補飼動物雙歧桿菌對伊犁馬運動性能及心率變異性的影響

摘 要 旨在研究飼糧中添加動物雙歧桿菌（Bifidobacterium）對伊犁馬運動成績與心率變異性及賽后恢復的影響。選取2～3歲伊犁馬騸馬19匹，隨機分為4組，依據其飼糧添加量依次添加0%、0.025%、0.05%、" 0.1%的動物雙歧桿菌（1×10¹¹CFU/g），試驗第50天測定馬匹比賽成績及比賽各階段心率變異性（HRV）數(shù)據，分析飼糧添加雙歧桿菌對伊犁馬運動成績及心率變異性的影響。結果表明：試驗第50天，試驗組馬匹比賽用時均極顯著少于對照組（P＜0.01）。正式期第50天，各組時域指標：對照組賽前Mean RR指標極顯著高于賽后即刻與賽后1 h（P＜0.01），0.05%、0.1%組賽前與賽后1 h各組Mean RR指標均極顯著高于賽后即刻（P＜0.01）；各組賽后即刻Mean HR均極顯著高于賽前與賽后1 h（P＜0.01）。頻域指標：0.1%組馬匹賽后1 h其LF指標與賽前、賽后即刻相比顯著降低（P＜0.05），賽前、賽后1 h馬匹HF指標顯著高于賽后即刻（P＜0.05）；0.1%組賽前LF指標顯著高于對照組（P＜0.05）。非線性指標：0.05%組、0.1%組賽后1 h全部R-R間距的標準差（X）（SD2）均顯著高于對照組（P＜0.05），各雙歧桿菌添加組賽后即刻SD2均極顯著高于對照組（P＜0.01）。綜上可見，飼糧中添加動物雙歧桿菌可提高伊犁馬運動成績，改善賽后心率變異性，提高賽后恢復速度，緩解賽后應激，對伊犁馬運動性能及機體健康有一定的積極影響。

關鍵詞 伊犁馬；動物雙歧桿菌；心率變異性；運動性能

速度型馬運動訓練及比賽中，除考察馬匹運動性能的表現(xiàn)外，往往還要注意其運動后恢復緩慢等問題。消除賽后心理疲勞可以采用多種方法，如中斷或修改訓練、心理恢復訓練、確保充足的睡眠和營養(yǎng)。其中，科學配方的膳食補充劑可以有效地影響個人的情緒和認知狀態(tài)，例如，在益生菌補充劑中，研究發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)益生菌可以改善個人的情緒健康，包括焦慮、抑郁和在壓力下的表現(xiàn)^[1-3]，在運動員群體中，益生菌補充劑也被證明能有效地改善他們的情緒，減輕壓力，從而改善他們的運動成績^[4-6]。心率變異性（heart rate variability， HRV）是一種無創(chuàng)評估自主神經系統(tǒng)（ANS）交感和迷走神經對心臟節(jié)律調控功能的指標^[7-8]，可有效反映馬匹運動后恢復情況，在日常運動訓練的基礎上，為馬匹膳食補充營養(yǎng)添加劑，對于賽馬運動性能的提高、運動恢復及賽后應激緩解具有一定的研究意義。

益生菌被譽為“活的微生物”，部分于運動領域的文獻表明，對于運動員有積極作用的益生菌主要有植物乳桿菌、雙歧桿菌等^[9]。研究表明，動物雙歧桿菌可通過上調機體有益腸道微生物區(qū)系，抑制有害腸道微生物區(qū)系，調節(jié)相關代謝途徑，促進女子跆拳道運動員運動性心理疲勞的清除^[10]。雙歧桿菌作為已被證實對于宿主具有積極作用的益生菌，已被廣泛應用于膳食補充劑^[11-13]。此外，于小鼠模型上進行的益生菌補飼試驗證明，益生菌補充劑（雙歧桿菌、植物乳桿菌、唾液乳桿菌）對于小鼠的肌肉性能（握力）及耐力運動表現(xiàn)（力竭奔跑時間）具有良好的作用效果^[14-15]。劇烈運動期間，機體心理和身體需求會引發(fā)應激反應，激活交感神經-腎上腺髓質和下丘腦-垂體-腎上腺（HPA）軸，導致壓力和分解代謝激素、炎癥細胞因子和微生物分子的釋放^[16]?，F(xiàn)有研究表明^[17]，胃腸道和中樞神經系統(tǒng)之間存在廣泛的雙向通信網絡，稱為“腸-腦軸”。益生菌被認為是安全的且耐受良好的膳食補充劑，使用益生菌調節(jié)腸道菌群正逐漸成為神經性并發(fā)癥的一種治療選擇^[18-19]，HRV可有效反映機體運動期間的神經活動指數(shù)^[20]，可有效反映動物運動過程中的神經活動變化，進而反映運動恢復狀況。膳食補充雙歧桿菌被認為是一種改善運動員生理適應、氧化應激、炎癥和能量平衡的營養(yǎng)策略，益生菌與運動訓練相結合是提高運動員優(yōu)秀運動表現(xiàn)的一種潛在策略^[21]。盡管部分研究表明膳食補充雙歧桿菌可間接提高動物機體的運動性能及運動損傷恢復，但于運動馬研究中卻少見有報道。因此，本研究通過于伊犁馬膳食中補充益生菌添加劑，監(jiān)測伊犁馬1 km測試賽賽前、賽后即刻、賽后1 h心率變異性，探究動物雙歧桿菌作為飼料添加劑對速度型伊犁馬運動表現(xiàn)及運動后恢復的影響，為動物雙歧桿菌作為抗生素替代品應用于速度型伊犁馬飼糧的可行性提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

Polar Grit X心率表、心率帶、耦合劑、動物雙歧桿菌（1×10¹¹CFU/g）購自內蒙古和美科盛生物技術有限公司，于-20 ℃冰箱保存。

1.2 試驗設計

試驗隨機選取健康、體況相近的2～3歲伊犁馬騸馬19匹，隨機分為4組，對照組4匹重復，其余試驗組每組5匹重復。預飼期7 d，正式期" 50 d，所有馬匹飼糧組成及營養(yǎng)水平一致。對照組飼喂基礎飼糧，其余試驗1、2、3組每日晨飼時，在飼喂基礎飼糧的基礎上添加0.025%、0.05%、0.1%的動物雙歧桿菌，所有馬匹每日進行相同強度訓練。試驗所用基礎飼糧及營養(yǎng)水平見表1。正式期第50天組織1 km速度測試賽，計時馬匹測試賽成績，為試驗馬匹佩戴Polar Grit X心率表，使用Kubios HRV軟件截取所有馬匹賽前、賽后即刻、賽后1 h的HRV數(shù)據，主要數(shù)據為相鄰R-R間期的平均值（Mean of RR intervals，Mean RR）、平均心率（Mean heart rate，Mean HR）、R-R間距的標準差（The standard deviation of RR intervals，SDNN）、R-R間隔均值標準差（Root mean square of successive differences，RMSSD）、極低頻功率（Very low frequency，VLF）、低頻功率（Low frequency，LF）、高頻功率（High frequency，HF）、全部瞬時R-R間隔標準差（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），分析整理所得數(shù)據。

1.3 統(tǒng)計分析

使用Excel 2019對所得HRV數(shù)據進行整理，組間各時刻（賽前、賽后即刻、賽后1 h）HRV數(shù)據利用SPSS 26.0中的單因素方差分析（one-way ANOVA， LSD）處理，采用Duncan氏多重比較分析，組內各時刻HRV數(shù)據采用SPSS26.0中的配對t檢驗處理。最終試驗數(shù)據以“平均值±標準差”表示，P＜0.01表示差異極顯著，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 飼糧添加不同梯度動物雙歧桿菌對伊犁馬1 km測試賽成績的影響

表2為飼糧添加不同梯度動物雙歧桿菌前后對伊犁馬1 km測試賽成績的影響。由表2可知，添加動物雙歧桿菌組比賽用時均極顯著低于對照組（P＜0.01），且隨著添加量的增加而呈現(xiàn)出用時下降的趨勢。

2.2 飼糧添加不同梯度動物雙歧桿菌對伊犁馬1 km測試賽時域指標的影響

表3為試驗第50天飼糧添加不同梯度動物雙歧桿菌對伊犁馬1 km測試賽時域指標的影響。

各組組內比較結果顯示，對照組賽前Mean RR指標極顯著高于賽后即刻與賽后1 h（P＜" 0.01），賽后1 h與賽后即刻差異顯著但無極顯著差異（0.01＜P＜0.05）；0.025%組Mean RR指標賽前、賽后即刻、賽后1 h兩兩比較均差異顯著（P＜0.05）；0.05%組、0.1%組賽前與賽后1 h各組Mean RR指標均極顯著高于賽后即刻（P＜0.01）；各組賽后即刻Mean HR均極顯著高于賽前與賽后1 h（P＜0.01），賽后1 h對照組與" 0.025%組Mean HR指標差異顯著（P＜0.05），" 0.05%、0.1%組Mean HR指標賽前與賽后1 h差異不顯著（P＞0.05）。

各組組間比較結果顯示，賽后1 h 0.1%組Mean RR顯著高于對照組（P＜0.05）；各組賽前時域指標均無顯著差異（P＞0.05），對照組與" 0.025%組賽后即刻Mean HR均顯著高于0.1%組（P＜0.05）；賽后1 h添加動物雙歧桿菌組Mean HR指標均顯著低于對照組（P＜0.05）。

2.3 飼糧添加不同梯度動物雙歧桿菌前后對伊犁馬1 km測試賽頻域指標的影響

表4為試驗第50天飼糧添加不同梯度動物雙歧桿菌對伊犁馬1 km測試賽時域指標的影響。

各組組內比較結果顯示，0.1%組馬匹賽后" 1 h其LF指標與賽前、賽后即刻相比顯著降低" （P＜0.05），賽前、賽后1 h馬匹HF指標顯著高于賽后即刻（P＜0.05）。

各組組間比較結果顯示，0.1%組賽前LF指標顯著高于對照組（P＜0.05），0.05%組與0.1%組賽后即刻LF指標均極顯著高于對照組與" 0.025%組（P＜0.01）。

2.4 飼糧添加不同梯度動物雙歧桿菌前后對伊犁馬1 km測試賽非線性指標的影響

表5結果表明，各組組內、組間SD1指標均無顯著性差異（P＞0.05），各組組內SD2指標比較均無顯著差異（P＞0.05）。

各組組間比較結果顯示，賽后即刻各雙歧桿菌添加組SD2指標均極顯著高于對照組（P＜" 0.01），且組間無顯著差異（P＞0.05），0.05%與" 0.1%組賽后1 h SD2指標均顯著高于對照組" （P＜0.05）。

3 討" 論

3.1 膳食補充動物雙歧桿菌對伊犁馬1 km測試賽成績的影響

膳食補充益生菌可以改善動物機體腸道菌群，進而提高運動表現(xiàn)，并具有抗疲勞的作用^[22]。本試驗中，試驗第50天，各雙歧桿菌添加組1 km比賽用時與對照組相比，均極顯著低于對照組" （P＜0.01），且隨雙歧桿菌的添加，各自用時呈降低趨勢，0.1%組用時最少，表明補飼動物雙歧桿菌可以提高伊犁馬運動表現(xiàn)，其原因可能是因為腸道菌群可通過調節(jié)腸腔中的短鏈脂肪酸、支鏈氨基酸和細菌內毒素水平，改善機體代謝^[23]，而益生菌能夠調節(jié)機體腸道菌群組成，促進腸道菌群處于平衡狀態(tài)^[24]。亦有研究表明，益生菌可以促進機體對于蛋白質的吸收利用，減少運動所引起的肌肉損傷并促進恢復^[25]，長期補喂益生菌可以提高小鼠的運動表現(xiàn)及抗疲勞，促進機體健康^[26]，結果與本研究相似。Ibrahim等^[27]研究表明訓練與益生菌相結合可以增加運動員的肌肉性能，這可能是本試驗中添加動物雙歧桿菌組馬匹運動表現(xiàn)高于對照組的原因。

3.2 膳食補充雙歧桿菌對伊犁馬1 km測試賽時域指標的影響

心率變異性相關指標可有效評估交感神經和副交感神經系統(tǒng)機能狀態(tài)和活性，是判斷運動員運動訓練后疲勞情況的關鍵指標^[28] ，可以精確反映機體對于運動訓練的適應性。同時，益生菌會直接或間接影響生物大腦信號的神經活動分子^[29]，且有研究表明^[30]，益生菌可通過調節(jié)與炎癥、組蛋白去乙?；约靶∧z質細胞活化和成熟相關的信號通路來調節(jié)不同的神經化學通路。此外，益生菌還可以通過調節(jié)腸道微生物群，進而對神經信號傳導和認知活動產生有益影響。Kong等^[31]表明益生菌酸奶可通過重塑腸道菌群，顯著降低高血壓大鼠模型的血壓及心率，這為本試驗中馬匹HRV指標的變化提供了一定的依據。

HRV指標中一般以SDNN、RMSSD、HF來反應自主神經、副交感神經系統(tǒng)狀態(tài)與活性^[28-32]。本試驗中，各組組內SDNN、RMSSD指標賽前、賽后即刻、賽后1 h比較結果均無顯著差異（P＞0.05），證明各組馬匹賽前、賽后即刻、賽后1 h副交感神經興奮性基本保持穩(wěn)定狀態(tài)，這與Lozano等^[33]的研究結果相似；研究表明，不同訓練階段馬匹的Mean HR升高、Mean RR則會下降，其原因主要是由于交感神經興奮性增強、副交感神經興奮性降低^[34]，對照組與0.025%組賽后1 h其交感神經興奮性要高于賽前，副交感神經興奮性要低于賽前，而0.05%組與0.1%組則與其相反，0.1%組相比于對照組與0.025%組其神經元穩(wěn)定性更高，其原因可能是因為雙歧桿菌的添加與運動訓練相結合，協(xié)同增加了馬匹運動表現(xiàn)，改善了馬匹1 km測試賽適應性，馬匹賽后恢復所需時間減少，馬匹賽后應激降低。

3.3 膳食補充雙歧桿菌對伊犁馬1 km測試賽頻域指標的影響

頻域指標中LF、VLF可有效反應交感神經的調節(jié)功能，HF可反應副交感神經的調節(jié)功能^[34-35]，本研究中，0.1%組賽后1 h LF指標顯著低于賽前（P＜0.05），證明其賽后1 h交感神經興奮性降低，副交感神經興奮性有一定提高，其余各組賽后1 h LF指標雖低于賽前，但差異不顯著（P＞0.05），表明0.1%組賽后應激恢復速度要優(yōu)于其他組，其原因可能為動物雙歧桿菌對伊犁馬神經元興奮性的雙向調節(jié)作用所致，從而減少伊犁馬賽后應激反應。于家禽上的研究表明，益生菌能夠改善家禽在熱應激下的生理機能，并緩解應激損傷，有助于消除應激反應對家禽的一些負面影響^[36-38]，這與本研究結果相似。試驗組賽前LF指標均高于對照組，且0.1%組顯著高于對照組（P＜0.05），證明添加雙歧桿菌組賽前交感神經興奮性要高于對照組，伊犁馬賽前興奮性提高，Kim等^[39]通過對無菌雄性小鼠施用益生菌（鼠李糖乳桿菌和動物雙歧桿菌）后發(fā)現(xiàn)，益生菌可影響“腸-腦軸”，且于海馬神經元中發(fā)現(xiàn)了益生菌對神經元興奮性的調節(jié)作用。對比前人研究結果，本研究中添加動物雙歧桿菌組伊犁馬賽前興奮性高于對照組，且0.1%組賽后1 h交感神經興奮性顯著低于賽前（P＜0.05），神經元興奮性顯著降低，其原因可能為動物雙歧桿菌通過“腸-腦軸”對伊犁馬賽前、賽后神經元興奮性雙向調節(jié)的" 結果。

3.4 膳食補充雙歧桿菌對伊犁馬1 km測試賽非線性指標的影響

非線性指標SD1、SD2可用于評估自主神經系統(tǒng)狀態(tài)，反映交感-迷走神經均衡性^[40-41]，各組組內、組間SD1指標均無顯著性差異（P＞0.05），但賽后1 h試驗0.05%、0.1%組 SD2指標均顯著高于對照組（P＜0.05），賽后即刻各試驗組SD2指標均極顯著高于對照組（P＜0.01），各試驗組之間無顯著差異（P＞0.05），且與對照組不同的是，各試驗組于賽前、賽后即刻、賽后1 h3個時間點其SD1、SD2變化趨勢幾乎均為下" 降-上升趨勢，而對照組SD1指標變化趨勢為下降-上升趨勢，SD2指標則一直呈下降趨勢，表明各試驗組在賽前、賽后即刻、賽后1 h時間段內，其交感-迷走神經均衡性更加穩(wěn)定，Brun等^[42]表示益生菌可以調節(jié)相關腸道微生物群-腦軸之間的信號傳導，其觀點與本試驗結果相似。

本試驗中，于伊犁馬飼糧中添加不同梯度動物雙歧桿菌可以改善伊犁馬1 km測試賽的競速水平，并改善其賽后恢復速度。

4 結" 論

于伊犁馬飼糧中添加動物雙歧桿菌可減少伊犁馬1 km測試賽比賽用時，緩解了伊犁馬賽后應激反應，提高運動表現(xiàn)，以其日糧添加量的" 0.1%時效果最好。

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Effects of Supplementary Feeding of" Bifidobacterium on Exercise Performance and Heart Rate Variability of Yili Horses

WANG Yongfa Halimaxi Ahelihan YAO Xinkui ²，MENG Jun ²，

ZENG Yaqi ²，YUAN Xinxin WANG Tongliang¹ and WANG Jianwen ²

（1.College of Animal Science， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052，China;

2.Xinjiang key Laboratory of Horse Breeding and Sports Physiology， Urumqi 830052，China）

Abstract This study investigates the effects of Bifidobacterium on exercise performance， heart rate variability （HRV） and post-race recovery in Yili horses. Nineteen Yili horses， aged 2-3 years，were randomly assigned to four groups and fed diets supplemented with 0%， 0.025%， 0.05% and 0.1% of Bifidobacteria （1×10¹¹CFU/g）.On the 50th day of the experiment， race performance and HRV data were collected to assess effects of the supplementation. The results showed that on the 50th day of the experiment， horses in the supplemented groups completed the race significantly faster than those in the control group （Plt;0.01）. Before the race， the time-domain Mean RR index in the control group was significantly higher than immediately after and 1 hour post-race （Plt;0.01）. In the 0.05% and0.1% groups， Mean" RR before and 1 hour post-race was also significantly higher than immediately after the race （Plt;0.01）. Mean" HR" in all groups was significantly higher immediately post-race compared to 1 hour pre- and post-race （Plt;0.01）.For frequency domain index， the LF index of the 0.1% group was significantly lower 1 hour after the race compared to pre-race and immediately post-race. Conversely，the HF index was significantly higher before the race and 1 hour after the race than immediately after the race. The pre-race LF index of the 0.1 group was also significantly higher than that of the control group （Plt;0.05）. In terms of non-linear index， the SD2 （standard deviation of all R-R intervals） in the 0.05% and 0.1% groups was significantly higher than that in the control group （Plt;0.05）， with the SD2 of all supplemented groups being significantly higher immediately post-race （Plt;0.01）.In conclusion， dietary Bifidobacterium supplementation improves exercise performance， enhances the HRV， accelerates recovery，reduces post-race stress， and has a certain positive effect onoverall athletic performance and health of the Yili horses.

Key words Yili horses; Bifidobacterium; Heart rate variability（HRV）; Sports performance

Received" 2023-11-13 Returned 2024-01-13

Foundation item" Natural Science Foundation of Xinjiang Uygur AutonomousRegion （No.2021D01B49）; Innovation Environment （Talents， Base） Construction Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region （No.PT2311）; Major Science and Technology Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region （No.2022A02013-1）; the Special Fund Project for Central Government to Guid Local Science and Technology Development （No.ZYYD2023C02）.

First author WANG Yongfa，male，master student.Research area：equine science.E-mail：1294005142@qq.com

Correspondingauthor WANG Jianwen，male，associate professor，master" supervisor.Research area：" equine science.E-mail：275139618@qq.com

（責任編輯：潘學燕 Responsible editor：PAN Xueyan）