低的多。这一现象揭示了优秀射击运动员在射击比赛时能够很好地控制其心跳的节律，保持情绪的稳定和心理的平衡，这对他获得一个理想的成绩来说是至关重要的，这种能力的形成应该是多次训练和大赛积累的结果，也是其自主神经系统学习和适应的结果。低级别的年轻运动员或发挥欠佳的运动员则在射击比赛时，情绪起伏大，注意力难以集中，其自主神经系统很难将心跳调控到一个利于比赛的节律上。 总之，射击运动员HRV信号的采集和分析对于解决如何科学监控射击运动员的训练过程这一难题提供了一种新的方法和思路，HRV的多种参数都有可能在射击运动员训练质量评价，心理应激强度评估以及心理选材方面发挥一定的价值。