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(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)大學 馬產(chǎn)業(yè)研究院，烏魯木齊 830052；4.新疆馳霄博駿畜牧業(yè)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(xiàn)象[1]，是研究心臟神經(jīng)系統(tǒng)的有效方法，可以評估心臟交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)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(jiān)測，從而對交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)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(diào)教訓練[5]、比賽[6]、飼養(yǎng)管理[7-8]等各種條件下馬匹的心理狀態(tài)，是評估馬匹機能狀態(tài)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(jīng)與迷走神經(jīng)共同作用的結果[9]，心臟自主神經(jīng)平衡狀態(tài)是評估與預測運動狀態(tài)的重要手段之一，當其處于相對平衡狀態(tài)時，有利于運動員發(fā)揮出較高的競技水平；若當這種狀態(tài)失衡，則會影響到運動的發(fā)揮[10]。HRV檢測指標中包含諸多與機體神經(jīng)調(diào)節(jié)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(jīng)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(chǎn)業(yè)的轉型升級，國內(nèi)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(yōu)秀運動馬品種[14]，在國產(chǎn)馬賽馬中取得了良好的比賽成績，但其運動過程中神經(jīng)調(diào)節(jié)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(jīng)調(diào)節(jié)方面的研究鮮有報道。便攜式心率設備因其采集數(shù)據(jù)方便快捷、穩(wěn)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(yōu)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(jīng)活動規(guī)律，為基于HRV的伊犁馬參賽途程選擇提供數(shù)據(jù)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(yè)協(xié)會伊犁馬常態(tài)化賽事的參賽馬匹為研究對象，通過常態(tài)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(yōu)異的伊犁馬各12匹進行比賽前HRV數(shù)據(jù)采集，所有馬匹檢測環(huán)境基本一致。

1.2 檢測設備及指標

使用芬蘭產(chǎn)POLAR V800心率表進行HRV數(shù)據(jù)采集，主要采集數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集設備，并檢查設備連接狀態(tài)及數(shù)據(jù)傳輸情況，通過POLAR V800心率表采集馬匹比賽前安靜狀態(tài)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(shù)據(jù)，得到時域指標、非線性指標及頻域指標(采用自回歸參數(shù)模型法計算)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016對所采集的數(shù)據(jù)進行整理，用SPSS 19.0軟件對不同比賽途程伊犁馬HRV數(shù)據(jù)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(shù)±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(xiàn)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?qū)\動馬神經(jīng)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(wěn)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(shù)據(jù)進行修正[21]，但不修正結果可能更有助于發(fā)現(xiàn)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(jīng)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(shù)據(jù)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(guī)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(jīng)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(jīng)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(xiàn)出同樣的變化趨勢，與此研究結果一致。以上反應迷走神經(jīng)興奮性的指標在較長距離比賽伊犁馬(5 000 m)組中均表現(xiàn)出上升的趨勢，表明長距離比賽馬匹的迷走神經(jīng)興奮性增強，當迷走神經(jīng)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(diào)節(jié)使得迷走神經(jīng)活性增強，該神經(jīng)活動變化作用于心臟，維持心率的穩(wěn)定，使得馬匹能夠在賽前保持良好的競技狀態(tài)。馬匹能夠在運動中持續(xù)更長時間的興奮性，有利于馬匹在長距離比賽中表現(xiàn)出良好的競技狀態(tài)，而短距離馬匹中迷走神經(jīng)興奮性較弱，這主要是由于在短距離比賽中，馬匹運動持續(xù)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(xiàn)迷走神經(jīng)的興奮性降低而交感神經(jīng)興奮性增強，表明人出現(xiàn)了疲勞[30]；長距離馬出現(xiàn)迷走神經(jīng)興奮性增強，表明長距離組伊犁馬持續(xù)較長時間比賽不易出現(xiàn)疲勞。表明可以通過對SDNN、RMSSD和pNN50指標進行監(jiān)測，對伊犁馬迷走神經(jīng)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(jīng)的活動[30]。隨著運動強度的增大，VLF、LF及LFnu指標也呈現(xiàn)出上升的現(xiàn)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(jīng)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(nèi)馬匹的心跳次數(shù)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(xù)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(tài)。以上結果顯示可以通過Mean RR對馬匹交感神經(jīng)興奮性進行評估。

利用LF/HF能夠?qū)桓猩窠?jīng)-迷走神經(jīng)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(jīng)-迷走神經(jīng)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(jīng)-迷走神經(jīng)均衡性更好，更有利于馬匹在賽前維持良好的穩(wěn)定狀態(tài)，而短距離比賽馬匹則交感神經(jīng)-迷走神經(jīng)均衡性相對較差，馬匹比賽前更容易興奮，更有利于馬匹發(fā)揮出更好的競技狀態(tài)；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(yōu)比賽距離馬匹選擇時可以根據(jù)LF/HF對馬匹交感神經(jīng)-迷走神經(jīng)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(yōu)異的伊犁馬神經(jīng)活動類型呈現(xiàn)出一定的差異，這些指標是影響伊犁馬神經(jīng)活動的主要因素，可以通過監(jiān)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。