不同比赛途程伊犁马赛前心率变异性比较与分析

王建文，姚新奎,，曾亚琦，孔麒森,，葛世萌，任万路，王川坤，孟 军,

(1.新疆农业大学 动物科学学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆马繁育与运动生理重点实验室，乌鲁木齐 830052；3.新疆农业大学 马产业研究院，乌鲁木齐 830052；4.新疆驰霄博骏畜牧业有限公司，乌鲁木齐 830052)

心率变异性(Heart rate variability，HRV)是指逐次心跳R-R间期(瞬时心率)之间存在微小差异的现象[1]，是研究心脏神经系统的有效方法，可以评估心脏交感神经和迷走神经的张力及平衡情况[2]。主要通过对时域指标、频域指标及非线性指标进行监测，从而对交感神经和迷走神经进行评估[3]，作为一种非侵入式的检测方法，在人和动物健康、福利等方面已有广泛应用[4]。在马方面的研究表明，HRV能够有效评估调教训练[5]、比赛[6]、饲养管理[7-8]等各种条件下马匹的心理状态，是评估马匹机能状态和竞技水平的重要手段。

一般认为运动引起的心率上升是由于交感神经与迷走神经共同作用的结果[9]，心脏自主神经平衡状态是评估与预测运动状态的重要手段之一，当其处于相对平衡状态时，有利于运动员发挥出较高的竞技水平；若当这种状态失衡，则会影响到运动的发挥[10]。HRV检测指标中包含诸多与机体神经调节相关的信息，与运动过程中最大摄氧量有密切关系[11]，相关研究结果显示，当迷走神经兴奋性增强时会导致心率失常，同时会降低心肌耗氧量，降低心肌的生理压力，维持心肌的正常活动[12]。

随着中国马产业的转型升级，国内赛马赛事场次与种类日益增多[13]，伊犁马是中国自主培育的优秀运动马品种[14]，在国产马赛马中取得了良好的比赛成绩，但其运动过程中神经调节机制尚不清楚，关于其HRV的研究主要集中在运动过程中的变化方面[15-16]，关于不同比赛途程伊犁马神经调节方面的研究鲜有报道。便携式心率设备因其采集数据方便快捷、稳定可靠[17-18]，已在人和动物方面有广泛的应用[19-20]，本研究采用Polo V800便携式设备对1000m、1600m、3600m和5000m速度赛性能优异伊犁马的赛前HRV进行检测，旨在探索不同比赛途程伊犁马比赛前HRV的差异性及其变化特点，研究不同途程比赛伊犁马的神经活动规律，为基于HRV的伊犁马参赛途程选择提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

选取参加伊犁哈萨克自治州马业协会伊犁马常态化赛事的参赛马匹为研究对象，通过常态化赛事进行不同途程的运动性能测定，分别选取 1 000 m、1 600 m、3 600 m和5 000 m运动性能优异的伊犁马各12匹进行比赛前HRV数据采集，所有马匹检测环境基本一致。

1.2 检测设备及指标

使用芬兰产POLAR V800心率表进行HRV数据采集，主要采集数据包括：相邻R-R间期平均值(Mean of RR intervals，Mean RR)、R-R间期标准差(The standard deviation of RR intervals，SDNN)、平均心率(Mean heart rate，Mean HR)、R-R间隔均值标准差(Root mean square of successive differences，RMSSD)、相邻间期差值>50 ms的百分比(The number of successive intervals differing more than 50ms，pNN50)、全部瞬时R-R间隔的标准差(Standard deviation of the instantaneous beat-to-beat variability，SD1)、长时R-R间隔标准差(Standard deviation of the continuous long-term variability，SD2)、极低频功率(Very low frequency，VLF)、低频功率(Low frequency，LF)、高频功率(High frequency，HF)、低频功率高频功率比值(LF/HF)、总功率(Total power，TP)、低频标准值(LFnu)和高频标准值(HFnu)。

1.3 方 法

在参赛马匹比赛前穿戴POLAR V800心率表，将心率表连接至数据采集设备，并检查设备连接状态及数据传输情况，通过POLAR V800心率表采集马匹比赛前安静状态下的心率图谱，并将相关图谱传送至https://flow.polar.com，生成文本文档，使用Kubios HRV软件截取比赛前30 min的HRV数据，得到时域指标、非线性指标及频域指标(采用自回归参数模型法计算)。

1.4 数据分析

采用Excel 2016对所采集的数据进行整理，用SPSS 19.0软件对不同比赛途程伊犁马HRV数据进行单因素方差分析(One-Way ANOVA)，采用Duncan氏进行多重比较。结果以“平均数±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 不同比赛途程伊犁马赛前时域指标对比

由表1可知，Mean RR、SDNN和Mean HR指标随着比赛距离的延长逐渐升高。其中Mean RR 1 000 m伊犁马极显著低于5 000 m伊犁马(P<0.01)，显著低于1 600 m和3 600 m伊犁马(P<0.05)；SDNN指标1 600 m伊犁马极显著低于5 000 m伊犁马(P<0.01)，1 000 m和 3 600 m伊犁马显著低于5 000 m伊犁马(P< 0.05)；Mean HR指标1 600 m、3 600 m和5 000 m伊犁马均显著低于1 000 m伊犁马(P< 0.05)；RMSSD指标1 000 m伊犁马和1 600 m伊犁马均显著低于5 000 m伊犁马(P<0.05)；pNN50指标1 000 m和3 600 m伊犁马均显著低于5 000 m伊犁马(P<0.05)。

表1 不同比赛途程伊犁马赛前时域指标Table 1 Pre-match time-domain variables of Yili horse in different race distances

2.2 不同比赛途程伊犁马赛前非线性指标对比

由表2可知，SD1指标随着比赛距离的延长呈升高的趋势，而SD2指标则出现一定波动。其中SD1指标1 000 m和1 600 m伊犁马均显著低于5 000 m伊犁马(P<0.05)；SD2指标 1 600 m伊犁马极显著低于5 000 m伊犁马(P<0.01)， 1 000 m和3 600 m伊犁马均显著低于 5 000 m伊犁马(P<0.05)。

2.3 不同比赛途程伊犁马赛前频域指标对比

由表3可知，LF指标随着比赛距离的延长而逐渐降低。VLF指标1 000 m、1 600 m和3 600 m伊犁马均显著低于5 000 m伊犁马(P< 0.05)；LFnu指标3 600 m伊犁马显著低于1 000 m、1 600 m和5 000 m伊犁马(P<0.05)；HFnu指标1 000 m、1 600 m和5 000 m伊犁马均显著低于3 600 m伊犁马(P<0.05)。

表2 不同比赛途程伊犁马赛前非线性指标Table 2 Pre-match nonlinear variables of Yili horse in different race distances ms

表3 不同比赛途程伊犁马赛前频域指标Table 3 Pre-match frequency-domain variables of Yili horse in different race distances

3 讨 论

心率变异性能够对运动马神经活动进行检测。运动马匹心率变异性中时域指标、非线性指标和频域指标均具有良好的稳定性，在研究运动马匹中具有较强的实用价值[4]，本研究针对这三类指标进行分析，旨在探索能够评估不同用途马匹非损伤性、方便安全、易于检测的心率变异性指标。虽然有研究表明需要对心率变异性数据进行修正[21]，但不修正结果可能更有助于发现结果的差异性[22]，因此本研究未对相关结果进行修正。

SDNN、RMSSD、pNN50、TP、HF、HFnu、SD1和SD2等相关指标常用于对迷走神经活动进行评价[23-24]。SDNN和RMSSD会随着比赛前兴奋性的增强而上升[25]，本研究显示RMSSD和SDNN在较长距离比赛伊犁马中显著高于短距离比赛伊犁马，表明随着比赛距离的延长马兴奋性增强。pNN50对数据丢失最为敏感，需要结合其他指标对兴奋性进行评估[26]，本研究显示其与RMSSD和SDNN变化规律相似，可以用于评估运动型伊犁马的兴奋性。TP对运动的敏感性相对较低，对迷走神经的兴奋性评估较差[27]，本研究结果显示在不同分组间伊犁马TP无显著差异性，与此研究结果基本一致。有研究指出RMSSD主要说明在迷走神经兴奋过程中高频段的变异性[28]，本研究结果显示HF和HFnu在RMSSD上升时也呈现出同样的变化趋势，与此研究结果一致。以上反应迷走神经兴奋性的指标在较长距离比赛伊犁马(5 000 m)组中均表现出上升的趋势，表明长距离比赛马匹的迷走神经兴奋性增强，当迷走神经兴奋性增加时有利于机体应对外界的刺激与生理性压力[29]。本研究结果表明，随着运动途程的增加，赛前心脏兴奋性升高，机体调节使得迷走神经活性增强，该神经活动变化作用于心脏，维持心率的稳定，使得马匹能够在赛前保持良好的竞技状态。马匹能够在运动中持续更长时间的兴奋性，有利于马匹在长距离比赛中表现出良好的竞技状态，而短距离马匹中迷走神经兴奋性较弱，这主要是由于在短距离比赛中，马匹运动持续时间较短，只需要马匹保持短时间的高强度兴奋性即可。通过对人运动训练的研究结果显示，当超负荷训练时会出现迷走神经的兴奋性降低而交感神经兴奋性增强，表明人出现了疲劳[30]；长距离马出现迷走神经兴奋性增强，表明长距离组伊犁马持续较长时间比赛不易出现疲劳。表明可以通过对SDNN、RMSSD和pNN50指标进行监测，对伊犁马迷走神经的兴奋性做出评估，为伊犁马比赛途程的选择提供参考。

Mean RR、VLF、LF和LFnu等指标能够较好地反映机体交感神经的活动[30]。随着运动强度的增大，VLF、LF及LFnu指标也呈现出上升的现象[31]，本研究结果显示长距离组伊犁马这些指标较高，与此结果基本一致。当交感神经的兴奋性下降时，心脏的泵血能力会有所提升，其心率也会有所降低[32]，本研究中长距离比赛伊犁马Mean RR值增大，单位时间内马匹的心跳次数降低，表明长距离比赛伊犁马心率较低，长距离比赛时，由于比赛持续时间相对较长，马匹需要有良好的心脏泵血能力，维持机体在运动过程中所需要的能量供应，而短距离比赛时，马匹主要以无氧代谢为主，需要马匹维持良好的兴奋性，从而维持马匹良好的竞技状态。以上结果显示可以通过Mean RR对马匹交感神经兴奋性进行评估。

利用LF/HF能够对交感神经-迷走神经的均衡性进行较好地评估[24,33]，对阿拉伯马(耐力赛马品种)的研究结果显示，赛前LF/HF比值越高，其交感神经-迷走神经的均衡性也越好，马匹耐力赛成绩也有所提升[34]。本研究中长距离比赛伊犁马LF/HF更大，表明长距离比赛马匹的交感神经-迷走神经均衡性更好，更有利于马匹在赛前维持良好的稳定状态，而短距离比赛马匹则交感神经-迷走神经均衡性相对较差，马匹比赛前更容易兴奋，更有利于马匹发挥出更好的竞技状态；在各组间LF/HF值无显著差异性，这可能是由于本次试验中所选择马匹样本量相对较少，也可能是由于本次试验中所选择马匹的比赛距离差距相对较小所致，具体原因还有待于进一步的试验证实。在最优比赛距离马匹选择时可以根据LF/HF对马匹交感神经-迷走神经的均衡性进行评估，从而提高马匹选择的准确性。

4 结 论

R-R间期标准差、长时R-R间隔标准差在 1 600 m和5 000 m伊犁马间呈极显著差异，相邻R-R间期平均值在1 000 m和5 000 m伊犁马间呈极显著差异；R-R间隔均值标准差、相邻间期差值>50 ms的百分比、全部瞬时R-R间隔的标准差等指标在不同途程伊犁马间呈显著差异，显示不同途程比赛性能优异的伊犁马神经活动类型呈现出一定的差异，这些指标是影响伊犁马神经活动的主要因素，可以通过监测这些HRV指标来对伊犁马进行早期运动选材，提高运动型伊犁马的选择效率。