不同比賽途程伊犁馬賽前心率變異性比較與分析

王建文，姚新奎,，曾亞琦，孔麒森,，葛世萌，任萬路，王川坤，孟 軍,

(1.新疆農業大學 動物科學學院，烏魯木齊 830052；2.新疆馬繁育與運動生理重點實驗室，烏魯木齊 830052；3.新疆農業大學 馬產業研究院，烏魯木齊 830052；4.新疆馳霄博駿畜牧業有限公司，烏魯木齊 830052)

心率變異性(Heart rate variability，HRV)是指逐次心跳R-R間期(瞬時心率)之間存在微小差異的現象[1]，是研究心臟神經系統的有效方法，可以評估心臟交感神經和迷走神經的張力及平衡情況[2]。主要通過對時域指標、頻域指標及非線性指標進行監測，從而對交感神經和迷走神經進行評估[3]，作為一種非侵入式的檢測方法，在人和動物健康、福利等方面已有廣泛應用[4]。在馬方面的研究表明，HRV能夠有效評估調教訓練[5]、比賽[6]、飼養管理[7-8]等各種條件下馬匹的心理狀態，是評估馬匹機能狀態和競技水平的重要手段。

一般認為運動引起的心率上升是由于交感神經與迷走神經共同作用的結果[9]，心臟自主神經平衡狀態是評估與預測運動狀態的重要手段之一，當其處于相對平衡狀態時，有利于運動員發揮出較高的競技水平；若當這種狀態失衡，則會影響到運動的發揮[10]。HRV檢測指標中包含諸多與機體神經調節相關的信息，與運動過程中最大攝氧量有密切關系[11]，相關研究結果顯示，當迷走神經興奮性增強時會導致心率失常，同時會降低心肌耗氧量，降低心肌的生理壓力，維持心肌的正?；顒覽12]。

隨著中國馬產業的轉型升級，國內賽馬賽事場次與種類日益增多[13]，伊犁馬是中國自主培育的優秀運動馬品種[14]，在國產馬賽馬中取得了良好的比賽成績，但其運動過程中神經調節機制尚不清楚，關于其HRV的研究主要集中在運動過程中的變化方面[15-16]，關于不同比賽途程伊犁馬神經調節方面的研究鮮有報道。便攜式心率設備因其采集數據方便快捷、穩定可靠[17-18]，已在人和動物方面有廣泛的應用[19-20]，本研究采用Polo V800便攜式設備對1000m、1600m、3600m和5000m速度賽性能優異伊犁馬的賽前HRV進行檢測，旨在探索不同比賽途程伊犁馬比賽前HRV的差異性及其變化特點，研究不同途程比賽伊犁馬的神經活動規律，為基于HRV的伊犁馬參賽途程選擇提供數據參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

選取參加伊犁哈薩克自治州馬業協會伊犁馬常態化賽事的參賽馬匹為研究對象，通過常態化賽事進行不同途程的運動性能測定，分別選取 1 000 m、1 600 m、3 600 m和5 000 m運動性能優異的伊犁馬各12匹進行比賽前HRV數據采集，所有馬匹檢測環境基本一致。

1.2 檢測設備及指標

使用芬蘭產POLAR V800心率表進行HRV數據采集，主要采集數據包括：相鄰R-R間期平均值(Mean of RR intervals，Mean RR)、R-R間期標準差(The standard deviation of RR intervals，SDNN)、平均心率(Mean heart rate，Mean HR)、R-R間隔均值標準差(Root mean square of successive differences，RMSSD)、相鄰間期差值>50 ms的百分比(The number of successive intervals differing more than 50ms，pNN50)、全部瞬時R-R間隔的標準差(Standard deviation of the instantaneous beat-to-beat variability，SD1)、長時R-R間隔標準差(Standard deviation of the continuous long-term variability，SD2)、極低頻功率(Very low frequency，VLF)、低頻功率(Low frequency，LF)、高頻功率(High frequency，HF)、低頻功率高頻功率比值(LF/HF)、總功率(Total power，TP)、低頻標準值(LFnu)和高頻標準值(HFnu)。

1.3 方 法

在參賽馬匹比賽前穿戴POLAR V800心率表，將心率表連接至數據采集設備，并檢查設備連接狀態及數據傳輸情況，通過POLAR V800心率表采集馬匹比賽前安靜狀態下的心率圖譜，并將相關圖譜傳送至https://flow.polar.com，生成文本文檔，使用Kubios HRV軟件截取比賽前30 min的HRV數據，得到時域指標、非線性指標及頻域指標(采用自回歸參數模型法計算)。

1.4 數據分析

采用Excel 2016對所采集的數據進行整理，用SPSS 19.0軟件對不同比賽途程伊犁馬HRV數據進行單因素方差分析(One-Way ANOVA)，采用Duncan氏進行多重比較。結果以“平均數±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 不同比賽途程伊犁馬賽前時域指標對比

由表1可知，Mean RR、SDNN和Mean HR指標隨著比賽距離的延長逐漸升高。其中Mean RR 1 000 m伊犁馬極顯著低于5 000 m伊犁馬(P<0.01)，顯著低于1 600 m和3 600 m伊犁馬(P<0.05)；SDNN指標1 600 m伊犁馬極顯著低于5 000 m伊犁馬(P<0.01)，1 000 m和 3 600 m伊犁馬顯著低于5 000 m伊犁馬(P< 0.05)；Mean HR指標1 600 m、3 600 m和5 000 m伊犁馬均顯著低于1 000 m伊犁馬(P< 0.05)；RMSSD指標1 000 m伊犁馬和1 600 m伊犁馬均顯著低于5 000 m伊犁馬(P<0.05)；pNN50指標1 000 m和3 600 m伊犁馬均顯著低于5 000 m伊犁馬(P<0.05)。

表1 不同比賽途程伊犁馬賽前時域指標Table 1 Pre-match time-domain variables of Yili horse in different race distances

2.2 不同比賽途程伊犁馬賽前非線性指標對比

由表2可知，SD1指標隨著比賽距離的延長呈升高的趨勢，而SD2指標則出現一定波動。其中SD1指標1 000 m和1 600 m伊犁馬均顯著低于5 000 m伊犁馬(P<0.05)；SD2指標 1 600 m伊犁馬極顯著低于5 000 m伊犁馬(P<0.01)， 1 000 m和3 600 m伊犁馬均顯著低于 5 000 m伊犁馬(P<0.05)。

2.3 不同比賽途程伊犁馬賽前頻域指標對比

由表3可知，LF指標隨著比賽距離的延長而逐漸降低。VLF指標1 000 m、1 600 m和3 600 m伊犁馬均顯著低于5 000 m伊犁馬(P< 0.05)；LFnu指標3 600 m伊犁馬顯著低于1 000 m、1 600 m和5 000 m伊犁馬(P<0.05)；HFnu指標1 000 m、1 600 m和5 000 m伊犁馬均顯著低于3 600 m伊犁馬(P<0.05)。

表2 不同比賽途程伊犁馬賽前非線性指標Table 2 Pre-match nonlinear variables of Yili horse in different race distances ms

表3 不同比賽途程伊犁馬賽前頻域指標Table 3 Pre-match frequency-domain variables of Yili horse in different race distances

3 討 論

心率變異性能夠對運動馬神經活動進行檢測。運動馬匹心率變異性中時域指標、非線性指標和頻域指標均具有良好的穩定性，在研究運動馬匹中具有較強的實用價值[4]，本研究針對這三類指標進行分析，旨在探索能夠評估不同用途馬匹非損傷性、方便安全、易于檢測的心率變異性指標。雖然有研究表明需要對心率變異性數據進行修正[21]，但不修正結果可能更有助于發現結果的差異性[22]，因此本研究未對相關結果進行修正。

SDNN、RMSSD、pNN50、TP、HF、HFnu、SD1和SD2等相關指標常用于對迷走神經活動進行評價[23-24]。SDNN和RMSSD會隨著比賽前興奮性的增強而上升[25]，本研究顯示RMSSD和SDNN在較長距離比賽伊犁馬中顯著高于短距離比賽伊犁馬，表明隨著比賽距離的延長馬興奮性增強。pNN50對數據丟失最為敏感，需要結合其他指標對興奮性進行評估[26]，本研究顯示其與RMSSD和SDNN變化規律相似，可以用于評估運動型伊犁馬的興奮性。TP對運動的敏感性相對較低，對迷走神經的興奮性評估較差[27]，本研究結果顯示在不同分組間伊犁馬TP無顯著差異性，與此研究結果基本一致。有研究指出RMSSD主要說明在迷走神經興奮過程中高頻段的變異性[28]，本研究結果顯示HF和HFnu在RMSSD上升時也呈現出同樣的變化趨勢，與此研究結果一致。以上反應迷走神經興奮性的指標在較長距離比賽伊犁馬(5 000 m)組中均表現出上升的趨勢，表明長距離比賽馬匹的迷走神經興奮性增強，當迷走神經興奮性增加時有利于機體應對外界的刺激與生理性壓力[29]。本研究結果表明，隨著運動途程的增加，賽前心臟興奮性升高，機體調節使得迷走神經活性增強，該神經活動變化作用于心臟，維持心率的穩定，使得馬匹能夠在賽前保持良好的競技狀態。馬匹能夠在運動中持續更長時間的興奮性，有利于馬匹在長距離比賽中表現出良好的競技狀態，而短距離馬匹中迷走神經興奮性較弱，這主要是由于在短距離比賽中，馬匹運動持續時間較短，只需要馬匹保持短時間的高強度興奮性即可。通過對人運動訓練的研究結果顯示，當超負荷訓練時會出現迷走神經的興奮性降低而交感神經興奮性增強，表明人出現了疲勞[30]；長距離馬出現迷走神經興奮性增強，表明長距離組伊犁馬持續較長時間比賽不易出現疲勞。表明可以通過對SDNN、RMSSD和pNN50指標進行監測，對伊犁馬迷走神經的興奮性做出評估，為伊犁馬比賽途程的選擇提供參考。

Mean RR、VLF、LF和LFnu等指標能夠較好地反映機體交感神經的活動[30]。隨著運動強度的增大，VLF、LF及LFnu指標也呈現出上升的現象[31]，本研究結果顯示長距離組伊犁馬這些指標較高，與此結果基本一致。當交感神經的興奮性下降時，心臟的泵血能力會有所提升，其心率也會有所降低[32]，本研究中長距離比賽伊犁馬Mean RR值增大，單位時間內馬匹的心跳次數降低，表明長距離比賽伊犁馬心率較低，長距離比賽時，由于比賽持續時間相對較長，馬匹需要有良好的心臟泵血能力，維持機體在運動過程中所需要的能量供應，而短距離比賽時，馬匹主要以無氧代謝為主，需要馬匹維持良好的興奮性，從而維持馬匹良好的競技狀態。以上結果顯示可以通過Mean RR對馬匹交感神經興奮性進行評估。

利用LF/HF能夠對交感神經-迷走神經的均衡性進行較好地評估[24,33]，對阿拉伯馬(耐力賽馬品種)的研究結果顯示，賽前LF/HF比值越高，其交感神經-迷走神經的均衡性也越好，馬匹耐力賽成績也有所提升[34]。本研究中長距離比賽伊犁馬LF/HF更大，表明長距離比賽馬匹的交感神經-迷走神經均衡性更好，更有利于馬匹在賽前維持良好的穩定狀態，而短距離比賽馬匹則交感神經-迷走神經均衡性相對較差，馬匹比賽前更容易興奮，更有利于馬匹發揮出更好的競技狀態；在各組間LF/HF值無顯著差異性，這可能是由于本次試驗中所選擇馬匹樣本量相對較少，也可能是由于本次試驗中所選擇馬匹的比賽距離差距相對較小所致，具體原因還有待于進一步的試驗證實。在最優比賽距離馬匹選擇時可以根據LF/HF對馬匹交感神經-迷走神經的均衡性進行評估，從而提高馬匹選擇的準確性。

4 結 論

R-R間期標準差、長時R-R間隔標準差在 1 600 m和5 000 m伊犁馬間呈極顯著差異，相鄰R-R間期平均值在1 000 m和5 000 m伊犁馬間呈極顯著差異；R-R間隔均值標準差、相鄰間期差值>50 ms的百分比、全部瞬時R-R間隔的標準差等指標在不同途程伊犁馬間呈顯著差異，顯示不同途程比賽性能優異的伊犁馬神經活動類型呈現出一定的差異，這些指標是影響伊犁馬神經活動的主要因素，可以通過監測這些HRV指標來對伊犁馬進行早期運動選材，提高運動型伊犁馬的選擇效率。