使用步频自适应呼吸声在野外引导 locomotor-respiratory coupling 的定制智能手机应用程序

我们致力于研究运动过程中的呼吸机制。尽管许多跑步者在运动中会遇到呼吸受限的问题，但目前很少有研究直接针对这一问题在运动过程中进行探讨。肢体运动与呼吸耦合（locomotor respiratory coupling）是一种可能有助于改善呼吸的技巧，但该方法较难掌握。

数字化解决方案（例如智能手机应用程序）可能实现这一目标。呼吸策略可能有助于缓解呼吸系统疾病和功能障碍，并提升表现。然而，改变高度自动化的生理过程（如呼吸）在短期内可能难以奏效。

因此，需要通过训练和实践才能实现这些益处。移动式低摩擦工具（例如智能手机应用程序）有望以更便捷、更用户友好的方式提供此类益处。我们先前已证明，步频同步的声音引导仅需一到两次训练即可有效帮助新手跑者实现协调。

此外，尽管实验室研究对于节律耦合的益处结果不一，但我们是首个报道在自由跑步条件下，节律耦合与跑步速度提高以及通气变异性的降低相关联的研究团队。Run rhythm 与以往的解决方案不同，它采用通用的智能手机和耳机，便于开展长期纵向研究。此外，它使用易于理解的声音反馈，该反馈在多次用户研究中得到了优化。

诸如音乐融合和时间性等巧妙的解决方案提升了他们在跑步过程中的用户体验。该应用程序的开发及相关研究为新的科学问题开辟了道路，例如：如何在跑步过程中利用这些呼吸技术对跑者进行动态支持？以及这些呼吸技术如何能够得到增强，并整合到跑步训练项目中，例如间歇训练？

首先，请参与者填写一份参与前问卷，内容包括知情同意、跑步史和呼吸健康状况。将 RunRhythm 应用程序下载到运行 Android 8 或更高版本的正常智能手机上。让跑者熟悉耦合概念及该应用程序的使用方法。

在使用应用程序讲解和指导跑者进行 locomotor respiratory coupling（运动-呼吸耦合）之前，需先进行个体化校准，以确定跑者的自然耦合比率。选择一个简单的跑步任务，在测试期间记录其步频和呼吸频率，并根据两者的商值计算最接近的整数比。

首先进行有节奏的踏脚，并按照指定的比率同步呼吸。然后在原地行走时重复该过程，接着在原地跑步时再次重复。在应用程序中，使用水平切换按钮选择所需的声音环境。

选择“开始运行”以开始。如果首次使用该应用程序，请点击“允许”以授权设备记录运动和位置信息。每次运行前，请点击与跑步者当前感受相对应的数字，完成屏幕上的问卷调查。

使用上下切换按钮调整所需的耦合比例。点击锁形图标锁定该设置。然后通过右下角的界面切换按钮开启或关闭语音解说功能。

将声音节奏滑块设置为所需的步频阈值。向跑者说明用户界面后，使用紧贴身体的腰包将设备固定在跑者身上。点击“开始跑步”并开始跑步。

当步频声音启动时，请仔细聆听并跟随节拍迈步。随后，在呼吸引导启动时，精确地将吸气和呼气与声音同步。鼓励跑者以自己的节奏持续迈步，同时声音会自动调整以匹配其步频。

指导跑步者根据呼吸声音进行呼吸。持续跟随声音踏步和呼吸30至60秒。研究人员与跑步者一同跑步，同时通过蓝牙扬声器播放指导声音，以强化协调配合的基本要领。

户外跑步时使用耳机，以改善声音指令的传递效果，并在应用程序中启用耳机控制。跑步过程中，使用屏幕界面上的切换按钮更改耦合比率和时序。跑步结束后，按压并运行以停止应用程序。

摘要界面会显示关键指标，包括总距离、平均配速和平均步频。最后，可下载日志文件以获取带有时间戳的跑步数据和应用程序参数。在17名初学者跑者中，采用LRC指导跑步显著提高了LRC依从性，其中一名参与者的LRC依从性从7.9%提升至84.1%。经过四周干预后，一名参与者的LRC从39.7%提高到53.4%，从而降低了平均呼吸频率并提升了通气效率。