藺相 文立 張健 任旸 劉定一 何有瑜 任聰 姚新奎 劉汝軍 張勇

（1.天津體育學(xué)院，天津 300381；

2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，新疆烏魯木齊 830091）

耐力馬心率變異和血?dú)庵笜?biāo)與耐力運(yùn)動(dòng)能力的關(guān)聯(lián)研究※

藺相1文立1張健1任旸1劉定一1何有瑜1任聰1姚新奎2劉汝軍2張勇1

（1.天津體育學(xué)院，天津 300381；

2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，新疆烏魯木齊 830091）

在耐力賽中，賽馬自身的耐力運(yùn)動(dòng)能力是決定比賽結(jié)果的關(guān)鍵因素，而心臟和血液的功能是決定機(jī)體耐力能力的兩個(gè)重要指標(biāo)，本研究通過(guò)對(duì)賽馬的心率變異性（HRV）和血?dú)鉁y(cè)試，找到關(guān)聯(lián)于其耐力能力的指標(biāo)。

耐力賽馬；耐力能力；心率變異；血?dú)?；運(yùn)動(dòng)選材

心率變異性（HRV）是評(píng)價(jià)心臟功能的一個(gè)有效指標(biāo)，它指兩次心跳之間時(shí)間的變化，即心電圖中兩個(gè)R波之間距離的變化，由于它產(chǎn)生于自主神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)心臟竇房結(jié)的調(diào)節(jié)，因而它可以間接反映心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)的平衡，并為我們?cè)u(píng)估交感和副交感神經(jīng)系統(tǒng)的狀況及二者的相互作用提供參考［1］。在醫(yī)學(xué)上，HRV是一個(gè)常用指標(biāo)，有研究表明，HRV是預(yù)測(cè)心肌梗塞的重要指標(biāo)［2］，更有研究證明了HRV隨著心率衰竭的程度而發(fā)生變化［3，4］。2010年以后出現(xiàn)了很多關(guān)于馬心率變異研究，Nagel等人發(fā)現(xiàn)母馬懷孕后期HRV會(huì)明顯升高［5］；Munsters等人指出HRV是測(cè)量馬服從性的有效指標(biāo)［6］，同時(shí)他也證明了HRV是檢測(cè)馬所受壓力的有效指標(biāo)［7］；Kinnunen等人則表明HRV是監(jiān)測(cè)馬運(yùn)動(dòng)中心血管反射的有效方法［8］。此外，HRV也被廣泛應(yīng)用于體育科研中，已有研究表明HRV與最大攝氧量之間顯著正相關(guān)［9］；Melanson等人證明了12周的耐力訓(xùn)練會(huì)使人HRV顯著上升［10］，這些研究說(shuō)明HRV關(guān)聯(lián)于耐力能力，且隨著人耐力能力的變化而變化。更重要的是，Carter等人表明，HRV可以反應(yīng)人們對(duì)有氧運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)性［11］；Vesterinen等人表明，具有較高HRV的業(yè)余耐力運(yùn)動(dòng)員經(jīng)過(guò)14周訓(xùn)練后獲得的訓(xùn)練效果顯著高于具有較低HRV的業(yè)余運(yùn)動(dòng)員［12］，這些研究說(shuō)明，HRV可以評(píng)價(jià)機(jī)體對(duì)耐力運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)性，即機(jī)體的耐力運(yùn)動(dòng)潛力。因此，我們希望通過(guò)對(duì)耐力賽馬HRV的測(cè)試，找到與耐力運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)，以作為評(píng)價(jià)或預(yù)測(cè)其耐力能力或耐力潛力的依據(jù)。

除心臟外，血液是影響耐力能力的另一個(gè)重要因素。而且，HRV常常受到心理因素的影響，我們希望使用一個(gè)更加穩(wěn)定的輔助指標(biāo)，結(jié)合HRV對(duì)馬的耐力能力進(jìn)行估測(cè)。因此，在HRV測(cè)試之后，我們又使用血?dú)夥治鰞x對(duì)一些馬匹血液中的紅細(xì)胞壓積，離子濃度，酸堿度（pH）、二氧化碳分壓（PCO2）等指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定，希望發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀賽馬和普通賽馬血液指標(biāo)的差異，作為另一個(gè)鑒定優(yōu)秀耐力馬的指標(biāo)。

一、材料與方法

（一）樣本

HRV研究的樣本為國(guó)內(nèi)三次大型耐力賽的參賽馬，共計(jì)67匹；血?dú)庋芯康臉颖緸槿伪荣愔?013年多倫耐力賽中的11匹賽馬。

（二）分組

由于在耐力賽中完賽馬匹的數(shù)量較少，因此，在本研究中，我們將完賽的馬定義為優(yōu)秀馬，將未完賽的馬定義為普通馬。受傷退賽及測(cè)量失誤的馬的數(shù)據(jù)不加入分析。經(jīng)過(guò)分組，HRV分析中67匹馬被分為10匹優(yōu)秀馬和57匹普通馬；血?dú)夥治鲋械?1匹馬被分為4匹優(yōu)秀馬和7匹普通馬。

（三）測(cè)試儀器及指標(biāo)

1.HRV

本研究中HRV指標(biāo)的檢測(cè)使用POLAR公司RS800CX型號(hào)ploar表（及其配套軟件Polar Trainer 5）。測(cè)試時(shí)將心率接收器直接接觸馬心臟對(duì)應(yīng)的體表位置，polar表位于接收器2平方米范圍以內(nèi)，即可開始測(cè)試。HRV指標(biāo)包括：1）時(shí)域指標(biāo)：平均心率、最低平均R-R間期值、平均R-R間期值、最高平均R-R間期值、平均加權(quán)心跳（ms）、R-R間期的標(biāo)準(zhǔn)差（SDNN）、相鄰R-R間期之差的均方根值（RMSSD）以及R-R間期與平均R-R間期值之差大于50 ms的個(gè)數(shù)占總數(shù)的百分比（PNN50）；2）頻域指標(biāo)：（1）總功率（TP）（0.003-0.400Hz之間）；（2）低頻范圍內(nèi)的功率（LF）（0.040-0.150Hz）；（3）極低頻范圍內(nèi)的功率（VLF）（0.003-0.040Hz）；（4）高頻范圍內(nèi)的功率（HF）（0.150-0.400Hz）；（5）LF/HF（低頻與高頻的比值）。

2.血?dú)?/p>

本研究中，血?dú)庵笜?biāo)使用ABBOTT公司i-stat設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，血液為馬頸靜脈血，抽出后直接滴于i-stat芯片上即可進(jìn)行測(cè)量。血?dú)庵笜?biāo)包括：Na（mmol/L）、Cl（mmol/L）、二氧化碳總量TCO2（mmol/L）、血尿素氮BUNmg/dL、血糖Glu（mg/dL）、Hct（紅細(xì)胞壓積）、pH、二氧化碳分壓PCO2（mmHg）、碳酸氫根濃度HCO3（mmol/L）、剩余堿BEecf（mmol/L）、陰離子隙AnGap（mmol/L）、血紅蛋白含量（Hb*g/dL）。

（四）測(cè)試時(shí)間及馬匹測(cè)試狀態(tài)

由于本研究的目的是發(fā)掘HRV和血?dú)庵笜?biāo)對(duì)耐力運(yùn)動(dòng)能力的預(yù)測(cè)性，所以所有指標(biāo)在賽馬安靜狀態(tài)時(shí)測(cè)得。

（五）統(tǒng)計(jì)

優(yōu)秀組和普通組之間HRV和血?dú)庵笜?biāo)差異的顯著性由獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)計(jì)算，統(tǒng)計(jì)軟件為SPSS17.0。

二、結(jié)果

（一）HRV研究

經(jīng)過(guò)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)，我們發(fā)現(xiàn)，14個(gè)HRV指標(biāo)中，有3個(gè)指標(biāo)在優(yōu)秀組和普通組之間存在顯著性差異，分別為：平均R-R間距（t=2.38，P=0.02），最大R-R間距（t=2.70，P=0.01）和平均加權(quán)心跳（t=2.43，P=0.02），見(jiàn)表1，圖1。

表1 優(yōu)秀組和普通組中賽馬心率變異各指標(biāo)及組間比較

圖1 優(yōu)秀組和普通組的平均RR間距，最大RR間距和平均加權(quán)心跳及其組間差異

（二）血?dú)庋芯?/p>

經(jīng)過(guò)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)，我們發(fā)現(xiàn)，12個(gè)血?dú)庵笜?biāo)中，有2個(gè)指標(biāo)在優(yōu)秀組和普通組之間存在顯著性差異，分別為：紅細(xì)胞壓積（Hct）（t=-2.85，P=0.02）和血紅蛋白含量（Hb）（t=-2.88，P=0.02），見(jiàn)表2，圖2。

表2 優(yōu)秀組和普通組之間血?dú)庵笜?biāo)及組間差異

圖2 優(yōu)秀組和普通組的血紅蛋白含量（Hb）和紅細(xì)胞壓積Hct）及其差異

三、討論

本研究通過(guò)對(duì)耐力馬血?dú)夂虷RV測(cè)試，發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀馬和普通馬的一些心臟和血液指標(biāo)存在顯著性差異，這些指標(biāo)為：血紅蛋白含量，紅細(xì)胞壓積，平均RR間距，最大RR間距和平均加權(quán)心跳。

R波是心電圖中心室肌除極化時(shí)的電位變化，兩個(gè)R波之間的距離即一個(gè)心動(dòng)周期，因此，兩組間平均RR距離的差異即可理解為其心率的差異［13］。本研究中，優(yōu)秀馬平均RR距離顯著大于普通馬，說(shuō)明其平均安靜心率顯著低于普通馬。同時(shí)，優(yōu)秀馬最大RR間距顯著大于普通馬，說(shuō)明其最低心率顯著低于普通馬。優(yōu)秀馬較低的心率表明其心臟射血能力強(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［14］。同時(shí)，較低的安靜心率也使優(yōu)秀馬在運(yùn)動(dòng)時(shí)具有更大的心儲(chǔ)備，使其在持久的耐力運(yùn)動(dòng)中獲得體能的優(yōu)勢(shì)。這一點(diǎn)在人類中早已被證明，人類耐力運(yùn)動(dòng)員具有顯著低于常人的安靜心率［15］。另外，有研究表明，相比于心率較低的耐力馬，心率較高的耐力馬在耐力運(yùn)動(dòng)中更易發(fā)生代謝性堿中毒［16］，這可能是造成低心率耐力馬具有更強(qiáng)耐力能力的另一個(gè)原因。

平均加權(quán)心率為所有心率乘以其出現(xiàn)頻率之和［17］。優(yōu)秀馬具有較高的平均加權(quán)心率，但是其平均RR間期，最低RR間期和最高RR間期都高于普通馬。我們認(rèn)為，造成這一現(xiàn)象在的原因?yàn)椋簝?yōu)秀馬心率的變化性更強(qiáng)，雖然其較長(zhǎng)時(shí)間處于較低頻率，但在受到外界刺激時(shí)，比如工作人員說(shuō)話，經(jīng)過(guò)，polar表開關(guān)時(shí)的響聲，汽車?guó)Q笛聲等，其心率可以迅速升高并維持，因此其達(dá)到較高心率的頻率大于普通馬，導(dǎo)致其加權(quán)心率顯著大于普通馬。而普通馬雖然平均心率較高，但其變化性差，達(dá)到高心率的頻率很小，導(dǎo)致其加權(quán)平均心率顯著小于優(yōu)秀馬。

已經(jīng)有研究表明，耐力馬的速度與其血液的氧運(yùn)輸能力，pH，電解質(zhì)濃度及總蛋白量顯著相關(guān)。本研究的的結(jié)果與其相同處于在于證明了優(yōu)秀馬（即速度較快，能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成比賽）的血紅蛋白含量和紅細(xì)胞壓積顯著高于普通馬，但不同之處在于本研究并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀馬和普通馬血液pH和電解質(zhì)濃度的差異。紅細(xì)胞壓積是指一定量的抗凝全血經(jīng)離心沉淀后，測(cè)得下沉的紅細(xì)胞占全血的容積比，是一種間接反映紅細(xì)胞數(shù)量大小及體積的方法［19-21］；血紅蛋白是高等生物體內(nèi)負(fù)責(zé)運(yùn)載氧的一種蛋白質(zhì)，其含量直接關(guān)系到血液攜氧能力［16，19，21］。本研究中，優(yōu)秀馬的紅細(xì)胞壓積和血紅蛋白含量顯著大于普通馬，說(shuō)明優(yōu)秀馬的血液具有更加強(qiáng)的運(yùn)氧能力。

綜合以上觀點(diǎn)，我們認(rèn)為，相比于普通耐力馬，優(yōu)秀耐力馬具有更強(qiáng)的心臟射血能力、心率調(diào)節(jié)能力和血液攜氧能力，因此優(yōu)秀馬的鑒定過(guò)程如下：1.）由于HRV的檢測(cè)過(guò)程無(wú)創(chuàng)，方便且快捷，我們把它作為首要檢測(cè)方法，指標(biāo)如下：一匹平均RR間期較大（約1416.60±362.84，或更高），最大RR間期較大（約1569.40±377.31，或更高），平均加權(quán)心跳較高（約1424.50±360.09，或更高）的馬可能是一匹耐力能力較強(qiáng)的馬；2.）血?dú)鈾z測(cè)相對(duì)成本昂貴且有創(chuàng)傷，因此我們把它作為輔助和驗(yàn)證的方法，指標(biāo)如下：一匹紅細(xì)胞壓積較高（約41.25±3.10，或更高），血紅蛋白含量較高（約14.3±1.05*g/dL，或更高）的馬可能是一匹耐力能力較強(qiáng)的馬。當(dāng)然，由于國(guó)內(nèi)外耐力賽水平差距很大，這些數(shù)值只適用于中國(guó)比賽。

四、結(jié)論

我們發(fā)現(xiàn)，相比于普通馬，優(yōu)秀耐力馬具有更強(qiáng)的心臟射血能力，心率調(diào)節(jié)能力和血液攜氧能力，表現(xiàn)在其較高的平均RR間期，最大RR間期，平均加權(quán)心率，血紅蛋白含量和紅細(xì)胞壓積。因此，我們認(rèn)為前三個(gè)HRV指標(biāo)（由于其簡(jiǎn)單易行且無(wú)創(chuàng)）可以作為主要的預(yù)測(cè)優(yōu)秀耐力馬指標(biāo)，而后兩個(gè)血?dú)庵笜?biāo)（由于其成本較高且有創(chuàng)傷）則作為輔助和驗(yàn)證。

［1］Bigger JT，Jr.，F(xiàn)leiss JL，Steinman RC，Rolnitzky LM，Kleiger RE，et al.（1992）Frequency domain measures of heart period variability and mortalityafter myocardial infarction.Circulation 85：164-171.

［2］Kleiger RE，Miller JP，Bigger JT，Jr.，Moss AJ（1987）Decreased heart rate variabilityand its association with increased mortality after acute myocardial infarction.AmJ Cardiol 59：256-262.

［3］Hadase M，Azuma A，Zen K，Asada S，Kawasaki T，et al.（2004）Verylowfrequencypower of heart rate variabilityis a powerful predictor ofclinical prognosis in patients with congestive heart failure.Circ J 68：343-347.

［4］Burger AJ，Aronson D（2001）Effect ofdiabetes mellitus on heart rate variability in patients with congestive heart failure.Pacing Clin Electrophysiol 24：53-59.

［5］Nagel C，Aurich J，Aurich C（2011）Heart rate and heart rate variability in the pregnant mare and its foetus.Reprod Domest Anim 46：990-993.

［6］Munsters CC，Visser KE，van den Broek J，Sloet van Oldruitenborgh-Oosterbaan MM（2012）The influence of challenging objects and horse-rider matching on heart rate，heart rate variability and behavioural score in ridinghorses.Vet J 192：75-80.

［7］Munsters CC，de Gooijer JW，van den Broek J，van Oldruitenborgh-Oosterbaan MM（2013）Heart rate，heart rate variability and behaviour ofhorses duringair transport.Vet Rec 172：15.

［8］Kinnunen S，Laukkanen R，Haldi J，Hanninen O，Atalay M（2006）Heart rate variabilityin trotters duringdifferent trainingperiods.E-quine Vet J Suppl：214-217.

［9］Brown TE，Beightol LA，Koh J，Eckberg DL（1993）Important influence ofrespiration on human R-R interval power spectra is largelyignored.J Appl Physiol（1985）75：2310-2317.

［10］Melanson EL，F(xiàn)reedson PS（2001）The effect of endurance training on resting heart rate variability in sedentary adult males.Eur J Appl Physiol 85：442-449.

［11］Carter JB，Banister EW，Blaber AP（2003）The effect ofage and gender on heart rate variability after endurance training.Med Sci Sports Exerc 35：1333-1340.

［12］Vesterinen V，Hakkinen K，Hynynen E，Mikkola J，Hokka L，et al.（2013）Heart rate variability in prediction of individual adaptation to endurance training in recreational endurance runners.Scand J Med Sci Sports 23：171-180.

［13］Illera JC，Illera M（1987）Electrocardiographyand heart score of horses competingin an endurance ride.Aust Vet J 64：88-89.

［14］AmoryH，Votion DM，F(xiàn)raipont A，Goachet AG，Robert C，et al.（2010）Altered systolic left ventricular function in horses completing a long distance endurance race.Equine Vet J Suppl：216-219.

［15］Coyle EF（1995）Integration of the physiological factors determiningendurance performance ability.Exerc Sport Sci Rev23：25-63.

［16］Rose RJ，IlkiwJE，Martin IC（1979）Blood-gas，acid-base and haematological values in horses duringan endurance ride.Equine Vet J 11：56-59.

［17］Vermeulen AD，Evans DL（2006）Measurements of fitness in thoroughbred racehorses usingfield studies ofheart rate and velocitywith a global positioningsystem.Equine Vet J Suppl：113-117.

［18］HoffmanRM，HessTM，WilliamsCA，KronfeldDS，Griewe-Crandell KM，et al.（2002）Speed associated with plasma pH，oxygen content，total protein and urea in an 80 km race.Equine Vet J Suppl：39-43.

［19］Connes P，Bouix D，Durand F，Kippelen P，Mercier J，et al.（2004）Is hemoglobin desaturation related to blood viscosity in athletes duringexercise？Int J Sports Med 25：569-574.

［20］Craig L，Hintz HF，Soderholm LV，Shaw KL，Schryver HF（1985）Changes in blood constituents accompanying exercise in polo horses.Cornell Vet 75：297-302.

［21］Rose RJ（1982）Haematological changes associated with endurance exercise.Vet Rec 110：175-177.

責(zé)任編校：夏云建

Study of Correlation between Heart Rate Variability&Blood Gas Indexes and Endurance Performance of Stamina Horses

LIN Xiang1WEN Li1ZHANG Jian1REN Yang1LIU Ding-yi1
HE You-yu1REN Cong1YAO Xin-kui2LIU Ru-jun2ZHANG Yong1

（1.Tianjin Institute of Physical Education，Tianjin，300381，China；
2.Xinjiang Agricultural University，Urumqi，Xinjiang，830091，China）

In endurance races of horses，the racing horse's stamina is the key factor of all that decide the race result.However，stamina is a comprehensive parameter influenced by many factors.So it is difficult to find an effective index to identify it in a racing horse.The functions of both heart and blood are the two important indexes for the endurance performance.This research tries to find indexes related to a racing horse's stamina by testing its heart rate variability（HRV）and blood gas.

endurance race ofhorses；stamina；heart rate variability；blood gas；selection ofathletic horses

F882.2

A

2095-7955（2015）06-0033-04

國(guó)家科技部科技支撐項(xiàng)目《速步、乳用、耐力馬新品種（系）培育及良種擴(kuò)繁技術(shù)研究與集成示范》（項(xiàng)目編號(hào)：2012BAD44B00）。

2015-11-20

藺相（1989-），天津體育學(xué)院碩士研究生。主要研究方向：生理學(xué)；

文立（1969-），天津體育學(xué)院科研處副處長(zhǎng)，教授。主要研究方向：運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)。