青年伊犁马2 000 m测试赛对其心率变异性的影响

黄晶晶，孟 军，王建文，曾亚琦，孔麒森，褚洪忠，姚新奎，葛世萌，张凯丽，任 湘

(1.新疆农业大学动物科学学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆农业大学马产业研究院，乌鲁木齐 830052；3.新疆驰霄博骏畜牧业有限公司，乌鲁木齐 830052；4.新疆伊犁哈萨克自治州畜牧科学研究所，新疆伊犁 835000)

0 引 言

【研究意义】在速度赛马中，马匹不仅需要在短时间内完成一系列的技术动作，还需要保持灵敏的反应，神经和心理都会经受考验，当马匹长时间处于疲劳状态且不能得到有效恢复，很可能会引起机体功能性障碍，损害机体健康，从而影响到运动性能的发挥；同时，赛前的运动状态也会直接影响到马匹的竞赛性能。因此，马匹的运动性疲劳监测及赛前运动状态的评估具有重要的意义。【前人研究进展】心率变异性(HRV)是无创评估运动对心脏自主神经功能影响的有效手段之一，近年来广泛应用于休闲体育及高性能训练方面，其在马方面的研究与应用也越来越广泛[1-5]。心率受到自主神经系统的调节，心率变异性是评估自主神经系统功能的重要指标之一，当马匹处于静息状态时，由于紧张性迷走神经的作用使得心率降低而HRV升高[6]；当运动时，迷走神经张力消除而使得心率升高，同时受到交感神经和神经性体液调节的共同作用，心率会进一步升高[7-8]；当马匹进入赛后休息阶段时，交感神经张力消除，副交感神经作用再次占主导地位[9]。【本研究切入点】当动物处于良好休息状态时其心率变异性较兴奋时具有差异[10]，奶牛站立时HR、LH/HF、RMSSD和RMSSD、HF较卧倒时高[11]。对马匹的研究结果显示，马匹的HRV受到性别、年龄、运动时间等因素的影响[12]，不同类型的运动其心率变异性也会呈现一定的差异[13]。目前，国内关于马匹运动对HRV的影响研究报道甚少。【拟解决的关键问题】研究通过对伊犁马测试赛前后HRV指标进行检测，分析马匹运动前后HRV指标变化规律，并对比分析优秀组与普通组伊犁马HRV差异，以期为伊犁马运动性疲劳监测及马匹运动状态评估提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验选取伊犁哈萨克自治州昭苏马场2岁伊犁马20匹，所选马匹健康状况良好，体尺接近，对所选马匹进行统一饲养管理。测试跑道为宽28 m、周长2 000 m的沙道。

1.2 方 法

将试验用马匹佩戴Polar Equine V800心率表，使得心率接收器直接接触马匹心脏所对应的体表位置，并将心率表调至R-R间距模式。组织马匹进行2 000 m测试赛，使马匹全力冲刺跑完全程，根据测试赛成绩，将马匹分为优秀组(10匹)和普通组(10匹)。分组情况：将比赛用时在196.4±2.76 s的马匹分为优秀组，将比赛用时在25.9±13.77s的马匹分为普通组。根据心率表监测数据，采用Kubioshrv软件整理赛前、赛后即刻、赛后30 min和赛后1 h的心率变异性(HRV)指标数据，其中HRV时域指标包括：全部正常R-R间期的平均值(Mean RR)、全部正常R-R间距的标准差(SDNN)、平均心率(Mean HR)、相邻R-R间期差值的均方根(RMSSD)和相邻R-R间距差>50 ms的个数占总心跳次数的百分比(PNN50)；频域指标包括：极低频率(VLF)、低频功率(LF)、高频功率(HF)和低频与高频的比值(LF/HF)；非线性指标包括：全部正常R-R间距的标准差(Y)(SD1)和全部正常R-R间距的标准差(X)(SD2)。

表1 分组情况
Table 1 Grouping

优秀组Excellent Group普通组Ordinary Group成绩Result196.4±2.76B225.9±13.77A

1.3 数据处理

通过Excel对所测数据进行整理，并通过SPSS 20.0软件对不同时间点HRV数据进行One-Way ANOVA方差分析和Duncan’s多重比较，对优秀组和普通组HRV数据进行独立样本T检验。结果以平均数±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 2 000 m测试赛HRV时域指标变化

研究表明，经过2 000 m测试赛，所测四个时间点马匹HRV时域指标中Mean RR、SDNN、RMSSD和PNN50呈现出先下降后升高的趋势，Mean HR呈现出先升高后下降的趋势。在优秀组马匹中，Mean RR赛后即刻极显著低于其余赛前、赛后30 min和赛后1 h(P<0.01)，赛后1 h极显著低于赛前(P<0.01)；SDNN和PNN50赛后即刻极显著低于赛前和赛后1 h(P<0.01)，赛后1 h与赛前差异性不显著(P>0.05)；Mean HR赛后即刻极显著高于赛前和赛后30 min(P<0.01)，赛后1 h与赛前差异性不显著(P>0.05)；RMSSD赛后即刻极显著低于赛前(P<0.01)，显著低于赛后30 min(P<0.05)，赛后1 h与赛前差异性不显著(P>0.05)。在普通组马匹中，Mean RR赛后即刻与其余三个检测时间点之间均呈现出极显著差异性(P<0.01)，赛后1 h与赛前呈极显著差异(P<0.01)；SDNN和PNN50在赛后即刻极显著低于赛前(P<0.01)，赛后1 h与赛前差异性不显著(P<0.05)；Mean HR赛后即刻极显著高于赛期前和赛后1 h(P<0.01)，赛后1 h极显著高于赛前(P<0.01)；RMSSD赛后即刻极显著低于赛前和赛后1 h(P<0.01)，赛后1 h与赛前差异性不显著(P>0.05)。

通过对优秀组和普通组马匹HRV时域指标进行独立样本T检验表明，赛前Mean RR、SDNN和RMSSD优秀组马匹均显著高于普通组马匹(P<0.05)；赛后即刻Mean RR优秀组马匹极显著高于普通组马匹(P<0.01)，PNN50优秀组马匹显著高于普通组马匹(P<0.05)。表2

表2 2 000 m测试赛HRV时域指标变化
Table 2 Changes in HRV time domain indicators of the 2,000 m test match

分组Grouping赛前Before match赛后即刻Finish immediately赛后30minAfter 30 min赛后1hAfter 1 hMean RR(ms)优秀组1 366.46±94.26A∗506.03±26.09D∗∗784.84±125.88C1 059.47±174.75B普通组1 155.18±162.30A429.58±33.73D674.56±96.41C889.40±143.74BSDNN (ms)优秀组53.82±15.37Aa∗20.63±6.27Cb26.62±7.08BCb42.93±14.21ABa普通组35.09±15.30Aa14.57±5.42Bc20.75±8.55ABbc32.84±10.94ABabMean HR(ms)优秀组43.52±2.67Cc139.35±22.69Aa80.38±11.71Bb59.10±10.20BCc普通组44.81±3.19Cd163.11±18.31Aa89.96±14.94Bb71.77±15.71BcRMSSD(ms)优秀组39.34±5.57Aa∗10.04±6.79Cc20.7±10.32BCb33.32±9.40ABa普通组31.40±8.68Aa6.64±5.19Bc18.77±10.15ABb29.76±9.29AaPNN50优秀组18.29±6.34Aa2.20±0.81Cb∗4.84±2.26BCb13.50±10.20ABa普通组14.92±8.59Aa1.02±0.63Bc3.68±2.89Bbc10.37±7.48ABac

注:同行肩标不同小写字母之间差异显著(P<0.05)，不同大写字母之间差异极显著(P<0.01)。同列优秀组与一般组相比差异显著肩标*，差异极显著肩标**。下同

Note:In the same column，values with different superscripts lower case are significantly different(P<0.05)，values with different superscriptscapital letters are greatly significantly different (P<0.01).In the samer rank excellent group compared with the general group, values with*mean significant difference(P<0.05)，With**mean extremely significant difference (P<0.01).The same as below

2.2 2 000 m测试赛HRV频域指标变化

研究表明，经过2 000 m测试赛，所测四个时间点马匹HRV频域指标中VLF、LF和HF呈现出先下降后升高的趋势，LF/HF呈现出先升高后下降的趋势。在优秀组马匹中，VLF、LF和HF赛后即刻极显著低于赛前和赛后1 h(P<0.01)，LF和HF赛后1 h与赛前之间呈极显著差异(P<0.01)；LF/HF在赛后即刻显著高于赛前(P<0.05)，赛后1 h与赛前之间差异不显著(P>0.05)。在普通组马匹中，VLF和LF在赛后即刻极显著低于赛前和赛后1 h(P<0.01)，赛后1 h与赛前之间差异性不显著(P>0.05)；HF在赛后即刻与赛前之间呈极显著差异(P<0.01)，赛后1 h与赛前之间差异性不显著(P>0.05)。

通过对优秀组和普通组马匹HRV时域指标进行独立样本T检验表明，VLF和LF赛后即刻优秀组马匹均显著低于普通组马匹(P<0.05)；VLF赛后30 min优秀组马匹显著低于普通组马匹(P<0.05)。表3

2.3 2 000 m测试赛HRV非线性指标变化

研究表明，经过2 000 m测试赛，所测四个时间点马匹HRV非线性指标中SD1和SD2均呈现出先下降后升高的趋势。在优秀组马匹中，SD1和SD2均呈现出赛后即刻极显著低于赛前和赛后1 h(P<0.01)，赛后1 h与赛前之间差异性不显著(P>0.05)。在普通组马匹中，SD2赛后即刻极显著低于赛前(P<0.01)，赛后1 h与赛前之间差异性不显著(P>0.05)。表4

表3 2 000 m测试赛HRV频域指标变化
Table 3 Changes in HRV frequency domain indicators of the 2,000 m test race

分组Grouping赛前Before match赛后即刻Finish immediately赛后30min After 30 min赛后1hAfter 1 hVLF(ms2)优秀组346.17±153.32Aa20.00±6.63Cc∗108.60±35.53BCbc∗198.80±77.49ABb普通组298.00±85.84Aa42.67±25.29Bc170.00±84.81ABb240.00±133.60AabLF(ms2)优秀组605.40±248.40A30.29±18.47C∗169.00±77.19BC300.20±159.69B普通组421.67±191.45Aa65.33±32.99Cb185.80±70.63BCb377.60±150.11ABaHF(ms2)优秀组414.33±144.31Aa5.43±3.15Cd138.60±70.96BCc248.78±86.63Bb普通组316.00±205.10Aa4.00±5.66Bb123.20±113.07ABb161.60±75.94ABabLF/HF优秀组1.11±0.46b2.92±2.17a2.39±1.73ab1.47±0.91ab普通组1.51±1.232.46±2.411.67±1.131.17±0.71

表4 2 000 m测试赛HRV非限制指标变化
Table 4 Changes in HRV nonlinear indexes of the 2,000 m test race

分组Grouping赛前Before match赛后即刻Finish immediately赛后30minAfter 30 min赛后1hAfter 1 hSD1(ms)优秀组27.89±3.94Aa5.55±5.28Cc16.70±8.57BCb31.40±14.42ABa普通组31.07±15.9114.15±9.0519.34±17.2929.40±13.64SD2(ms)优秀组37.96±11.05A13.74±3.74C28.88±9.82B43.62±10.32AB普通组49.11±20.28Aa16.84±8.27Bc28.28±9.61ABbc39.32±14.71ABab

3 讨 论

3.1 不同时间点HRV指标的差异

对马心率变异性的研究主要为时域指标、频域指标和非线性指标[13]。时域分析中，Mean RR和SDNN可以用来评价自主神经系统(ANS)的张力水平[14]，而RMSSD和PNN50则与频谱分析中的高频相关，主要反映迷走神经张力[15]。频域指标中，LF和HF反应了交感与迷走神经的活动情况[16]，VLF反映交感神经的调节，LF主要反映交感及迷走神经活动的双重作用，其中以交感神经活动为主，HF反映了迷走神经功能活性[17]。LF/HF比值反映了ANS交感神经和迷走神经的绝对和相对变化，其特征反映是心脏的交感-迷走神经平衡性。根据HRV中各指标的变化可以描述分析交感神经与迷走神经的变化趋势，得出马匹此时的疲劳状态。

在时域分析指标中，Mean RR、SDNN用以评价ANS的张力水平；RMSSD和PNN50主要反映迷走神经张力。对人的研究结果显示Mean RR、SDNN和RMSSD在运动后都呈现出先下降后上升的趋势[18]，在高强度运动下，PNN50会在运动后即刻下降，但恢复30 min后缓慢上升[19]，研究结果与此一致。这主要是由于在安静状态下，迷走神经相对兴奋，对心跳会产生一定的抑制作用，所以其心率较低，而在运动过程中则交感神经兴奋性加强，其心跳也会加快，使得心率升高[20]。两个相邻的R波之间的距离即为一个心动周期，其值越大则表明两次心跳之间的时间越长[21]，因此,在运动后该值会呈现出下降，表明心率加快，研究结果显示,Mean RR值在运动后下降，与此现象一致。对马的研究结果显示,在高速跑步时其RMSSD会降低[22]，研究结果显示，在运动后即刻极显著低于运动前，与此研究结果一致。RMSSD反应了在运动过程中呼吸作用调节心率的情况，当心率降低时其RMSSD值会升高，这表明RMSSD指标可以作为反映马匹运动疲劳及恢复的指标[12]。研究中，Mean RR、SDNN、RMSSD在运动后都呈极显著下降，两组马匹Mean HR运动后极显著升高，PNN50较安静状态非常显著性下降。这表明马匹在剧烈运动时，迷走神经张力下降，交感神经活动加强，运动后迷走神经还没有完全恢复，马匹此时处于疲劳状态。

通过对运动员两种强度的运动进行测试，在中等强度运动后运动员HF下降，LF升高；而长期高强度的耐力训练可以降低运动员安静状态下的心率，HF增加，LF下降，LF/HF也下降[23]。HF反映迷走神经调节功能，同时也可反映出呼吸对心脏心输出量的作用；LF反应交感及迷走神经活动的双重作用，某些情况下反应交感神经张力[24]。研究中，HRV指标VLF、LF、HF运动后即刻会降低，休息1 h后，基本恢复到安静前的水平，表明交感神经和迷走神经的活性均降低，LF/HF比值较安静状态下升高但无显著性差异，提示交感和迷走神经之间平衡关系失衡，在运动中持续升高，迷走神经对交感神经的抑制减弱，且持续到运动后恢复阶段，说明马匹此时出现了一定的疲劳现象。

非线性行为是人类系统中普遍存在的，因为它具有复杂的动态特性，无法用线性方法充分描述[25]。SD1和SD2表示R-R间期的标准差，SD1反映纵坐标，代表R-R间距的波动变化，如果R-R间距波动变化较大则SD1值也随之变大；SD2反映横坐标，其用来定量分析R-R间距的距离，其值的变化可直接反映心率的波动频率变化，表明心率波动频率变化越大，SD2值较大[26]。有研究表明，SD1值在递增负荷运动后呈持续下降趋势，安静状态与运动中、运动后均具有明显差异，SD2值呈现先降低再升高的趋势，安静状态显著低于运动中SD2值[27]。研究结果显示，SD1在运动后即刻较安静状态下极显著降低，SD2在运动后呈显著降低趋势，说明马匹在运动后导致心率起伏减小，并在短期恢复阶段内持续下降，心率波动频率显著下降，表明此时马匹运动状态较差。

3.2 优秀组与普通组HRV指标的差异

对不同锻炼水平下的大学生心率变异性对比研究发现，不同锻炼水平的人在安静状态下HRV存在不同程度的差异，心自主神经系统的功能会通过运动训练和体育锻炼发生变化，提高心自主神经系统调节能力、迷走神经活性、交感-迷走神经均衡指数下降等[28]，对定量负荷运动下体育专业生与非体育生HRV比较发现，在运动过程中，非体育生的迷走神经减少程度较体育专业生更低，体育专业生的交感神经与迷走神经的失衡程度小于非体育专业的学生[29]。在迷走神经被完全阻断后，运动强度降低时其RMSSD会升高，直至达到最大摄氧量[12]。通过对优秀组和普通组马匹HRV时域指标进行独立样本T检验表明，赛前Mean RR、SDNN和RMSSD优秀组马匹均显著高于普通组马匹；这一方面显示出，优秀组马匹的心脏射血能力强，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[30]。同时也表明在赛前状态下，优秀组马匹反应整体HRV大小的 Mean RR和反应迷走神经的RMSSD显著高于普通组，反应 HRV 整体的恢复程度 SDNN也高于显著普通组，表明优秀组马匹在生理及神经调节方面优于普通组。因此,Mean RR、SDNN和RMSSD可以作为赛前评估马匹运动状态的指标。

4 结 论

伊犁马2 000 m测试赛后Mean RR、RMSSD、SDNN、PNN50、VLF、LF、HF极显著低于赛前静态，Mean HR和LF/HF显著高于赛前静态，交感神经活动增强，迷走神经活动减弱，这些指标的变化趋势表明,可以通过HRV来评价伊犁马运动性疲劳。优秀组赛前迷走神经的Mean RR、RMSSD、SDNN、PNN50显著高于普通组，这些指标可以用来评价马匹的运动状态。