耐力马心率变异和血气指标与耐力运动能力的关联研究※

蔺相 文立 张健 任旸 刘定一 何有瑜 任聪 姚新奎 刘汝军 张勇

（1.天津体育学院，天津 300381；

2.新疆农业大学，新疆乌鲁木齐 830091）

耐力马心率变异和血气指标与耐力运动能力的关联研究※

蔺相1文立1张健1任旸1刘定一1何有瑜1任聪1姚新奎2刘汝军2张勇1

（1.天津体育学院，天津 300381；

2.新疆农业大学，新疆乌鲁木齐 830091）

在耐力赛中，赛马自身的耐力运动能力是决定比赛结果的关键因素，而心脏和血液的功能是决定机体耐力能力的两个重要指标，本研究通过对赛马的心率变异性（HRV）和血气测试，找到关联于其耐力能力的指标。

耐力赛马；耐力能力；心率变异；血气；运动选材

心率变异性（HRV）是评价心脏功能的一个有效指标，它指两次心跳之间时间的变化，即心电图中两个R波之间距离的变化，由于它产生于自主神经系统对心脏窦房结的调节，因而它可以间接反映心脏自主神经系统的平衡，并为我们评估交感和副交感神经系统的状况及二者的相互作用提供参考［1］。在医学上，HRV是一个常用指标，有研究表明，HRV是预测心肌梗塞的重要指标［2］，更有研究证明了HRV随着心率衰竭的程度而发生变化［3，4］。2010年以后出现了很多关于马心率变异研究，Nagel等人发现母马怀孕后期HRV会明显升高［5］；Munsters等人指出HRV是测量马服从性的有效指标［6］，同时他也证明了HRV是检测马所受压力的有效指标［7］；Kinnunen等人则表明HRV是监测马运动中心血管反射的有效方法［8］。此外，HRV也被广泛应用于体育科研中，已有研究表明HRV与最大摄氧量之间显著正相关［9］；Melanson等人证明了12周的耐力训练会使人HRV显著上升［10］，这些研究说明HRV关联于耐力能力，且随着人耐力能力的变化而变化。更重要的是，Carter等人表明，HRV可以反应人们对有氧运动的适应性［11］；Vesterinen等人表明，具有较高HRV的业余耐力运动员经过14周训练后获得的训练效果显著高于具有较低HRV的业余运动员［12］，这些研究说明，HRV可以评价机体对耐力运动的适应性，即机体的耐力运动潜力。因此，我们希望通过对耐力赛马HRV的测试，找到与耐力运动能力相关联的指标，以作为评价或预测其耐力能力或耐力潜力的依据。

除心脏外，血液是影响耐力能力的另一个重要因素。而且，HRV常常受到心理因素的影响，我们希望使用一个更加稳定的辅助指标，结合HRV对马的耐力能力进行估测。因此，在HRV测试之后，我们又使用血气分析仪对一些马匹血液中的红细胞压积，离子浓度，酸碱度（pH）、二氧化碳分压（PCO2）等指标进行了测定，希望发现优秀赛马和普通赛马血液指标的差异，作为另一个鉴定优秀耐力马的指标。

一、材料与方法

（一）样本

HRV研究的样本为国内三次大型耐力赛的参赛马，共计67匹；血气研究的样本为三次比赛之一2013年多伦耐力赛中的11匹赛马。

（二）分组

由于在耐力赛中完赛马匹的数量较少，因此，在本研究中，我们将完赛的马定义为优秀马，将未完赛的马定义为普通马。受伤退赛及测量失误的马的数据不加入分析。经过分组，HRV分析中67匹马被分为10匹优秀马和57匹普通马；血气分析中的11匹马被分为4匹优秀马和7匹普通马。

（三）测试仪器及指标

1.HRV

本研究中HRV指标的检测使用POLAR公司RS800CX型号ploar表（及其配套软件Polar Trainer 5）。测试时将心率接收器直接接触马心脏对应的体表位置，polar表位于接收器2平方米范围以内，即可开始测试。HRV指标包括：1）时域指标：平均心率、最低平均R-R间期值、平均R-R间期值、最高平均R-R间期值、平均加权心跳（ms）、R-R间期的标准差（SDNN）、相邻R-R间期之差的均方根值（RMSSD）以及R-R间期与平均R-R间期值之差大于50 ms的个数占总数的百分比（PNN50）；2）频域指标：（1）总功率（TP）（0.003-0.400Hz之间）；（2）低频范围内的功率（LF）（0.040-0.150Hz）；（3）极低频范围内的功率（VLF）（0.003-0.040Hz）；（4）高频范围内的功率（HF）（0.150-0.400Hz）；（5）LF/HF（低频与高频的比值）。

2.血气

本研究中，血气指标使用ABBOTT公司i-stat设备进行检测，血液为马颈静脉血，抽出后直接滴于i-stat芯片上即可进行测量。血气指标包括：Na（mmol/L）、Cl（mmol/L）、二氧化碳总量TCO2（mmol/L）、血尿素氮BUNmg/dL、血糖Glu（mg/dL）、Hct（红细胞压积）、pH、二氧化碳分压PCO2（mmHg）、碳酸氢根浓度HCO3（mmol/L）、剩余碱BEecf（mmol/L）、阴离子隙AnGap（mmol/L）、血红蛋白含量（Hb*g/dL）。

（四）测试时间及马匹测试状态

由于本研究的目的是发掘HRV和血气指标对耐力运动能力的预测性，所以所有指标在赛马安静状态时测得。

（五）统计

优秀组和普通组之间HRV和血气指标差异的显著性由独立样本t检验计算，统计软件为SPSS17.0。

二、结果

（一）HRV研究

经过测量和统计，我们发现，14个HRV指标中，有3个指标在优秀组和普通组之间存在显著性差异，分别为：平均R-R间距（t=2.38，P=0.02），最大R-R间距（t=2.70，P=0.01）和平均加权心跳（t=2.43，P=0.02），见表1，图1。

表1 优秀组和普通组中赛马心率变异各指标及组间比较

图1 优秀组和普通组的平均RR间距，最大RR间距和平均加权心跳及其组间差异

（二）血气研究

经过测量和统计，我们发现，12个血气指标中，有2个指标在优秀组和普通组之间存在显著性差异，分别为：红细胞压积（Hct）（t=-2.85，P=0.02）和血红蛋白含量（Hb）（t=-2.88，P=0.02），见表2，图2。

表2 优秀组和普通组之间血气指标及组间差异

图2 优秀组和普通组的血红蛋白含量（Hb）和红细胞压积Hct）及其差异

三、讨论

本研究通过对耐力马血气和HRV测试，发现优秀马和普通马的一些心脏和血液指标存在显著性差异，这些指标为：血红蛋白含量，红细胞压积，平均RR间距，最大RR间距和平均加权心跳。

R波是心电图中心室肌除极化时的电位变化，两个R波之间的距离即一个心动周期，因此，两组间平均RR距离的差异即可理解为其心率的差异［13］。本研究中，优秀马平均RR距离显著大于普通马，说明其平均安静心率显著低于普通马。同时，优秀马最大RR间距显著大于普通马，说明其最低心率显著低于普通马。优秀马较低的心率表明其心脏射血能力强，每搏输出量高，因此减少收缩次数也可以维持相同的心输出量［14］。同时，较低的安静心率也使优秀马在运动时具有更大的心储备，使其在持久的耐力运动中获得体能的优势。这一点在人类中早已被证明，人类耐力运动员具有显著低于常人的安静心率［15］。另外，有研究表明，相比于心率较低的耐力马，心率较高的耐力马在耐力运动中更易发生代谢性碱中毒［16］，这可能是造成低心率耐力马具有更强耐力能力的另一个原因。

平均加权心率为所有心率乘以其出现频率之和［17］。优秀马具有较高的平均加权心率，但是其平均RR间期，最低RR间期和最高RR间期都高于普通马。我们认为，造成这一现象在的原因为：优秀马心率的变化性更强，虽然其较长时间处于较低频率，但在受到外界刺激时，比如工作人员说话，经过，polar表开关时的响声，汽车鸣笛声等，其心率可以迅速升高并维持，因此其达到较高心率的频率大于普通马，导致其加权心率显著大于普通马。而普通马虽然平均心率较高，但其变化性差，达到高心率的频率很小，导致其加权平均心率显著小于优秀马。

已经有研究表明，耐力马的速度与其血液的氧运输能力，pH，电解质浓度及总蛋白量显著相关。本研究的的结果与其相同处于在于证明了优秀马（即速度较快，能在规定时间内完成比赛）的血红蛋白含量和红细胞压积显著高于普通马，但不同之处在于本研究并没有发现优秀马和普通马血液pH和电解质浓度的差异。红细胞压积是指一定量的抗凝全血经离心沉淀后，测得下沉的红细胞占全血的容积比，是一种间接反映红细胞数量大小及体积的方法［19-21］；血红蛋白是高等生物体内负责运载氧的一种蛋白质，其含量直接关系到血液携氧能力［16，19，21］。本研究中，优秀马的红细胞压积和血红蛋白含量显著大于普通马，说明优秀马的血液具有更加强的运氧能力。

综合以上观点，我们认为，相比于普通耐力马，优秀耐力马具有更强的心脏射血能力、心率调节能力和血液携氧能力，因此优秀马的鉴定过程如下：1.）由于HRV的检测过程无创，方便且快捷，我们把它作为首要检测方法，指标如下：一匹平均RR间期较大（约1416.60±362.84，或更高），最大RR间期较大（约1569.40±377.31，或更高），平均加权心跳较高（约1424.50±360.09，或更高）的马可能是一匹耐力能力较强的马；2.）血气检测相对成本昂贵且有创伤，因此我们把它作为辅助和验证的方法，指标如下：一匹红细胞压积较高（约41.25±3.10，或更高），血红蛋白含量较高（约14.3±1.05*g/dL，或更高）的马可能是一匹耐力能力较强的马。当然，由于国内外耐力赛水平差距很大，这些数值只适用于中国比赛。

四、结论

我们发现，相比于普通马，优秀耐力马具有更强的心脏射血能力，心率调节能力和血液携氧能力，表现在其较高的平均RR间期，最大RR间期，平均加权心率，血红蛋白含量和红细胞压积。因此，我们认为前三个HRV指标（由于其简单易行且无创）可以作为主要的预测优秀耐力马指标，而后两个血气指标（由于其成本较高且有创伤）则作为辅助和验证。

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责任编校：夏云建

Study of Correlation between Heart Rate Variability&Blood Gas Indexes and Endurance Performance of Stamina Horses

LIN Xiang1WEN Li1ZHANG Jian1REN Yang1LIU Ding-yi1
HE You-yu1REN Cong1YAO Xin-kui2LIU Ru-jun2ZHANG Yong1

（1.Tianjin Institute of Physical Education，Tianjin，300381，China；
2.Xinjiang Agricultural University，Urumqi，Xinjiang，830091，China）

In endurance races of horses，the racing horse's stamina is the key factor of all that decide the race result.However，stamina is a comprehensive parameter influenced by many factors.So it is difficult to find an effective index to identify it in a racing horse.The functions of both heart and blood are the two important indexes for the endurance performance.This research tries to find indexes related to a racing horse's stamina by testing its heart rate variability（HRV）and blood gas.

endurance race ofhorses；stamina；heart rate variability；blood gas；selection ofathletic horses

F882.2

A

2095-7955（2015）06-0033-04

国家科技部科技支撑项目《速步、乳用、耐力马新品种（系）培育及良种扩繁技术研究与集成示范》（项目编号：2012BAD44B00）。

2015-11-20

蔺相（1989-），天津体育学院硕士研究生。主要研究方向：生理学；

文立（1969-），天津体育学院科研处副处长，教授。主要研究方向：运动人体科学。