王建文，姚新奎,，曾亞琦，孔麒森,，葛世萌，任萬(wàn)路，王川坤，孟 軍,

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆馬繁育與運(yùn)動(dòng)生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830052；3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 馬產(chǎn)業(yè)研究院，烏魯木齊 830052；4.新疆馳霄博駿畜牧業(yè)有限公司，烏魯木齊 830052)

心率變異性(Heart rate variability，HRV)是指逐次心跳R-R間期(瞬時(shí)心率)之間存在微小差異的現(xiàn)象[1]，是研究心臟神經(jīng)系統(tǒng)的有效方法，可以評(píng)估心臟交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的張力及平衡情況[2]。主要通過(guò)對(duì)時(shí)域指標(biāo)、頻域指標(biāo)及非線性指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而對(duì)交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)進(jìn)行評(píng)估[3]，作為一種非侵入式的檢測(cè)方法，在人和動(dòng)物健康、福利等方面已有廣泛應(yīng)用[4]。在馬方面的研究表明，HRV能夠有效評(píng)估調(diào)教訓(xùn)練[5]、比賽[6]、飼養(yǎng)管理[7-8]等各種條件下馬匹的心理狀態(tài)，是評(píng)估馬匹機(jī)能狀態(tài)和競(jìng)技水平的重要手段。

一般認(rèn)為運(yùn)動(dòng)引起的心率上升是由于交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)共同作用的結(jié)果[9]，心臟自主神經(jīng)平衡狀態(tài)是評(píng)估與預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要手段之一，當(dāng)其處于相對(duì)平衡狀態(tài)時(shí)，有利于運(yùn)動(dòng)員發(fā)揮出較高的競(jìng)技水平；若當(dāng)這種狀態(tài)失衡，則會(huì)影響到運(yùn)動(dòng)的發(fā)揮[10]。HRV檢測(cè)指標(biāo)中包含諸多與機(jī)體神經(jīng)調(diào)節(jié)相關(guān)的信息，與運(yùn)動(dòng)過(guò)程中最大攝氧量有密切關(guān)系[11]，相關(guān)研究結(jié)果顯示，當(dāng)迷走神經(jīng)興奮性增強(qiáng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致心率失常，同時(shí)會(huì)降低心肌耗氧量，降低心肌的生理壓力，維持心肌的正?；顒?dòng)[12]。

隨著中國(guó)馬產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，國(guó)內(nèi)賽馬賽事場(chǎng)次與種類日益增多[13]，伊犁馬是中國(guó)自主培育的優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)馬品種[14]，在國(guó)產(chǎn)馬賽馬中取得了良好的比賽成績(jī)，但其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中神經(jīng)調(diào)節(jié)機(jī)制尚不清楚，關(guān)于其HRV的研究主要集中在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的變化方面[15-16]，關(guān)于不同比賽途程伊犁馬神經(jīng)調(diào)節(jié)方面的研究鮮有報(bào)道。便攜式心率設(shè)備因其采集數(shù)據(jù)方便快捷、穩(wěn)定可靠[17-18]，已在人和動(dòng)物方面有廣泛的應(yīng)用[19-20]，本研究采用Polo V800便攜式設(shè)備對(duì)1000m、1600m、3600m和5000m速度賽性能優(yōu)異伊犁馬的賽前HRV進(jìn)行檢測(cè)，旨在探索不同比賽途程伊犁馬比賽前HRV的差異性及其變化特點(diǎn)，研究不同途程比賽伊犁馬的神經(jīng)活動(dòng)規(guī)律，為基于HRV的伊犁馬參賽途程選擇提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

選取參加伊犁哈薩克自治州馬業(yè)協(xié)會(huì)伊犁馬常態(tài)化賽事的參賽馬匹為研究對(duì)象，通過(guò)常態(tài)化賽事進(jìn)行不同途程的運(yùn)動(dòng)性能測(cè)定，分別選取 1 000 m、1 600 m、3 600 m和5 000 m運(yùn)動(dòng)性能優(yōu)異的伊犁馬各12匹進(jìn)行比賽前HRV數(shù)據(jù)采集，所有馬匹檢測(cè)環(huán)境基本一致。

1.2 檢測(cè)設(shè)備及指標(biāo)

使用芬蘭產(chǎn)POLAR V800心率表進(jìn)行HRV數(shù)據(jù)采集，主要采集數(shù)據(jù)包括：相鄰R-R間期平均值(Mean of RR intervals，Mean RR)、R-R間期標(biāo)準(zhǔn)差(The standard deviation of RR intervals，SDNN)、平均心率(Mean heart rate，Mean HR)、R-R間隔均值標(biāo)準(zhǔn)差(Root mean square of successive differences，RMSSD)、相鄰間期差值>50 ms的百分比(The number of successive intervals differing more than 50ms，pNN50)、全部瞬時(shí)R-R間隔的標(biāo)準(zhǔn)差(Standard deviation of the instantaneous beat-to-beat variability，SD1)、長(zhǎng)時(shí)R-R間隔標(biāo)準(zhǔn)差(Standard deviation of the continuous long-term variability，SD2)、極低頻功率(Very low frequency，VLF)、低頻功率(Low frequency，LF)、高頻功率(High frequency，HF)、低頻功率高頻功率比值(LF/HF)、總功率(Total power，TP)、低頻標(biāo)準(zhǔn)值(LFnu)和高頻標(biāo)準(zhǔn)值(HFnu)。

1.3 方 法

在參賽馬匹比賽前穿戴POLAR V800心率表，將心率表連接至數(shù)據(jù)采集設(shè)備，并檢查設(shè)備連接狀態(tài)及數(shù)據(jù)傳輸情況，通過(guò)POLAR V800心率表采集馬匹比賽前安靜狀態(tài)下的心率圖譜，并將相關(guān)圖譜傳送至https://flow.polar.com，生成文本文檔，使用Kubios HRV軟件截取比賽前30 min的HRV數(shù)據(jù)，得到時(shí)域指標(biāo)、非線性指標(biāo)及頻域指標(biāo)(采用自回歸參數(shù)模型法計(jì)算)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，用SPSS 19.0軟件對(duì)不同比賽途程伊犁馬HRV數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-Way ANOVA)，采用Duncan氏進(jìn)行多重比較。結(jié)果以“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同比賽途程伊犁馬賽前時(shí)域指標(biāo)對(duì)比

由表1可知，Mean RR、SDNN和Mean HR指標(biāo)隨著比賽距離的延長(zhǎng)逐漸升高。其中Mean RR 1 000 m伊犁馬極顯著低于5 000 m伊犁馬(P<0.01)，顯著低于1 600 m和3 600 m伊犁馬(P<0.05)；SDNN指標(biāo)1 600 m伊犁馬極顯著低于5 000 m伊犁馬(P<0.01)，1 000 m和 3 600 m伊犁馬顯著低于5 000 m伊犁馬(P< 0.05)；Mean HR指標(biāo)1 600 m、3 600 m和5 000 m伊犁馬均顯著低于1 000 m伊犁馬(P< 0.05)；RMSSD指標(biāo)1 000 m伊犁馬和1 600 m伊犁馬均顯著低于5 000 m伊犁馬(P<0.05)；pNN50指標(biāo)1 000 m和3 600 m伊犁馬均顯著低于5 000 m伊犁馬(P<0.05)。

表1 不同比賽途程伊犁馬賽前時(shí)域指標(biāo)Table 1 Pre-match time-domain variables of Yili horse in different race distances

2.2 不同比賽途程伊犁馬賽前非線性指標(biāo)對(duì)比

由表2可知，SD1指標(biāo)隨著比賽距離的延長(zhǎng)呈升高的趨勢(shì)，而SD2指標(biāo)則出現(xiàn)一定波動(dòng)。其中SD1指標(biāo)1 000 m和1 600 m伊犁馬均顯著低于5 000 m伊犁馬(P<0.05)；SD2指標(biāo) 1 600 m伊犁馬極顯著低于5 000 m伊犁馬(P<0.01)， 1 000 m和3 600 m伊犁馬均顯著低于 5 000 m伊犁馬(P<0.05)。

2.3 不同比賽途程伊犁馬賽前頻域指標(biāo)對(duì)比

由表3可知，LF指標(biāo)隨著比賽距離的延長(zhǎng)而逐漸降低。VLF指標(biāo)1 000 m、1 600 m和3 600 m伊犁馬均顯著低于5 000 m伊犁馬(P< 0.05)；LFnu指標(biāo)3 600 m伊犁馬顯著低于1 000 m、1 600 m和5 000 m伊犁馬(P<0.05)；HFnu指標(biāo)1 000 m、1 600 m和5 000 m伊犁馬均顯著低于3 600 m伊犁馬(P<0.05)。

表2 不同比賽途程伊犁馬賽前非線性指標(biāo)Table 2 Pre-match nonlinear variables of Yili horse in different race distances ms

表3 不同比賽途程伊犁馬賽前頻域指標(biāo)Table 3 Pre-match frequency-domain variables of Yili horse in different race distances

3 討 論

心率變異性能夠?qū)\(yùn)動(dòng)馬神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。運(yùn)動(dòng)馬匹心率變異性中時(shí)域指標(biāo)、非線性指標(biāo)和頻域指標(biāo)均具有良好的穩(wěn)定性，在研究運(yùn)動(dòng)馬匹中具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值[4]，本研究針對(duì)這三類指標(biāo)進(jìn)行分析，旨在探索能夠評(píng)估不同用途馬匹非損傷性、方便安全、易于檢測(cè)的心率變異性指標(biāo)。雖然有研究表明需要對(duì)心率變異性數(shù)據(jù)進(jìn)行修正[21]，但不修正結(jié)果可能更有助于發(fā)現(xiàn)結(jié)果的差異性[22]，因此本研究未對(duì)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行修正。

SDNN、RMSSD、pNN50、TP、HF、HFnu、SD1和SD2等相關(guān)指標(biāo)常用于對(duì)迷走神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)[23-24]。SDNN和RMSSD會(huì)隨著比賽前興奮性的增強(qiáng)而上升[25]，本研究顯示RMSSD和SDNN在較長(zhǎng)距離比賽伊犁馬中顯著高于短距離比賽伊犁馬，表明隨著比賽距離的延長(zhǎng)馬興奮性增強(qiáng)。pNN50對(duì)數(shù)據(jù)丟失最為敏感，需要結(jié)合其他指標(biāo)對(duì)興奮性進(jìn)行評(píng)估[26]，本研究顯示其與RMSSD和SDNN變化規(guī)律相似，可以用于評(píng)估運(yùn)動(dòng)型伊犁馬的興奮性。TP對(duì)運(yùn)動(dòng)的敏感性相對(duì)較低，對(duì)迷走神經(jīng)的興奮性評(píng)估較差[27]，本研究結(jié)果顯示在不同分組間伊犁馬TP無(wú)顯著差異性，與此研究結(jié)果基本一致。有研究指出RMSSD主要說(shuō)明在迷走神經(jīng)興奮過(guò)程中高頻段的變異性[28]，本研究結(jié)果顯示HF和HFnu在RMSSD上升時(shí)也呈現(xiàn)出同樣的變化趨勢(shì)，與此研究結(jié)果一致。以上反應(yīng)迷走神經(jīng)興奮性的指標(biāo)在較長(zhǎng)距離比賽伊犁馬(5 000 m)組中均表現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，表明長(zhǎng)距離比賽馬匹的迷走神經(jīng)興奮性增強(qiáng)，當(dāng)迷走神經(jīng)興奮性增加時(shí)有利于機(jī)體應(yīng)對(duì)外界的刺激與生理性壓力[29]。本研究結(jié)果表明，隨著運(yùn)動(dòng)途程的增加，賽前心臟興奮性升高，機(jī)體調(diào)節(jié)使得迷走神經(jīng)活性增強(qiáng)，該神經(jīng)活動(dòng)變化作用于心臟，維持心率的穩(wěn)定，使得馬匹能夠在賽前保持良好的競(jìng)技狀態(tài)。馬匹能夠在運(yùn)動(dòng)中持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間的興奮性，有利于馬匹在長(zhǎng)距離比賽中表現(xiàn)出良好的競(jìng)技狀態(tài)，而短距離馬匹中迷走神經(jīng)興奮性較弱，這主要是由于在短距離比賽中，馬匹運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間較短，只需要馬匹保持短時(shí)間的高強(qiáng)度興奮性即可。通過(guò)對(duì)人運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的研究結(jié)果顯示，當(dāng)超負(fù)荷訓(xùn)練時(shí)會(huì)出現(xiàn)迷走神經(jīng)的興奮性降低而交感神經(jīng)興奮性增強(qiáng)，表明人出現(xiàn)了疲勞[30]；長(zhǎng)距離馬出現(xiàn)迷走神經(jīng)興奮性增強(qiáng)，表明長(zhǎng)距離組伊犁馬持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間比賽不易出現(xiàn)疲勞。表明可以通過(guò)對(duì)SDNN、RMSSD和pNN50指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)伊犁馬迷走神經(jīng)的興奮性做出評(píng)估，為伊犁馬比賽途程的選擇提供參考。

Mean RR、VLF、LF和LFnu等指標(biāo)能夠較好地反映機(jī)體交感神經(jīng)的活動(dòng)[30]。隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增大，VLF、LF及LFnu指標(biāo)也呈現(xiàn)出上升的現(xiàn)象[31]，本研究結(jié)果顯示長(zhǎng)距離組伊犁馬這些指標(biāo)較高，與此結(jié)果基本一致。當(dāng)交感神經(jīng)的興奮性下降時(shí)，心臟的泵血能力會(huì)有所提升，其心率也會(huì)有所降低[32]，本研究中長(zhǎng)距離比賽伊犁馬Mean RR值增大，單位時(shí)間內(nèi)馬匹的心跳次數(shù)降低，表明長(zhǎng)距離比賽伊犁馬心率較低，長(zhǎng)距離比賽時(shí)，由于比賽持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，馬匹需要有良好的心臟泵血能力，維持機(jī)體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所需要的能量供應(yīng)，而短距離比賽時(shí)，馬匹主要以無(wú)氧代謝為主，需要馬匹維持良好的興奮性，從而維持馬匹良好的競(jìng)技狀態(tài)。以上結(jié)果顯示可以通過(guò)Mean RR對(duì)馬匹交感神經(jīng)興奮性進(jìn)行評(píng)估。

利用LF/HF能夠?qū)桓猩窠?jīng)-迷走神經(jīng)的均衡性進(jìn)行較好地評(píng)估[24,33]，對(duì)阿拉伯馬(耐力賽馬品種)的研究結(jié)果顯示，賽前LF/HF比值越高，其交感神經(jīng)-迷走神經(jīng)的均衡性也越好，馬匹耐力賽成績(jī)也有所提升[34]。本研究中長(zhǎng)距離比賽伊犁馬LF/HF更大，表明長(zhǎng)距離比賽馬匹的交感神經(jīng)-迷走神經(jīng)均衡性更好，更有利于馬匹在賽前維持良好的穩(wěn)定狀態(tài)，而短距離比賽馬匹則交感神經(jīng)-迷走神經(jīng)均衡性相對(duì)較差，馬匹比賽前更容易興奮，更有利于馬匹發(fā)揮出更好的競(jìng)技狀態(tài)；在各組間LF/HF值無(wú)顯著差異性，這可能是由于本次試驗(yàn)中所選擇馬匹樣本量相對(duì)較少，也可能是由于本次試驗(yàn)中所選擇馬匹的比賽距離差距相對(duì)較小所致，具體原因還有待于進(jìn)一步的試驗(yàn)證實(shí)。在最優(yōu)比賽距離馬匹選擇時(shí)可以根據(jù)LF/HF對(duì)馬匹交感神經(jīng)-迷走神經(jīng)的均衡性進(jìn)行評(píng)估，從而提高馬匹選擇的準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 論

R-R間期標(biāo)準(zhǔn)差、長(zhǎng)時(shí)R-R間隔標(biāo)準(zhǔn)差在 1 600 m和5 000 m伊犁馬間呈極顯著差異，相鄰R-R間期平均值在1 000 m和5 000 m伊犁馬間呈極顯著差異；R-R間隔均值標(biāo)準(zhǔn)差、相鄰間期差值>50 ms的百分比、全部瞬時(shí)R-R間隔的標(biāo)準(zhǔn)差等指標(biāo)在不同途程伊犁馬間呈顯著差異，顯示不同途程比賽性能優(yōu)異的伊犁馬神經(jīng)活動(dòng)類型呈現(xiàn)出一定的差異，這些指標(biāo)是影響伊犁馬神經(jīng)活動(dòng)的主要因素，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)這些HRV指標(biāo)來(lái)對(duì)伊犁馬進(jìn)行早期運(yùn)動(dòng)選材，提高運(yùn)動(dòng)型伊犁馬的選擇效率。