热身强度对伊犁马心率变异性及1 000 m速度赛成绩的影响

张凯丽，孟 军，王建文，曾亚琦，孔麒森，姚新奎，黄晶晶，任 湘，葛世萌

(1.新疆农业大学动物科学学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆农业大学马产业研究院，乌鲁木齐 830052；3.新疆驰霄博骏畜牧业有限公司，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】心率检测系统与GPS配合可以有效的监测马匹日常训练强度[1]，但心率不能完全反映运动的疲劳程度和训练的效果，而心率变异性(HRV)的分析应用能够改变这种状况。HRV是指在一定时间内，心跳期间发生的微小差异。它受自主神经系统的调节，可以评估心脏交感神经和迷走神经的紧张程度及平衡情况[2]。伊犁马1 000 m速度赛是国内各大比赛中的固定比赛项目，热身作为提高马匹比赛成绩的有效手段，监测HRV评估马匹热身效果,对于马匹出赛状态的控制具有十分重要的意义。【前人的研究进展】HRV与运动有十分密切的关系。近几年来，HRV在评价机体状态及预估运动表现方面得到广泛应用。黄晖明等[3]研究发现，静态时田径运动员的HF、TP、SDNN、RMSSD和pNN50均大于普通人，得出田径运动员比普通人的副交感神经兴奋性更高。Cipryan等[4]也发现，SDNN和TP值较高时，球员的表现也较好。Janczarek等[5]在研究阿拉伯马的自主神经平衡情况与赛马的表现的关系时发现，运动表现好的马匹具有更大的能力来增加迷走神经系统活性来消除紧张压力。程洁等[6]在研究HRV变化是否能够有效的监控马匹热身的效果时发现，热身后的TP值显著的升高，pNN50显著地降低，可以说明此时马匹的状态较好。【本研究切入点】研究心脏的自主神经调节是否平衡是观察评价及预测运动员是否会发挥正常水平的方法之一，即若处于相对平衡的状态，就有利于运动员的发挥和训练效果的增强，若失衡，则会有不利的影响。前人研究结果表明，当迷走神经兴奋性加强时，会降低心律失常的发生，还会在一定程度降低心肌的耗氧量，减少心肌的负担从而稳定心肌的活动，激发运动潜能的发挥[7,8]。运动通常被认为是刺激迷走神经和交感神经活性的有效手段[9,10]，目前，关于热身对马匹HRV及运动性能影响的研究仍相对较少。研究不同热身强度对伊犁马心率变异性1 000 m速度赛成绩的影响。【拟解决的关键问题】研究对马匹不同热身强度下心率变异性的变化，分析当机体处于不同运动强度下时，自主神经系统的调节作用是否会影响伊犁马在1 000 m速度赛中的表现，为伊犁马匹赛前最佳热身条件的确立提供前期理论基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验对象选取伊犁州昭苏县西域赛马场1 000 m速度赛2岁伊犁马11匹，其中8匹母马，3匹公马。所有马匹体尺相近，健康状态良好，马匹统一饲养管理。骑师均为西域赛马场聘用骑师，马匹操控能力强，水平相近，具有丰富的比赛经验，马匹与相应骑师固定，都是经过长期训练，配合良好。试验场地固定，为沙地跑道，宽度28 m，周长2 000 m。

1.2 方 法

试验开始前，马匹进行4场1 000 m速度赛，使用Polar Equine V800全程监测马匹心率，筛选出每匹马在4场速度赛中的最大心率值(HRmax)，并计算30%、40%、50%、60% HRmax值，并记录。热身过程中，骑手佩戴Polar表，控制马匹使心率分别稳定在30%～40% HRmax(A区间)、40%～50% HRmax(B区间)、50%～60% HRmax(C区间)三个区间内，热身时间为10 min。Polar表调至R-R间距模式监测马匹热身过程中的HRV。每个心率区间重复4次试验。在每次热身后10～15 min内进行1 000 m速度赛，利用Finish Lynx终点计时系统测定比赛用时。在试验过程中，列出三个强度热身心率。表1

表1 三个强度热身时心率
Table 1 Heart rate at three warm-up intensities

指标IndexA区间Section AB区间Section BC区间Section C平均R-R间距MeanRR(ms)697.8±43.55A576.75±30.65B491.15±30.62C平均心率MeanHR(1/min)87.19±5.21C106.35±5.25B125.26±9.03A

注:同行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 superscripts capital letters are greatly significantly different(P<0.01);The same as below

1.3 数据处理

将Polar Equine V800采集的马匹热身过程中的HRV数据上传至https://flow.polar.com，生成文本文档，使用Kubios HRV软件截取热身过程中5 min的HRV数据，并对HRV数据进行分类处理，得到时域、频域及非线性指标其中频域指标选用短时傅里叶转换法进行分析。

时域指标包括：SDNN(R-R间距标准差)、RMSSD(相邻R-R间距之差的均方根值)、pNN50(相邻心搏两R波间距之差值大于50 ms的心搏数占心搏总数的百分比)；频域指标包括：VLF(极低频功率)、LF(低频功率)、HF(高频功率)、LF/HF(低频功率/高频功率)、TP(总功率)；非线性指标包括：SD1(全部正常两个R波的标准差(Y))和SD2(全部正常两个R波标准差(X))。

将分析所得所有数据使用Excel表进行整理统计；使用SPSS19.0软件对数据进行分析。不同强度热身间HRV各指标及比赛成绩间的差异性使用单因素ANOVA分析法以及Duncan’s多重比较，比赛用时与HRV各指标间的相关性使用Pearson相关性分析。结果均以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同强度热身后1 000 m速度赛成绩的差异性

研究表明，在C区间热身后比赛用时极显著低于A区间热身后比赛用时(P<0.01)，显著低于B区间比赛用时(P<0.05)。表2

表2 不同强度热身后1 000 m速度赛成绩差异性
Table 2 The difference of the results in the 1，000 m test of Yili horse in different warm-up intensities

热身心率Warm-up heart rateA区间Section AB区间Section BC区间Section C比赛用时(s)Competition time (s)79.42±4.14Aa78.09±4.32ABa75.69±3.76Bb

2.2 三个强度热身间时域指标的差异性

研究表明,在B和C区间热身时SDNN极显著高于在A区间热身时的值(P<0.01)；在A区间热身时RMSSD显著低于在B区间热身时的值(P<0.05)，极显著低于在C区间热身时的值(P<0.01)。表3

表3 三个强度热身间时域指标差异性
Table 3 The difference of time domain indexes in three warm-up intensities

指标IndexA区间Section AB区间Section BC区间Section CR-R间距标准差SDNN(ms)31.14±10.94B42.20±14.38A40.91±13.88A相邻R-R间距之差的均方根值RMSSD(ms)15.76±7.25Bb23.53±11.80ABa25.70±16.12Aa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(%)1.54±1.722.41±2.342.53±2.47

2.3 三个强度热身间频域指标的差异性

研究表明，在A区间热身时VLF、LF显著高于在C区间热身时的值(P<0.05)，HF显著低于在C区间热身时的值(P<0.05)，LF/HF极显著高于在C区间热身时的值(P<0.01)，显著高于在B区间热身时的值(P<0.05)。表4

表4 三个程度热身间频域指标差异性
Table 4 The difference of frequency domain indexes in three warm-up intensities

指标IndexA区间Section AB区间Section BC区间Section C极低频功率VLF(ms2)329.77±218.05a243.06±133.27ab209.53±185.91b低频功率LF(ms2)837.20±711.15a719.45±501.39ab494.10±310.91b高频功率HF(ms2)90.67±65.88b116.48±99.73ab159.47±117.13a低频功率/高频功率LF/HF13.17±7.50Aa8.78±6.42ABb7.60±5.93Bb总功率TP(ms2)1061.24±765.28995.81±597.82968.58±659.76

2.4 三个强度热身间非线性指标的差异性

研究表明,SD1在A区间热身中显著低于B区间热身时的值(P<0.05)，极显著低于C区间热身时的值(P<0.01)；SD1在B区间热身时的值极显著低于C区间热身时的值(P<0.01)；SD2在三个强度热身间均未见显著差异性(P>0.05)。表5

表5 三个强度热身间非线性指标差异性
Table 5 The difference of nonlinear indexes in three warm-up intensities

指标IndexA区间Section AB区间Section BC区间Section C全部正常两个R波的标准差(Y)SD1(ms)10.50±4.21Bc15.42±6.92Bb23.20±9.76Aa全部正常两个R波标准差(X)SD2(ms)43.34±15.9246.99±13.2745.91±11.14

2.5 伊犁马1 000 m速度赛用时与HRV各指标的相关性

研究表明,比赛用时与热身时频域指标VLF显著正相关(P<0.05)，与LF极显著正相关(P<0.01)，与SD1极显著负相关(P<0.01)。表6

表6 伊犁马1 000 m速度赛用时与HRV各指标相关性
Table 6 The correlation between HRV indicators and performance

比赛用时Competition timeR-R间距标准差SDNN相邻R-R间距之差的均方根值RMSSD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极低频功率VLF低频功率LF高频功率HF总功率TP低频功率/高频功率LF/HF全部正常两个R波的标准差(Y)SD1全部正常两个R波标准差(X)SD2比赛用时Competition time1.00-0.11-0.080.070.24∗0.37∗∗-0.030.000.04-0.44∗∗-0.04

注:肩标为*表示相关显著(P<0.05),肩标为**表示极显著相关(P<0.01)

Note: The shoulder marked with*indicates significant correlation (P<0.05), and the shoulder marked with**indicates extremely significant correlation (P<0.01)

3 讨 论

3.1 不同强度热身对心脏自主神经调节的影响

一般认为指标HF、TP、pNN50、RMSSD、SDNN可以用来评价机体副交感神经的活性。而Parekh等[11]的研究中发现，指标TP对运动强度的敏感度较低，不能很好的评价副交感神经活性，在试验中也发现了同样现象，TP在三个强度热身间差异不显著。Kim等[12]在研究缺失的HRV数据对整体时域指标的影响时发现，pNN50是对丢失数据最为敏感的指标，会出现其值在高HRV下为100%，而在低HRV下为0的饱和现象，若单纯利用pNN50来说明HRV中时域指标的变化并不一定准确。在试验结果中可以看到,pNN50在三个强度热身下差异不显著，而同样代表副交感神经活性的RMSSD和SDNN间差异显著，说明这两个指标比pNN50更能说明问题。

于振勇[13]在研究不同运动强度(63%、74% VO2max)和运动距离(3 000 m、6 000 m)对HRV的影响时发现，HF和TP值的变化与持续时间无关，且随运动强度的增加而增大。秦婕等[14]在对13名男性少年自行车运动员赛前状态及HRV的关系进行研究时发现，SDNN和RMSSD会随着心境激动性的升高而增大，此时副交感神经主导调节心率，从而维持心脏的正常搏动。试验结果与他们相同，随着运动强度的增加，心脏兴奋性升高，为防止心脏因过度兴奋受损，机体调节使副交感神经活性增强，作用于心脏，维持心率的稳定。

VLF、LF可以评价机体交感神经的活性。Gonzalez等[15]对10名健康的男性在静态、30% VO2max运动及从30% VO2max递增到60% VO2max运动过程中的HRV进行研究，发现LF随运动强度的增加而增大。Hottenrott等[16]对1名业余的自行车爱好者进行运动训练，观察他在以开始时的功率为60 W，以每3 min增加20 W的方式进行自行车运动的过程中HRV的变化，发现LF/HF的值随着运动负荷的递增而增大，指出这种结果可能是由于在高负荷运动过程中，心脏的自主神经控制出现短暂性消失和呼吸频率改变所致。但Bernardi等[17]在研究体育锻炼对正常受试者和心力衰竭患者在自主神经系统上的影响时发现，LF在强度递增的运动中，其值先增加后降低。试验结果与他们的结果均不相同，可能是他们的试验为递增负荷试验，与试验方案不同。

Perini等[18]在对7名普通男性在安静状态、21% VO2max、49% VO2max、和71% VO2max下运动及运动后恢复过程中HRV功率谱变化进行研究时发现，VLF随着运动强度的增加，逐渐降低；LF/HF的值随运动强度的增加逐渐下降，直到强度增加到50% VO2max时逐渐出现回升，在达到70% VO2max的时其值变化不显著。Pichon等[19]对14名身体健康的人在不同运动强度下的HRV的变化进行研究发现，运动强度越大，HF显著升高，LF和LF/HF显著降低，且LF/HF值的降低主要是由于LF的明显下降所致。从试验可以看出,反应交感神活性的指标随运动强度的增加逐渐降低，与Pichon和Perini的试验结果相同，且其值的变化与反应副交感神经活性的指标相比降低程度较大，说明当运动强度过大时，机体调节以降低交感神经活性为主，伴随副交感神经活性的增加来维持心脏的正常功能。

3.2 自主神经调节与运动表现

在比赛时，运动员的自主神经系统活动状态是决定其比赛成绩的因素之一。若自主神经调节处于稳定状态，将有利于运动员在训练时或比赛中的发挥。若自主神经系统调节失衡，会导致运动员在训练中的训练效果较差或在比赛中成绩降低。

Pichot等[20]对6名普通人进行2个月的强化训练和1个月超负荷训练，在每个训练过程中监测5 min的HRV变化，发现在强化训练过程中，所有人的体能状况提高显著，并且副交感神经的调节在自主神经系统调节的过程中，优势增加明显。同时还发现，在1个月的超负荷训练期间，出现交感神经的兴奋性增加，而副交感神经的兴奋性降低的现象，试验者正处在疲劳的状态。而在试验中，随运动强度的增加，交感神经活性降低，副交感神经活性增强说明三个强度热身后马匹均未出现疲劳。

Thayer[21]在研究自主神经失衡及HRV与心血管疾病危险因素的关系一文中提到，副交感神经活性的增加对运动表现有益。程洁等[6]在研究伊犁马HRV与伊犁马热身效果及运动表现中也发现，马匹比赛前副交感神经兴奋性强，是伊犁马取得良好成绩的主要影响因素。研究可以看到,反应副交感神经活性的指标SDNN、RMSSD、HF、SD1均与比赛用时负相关，其中与SD1极显著负相关。与Luka Ciprya[4]和黄晖明等[3]的研究结果也相同，再一次证实了赛前副交感神经活性越高，比赛成绩越好这一观点。

Janczarek等[5]在研究阿拉伯马自主神经调节对运动表现影响时发现LF/HF比值越大，马匹成绩越好。但程洁等[6]的研究结果不同，她们发现比赛成绩优异的伊犁马赛前静态LF/HF较低，且主要是由于LF较低所致。与程洁的研究结果相同，试验中比赛成绩较好的热身强度下LF/HF的值也较低，且比赛用时与LF极显著正相关，说明赛前交感神经活性越低，比赛成绩也越好。Merati[22]对13名男性的游泳运动员在50 m短距离(30 s内)和100 m短距离(1 min内)运动训练后几分钟内的HRV进行研究发现，运动训练后副交感神经的活性越高，100 m训练成绩越好，而在50 m训练中，副交感神经活性越高，训练的成绩越差，指出自主神经调节能力可以用来预测短时间或超短时间运动训练中无氧工作的能力。同时也有许多研究也证实了这一观点[23,24]，即副交感神经的活性与运动过程中机体的有氧代谢能力有关，这也是在试验中热身后副交感神经活性较高马匹运动表现较好的原因之一。

4 结 论

反应交感神活性的指标(VLF、LF)随运动强度的增加逐渐降低，反应副交感神活性的指标(HF、TP、pNN50、RMSSD、SDNN)随运动强度的增加逐渐增加，且反应自主神经综合作用的指标LF/HF值的降低主要是由于LF的明显下降所致，因此当马匹运动强度增大，兴奋性增强时，机体主要通过降低交感神经活性，伴随副交感神经的增加来维持心脏的正常功能。同时马匹在50%～60% HRmax热身后比赛成绩最好，说明在热身时马匹的副交感神经活性越高，交感神经活性越低，马匹运动表现越好。在热身过程中指标VLF、LF、SD1与比赛用时呈显著或极显著相关关系，这三个指标是评价伊犁马的热身效果及评估马匹1 000 m速度赛成绩的有效指标。