采用心率变异性指标监控伊犁马热身效果及竞赛表现

程 洁，孟 军，曾亚琦，姚新奎，王建文，吴金秋，董健榕，新别力克，巴黑包尔

(1.新疆农业大学动物科学学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆昭苏马场，新疆昭苏 835602)

0 引 言

【研究意义】 心率变异性(Heart Rate Vailrability，HRV)是探究心率自主控制的一种非侵入性方法，其分析使R-R间距的心率变化量化，以此反映自主神经系统的活性与评估心脏迷走神经和交感神经平衡性及张力。HRV研究方法已广泛应用到各个领域，是一种公认的、无损的、快速的反映交感-迷走神经系统活动的敏感性指标[1-4]。伊犁马是我国培育的优秀乘用型马匹[5]，产于新疆伊犁。目前国内各大赛场上均占较大比例，并且在许多大型速度赛中取得较好成绩[6-8]。采用HRV监控伊犁马竞技状态具有重大意义。【前人研究进展】吴坤生等[9,10]发现HRV通常被用来预测心律失常，致命性的心律失常与交感神经的兴奋性增加、迷走神经的兴奋性减少有关。由于HRV的无创性，现已在体育界广泛应用，它可以用来评估体育运动员的机能状态、心理水平和竞赛能力。HRV具有制约迷走-交感神经均衡性对心脏节律变化调节的生理基础，若自主神经系统平衡性偏离过大，将会导致运动员表现能力降低[11]。【本研究切入点】目前，国内外对伊犁马匹竞技状态的研究主要集中在血液、唾液及尿液，对心率变异性方面研究较少[12,13]。随着马术运动的发展，对马匹机能状态的研究就显得尤为重要；目前，针对马的机能状态的评估手段和方法还非常有限，缺少无损、快速的设备和检测方法[14]。【拟解决的关键问题】 研究热身前、后HRV各指标变化对伊犁马机能状态及竞技表现的影响，为监测马匹竞技状态提供前期理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验对象选取伊犁昭苏西域赛马场2岁伊犁马7匹，所有马匹均统一饲养管理；测试场地及草料圈舍均有马场提供。

试验使用Polar V800(R-R间距模式)进行HRV数据采集，使用Kubioshrv软件对HRV数据进行分类处理，得到时域指标、频域指标以及非线性指标。

1.2 方 法

试验选取伊犁马7匹，进行1 000 m测试赛6场，使用Polar V800实时监测伊犁马机能状态，分别测取热身前马匹在安静、无干扰、身心放松状态下5～10 min心电图，及测试场地安静状态下热身后5～10 min心电图。通过Kubioshrv软件分析出HRV指标，反馈热身前、后HRV各数据。用终点计时系统记录每场测试赛成绩。

1.3 数据处理

运用Polar表采集R-R间距数据，采用Kubioshrv软件对R-R间距值进行处理分析得出热身前、后HRV时域指标：全部正常R-R间距的标准差(SDNN)、相邻R-R间距差值均方的平方根(RMSSD)、相邻R-R间距差>50ms的个数占总心跳次数的百分比(PNN50)；频域指标：总功率(TP)、高频功率(HF)、高频功率标准化值(Hfnu)、低频功率(LF)、低频功率标准化值(Lfnu)、低频与高频的比值(LF/HF)、极低频率(VLF)；非线性指标：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)以及最低R-R间距，平均R-R间距，最大R-R间距等指标。用EXCEL对数据进行整理统计；用SPSS19.0软件对数据进行差异性及相关性分析。结果以均值±标准差的形式显示。

2 结果与分析

2.1 热身前后HRV各指标对比

在所有马匹中，通过对热身前后所测时域各指标进行独立样本T检验，研究表明，热身后时域指标PNN50比热身前极显著下降(P<0.01)；SDNN和RMSSD指标与热身前均无显著性差异(P>0.05)。表1

表1 热身前后时域指标差异
Table 1 Difference analysis of time domain indicators before and after warm-up

指标Index热身前Befor warm up热身后After warm upR-R间距标准差SDNN(ms)67.61±30.4962.27±52.9相邻R-R间距之差的均方根值RMSSD (ms)65.94±34.7562.87±70.77相邻心搏两R波间距之差值大于50ms的心搏数占心搏总数的百分比 PNN50(%)20.02±10.58A11.59±9.75B

注：同行肩标之间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),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) . The same as below

研究表明，伊犁马在热身后VLF指标比热身前极显著升高(P<0.01)，TP指标比热身前显著升高(P<0.05),但Lfnu指标热身后比热身前显著降低(P<0.05)，其它指标均没出现显著性(P>0.05)。表2

表2 热身前后频域指标差异性
Table 2 Difference analysis of frequency domain before and after warm-up

指标Index热身前Befor warm up热身后After warm up总功率TP (ms2)1 720.67±745.58b2 151.61±1 367.55a高频功率HF (ms2)344.83±169.15529.14±629.37高频标准值Hfnu (%)24.72±7.2129.79±13.84低频功率LF (ms2)1 151.67±557.311 166.69±822.13低频标准值Lfnu (%)75.27±7.23a69.8±13.73b低频功率/高频功率LF/HF3.58±1.963.19±2.49极低频功率VLF (ms2)223.83±130.82B454.72±461.44A

研究表明，热身后非线性指标与热身前均无显著性变化(P>0.05)。表3

研究表明，热身后最低R-R间距、平均R-R间距及最高R-R间距等指标比热身前极显著降低(P<0.01)。表4

表3 热身前后非线性指标差异性
Table 3 Difference analysis of in Nonlinear Indexes before and after warm-up

指标Index热身前Befor warm up热身后After warm up全部正常两个R波的标准差(Y)SD1(ms)48.62±26.7545.28±53.14全部正常两个R波标准差(X)SD2(ms)84.78±39.3675.29±59.82

表4 热身前后R-R间距指标差异性
Table 4 Difference analysis of R-R distance index before and after warm-up

指标Index热身前Befor warm up热身后After warm up最低R-R间距RR spacing(min)802.83±145.76A408.8±33.42B平均R-R间距RR spacing(avg)1 125.79±304.1A637.14±168.76B最高R-R间距RR spacing(max)1 750.83±128.69A1 538.98±253.97B

2.2 热身前HRV各指标与成绩相关性

对热身前HRV各指标与成绩相关性研究表明，时域指标SDNN、RMSSD和PNN50与成绩极显著相关(P<0.01)，平均R-R间距与成绩显著相关(P<0.05)；频域指标TP、Hfnu、LF、Lfnu、LF/HF、VLF与成绩极显著相关，其中Hfnu与成绩极显著负相关(P<0.01)；非线性指标SD1和SD2与成绩极显著相关(P<0.01)。

指标SDNN与RMSSD、PNN50、Lfnu、SD1、SD2和最高R-R间距极显著相关(P<0.01)，与Hfnu指标呈极显著负相关(P<0.01)，与LF、LF/HF呈显著相关(P<0.05)；RMSSD与PNN50、Lfnu、LF/HF、SD1和SD2呈极显著相关(P<0.01)，与Hfnu呈极显著负相关(P<0.01)，与平均R-R间距、最高R-R间距呈显著相关(P<0.05)；PNN50与Lfnu、LF/HF、SD1和SD2呈极显著相关(P<0.01)，与Hfnu呈极显著负相关(P<0.01)，与HF呈显著负相关(P<0.05)；TP与HF、LF、VLF呈极显著相关(P<0.01)，与最低R-R间距呈显著负相关(P<0.05)；HF与Hfnu、LF、VLF呈极显著相关(P<0.01)，与Lfnu和最低R-R间距呈极显著负相关(P<0.01)，与LF/HF和最高R-R间距呈显著负相关(P<0.05)；Hfnu和Lfnu、LF/HF、SD1和SD2呈极显著负相关(P<0.01)，与LF、平均R-R间距和最高R-R间距呈显著负相关(P<0.05)；LF与VLF呈极显著相关(P<0.01)，与Lfnu、LF/HF、SD2和最低R-R间距呈显著相关(P<0.05)，其中与最低R-R间距呈显著负相关(P<0.05)；Lfnu与LF/HF、SD2和最高R-R间距呈极显著相关(P<0.01)，与平均R-R呈显著相关(P<0.05)；LF/HF与最高R-R间距呈极显著相关(P<0.01)；VLF与最低R-R间距呈极显著负相关(P<0.01)；SD1与SD2呈极显著相关(P<0.01)，与平均R-R间距、最高R-R间距呈显著相关(P<0.05)；SD2与最高R-R间距呈极显著相关(P<0.01)；最低R-R间距与平均R-R间距呈极显著相关(P<0.01)。表5

2.3 热身后HRV与成绩相关性

研究表明，热身后时域指标SDNN、RMSSD和平均R-R间距与成绩显著相关(P<0.05)，其中平均R-R间距与成绩显著负相关(P<0.05)；频域指标TP和LF与成绩显著相关(P<0.05)；非线性指标SD1和SD2与成绩显著相关(P<0.05)。

SDNN与RMSSD、PNN50、TP、LF、SD1和SD2呈极显著相关(P<0.01)，与VLF和最高R-R间距呈显著相关(P<0.05)；RMSSD与PNN50、SD1、SD2呈极显著相关(P<0.01)，与TP呈显著相关(P<0.05)；PNN50与TP、HF、VLF、SD1和SD2呈极显著相关(P<0.01)，与LF、最低R-R间距、最高R-R间距呈显著相关(P<0.05)；TP与HF、LF、VLF、SD2和最高R-R间距呈极显著相关(P<0.01)，与SD1呈显著相关(P<0.05)；HF与Hfnu呈极显著相关(P<0.01)，与Lfnu呈极显著负相关(P<0.01)，与LF/HF呈显著负相关(P<0.05)；Hfnu与LF/HF呈极显著相关(P<0.01)，与Lfnu呈极显著负相关(P<0.01)，与LF、VLF呈显著负相关(P<0.05)；LF与LF/HF、VLF、最高R-R间距呈极显著相关(P<0.01)，与Lfnu、SD2呈显著性相关(P<0.05)；Lfnu与LF/HF呈极显著相关(P<0.01)；VLF与最低R-R间距呈极显著相关(P<0.01)，与最高R-R间距呈显著相关(P<0.05)；SD2与最高R-R间距呈显著相关(P<0.05)。表6

3 讨 论

3.1 热身对HRV变化的影响

赛前热身后，尤其在大型竞赛前，马匹的神经可能处于紧张状态，除了周围环境给出的压力以外，还会造成心理和生理上的一些压力，从而影响HRV的变化。陈柯萍等学者[15-18]研究发现心率变异性中SDNN、RMSSD、PNN50、TP、HF、Hfnu、SD1等指标主要用来反映副交感神经活动，LF、Lfnu、VLF等指标用来反映交感神经活动，LF/HF和SD2指标用来反映交感-迷走神经的均衡性。根据心率变异性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，得出运动员此时的精神状态。

Cipryan[19]试验结果表明，球员表现最佳时，指标SDNN和TP最高，运动表现较差的运动员，指标SDNN和TP也较低。屈成刚等[20]研究结果与此一致，其表明当运动员赛前迷走神经指标SDNN、PNN50、RMSSD、TP高于基础值时，运动员处于无疲劳状态。试验中热身前、后表迷走神经的指标SDNN无显著变化，TP指标显著升高，PNN50显著降低，说明马匹此时状态良好。但何黎娴等[21]研究结果与此相反，其发现女子竞走运动员赛前SDNN、TP指标比基础值显著降低时，迷走神经占主导地位，表明女运动员赛前存在疲劳。

Hynynen等[22]在研究正常运动员与疲劳运动员24 h心电图变化对比分析发现：对照组运动员的交感神经指标LF显著高于疲劳状态下的运动员。试验热身后交感神经指标LF呈上升趋势，表明热身后马匹不存在疲劳。屈成刚等[20]研究结果表明，运动员赛前VLF和HF指标高于基础值，此时运动员处于无疲劳状态，适合参与比赛。试验结果与其一致，指标VLF显著升高，说明马匹热身后状态良好，无疲劳现象出现。 国内也有研究者发现：SDNN、TP、PNN50、HF与次日早晨的尿素呈显著负相关[23]，表明疲劳会对HRV指标造成影响，反之，HRV各指标也可能影响马匹疲劳状态。

3.2 HRV变化对伊犁马竞技状态影响

自主神经系统活性状态是决定伊犁马竞赛表现是否良好的重要因素之一。若自主神经处于稳定平衡状态或略偏向于交感神经活性时，将有助于竞赛中取得好成绩，若自主神经系统处于或长久处于失衡状态，将对竞赛表现不利，这为运用HRV指标评估马匹竞赛表现提供理论依据。

目前马匹赛前状态与情绪对马匹竞赛表现的研究较少。试验运用HRV指标反映研究伊犁马自主神经系统，了解伊犁马赛前情绪、疲劳状态以及心理变化，从而推断出伊犁马的竞赛表现。李长永[24]研究结果表明：运动员的心理状态和比赛得分(比赛成绩)多少存在相关性，赛前焦虑越小，比赛成绩越好。此结果在马术运动上同样适用，Janczarek等[25]在研究自主神经系统对阿拉伯马竞赛表现影响中发现LF/HF比值越高，马匹表现越好成绩也越好，同时，心率变异性中各指标与竞赛表现呈显著相关；说明赛前自主神经系统越稳定竞赛成绩越好。试验结果与此一致，LF/HF与成绩极显著相关。

黄晖明等[26]研究发现：与优秀田径运动员相比普通运动员拥有较低的SDNN、PNN50、RMSSD、TP指标，结果表明，赛前迷走神经的活性变化在一定程度上影响了运动员的竞赛表现。试验中得出类似结果，热身前反映迷走神经的指标 SDNN、RMSSD、PNN50、TP、SD1与竞赛成绩极显著相关；热身后SDNN、RMSSD、TP、SD1与竞赛成绩显著相关，说明热身前、后迷走神经对伊犁马竞技状态存在一定的影响，可根据迷走神经指标变化评估伊犁马竞技状态。Macon等[27]对10名自行车运动员研究发现：运动时，正常人的交感神经指标LF高于运动员。黄晖明等[26]研究发现交感神经指标LF在运动员和健康人之间无显著性差异，运动员的VLF指标显著高于健康人。试验中热身前反映交感神经的指标LF、VLF与竞赛成绩极显著相关，热身后LF指标与成绩显著相关；结果显示，热身前、后交感神经的变化也会影响马匹的竞赛表现，因此，也可根据热身前、后交感神经指标的变化评估马匹的竞技状态。

综合热身前、后与成绩的关系分析得出，迷走神经占绝对主导地位时交感神经受到抑制，赛前迷走神经与成绩呈高度相关，表明热身前、后迷走神经活性水平是影响伊犁马竞赛表现的主要因素。同时，热身前、后HRV监测可以为评估伊犁马赛前机能状态和热身前、后HRV与伊犁马竞赛表现相关性提供理论依据。

4 结 论

伊犁马热身后最低R-R间距、平均R-R间距、最高R-R间距、PNN50极显著低于热身前，TP显著高于热身前，VLF极显著高于热身前，热身前、后迷走神经指标SDNN、RMSSD、TP、SD1等指标与成绩极显著相关，马匹1 000 m测试赛热身前、后迷走神经活性占主导地位，是影响伊犁马竞技状态的主要因素。通过HRV变化能有效监控伊犁马热身效果及竞赛表现，为赛前调整提供前期理论依据。

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