心率變異性在3 600 m速度型伊犁馬選擇分析

葛世萌，孟 軍，王建文，曾亞琦，孔麒森，褚洪忠，姚新奎，任 湘，張凱麗，黃晶晶

(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；4.新疆伊犁哈薩克自治州畜牧科學研究所，新疆伊寧 835000)

0 引 言

【研究意義】心率變異性(heart rate variability，HRV)指的是兩次心跳之間節律性的變化，在心電圖中即兩次R波峰之間(R-R間隔)的變化，通常情況下心電圖中兩次心跳的間隔并非絕對整齊，這種逐次心跳R-R間期(瞬時心率)之間存在的微小差異或微小漲落現象就是心率變異性。心率變異性(HRV)是一種無創性指標，其檢測出的指標中有蘊含有很多信息，與機體心血管調節功能緊密相連，可用于定量評估和分析心臟副交感神經與交感神經的均衡性及張力[1]，具有高度敏感、可重復等特點。伊犁馬以優秀的騎乘性能躋身我國運動馬前列，并成功打造了國產運動馬第一品牌銷往全國二十多個省市自治區，約占全國運動馬市場70%[2]。運用心率變異性(HRV)測定伊犁馬運動性能減少了對馬匹的損傷，并具有即時性對馬匹選擇具有重大意義。【前人研究進展】近年來，HRV常用于自主神經系統功能的評價，并廣泛應用于運動訓練和運動營養[3,4]。研究表明，HRV對運動性能的評估有重要作用，現今HRV在體育運動領域的研究主要集中在運動對HRV的影響和運動性猝死[5,6]。Kleiger等[7]研究發現，HRV對心肌梗塞的預測較為準確，Hadase，Burger等[8,9]研究發現HRV可反映心力衰竭的程度。Kinnunen等[10]研究表明，HRV可以有效監測馬匹在運動過程中心血管射血能力。藺相等[11]研究發現，耐力性能優秀的馬匹比普通馬匹的心臟射血能力更強，心率調節能力也強于普通馬匹，表現在其較高的平均R-R間期，最大R-R間期，平均加權心率。簡單易行且無創的HRV指標可以作為主要的預測優秀耐力馬指標。【本研究切入點】HRV是一種用于研究心率的自主控制的非侵入性指標，HRV分析將R-R間期或者每個心動周期的心率變化數量化。由于HRV能夠反映自主神經活性和定量評估心臟交感和迷走神經張力及其平衡性，所以其已變成了一種研究工具和評估技術[12]。目前針對馬匹運動性能的評估手段和方法還非常有限，更多的是經驗豐富的育馬者憑借馬匹氣質類型、體質類型、各部位評分等體質外貌特點鑒定馬匹運動性能，缺少無損、快速、量化的評價方法和設備[13]。【擬解決的關鍵問題】通過分析心率變異性來評價馬匹的運動性能。通過對運動馬匹賽前靜態心率變異性(HRV)的監控來探索賽前HRV的特點，研究每匹馬的運動能力起到一定的指導作用，補充馬匹選擇的方法，完善馬匹選擇體系，為選擇優秀運動性能馬匹提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗選取2018年伊犁哈薩克自治州馬業協會伊犁馬常態化賽事參賽馬匹，馬匹均為3～4歲。試驗場地為昭蘇天馬旅游文化園賽馬場，包括馬圈、草場、2 000 m賽道等。

1.2 方 法

試驗選用22匹成年伊犁馬進行3 600 m速度賽，在比賽開始前30 min為馬匹佩戴Polar Equine V800心率表實時監測伊犁馬賽前HRV狀態，檢測過程中有專人照看，避免馬匹受到外界干擾、心率表接觸不良等突發狀況的發生。記錄結束后截取賽前馬匹在絕對安靜、無外界因素干擾下身心放松的靜態心電圖5～10 min。通過Kubios HRV軟件計算、分析出HRV數據指標。數據采集結束后馬匹正常參賽，使用Finish Lynx終點計時系統準確記錄試驗馬匹完賽成績。馬匹參賽結束后導出數據，將參賽馬匹按照競賽用時分為三組分別為優秀組(7匹)、中等組(7匹)、普通組(8匹)。其中優秀組競賽用時最少平均競賽用時292.29±2.20 s，中等組次之平均競賽用時300.79±6.00 s，普通組競賽用時最長平均競賽用時330.09±13.16 s，且三組間競賽用時差異極顯著(P<0.01)。

表1分組情況
Table 1 Grouping

途程(Length)優秀組(Excellent)樣本量(N)中等組(Well)樣本量(N)普通組(Ordinary)樣本量(N)3600m292.29±2.20C7300.79±6.00B7330.09±13.16A8

1.3 數據處理

將心率表中HRV數據從https://flow.polar.com/下載后導入Kubios HRV軟件進行分析得出HRV時域分析數據和頻域分析數據。分組后運用SPSS20.0軟件采用單因素方差分析比較各組間指標差異性，篩選出與成績關系緊密的HRV指標后與成績做相關性Pearson雙變量分析。結果均以均值±標準差的形式表示。

2 結果與分析

2.1 賽前各組間HRV各項指標差異性

研究表明，優秀組SDNN極顯著大于普通組(P<0.01)；RMSSD、Mean HR、MeanR-R三組間差異均不顯著(P>0.05)。表2

表2 各組間時域指標差異性
Table 2 Difference analysis of time domain indicators between groups

指標Index優秀組Excellent中等組Well普通組Ordinary相鄰R-R間期平均值MeanRR(ms)1531.8±339.731658.97±267.291559.13±178.77R-R間期標準差SDNN(ms)63.81±13.60A52.88±16.05AB38.20±9.41B平均心率MeanHR(1/min)41.79±12.6937.07±5.8138.96±4.38R-R間隔均值標準差RMSSD(ms)67.01±17.6867.27±38.8438.27±11.16

注:同行肩標之間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 letter are greatly significantly different (P<0.01).The same as below

研究表明，pNN50中等組顯著低于普通組(P<0.05)，且普通組pNN50大于優秀組但無顯著差異(P>0.05)。非線性指標SD1和SD2優秀組普遍高于中等組和普通組，但差異不顯著(P>0.05)；NN50各組間均無明顯差異(P>0.05)。表3

表3 各組間時域指標、非線性指標的差異性
Table 3 Difference analysis of time domain indicators and non-linear indicators between groups

指標Index優秀組Excellent中等組Well普通組OrdinaryNN5032.71±17.7326.43±14.8438.38±22.6相鄰間期差值>50ms的百分比pNN50(%)15.70±8.04ab15.63±11.01b26.46±7.03aSD1(ms)56.45±33.4647.73±27.5839.89±36.79SD2(ms)83.48±48.5563.81±39.8162.37±47.34

研究表明，優秀組頻域指標HF顯著高于中等組(P<0.05)，且極顯著高于普通組(P<0.01)；LF/HF優秀組極顯著低于普通組(P<0.01)，中等組顯著低于普通組(P<0.05)；TP優秀組極顯著高于普通組(P<0.01)；LFnu優秀組極顯著低于普通組(P<0.01)，顯著低于中等組(P<0.05)；HFnu優秀組極顯著高于普通組(P<0.01)，顯著高于中等組(P<0.05)。VLF優秀組與中等組之間無明顯差異，但優秀組和中等組較普通組之間有差異性但差異不顯著(P>0.05)；LF三組之間無明顯差異(P>0.05)但由優秀組至普通組有降低趨勢。表4

表4 各組間頻域指標的差異性
Table 4 Difference analysis of frequency domain indicators between groups

指標Index優秀組Excellent中等組Well普通組Ordinary極低頻功率VLF(ms2)694.42±663.56725.65±1291.97260.63±132.76低頻功率LF(ms2)1220.03±539.611125.22±1057.35704.40±198.53高頻功率HF(ms2)1393.01±806.81Aa428.79±163.9ABb236.79±99.91Bb低頻高頻比LF/HF(ms2)1.08±0.71Bb1.67±0.47ABb3.71±2.26Aa總頻TP(ms2)3252.37±1241.86A1784.35±1382.19AB1201.81±324.4B低頻標準值LFnu47.22±16.55Bb64.94±10.01ABa74.87±9.98Aa高頻標準值HFnu52.70±16.49Aa35.05±10.00ABb25.13±9.98Bb

2.2 賽前HRV各項指標與競賽用時的相關性

研究表明,3 600 m速度賽馬匹賽前HRV指標相關性表可知，在馬匹賽前30 min安靜狀態下測得的HRV指標中，LF/HF與競賽用時呈極顯著正相關(P<0.01)，即LF/HF值越大競賽用時越長，則馬匹成績越差；LFnu與成績呈顯著正相關(P<0.05)，即LFnu值越大競賽用時越長，則馬匹成績越差；HF、TP、HFnu與成績呈顯著負相關(P<0.05)，及HF、TP、HFnu值越大競賽用時越少，則馬匹競賽成績越好。

時域指標SDNN、RMSSD與HF呈極顯著正相關(P<0.01)，頻域指標LF與HF呈顯著正相關(P<0.05)；RMSSD、HF與LF/HF值呈顯著負相關(P<0.05)；SDNN、RMSSD、VLF、LF、HF與TP呈極顯著正相關(P<0.01)；HF與LFnu呈極顯著負相關(P<0.01)，Mean HR與LFnu呈顯著負相關(P<0.05)，LF/HF值與LFnu呈極顯著正相關(P<0.01)；HF與HFnu呈極顯著正相關(P<0.01)，Mean HR與HFnu呈顯著正相關(P<0.05)；LF/HF、LFnu與HFnu呈極顯著負相關(P<0.01)。表5

3 討 論

馬匹在參賽前安靜狀態下可能會因為不同馬匹訓練水平、訓練方法、運動天賦、馬匹自身對賽事的感知等因素影響馬匹HRV的變化。有研究發現在HRV指標中可以反映交感神經的有VLF、LF和LFnu[14,15]。反映副交感神經活動的有SDNN、RMSSD、pNN50、TP、HF和HFnu；反映交感神經-副交感神經均衡性的指標有LF/HF比值[16,17]。由此可知,心率變異性(HRV)指標可以反映出機體自主神經系統的變化，當副交感神經興奮時會導致心率減慢、傳導減慢等抑制效應，當機體處于緊張活動狀態時，交感神經起著主要作用。由交感、副交感神經的變化趨勢可以觀察機體的運動狀態。

LukaCipryan等[18]通過對冰球運動員為期一年的觀察得知，SDNN、TP較高的運動員其在賽場中的活躍程度高；黃暉明等[19]研究發現：相比于成績較好的田徑運動員，成績一般的運動員HRV指標中SDNN、RMSSD、TP較低，這與試驗結果一致，試驗中SDNN、RMSSD雖無顯著性差異，但有從優秀組至普通組逐漸降低的趨勢。因此,可說明在賽前安靜狀態時副交感神經的活性變化可以在一定程度上反映馬匹的競賽狀態。

屈成剛等[20]通過對自行車運動員的研究發現在比賽前夕其HF高于基礎值，而此時運動員未出現疲勞狀態，鄧明敏等[21]經研究得知我國優秀男子自由泳運動員HF、TP、SDNN與第2 d清晨的尿素含量呈顯著負相關。試驗中通過對HRV與成績的相關性分析得知，HF、TP與馬匹競賽用時呈顯著負相關，即HF、TP值越高，馬匹完賽時間越短，成績越好。通過以上研究說明機體的疲勞會對HRV指標產生影響，由此可知，通過測定賽前HRV指標可以反映出機體的疲勞狀態，為賽前馬匹選擇提供理論依據。Atlaoui等[22]通過對優秀游泳運動員心率變異性與成績相關性研究得知，游泳運動員交感神經活性指數，即LFnu和LF/HF比率與性能呈負相關，試驗中通過對馬匹賽前靜態LFnu、LF/HF值與競賽時間的相關性分析得知，LFnu與競賽時間呈顯著正相關，LF/HF與競賽時間呈極顯著正相關，與其研究結果一致。

在正常情況下，交感神經和副交感神經處于相互平衡制約中，當機體處于緊張活動狀態時，交感神經活動起著主要作用，副交感神經支配心臟，當副交感神經興奮時，導致心率減慢，傳導減慢等抑制效應。相比于交感神經系統活性強但副交感神經活性低的馬匹，交感神經活性增強并伴有副交感神經活性增強的馬匹可能會有更高的參賽狀態。LFnu反映交感神經興奮，LFnu低時可反映出馬匹賽前對緊張感的控制性好；SDNN、RMSSD反映了馬匹對心率的控制狀況，SDNN、RMSSD較高時及副交感神經興奮可使心臟心率減慢，傳導減慢，有助于減少馬匹賽前疲勞程度。

4 結 論

通過對馬匹3 600 m速度賽賽前HRV監測發現副交感神經所反映的TP、HF、HFnu和交感神經所反映的LFnu與競賽用時呈顯著負相關；交感-副交感神經均衡控制的LF/HF與成績呈顯著正相關，即TP、HF、HFnu較高的馬匹競賽時間越短，成績越好，LFnu、LF/HF較低的馬匹競賽時間越短，成績越好。經分析伊犁馬3 600 m速度賽副交感神經活性占主導地位，同時交感-副交感神經均衡調節。通過對馬匹賽前HRV的監控能有效的反應出馬匹競賽表現，為賽前馬匹選擇提供理論依據。