熱身強度對伊犁馬心率變異性及1 000 m速度賽成績的影響

張凱麗，孟 軍，王建文，曾亞琦，孔麒森，姚新奎，黃晶晶，任 湘，葛世萌

(1.新疆農業大學動物科學學院，烏魯木齊 830052；2.新疆農業大學馬產業研究院，烏魯木齊 830052；3.新疆馳霄博駿畜牧業有限公司，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】心率檢測系統與GPS配合可以有效的監測馬匹日常訓練強度[1]，但心率不能完全反映運動的疲勞程度和訓練的效果，而心率變異性(HRV)的分析應用能夠改變這種狀況。HRV是指在一定時間內，心跳期間發生的微小差異。它受自主神經系統的調節，可以評估心臟交感神經和迷走神經的緊張程度及平衡情況[2]。伊犁馬1 000 m速度賽是國內各大比賽中的固定比賽項目，熱身作為提高馬匹比賽成績的有效手段，監測HRV評估馬匹熱身效果,對于馬匹出賽狀態的控制具有十分重要的意義。【前人的研究進展】HRV與運動有十分密切的關系。近幾年來，HRV在評價機體狀態及預估運動表現方面得到廣泛應用。黃暉明等[3]研究發現，靜態時田徑運動員的HF、TP、SDNN、RMSSD和pNN50均大于普通人，得出田徑運動員比普通人的副交感神經興奮性更高。Cipryan等[4]也發現，SDNN和TP值較高時，球員的表現也較好。Janczarek等[5]在研究阿拉伯馬的自主神經平衡情況與賽馬的表現的關系時發現，運動表現好的馬匹具有更大的能力來增加迷走神經系統活性來消除緊張壓力。程潔等[6]在研究HRV變化是否能夠有效的監控馬匹熱身的效果時發現，熱身后的TP值顯著的升高，pNN50顯著地降低，可以說明此時馬匹的狀態較好。【本研究切入點】研究心臟的自主神經調節是否平衡是觀察評價及預測運動員是否會發揮正常水平的方法之一，即若處于相對平衡的狀態，就有利于運動員的發揮和訓練效果的增強，若失衡，則會有不利的影響。前人研究結果表明，當迷走神經興奮性加強時，會降低心律失常的發生，還會在一定程度降低心肌的耗氧量，減少心肌的負擔從而穩定心肌的活動，激發運動潛能的發揮[7,8]。運動通常被認為是刺激迷走神經和交感神經活性的有效手段[9,10]，目前，關于熱身對馬匹HRV及運動性能影響的研究仍相對較少。研究不同熱身強度對伊犁馬心率變異性1 000 m速度賽成績的影響。【擬解決的關鍵問題】研究對馬匹不同熱身強度下心率變異性的變化，分析當機體處于不同運動強度下時，自主神經系統的調節作用是否會影響伊犁馬在1 000 m速度賽中的表現，為伊犁馬匹賽前最佳熱身條件的確立提供前期理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗對象選取伊犁州昭蘇縣西域賽馬場1 000 m速度賽2歲伊犁馬11匹，其中8匹母馬，3匹公馬。所有馬匹體尺相近，健康狀態良好，馬匹統一飼養管理。騎師均為西域賽馬場聘用騎師，馬匹操控能力強，水平相近，具有豐富的比賽經驗，馬匹與相應騎師固定，都是經過長期訓練，配合良好。試驗場地固定，為沙地跑道，寬度28 m，周長2 000 m。

1.2 方 法

試驗開始前，馬匹進行4場1 000 m速度賽，使用Polar Equine V800全程監測馬匹心率，篩選出每匹馬在4場速度賽中的最大心率值(HRmax)，并計算30%、40%、50%、60% HRmax值，并記錄。熱身過程中，騎手佩戴Polar表，控制馬匹使心率分別穩定在30%～40% HRmax(A區間)、40%～50% HRmax(B區間)、50%～60% HRmax(C區間)三個區間內，熱身時間為10 min。Polar表調至R-R間距模式監測馬匹熱身過程中的HRV。每個心率區間重復4次試驗。在每次熱身后10～15 min內進行1 000 m速度賽，利用Finish Lynx終點計時系統測定比賽用時。在試驗過程中，列出三個強度熱身心率。表1

表1 三個強度熱身時心率
Table 1 Heart rate at three warm-up intensities

指標IndexA區間Section AB區間Section BC區間Section C平均R-R間距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)；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 數據處理

將Polar Equine V800采集的馬匹熱身過程中的HRV數據上傳至https://flow.polar.com，生成文本文檔，使用Kubios HRV軟件截取熱身過程中5 min的HRV數據，并對HRV數據進行分類處理，得到時域、頻域及非線性指標其中頻域指標選用短時傅里葉轉換法進行分析。

時域指標包括：SDNN(R-R間距標準差)、RMSSD(相鄰R-R間距之差的均方根值)、pNN50(相鄰心搏兩R波間距之差值大于50 ms的心搏數占心搏總數的百分比)；頻域指標包括：VLF(極低頻功率)、LF(低頻功率)、HF(高頻功率)、LF/HF(低頻功率/高頻功率)、TP(總功率)；非線性指標包括：SD1(全部正常兩個R波的標準差(Y))和SD2(全部正常兩個R波標準差(X))。

將分析所得所有數據使用Excel表進行整理統計；使用SPSS19.0軟件對數據進行分析。不同強度熱身間HRV各指標及比賽成績間的差異性使用單因素ANOVA分析法以及Duncan’s多重比較，比賽用時與HRV各指標間的相關性使用Pearson相關性分析。結果均以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 不同強度熱身后1 000 m速度賽成績的差異性

研究表明，在C區間熱身后比賽用時極顯著低于A區間熱身后比賽用時(P<0.01)，顯著低于B區間比賽用時(P<0.05)。表2

表2 不同強度熱身后1 000 m速度賽成績差異性
Table 2 The difference of the results in the 1，000 m test of Yili horse in different warm-up intensities

熱身心率Warm-up heart rateA區間Section AB區間Section BC區間Section C比賽用時(s)Competition time (s)79.42±4.14Aa78.09±4.32ABa75.69±3.76Bb

2.2 三個強度熱身間時域指標的差異性

研究表明,在B和C區間熱身時SDNN極顯著高于在A區間熱身時的值(P<0.01)；在A區間熱身時RMSSD顯著低于在B區間熱身時的值(P<0.05)，極顯著低于在C區間熱身時的值(P<0.01)。表3

表3 三個強度熱身間時域指標差異性
Table 3 The difference of time domain indexes in three warm-up intensities

指標IndexA區間Section AB區間Section BC區間Section CR-R間距標準差SDNN(ms)31.14±10.94B42.20±14.38A40.91±13.88A相鄰R-R間距之差的均方根值RMSSD(ms)15.76±7.25Bb23.53±11.80ABa25.70±16.12Aa相鄰心搏兩R波間距之差值大于50ms的心搏數占心搏總數的百分比pNN50(%)1.54±1.722.41±2.342.53±2.47

2.3 三個強度熱身間頻域指標的差異性

研究表明，在A區間熱身時VLF、LF顯著高于在C區間熱身時的值(P<0.05)，HF顯著低于在C區間熱身時的值(P<0.05)，LF/HF極顯著高于在C區間熱身時的值(P<0.01)，顯著高于在B區間熱身時的值(P<0.05)。表4

表4 三個程度熱身間頻域指標差異性
Table 4 The difference of frequency domain indexes in three warm-up intensities

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

2.4 三個強度熱身間非線性指標的差異性

研究表明,SD1在A區間熱身中顯著低于B區間熱身時的值(P<0.05)，極顯著低于C區間熱身時的值(P<0.01)；SD1在B區間熱身時的值極顯著低于C區間熱身時的值(P<0.01)；SD2在三個強度熱身間均未見顯著差異性(P>0.05)。表5

表5 三個強度熱身間非線性指標差異性
Table 5 The difference of nonlinear indexes in three warm-up intensities

指標IndexA區間Section AB區間Section BC區間Section C全部正常兩個R波的標準差(Y)SD1(ms)10.50±4.21Bc15.42±6.92Bb23.20±9.76Aa全部正常兩個R波標準差(X)SD2(ms)43.34±15.9246.99±13.2745.91±11.14

2.5 伊犁馬1 000 m速度賽用時與HRV各指標的相關性

研究表明,比賽用時與熱身時頻域指標VLF顯著正相關(P<0.05)，與LF極顯著正相關(P<0.01)，與SD1極顯著負相關(P<0.01)。表6

表6 伊犁馬1 000 m速度賽用時與HRV各指標相關性
Table 6 The correlation between HRV indicators and performance

比賽用時Competition timeR-R間距標準差SDNN相鄰R-R間距之差的均方根值RMSSD相鄰心搏兩R波間距之差值大于50ms的心搏數占心搏總數的百分比pNN50極低頻功率VLF低頻功率LF高頻功率HF總功率TP低頻功率/高頻功率LF/HF全部正常兩個R波的標準差(Y)SD1全部正常兩個R波標準差(X)SD2比賽用時Competition time1.00-0.11-0.080.070.24?0.37??-0.030.000.04-0.44??-0.04

注:肩標為*表示相關顯著(P<0.05),肩標為**表示極顯著相關(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 討 論

3.1 不同強度熱身對心臟自主神經調節的影響

一般認為指標HF、TP、pNN50、RMSSD、SDNN可以用來評價機體副交感神經的活性。而Parekh等[11]的研究中發現，指標TP對運動強度的敏感度較低，不能很好的評價副交感神經活性，在試驗中也發現了同樣現象，TP在三個強度熱身間差異不顯著。Kim等[12]在研究缺失的HRV數據對整體時域指標的影響時發現，pNN50是對丟失數據最為敏感的指標，會出現其值在高HRV下為100%，而在低HRV下為0的飽和現象，若單純利用pNN50來說明HRV中時域指標的變化并不一定準確。在試驗結果中可以看到,pNN50在三個強度熱身下差異不顯著，而同樣代表副交感神經活性的RMSSD和SDNN間差異顯著，說明這兩個指標比pNN50更能說明問題。

于振勇[13]在研究不同運動強度(63%、74% VO2max)和運動距離(3 000 m、6 000 m)對HRV的影響時發現，HF和TP值的變化與持續時間無關，且隨運動強度的增加而增大。秦婕等[14]在對13名男性少年自行車運動員賽前狀態及HRV的關系進行研究時發現，SDNN和RMSSD會隨著心境激動性的升高而增大，此時副交感神經主導調節心率，從而維持心臟的正常搏動。試驗結果與他們相同，隨著運動強度的增加，心臟興奮性升高，為防止心臟因過度興奮受損，機體調節使副交感神經活性增強，作用于心臟，維持心率的穩定。

VLF、LF可以評價機體交感神經的活性。Gonzalez等[15]對10名健康的男性在靜態、30% VO2max運動及從30% VO2max遞增到60% VO2max運動過程中的HRV進行研究，發現LF隨運動強度的增加而增大。Hottenrott等[16]對1名業余的自行車愛好者進行運動訓練，觀察他在以開始時的功率為60 W，以每3 min增加20 W的方式進行自行車運動的過程中HRV的變化，發現LF/HF的值隨著運動負荷的遞增而增大，指出這種結果可能是由于在高負荷運動過程中，心臟的自主神經控制出現短暫性消失和呼吸頻率改變所致。但Bernardi等[17]在研究體育鍛煉對正常受試者和心力衰竭患者在自主神經系統上的影響時發現，LF在強度遞增的運動中，其值先增加后降低。試驗結果與他們的結果均不相同，可能是他們的試驗為遞增負荷試驗，與試驗方案不同。

Perini等[18]在對7名普通男性在安靜狀態、21% VO2max、49% VO2max、和71% VO2max下運動及運動后恢復過程中HRV功率譜變化進行研究時發現，VLF隨著運動強度的增加，逐漸降低；LF/HF的值隨運動強度的增加逐漸下降，直到強度增加到50% VO2max時逐漸出現回升，在達到70% VO2max的時其值變化不顯著。Pichon等[19]對14名身體健康的人在不同運動強度下的HRV的變化進行研究發現，運動強度越大，HF顯著升高，LF和LF/HF顯著降低，且LF/HF值的降低主要是由于LF的明顯下降所致。從試驗可以看出,反應交感神活性的指標隨運動強度的增加逐漸降低，與Pichon和Perini的試驗結果相同，且其值的變化與反應副交感神經活性的指標相比降低程度較大，說明當運動強度過大時，機體調節以降低交感神經活性為主，伴隨副交感神經活性的增加來維持心臟的正常功能。

3.2 自主神經調節與運動表現

在比賽時，運動員的自主神經系統活動狀態是決定其比賽成績的因素之一。若自主神經調節處于穩定狀態，將有利于運動員在訓練時或比賽中的發揮。若自主神經系統調節失衡，會導致運動員在訓練中的訓練效果較差或在比賽中成績降低。

Pichot等[20]對6名普通人進行2個月的強化訓練和1個月超負荷訓練，在每個訓練過程中監測5 min的HRV變化，發現在強化訓練過程中，所有人的體能狀況提高顯著，并且副交感神經的調節在自主神經系統調節的過程中，優勢增加明顯。同時還發現，在1個月的超負荷訓練期間，出現交感神經的興奮性增加，而副交感神經的興奮性降低的現象，試驗者正處在疲勞的狀態。而在試驗中，隨運動強度的增加，交感神經活性降低，副交感神經活性增強說明三個強度熱身后馬匹均未出現疲勞。

Thayer[21]在研究自主神經失衡及HRV與心血管疾病危險因素的關系一文中提到，副交感神經活性的增加對運動表現有益。程潔等[6]在研究伊犁馬HRV與伊犁馬熱身效果及運動表現中也發現，馬匹比賽前副交感神經興奮性強，是伊犁馬取得良好成績的主要影響因素。研究可以看到,反應副交感神經活性的指標SDNN、RMSSD、HF、SD1均與比賽用時負相關，其中與SD1極顯著負相關。與Luka Ciprya[4]和黃暉明等[3]的研究結果也相同，再一次證實了賽前副交感神經活性越高，比賽成績越好這一觀點。

Janczarek等[5]在研究阿拉伯馬自主神經調節對運動表現影響時發現LF/HF比值越大，馬匹成績越好。但程潔等[6]的研究結果不同，她們發現比賽成績優異的伊犁馬賽前靜態LF/HF較低，且主要是由于LF較低所致。與程潔的研究結果相同，試驗中比賽成績較好的熱身強度下LF/HF的值也較低，且比賽用時與LF極顯著正相關，說明賽前交感神經活性越低，比賽成績也越好。Merati[22]對13名男性的游泳運動員在50 m短距離(30 s內)和100 m短距離(1 min內)運動訓練后幾分鐘內的HRV進行研究發現，運動訓練后副交感神經的活性越高，100 m訓練成績越好，而在50 m訓練中，副交感神經活性越高，訓練的成績越差，指出自主神經調節能力可以用來預測短時間或超短時間運動訓練中無氧工作的能力。同時也有許多研究也證實了這一觀點[23,24]，即副交感神經的活性與運動過程中機體的有氧代謝能力有關，這也是在試驗中熱身后副交感神經活性較高馬匹運動表現較好的原因之一。

4 結 論

反應交感神活性的指標(VLF、LF)隨運動強度的增加逐漸降低，反應副交感神活性的指標(HF、TP、pNN50、RMSSD、SDNN)隨運動強度的增加逐漸增加，且反應自主神經綜合作用的指標LF/HF值的降低主要是由于LF的明顯下降所致，因此當馬匹運動強度增大，興奮性增強時，機體主要通過降低交感神經活性，伴隨副交感神經的增加來維持心臟的正常功能。同時馬匹在50%～60% HRmax熱身后比賽成績最好，說明在熱身時馬匹的副交感神經活性越高，交感神經活性越低，馬匹運動表現越好。在熱身過程中指標VLF、LF、SD1與比賽用時呈顯著或極顯著相關關系，這三個指標是評價伊犁馬的熱身效果及評估馬匹1 000 m速度賽成績的有效指標。