黃晶晶,孟 軍,王建文,曾亞琦,孔麒森,褚洪忠,姚新奎,葛世萌,張凱麗,任 湘
(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.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)馬產(chǎn)業(yè)研究院,烏魯木齊 830052;3.新疆馳霄博駿畜牧業(yè)有限公司,烏魯木齊 830052;4.新疆伊犁哈薩克自治州畜牧科學(xué)研究所,新疆伊犁 835000)
【研究意義】在速度賽馬中,馬匹不僅需要在短時(shí)間內(nèi)完成一系列的技術(shù)動(dòng)作,還需要保持靈敏的反應(yīng),神經(jīng)和心理都會(huì)經(jīng)受考驗(yàn),當(dāng)馬匹長(zhǎng)時(shí)間處于疲勞狀態(tài)且不能得到有效恢復(fù),很可能會(huì)引起機(jī)體功能性障礙,損害機(jī)體健康,從而影響到運(yùn)動(dòng)性能的發(fā)揮;同時(shí),賽前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也會(huì)直接影響到馬匹的競(jìng)賽性能。因此,馬匹的運(yùn)動(dòng)性疲勞監(jiān)測(cè)及賽前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的評(píng)估具有重要的意義。【前人研究進(jìn)展】心率變異性(HRV)是無(wú)創(chuàng)評(píng)估運(yùn)動(dòng)對(duì)心臟自主神經(jīng)功能影響的有效手段之一,近年來(lái)廣泛應(yīng)用于休閑體育及高性能訓(xùn)練方面,其在馬方面的研究與應(yīng)用也越來(lái)越廣泛[1-5]。心率受到自主神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié),心率變異性是評(píng)估自主神經(jīng)系統(tǒng)功能的重要指標(biāo)之一,當(dāng)馬匹處于靜息狀態(tài)時(shí),由于緊張性迷走神經(jīng)的作用使得心率降低而HRV升高[6];當(dāng)運(yùn)動(dòng)時(shí),迷走神經(jīng)張力消除而使得心率升高,同時(shí)受到交感神經(jīng)和神經(jīng)性體液調(diào)節(jié)的共同作用,心率會(huì)進(jìn)一步升高[7-8];當(dāng)馬匹進(jìn)入賽后休息階段時(shí),交感神經(jīng)張力消除,副交感神經(jīng)作用再次占主導(dǎo)地位[9]?!颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】當(dāng)動(dòng)物處于良好休息狀態(tài)時(shí)其心率變異性較興奮時(shí)具有差異[10],奶牛站立時(shí)HR、LH/HF、RMSSD和RMSSD、HF較臥倒時(shí)高[11]。對(duì)馬匹的研究結(jié)果顯示,馬匹的HRV受到性別、年齡、運(yùn)動(dòng)時(shí)間等因素的影響[12],不同類型的運(yùn)動(dòng)其心率變異性也會(huì)呈現(xiàn)一定的差異[13]。目前,國(guó)內(nèi)關(guān)于馬匹運(yùn)動(dòng)對(duì)HRV的影響研究報(bào)道甚少。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】研究通過(guò)對(duì)伊犁馬測(cè)試賽前后HRV指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),分析馬匹運(yùn)動(dòng)前后HRV指標(biāo)變化規(guī)律,并對(duì)比分析優(yōu)秀組與普通組伊犁馬HRV差異,以期為伊犁馬運(yùn)動(dòng)性疲勞監(jiān)測(cè)及馬匹運(yùn)動(dòng)狀態(tài)評(píng)估提供數(shù)據(jù)參考。
試驗(yàn)選取伊犁哈薩克自治州昭蘇馬場(chǎng)2歲伊犁馬20匹,所選馬匹健康狀況良好,體尺接近,對(duì)所選馬匹進(jìn)行統(tǒng)一飼養(yǎng)管理。測(cè)試跑道為寬28 m、周長(zhǎng)2 000 m的沙道。
將試驗(yàn)用馬匹佩戴Polar Equine V800心率表,使得心率接收器直接接觸馬匹心臟所對(duì)應(yīng)的體表位置,并將心率表調(diào)至R-R間距模式。組織馬匹進(jìn)行2 000 m測(cè)試賽,使馬匹全力沖刺跑完全程,根據(jù)測(cè)試賽成績(jī),將馬匹分為優(yōu)秀組(10匹)和普通組(10匹)。分組情況:將比賽用時(shí)在196.4±2.76 s的馬匹分為優(yōu)秀組,將比賽用時(shí)在25.9±13.77s的馬匹分為普通組。根據(jù)心率表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),采用Kubioshrv軟件整理賽前、賽后即刻、賽后30 min和賽后1 h的心率變異性(HRV)指標(biāo)數(shù)據(jù),其中HRV時(shí)域指標(biāo)包括:全部正常R-R間期的平均值(Mean RR)、全部正常R-R間距的標(biāo)準(zhǔn)差(SDNN)、平均心率(Mean HR)、相鄰R-R間期差值的均方根(RMSSD)和相鄰R-R間距差>50 ms的個(gè)數(shù)占總心跳次數(shù)的百分比(PNN50);頻域指標(biāo)包括:極低頻率(VLF)、低頻功率(LF)、高頻功率(HF)和低頻與高頻的比值(LF/HF);非線性指標(biāo)包括:全部正常R-R間距的標(biāo)準(zhǔn)差(Y)(SD1)和全部正常R-R間距的標(biāo)準(zhǔn)差(X)(SD2)。
表1 分組情況
Table 1 Grouping
優(yōu)秀組Excellent Group普通組Ordinary Group成績(jī)Result196.4±2.76B225.9±13.77A
通過(guò)Excel對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,并通過(guò)SPSS 20.0軟件對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)HRV數(shù)據(jù)進(jìn)行One-Way ANOVA方差分析和Duncan’s多重比較,對(duì)優(yōu)秀組和普通組HRV數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)。結(jié)果以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。
研究表明,經(jīng)過(guò)2 000 m測(cè)試賽,所測(cè)四個(gè)時(shí)間點(diǎn)馬匹HRV時(shí)域指標(biāo)中Mean RR、SDNN、RMSSD和PNN50呈現(xiàn)出先下降后升高的趨勢(shì),Mean HR呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)。在優(yōu)秀組馬匹中,Mean RR賽后即刻極顯著低于其余賽前、賽后30 min和賽后1 h(P<0.01),賽后1 h極顯著低于賽前(P<0.01);SDNN和PNN50賽后即刻極顯著低于賽前和賽后1 h(P<0.01),賽后1 h與賽前差異性不顯著(P>0.05);Mean HR賽后即刻極顯著高于賽前和賽后30 min(P<0.01),賽后1 h與賽前差異性不顯著(P>0.05);RMSSD賽后即刻極顯著低于賽前(P<0.01),顯著低于賽后30 min(P<0.05),賽后1 h與賽前差異性不顯著(P>0.05)。在普通組馬匹中,Mean RR賽后即刻與其余三個(gè)檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)之間均呈現(xiàn)出極顯著差異性(P<0.01),賽后1 h與賽前呈極顯著差異(P<0.01);SDNN和PNN50在賽后即刻極顯著低于賽前(P<0.01),賽后1 h與賽前差異性不顯著(P<0.05);Mean HR賽后即刻極顯著高于賽期前和賽后1 h(P<0.01),賽后1 h極顯著高于賽前(P<0.01);RMSSD賽后即刻極顯著低于賽前和賽后1 h(P<0.01),賽后1 h與賽前差異性不顯著(P>0.05)。
通過(guò)對(duì)優(yōu)秀組和普通組馬匹HRV時(shí)域指標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)表明,賽前Mean RR、SDNN和RMSSD優(yōu)秀組馬匹均顯著高于普通組馬匹(P<0.05);賽后即刻Mean RR優(yōu)秀組馬匹極顯著高于普通組馬匹(P<0.01),PNN50優(yōu)秀組馬匹顯著高于普通組馬匹(P<0.05)。表2
表2 2 000 m測(cè)試賽HRV時(shí)域指標(biāo)變化
Table 2 Changes in HRV time domain indicators of the 2,000 m test match
分組Grouping賽前Before match賽后即刻Finish immediately賽后30minAfter 30 min賽后1hAfter 1 hMean RR(ms)優(yōu)秀組1 366.46±94.26A?506.03±26.09D??784.84±125.88C1 059.47±174.75B普通組1 155.18±162.30A429.58±33.73D674.56±96.41C889.40±143.74BSDNN (ms)優(yōu)秀組53.82±15.37Aa?20.63±6.27Cb26.62±7.08BCb42.93±14.21ABa普通組35.09±15.30Aa14.57±5.42Bc20.75±8.55ABbc32.84±10.94ABabMean HR(ms)優(yōu)秀組43.52±2.67Cc139.35±22.69Aa80.38±11.71Bb59.10±10.20BCc普通組44.81±3.19Cd163.11±18.31Aa89.96±14.94Bb71.77±15.71BcRMSSD(ms)優(yōu)秀組39.34±5.57Aa?10.04±6.79Cc20.7±10.32BCb33.32±9.40ABa普通組31.40±8.68Aa6.64±5.19Bc18.77±10.15ABb29.76±9.29AaPNN50優(yōu)秀組18.29±6.34Aa2.20±0.81Cb?4.84±2.26BCb13.50±10.20ABa普通組14.92±8.59Aa1.02±0.63Bc3.68±2.89Bbc10.37±7.48ABac
注:同行肩標(biāo)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)。同列優(yōu)秀組與一般組相比差異顯著肩標(biāo)*,差異極顯著肩標(biāo)**。下同
Note:In the same column,values with different superscripts lower case are significantly different(P<0.05),values with different superscriptscapital letters are greatly significantly different (P<0.01).In the samer rank excellent group compared with the general group, values with*mean significant difference(P<0.05),With**mean extremely significant difference (P<0.01).The same as below
研究表明,經(jīng)過(guò)2 000 m測(cè)試賽,所測(cè)四個(gè)時(shí)間點(diǎn)馬匹HRV頻域指標(biāo)中VLF、LF和HF呈現(xiàn)出先下降后升高的趨勢(shì),LF/HF呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)。在優(yōu)秀組馬匹中,VLF、LF和HF賽后即刻極顯著低于賽前和賽后1 h(P<0.01),LF和HF賽后1 h與賽前之間呈極顯著差異(P<0.01);LF/HF在賽后即刻顯著高于賽前(P<0.05),賽后1 h與賽前之間差異不顯著(P>0.05)。在普通組馬匹中,VLF和LF在賽后即刻極顯著低于賽前和賽后1 h(P<0.01),賽后1 h與賽前之間差異性不顯著(P>0.05);HF在賽后即刻與賽前之間呈極顯著差異(P<0.01),賽后1 h與賽前之間差異性不顯著(P>0.05)。
通過(guò)對(duì)優(yōu)秀組和普通組馬匹HRV時(shí)域指標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)表明,VLF和LF賽后即刻優(yōu)秀組馬匹均顯著低于普通組馬匹(P<0.05);VLF賽后30 min優(yōu)秀組馬匹顯著低于普通組馬匹(P<0.05)。表3
研究表明,經(jīng)過(guò)2 000 m測(cè)試賽,所測(cè)四個(gè)時(shí)間點(diǎn)馬匹HRV非線性指標(biāo)中SD1和SD2均呈現(xiàn)出先下降后升高的趨勢(shì)。在優(yōu)秀組馬匹中,SD1和SD2均呈現(xiàn)出賽后即刻極顯著低于賽前和賽后1 h(P<0.01),賽后1 h與賽前之間差異性不顯著(P>0.05)。在普通組馬匹中,SD2賽后即刻極顯著低于賽前(P<0.01),賽后1 h與賽前之間差異性不顯著(P>0.05)。表4
表3 2 000 m測(cè)試賽HRV頻域指標(biāo)變化
Table 3 Changes in HRV frequency domain indicators of the 2,000 m test race
分組Grouping賽前Before match賽后即刻Finish immediately賽后30min After 30 min賽后1hAfter 1 hVLF(ms2)優(yōu)秀組346.17±153.32Aa20.00±6.63Cc?108.60±35.53BCbc?198.80±77.49ABb普通組298.00±85.84Aa42.67±25.29Bc170.00±84.81ABb240.00±133.60AabLF(ms2)優(yōu)秀組605.40±248.40A30.29±18.47C?169.00±77.19BC300.20±159.69B普通組421.67±191.45Aa65.33±32.99Cb185.80±70.63BCb377.60±150.11ABaHF(ms2)優(yōu)秀組414.33±144.31Aa5.43±3.15Cd138.60±70.96BCc248.78±86.63Bb普通組316.00±205.10Aa4.00±5.66Bb123.20±113.07ABb161.60±75.94ABabLF/HF優(yōu)秀組1.11±0.46b2.92±2.17a2.39±1.73ab1.47±0.91ab普通組1.51±1.232.46±2.411.67±1.131.17±0.71
表4 2 000 m測(cè)試賽HRV非限制指標(biāo)變化
Table 4 Changes in HRV nonlinear indexes of the 2,000 m test race
分組Grouping賽前Before match賽后即刻Finish immediately賽后30minAfter 30 min賽后1hAfter 1 hSD1(ms)優(yōu)秀組27.89±3.94Aa5.55±5.28Cc16.70±8.57BCb31.40±14.42ABa普通組31.07±15.9114.15±9.0519.34±17.2929.40±13.64SD2(ms)優(yōu)秀組37.96±11.05A13.74±3.74C28.88±9.82B43.62±10.32AB普通組49.11±20.28Aa16.84±8.27Bc28.28±9.61ABbc39.32±14.71ABab
對(duì)馬心率變異性的研究主要為時(shí)域指標(biāo)、頻域指標(biāo)和非線性指標(biāo)[13]。時(shí)域分析中,Mean RR和SDNN可以用來(lái)評(píng)價(jià)自主神經(jīng)系統(tǒng)(ANS)的張力水平[14],而RMSSD和PNN50則與頻譜分析中的高頻相關(guān),主要反映迷走神經(jīng)張力[15]。頻域指標(biāo)中,LF和HF反應(yīng)了交感與迷走神經(jīng)的活動(dòng)情況[16],VLF反映交感神經(jīng)的調(diào)節(jié),LF主要反映交感及迷走神經(jīng)活動(dòng)的雙重作用,其中以交感神經(jīng)活動(dòng)為主,HF反映了迷走神經(jīng)功能活性[17]。LF/HF比值反映了ANS交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的絕對(duì)和相對(duì)變化,其特征反映是心臟的交感-迷走神經(jīng)平衡性。根據(jù)HRV中各指標(biāo)的變化可以描述分析交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)的變化趨勢(shì),得出馬匹此時(shí)的疲勞狀態(tài)。
在時(shí)域分析指標(biāo)中,Mean RR、SDNN用以評(píng)價(jià)ANS的張力水平;RMSSD和PNN50主要反映迷走神經(jīng)張力。對(duì)人的研究結(jié)果顯示Mean RR、SDNN和RMSSD在運(yùn)動(dòng)后都呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)[18],在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)下,PNN50會(huì)在運(yùn)動(dòng)后即刻下降,但恢復(fù)30 min后緩慢上升[19],研究結(jié)果與此一致。這主要是由于在安靜狀態(tài)下,迷走神經(jīng)相對(duì)興奮,對(duì)心跳會(huì)產(chǎn)生一定的抑制作用,所以其心率較低,而在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中則交感神經(jīng)興奮性加強(qiáng),其心跳也會(huì)加快,使得心率升高[20]。兩個(gè)相鄰的R波之間的距離即為一個(gè)心動(dòng)周期,其值越大則表明兩次心跳之間的時(shí)間越長(zhǎng)[21],因此,在運(yùn)動(dòng)后該值會(huì)呈現(xiàn)出下降,表明心率加快,研究結(jié)果顯示,Mean RR值在運(yùn)動(dòng)后下降,與此現(xiàn)象一致。對(duì)馬的研究結(jié)果顯示,在高速跑步時(shí)其RMSSD會(huì)降低[22],研究結(jié)果顯示,在運(yùn)動(dòng)后即刻極顯著低于運(yùn)動(dòng)前,與此研究結(jié)果一致。RMSSD反應(yīng)了在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中呼吸作用調(diào)節(jié)心率的情況,當(dāng)心率降低時(shí)其RMSSD值會(huì)升高,這表明RMSSD指標(biāo)可以作為反映馬匹運(yùn)動(dòng)疲勞及恢復(fù)的指標(biāo)[12]。研究中,Mean RR、SDNN、RMSSD在運(yùn)動(dòng)后都呈極顯著下降,兩組馬匹Mean HR運(yùn)動(dòng)后極顯著升高,PNN50較安靜狀態(tài)非常顯著性下降。這表明馬匹在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí),迷走神經(jīng)張力下降,交感神經(jīng)活動(dòng)加強(qiáng),運(yùn)動(dòng)后迷走神經(jīng)還沒(méi)有完全恢復(fù),馬匹此時(shí)處于疲勞狀態(tài)。
通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)員兩種強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)試,在中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后運(yùn)動(dòng)員HF下降,LF升高;而長(zhǎng)期高強(qiáng)度的耐力訓(xùn)練可以降低運(yùn)動(dòng)員安靜狀態(tài)下的心率,HF增加,LF下降,LF/HF也下降[23]。HF反映迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)功能,同時(shí)也可反映出呼吸對(duì)心臟心輸出量的作用;LF反應(yīng)交感及迷走神經(jīng)活動(dòng)的雙重作用,某些情況下反應(yīng)交感神經(jīng)張力[24]。研究中,HRV指標(biāo)VLF、LF、HF運(yùn)動(dòng)后即刻會(huì)降低,休息1 h后,基本恢復(fù)到安靜前的水平,表明交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的活性均降低,LF/HF比值較安靜狀態(tài)下升高但無(wú)顯著性差異,提示交感和迷走神經(jīng)之間平衡關(guān)系失衡,在運(yùn)動(dòng)中持續(xù)升高,迷走神經(jīng)對(duì)交感神經(jīng)的抑制減弱,且持續(xù)到運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)階段,說(shuō)明馬匹此時(shí)出現(xiàn)了一定的疲勞現(xiàn)象。
非線性行為是人類系統(tǒng)中普遍存在的,因?yàn)樗哂袕?fù)雜的動(dòng)態(tài)特性,無(wú)法用線性方法充分描述[25]。SD1和SD2表示R-R間期的標(biāo)準(zhǔn)差,SD1反映縱坐標(biāo),代表R-R間距的波動(dòng)變化,如果R-R間距波動(dòng)變化較大則SD1值也隨之變大;SD2反映橫坐標(biāo),其用來(lái)定量分析R-R間距的距離,其值的變化可直接反映心率的波動(dòng)頻率變化,表明心率波動(dòng)頻率變化越大,SD2值較大[26]。有研究表明,SD1值在遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)后呈持續(xù)下降趨勢(shì),安靜狀態(tài)與運(yùn)動(dòng)中、運(yùn)動(dòng)后均具有明顯差異,SD2值呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢(shì),安靜狀態(tài)顯著低于運(yùn)動(dòng)中SD2值[27]。研究結(jié)果顯示,SD1在運(yùn)動(dòng)后即刻較安靜狀態(tài)下極顯著降低,SD2在運(yùn)動(dòng)后呈顯著降低趨勢(shì),說(shuō)明馬匹在運(yùn)動(dòng)后導(dǎo)致心率起伏減小,并在短期恢復(fù)階段內(nèi)持續(xù)下降,心率波動(dòng)頻率顯著下降,表明此時(shí)馬匹運(yùn)動(dòng)狀態(tài)較差。
對(duì)不同鍛煉水平下的大學(xué)生心率變異性對(duì)比研究發(fā)現(xiàn),不同鍛煉水平的人在安靜狀態(tài)下HRV存在不同程度的差異,心自主神經(jīng)系統(tǒng)的功能會(huì)通過(guò)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和體育鍛煉發(fā)生變化,提高心自主神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、迷走神經(jīng)活性、交感-迷走神經(jīng)均衡指數(shù)下降等[28],對(duì)定量負(fù)荷運(yùn)動(dòng)下體育專業(yè)生與非體育生HRV比較發(fā)現(xiàn),在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,非體育生的迷走神經(jīng)減少程度較體育專業(yè)生更低,體育專業(yè)生的交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)的失衡程度小于非體育專業(yè)的學(xué)生[29]。在迷走神經(jīng)被完全阻斷后,運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度降低時(shí)其RMSSD會(huì)升高,直至達(dá)到最大攝氧量[12]。通過(guò)對(duì)優(yōu)秀組和普通組馬匹HRV時(shí)域指標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)表明,賽前Mean RR、SDNN和RMSSD優(yōu)秀組馬匹均顯著高于普通組馬匹;這一方面顯示出,優(yōu)秀組馬匹的心臟射血能力強(qiáng),每搏輸出量高,因此,減少收縮次數(shù)也可以維持相同的心輸出量[30]。同時(shí)也表明在賽前狀態(tài)下,優(yōu)秀組馬匹反應(yīng)整體HRV大小的 Mean RR和反應(yīng)迷走神經(jīng)的RMSSD顯著高于普通組,反應(yīng) HRV 整體的恢復(fù)程度 SDNN也高于顯著普通組,表明優(yōu)秀組馬匹在生理及神經(jīng)調(diào)節(jié)方面優(yōu)于普通組。因此,Mean RR、SDNN和RMSSD可以作為賽前評(píng)估馬匹運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的指標(biāo)。
伊犁馬2 000 m測(cè)試賽后Mean RR、RMSSD、SDNN、PNN50、VLF、LF、HF極顯著低于賽前靜態(tài),Mean HR和LF/HF顯著高于賽前靜態(tài),交感神經(jīng)活動(dòng)增強(qiáng),迷走神經(jīng)活動(dòng)減弱,這些指標(biāo)的變化趨勢(shì)表明,可以通過(guò)HRV來(lái)評(píng)價(jià)伊犁馬運(yùn)動(dòng)性疲勞。優(yōu)秀組賽前迷走神經(jīng)的Mean RR、RMSSD、SDNN、PNN50顯著高于普通組,這些指標(biāo)可以用來(lái)評(píng)價(jià)馬匹的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。