青年伊犁馬2 000 m測試賽對其心率變異性的影響

黃晶晶，孟 軍，王建文，曾亞琦，孔麒森，褚洪忠，姚新奎，葛世萌，張凱麗，任 湘

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)馬產(chǎn)業(yè)研究院，烏魯木齊 830052；3.新疆馳霄博駿畜牧業(yè)有限公司，烏魯木齊 830052；4.新疆伊犁哈薩克自治州畜牧科學(xué)研究所，新疆伊犁 835000)

0 引 言

【研究意義】在速度賽馬中，馬匹不僅需要在短時間內(nèi)完成一系列的技術(shù)動作，還需要保持靈敏的反應(yīng)，神經(jīng)和心理都會經(jīng)受考驗，當(dāng)馬匹長時間處于疲勞狀態(tài)且不能得到有效恢復(fù)，很可能會引起機體功能性障礙，損害機體健康，從而影響到運動性能的發(fā)揮；同時，賽前的運動狀態(tài)也會直接影響到馬匹的競賽性能。因此，馬匹的運動性疲勞監(jiān)測及賽前運動狀態(tài)的評估具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M展】心率變異性(HRV)是無創(chuàng)評估運動對心臟自主神經(jīng)功能影響的有效手段之一，近年來廣泛應(yīng)用于休閑體育及高性能訓(xùn)練方面，其在馬方面的研究與應(yīng)用也越來越廣泛[1-5]。心率受到自主神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，心率變異性是評估自主神經(jīng)系統(tǒng)功能的重要指標(biāo)之一，當(dāng)馬匹處于靜息狀態(tài)時，由于緊張性迷走神經(jīng)的作用使得心率降低而HRV升高[6]；當(dāng)運動時，迷走神經(jīng)張力消除而使得心率升高，同時受到交感神經(jīng)和神經(jīng)性體液調(diào)節(jié)的共同作用，心率會進一步升高[7-8]；當(dāng)馬匹進入賽后休息階段時，交感神經(jīng)張力消除，副交感神經(jīng)作用再次占主導(dǎo)地位[9]?！颈狙芯壳腥朦c】當(dāng)動物處于良好休息狀態(tài)時其心率變異性較興奮時具有差異[10]，奶牛站立時HR、LH/HF、RMSSD和RMSSD、HF較臥倒時高[11]。對馬匹的研究結(jié)果顯示，馬匹的HRV受到性別、年齡、運動時間等因素的影響[12]，不同類型的運動其心率變異性也會呈現(xiàn)一定的差異[13]。目前，國內(nèi)關(guān)于馬匹運動對HRV的影響研究報道甚少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究通過對伊犁馬測試賽前后HRV指標(biāo)進行檢測，分析馬匹運動前后HRV指標(biāo)變化規(guī)律，并對比分析優(yōu)秀組與普通組伊犁馬HRV差異，以期為伊犁馬運動性疲勞監(jiān)測及馬匹運動狀態(tài)評估提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗選取伊犁哈薩克自治州昭蘇馬場2歲伊犁馬20匹，所選馬匹健康狀況良好，體尺接近，對所選馬匹進行統(tǒng)一飼養(yǎng)管理。測試跑道為寬28 m、周長2 000 m的沙道。

1.2 方 法

將試驗用馬匹佩戴Polar Equine V800心率表，使得心率接收器直接接觸馬匹心臟所對應(yīng)的體表位置，并將心率表調(diào)至R-R間距模式。組織馬匹進行2 000 m測試賽，使馬匹全力沖刺跑完全程，根據(jù)測試賽成績，將馬匹分為優(yōu)秀組(10匹)和普通組(10匹)。分組情況：將比賽用時在196.4±2.76 s的馬匹分為優(yōu)秀組，將比賽用時在25.9±13.77s的馬匹分為普通組。根據(jù)心率表監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用Kubioshrv軟件整理賽前、賽后即刻、賽后30 min和賽后1 h的心率變異性(HRV)指標(biāo)數(shù)據(jù)，其中HRV時域指標(biāo)包括：全部正常R-R間期的平均值(Mean RR)、全部正常R-R間距的標(biāo)準(zhǔn)差(SDNN)、平均心率(Mean HR)、相鄰R-R間期差值的均方根(RMSSD)和相鄰R-R間距差>50 ms的個數(shù)占總心跳次數(shù)的百分比(PNN50)；頻域指標(biāo)包括：極低頻率(VLF)、低頻功率(LF)、高頻功率(HF)和低頻與高頻的比值(LF/HF)；非線性指標(biāo)包括：全部正常R-R間距的標(biāo)準(zhǔn)差(Y)(SD1)和全部正常R-R間距的標(biāo)準(zhǔn)差(X)(SD2)。

表1 分組情況
Table 1 Grouping

優(yōu)秀組Excellent Group普通組Ordinary Group成績Result196.4±2.76B225.9±13.77A

1.3 數(shù)據(jù)處理

通過Excel對所測數(shù)據(jù)進行整理，并通過SPSS 20.0軟件對不同時間點HRV數(shù)據(jù)進行One-Way ANOVA方差分析和Duncan’s多重比較，對優(yōu)秀組和普通組HRV數(shù)據(jù)進行獨立樣本T檢驗。結(jié)果以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 2 000 m測試賽HRV時域指標(biāo)變化

研究表明，經(jīng)過2 000 m測試賽，所測四個時間點馬匹HRV時域指標(biāo)中Mean RR、SDNN、RMSSD和PNN50呈現(xiàn)出先下降后升高的趨勢，Mean HR呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢。在優(yōu)秀組馬匹中，Mean RR賽后即刻極顯著低于其余賽前、賽后30 min和賽后1 h(P<0.01)，賽后1 h極顯著低于賽前(P<0.01)；SDNN和PNN50賽后即刻極顯著低于賽前和賽后1 h(P<0.01)，賽后1 h與賽前差異性不顯著(P>0.05)；Mean HR賽后即刻極顯著高于賽前和賽后30 min(P<0.01)，賽后1 h與賽前差異性不顯著(P>0.05)；RMSSD賽后即刻極顯著低于賽前(P<0.01)，顯著低于賽后30 min(P<0.05)，賽后1 h與賽前差異性不顯著(P>0.05)。在普通組馬匹中，Mean RR賽后即刻與其余三個檢測時間點之間均呈現(xiàn)出極顯著差異性(P<0.01)，賽后1 h與賽前呈極顯著差異(P<0.01)；SDNN和PNN50在賽后即刻極顯著低于賽前(P<0.01)，賽后1 h與賽前差異性不顯著(P<0.05)；Mean HR賽后即刻極顯著高于賽期前和賽后1 h(P<0.01)，賽后1 h極顯著高于賽前(P<0.01)；RMSSD賽后即刻極顯著低于賽前和賽后1 h(P<0.01)，賽后1 h與賽前差異性不顯著(P>0.05)。

通過對優(yōu)秀組和普通組馬匹HRV時域指標(biāo)進行獨立樣本T檢驗表明，賽前Mean RR、SDNN和RMSSD優(yōu)秀組馬匹均顯著高于普通組馬匹(P<0.05)；賽后即刻Mean RR優(yōu)秀組馬匹極顯著高于普通組馬匹(P<0.01)，PNN50優(yōu)秀組馬匹顯著高于普通組馬匹(P<0.05)。表2

表2 2 000 m測試賽HRV時域指標(biāo)變化
Table 2 Changes in HRV time domain indicators of the 2,000 m test match

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

注:同行肩標(biāo)不同小寫字母之間差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母之間差異極顯著(P<0.01)。同列優(yōu)秀組與一般組相比差異顯著肩標(biāo)*，差異極顯著肩標(biāo)**。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測試賽HRV頻域指標(biāo)變化

研究表明，經(jīng)過2 000 m測試賽，所測四個時間點馬匹HRV頻域指標(biāo)中VLF、LF和HF呈現(xiàn)出先下降后升高的趨勢，LF/HF呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢。在優(yōu)秀組馬匹中，VLF、LF和HF賽后即刻極顯著低于賽前和賽后1 h(P<0.01)，LF和HF賽后1 h與賽前之間呈極顯著差異(P<0.01)；LF/HF在賽后即刻顯著高于賽前(P<0.05)，賽后1 h與賽前之間差異不顯著(P>0.05)。在普通組馬匹中，VLF和LF在賽后即刻極顯著低于賽前和賽后1 h(P<0.01)，賽后1 h與賽前之間差異性不顯著(P>0.05)；HF在賽后即刻與賽前之間呈極顯著差異(P<0.01)，賽后1 h與賽前之間差異性不顯著(P>0.05)。

通過對優(yōu)秀組和普通組馬匹HRV時域指標(biāo)進行獨立樣本T檢驗表明，VLF和LF賽后即刻優(yōu)秀組馬匹均顯著低于普通組馬匹(P<0.05)；VLF賽后30 min優(yōu)秀組馬匹顯著低于普通組馬匹(P<0.05)。表3

2.3 2 000 m測試賽HRV非線性指標(biāo)變化

研究表明，經(jīng)過2 000 m測試賽，所測四個時間點馬匹HRV非線性指標(biāo)中SD1和SD2均呈現(xiàn)出先下降后升高的趨勢。在優(yōu)秀組馬匹中，SD1和SD2均呈現(xiàn)出賽后即刻極顯著低于賽前和賽后1 h(P<0.01)，賽后1 h與賽前之間差異性不顯著(P>0.05)。在普通組馬匹中，SD2賽后即刻極顯著低于賽前(P<0.01)，賽后1 h與賽前之間差異性不顯著(P>0.05)。表4

表3 2 000 m測試賽HRV頻域指標(biāo)變化
Table 3 Changes in HRV frequency domain indicators of the 2,000 m test race

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

表4 2 000 m測試賽HRV非限制指標(biāo)變化
Table 4 Changes in HRV nonlinear indexes of the 2,000 m test race

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

3 討 論

3.1 不同時間點HRV指標(biāo)的差異

對馬心率變異性的研究主要為時域指標(biāo)、頻域指標(biāo)和非線性指標(biāo)[13]。時域分析中，Mean RR和SDNN可以用來評價自主神經(jīng)系統(tǒng)(ANS)的張力水平[14]，而RMSSD和PNN50則與頻譜分析中的高頻相關(guān)，主要反映迷走神經(jīng)張力[15]。頻域指標(biāo)中，LF和HF反應(yīng)了交感與迷走神經(jīng)的活動情況[16]，VLF反映交感神經(jīng)的調(diào)節(jié)，LF主要反映交感及迷走神經(jīng)活動的雙重作用，其中以交感神經(jīng)活動為主，HF反映了迷走神經(jīng)功能活性[17]。LF/HF比值反映了ANS交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的絕對和相對變化，其特征反映是心臟的交感-迷走神經(jīng)平衡性。根據(jù)HRV中各指標(biāo)的變化可以描述分析交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)的變化趨勢，得出馬匹此時的疲勞狀態(tài)。

在時域分析指標(biāo)中，Mean RR、SDNN用以評價ANS的張力水平；RMSSD和PNN50主要反映迷走神經(jīng)張力。對人的研究結(jié)果顯示Mean RR、SDNN和RMSSD在運動后都呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢[18]，在高強度運動下，PNN50會在運動后即刻下降，但恢復(fù)30 min后緩慢上升[19]，研究結(jié)果與此一致。這主要是由于在安靜狀態(tài)下，迷走神經(jīng)相對興奮，對心跳會產(chǎn)生一定的抑制作用，所以其心率較低，而在運動過程中則交感神經(jīng)興奮性加強，其心跳也會加快，使得心率升高[20]。兩個相鄰的R波之間的距離即為一個心動周期，其值越大則表明兩次心跳之間的時間越長[21]，因此,在運動后該值會呈現(xiàn)出下降，表明心率加快，研究結(jié)果顯示,Mean RR值在運動后下降，與此現(xiàn)象一致。對馬的研究結(jié)果顯示,在高速跑步時其RMSSD會降低[22]，研究結(jié)果顯示，在運動后即刻極顯著低于運動前，與此研究結(jié)果一致。RMSSD反應(yīng)了在運動過程中呼吸作用調(diào)節(jié)心率的情況，當(dāng)心率降低時其RMSSD值會升高，這表明RMSSD指標(biāo)可以作為反映馬匹運動疲勞及恢復(fù)的指標(biāo)[12]。研究中，Mean RR、SDNN、RMSSD在運動后都呈極顯著下降，兩組馬匹Mean HR運動后極顯著升高，PNN50較安靜狀態(tài)非常顯著性下降。這表明馬匹在劇烈運動時，迷走神經(jīng)張力下降，交感神經(jīng)活動加強，運動后迷走神經(jīng)還沒有完全恢復(fù)，馬匹此時處于疲勞狀態(tài)。

通過對運動員兩種強度的運動進行測試，在中等強度運動后運動員HF下降，LF升高；而長期高強度的耐力訓(xùn)練可以降低運動員安靜狀態(tài)下的心率，HF增加，LF下降，LF/HF也下降[23]。HF反映迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)功能，同時也可反映出呼吸對心臟心輸出量的作用；LF反應(yīng)交感及迷走神經(jīng)活動的雙重作用，某些情況下反應(yīng)交感神經(jīng)張力[24]。研究中，HRV指標(biāo)VLF、LF、HF運動后即刻會降低，休息1 h后，基本恢復(fù)到安靜前的水平，表明交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的活性均降低，LF/HF比值較安靜狀態(tài)下升高但無顯著性差異，提示交感和迷走神經(jīng)之間平衡關(guān)系失衡，在運動中持續(xù)升高，迷走神經(jīng)對交感神經(jīng)的抑制減弱，且持續(xù)到運動后恢復(fù)階段，說明馬匹此時出現(xiàn)了一定的疲勞現(xiàn)象。

非線性行為是人類系統(tǒng)中普遍存在的，因為它具有復(fù)雜的動態(tài)特性，無法用線性方法充分描述[25]。SD1和SD2表示R-R間期的標(biāo)準(zhǔn)差，SD1反映縱坐標(biāo)，代表R-R間距的波動變化，如果R-R間距波動變化較大則SD1值也隨之變大；SD2反映橫坐標(biāo)，其用來定量分析R-R間距的距離，其值的變化可直接反映心率的波動頻率變化，表明心率波動頻率變化越大，SD2值較大[26]。有研究表明，SD1值在遞增負(fù)荷運動后呈持續(xù)下降趨勢，安靜狀態(tài)與運動中、運動后均具有明顯差異，SD2值呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢，安靜狀態(tài)顯著低于運動中SD2值[27]。研究結(jié)果顯示，SD1在運動后即刻較安靜狀態(tài)下極顯著降低，SD2在運動后呈顯著降低趨勢，說明馬匹在運動后導(dǎo)致心率起伏減小，并在短期恢復(fù)階段內(nèi)持續(xù)下降，心率波動頻率顯著下降，表明此時馬匹運動狀態(tài)較差。

3.2 優(yōu)秀組與普通組HRV指標(biāo)的差異

對不同鍛煉水平下的大學(xué)生心率變異性對比研究發(fā)現(xiàn)，不同鍛煉水平的人在安靜狀態(tài)下HRV存在不同程度的差異，心自主神經(jīng)系統(tǒng)的功能會通過運動訓(xùn)練和體育鍛煉發(fā)生變化，提高心自主神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、迷走神經(jīng)活性、交感-迷走神經(jīng)均衡指數(shù)下降等[28]，對定量負(fù)荷運動下體育專業(yè)生與非體育生HRV比較發(fā)現(xiàn)，在運動過程中，非體育生的迷走神經(jīng)減少程度較體育專業(yè)生更低，體育專業(yè)生的交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)的失衡程度小于非體育專業(yè)的學(xué)生[29]。在迷走神經(jīng)被完全阻斷后，運動強度降低時其RMSSD會升高，直至達到最大攝氧量[12]。通過對優(yōu)秀組和普通組馬匹HRV時域指標(biāo)進行獨立樣本T檢驗表明，賽前Mean RR、SDNN和RMSSD優(yōu)秀組馬匹均顯著高于普通組馬匹；這一方面顯示出，優(yōu)秀組馬匹的心臟射血能力強，每搏輸出量高，因此,減少收縮次數(shù)也可以維持相同的心輸出量[30]。同時也表明在賽前狀態(tài)下，優(yōu)秀組馬匹反應(yīng)整體HRV大小的 Mean RR和反應(yīng)迷走神經(jīng)的RMSSD顯著高于普通組，反應(yīng) HRV 整體的恢復(fù)程度 SDNN也高于顯著普通組，表明優(yōu)秀組馬匹在生理及神經(jīng)調(diào)節(jié)方面優(yōu)于普通組。因此,Mean RR、SDNN和RMSSD可以作為賽前評估馬匹運動狀態(tài)的指標(biāo)。

4 結(jié) 論

伊犁馬2 000 m測試賽后Mean RR、RMSSD、SDNN、PNN50、VLF、LF、HF極顯著低于賽前靜態(tài)，Mean HR和LF/HF顯著高于賽前靜態(tài)，交感神經(jīng)活動增強，迷走神經(jīng)活動減弱，這些指標(biāo)的變化趨勢表明,可以通過HRV來評價伊犁馬運動性疲勞。優(yōu)秀組賽前迷走神經(jīng)的Mean RR、RMSSD、SDNN、PNN50顯著高于普通組，這些指標(biāo)可以用來評價馬匹的運動狀態(tài)。