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.天津體育學院，天津 300381；

2.新疆農業(yè)大學，新疆烏魯木齊 830091）

耐力馬心率變異和血氣指標與耐力運動能力的關聯(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.天津體育學院，天津 300381；

2.新疆農業(yè)大學，新疆烏魯木齊 830091）

在耐力賽中，賽馬自身的耐力運動能力是決定比賽結果的關鍵因素，而心臟和血液的功能是決定機體耐力能力的兩個重要指標，本研究通過對賽馬的心率變異性（HRV）和血氣測試，找到關聯(lián)于其耐力能力的指標。

耐力賽馬；耐力能力；心率變異；血氣；運動選材

心率變異性（HRV）是評價心臟功能的一個有效指標，它指兩次心跳之間時間的變化，即心電圖中兩個R波之間距離的變化，由于它產生于自主神經系統(tǒng)對心臟竇房結的調節(jié)，因而它可以間接反映心臟自主神經系統(tǒng)的平衡，并為我們評估交感和副交感神經系統(tǒng)的狀況及二者的相互作用提供參考［1］。在醫(yī)學上，HRV是一個常用指標，有研究表明，HRV是預測心肌梗塞的重要指標［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)了很多關于馬心率變異研究，Nagel等人發(fā)現(xiàn)母馬懷孕后期HRV會明顯升高［5］；Munsters等人指出HRV是測量馬服從性的有效指標［6］，同時他也證明了HRV是檢測馬所受壓力的有效指標［7］；Kinnunen等人則表明HRV是監(jiān)測馬運動中心血管反射的有效方法［8］。此外，HRV也被廣泛應用于體育科研中，已有研究表明HRV與最大攝氧量之間顯著正相關［9］；Melanson等人證明了12周的耐力訓練會使人HRV顯著上升［10］，這些研究說明HRV關聯(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可以反應人們對有氧運動的適應性［11］；Vesterinen等人表明，具有較高HRV的業(yè)余耐力運動員經過14周訓練后獲得的訓練效果顯著高于具有較低HRV的業(yè)余運動員［12］，這些研究說明，HRV可以評價機體對耐力運動的適應性，即機體的耐力運動潛力。因此，我們希望通過對耐力賽馬HRV的測試，找到與耐力運動能力相關聯(lián)的指標，以作為評價或預測其耐力能力或耐力潛力的依據。

除心臟外，血液是影響耐力能力的另一個重要因素。而且，HRV常常受到心理因素的影響，我們希望使用一個更加穩(wěn)定的輔助指標，結合HRV對馬的耐力能力進行估測。因此，在HRV測試之后，我們又使用血氣分析儀對一些馬匹血液中的紅細胞壓積，離子濃度，酸堿度（pH）、二氧化碳分壓（PCO2）等指標進行了測定，希望發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀賽馬和普通賽馬血液指標的差異，作為另一個鑒定優(yōu)秀耐力馬的指標。

一、材料與方法

（一）樣本

HRV研究的樣本為國內三次大型耐力賽的參賽馬，共計67匹；血氣研究的樣本為三次比賽之一2013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。受傷退賽及測量失誤的馬的數(shù)據不加入分析。經過分組，HRV分析中67匹馬被分為10匹優(yōu)秀馬和57匹普通馬；血氣分析中的11匹馬被分為4匹優(yōu)秀馬和7匹普通馬。

（三）測試儀器及指標

1.HRV

本研究中HRV指標的檢測使用POLAR公司RS800CX型號ploar表（及其配套軟件Polar Trainer 5）。測試時將心率接收器直接接觸馬心臟對應的體表位置，polar表位于接收器2平方米范圍以內，即可開始測試。HRV指標包括：1）時域指標：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、平均加權心跳（ms）、R-R間期的標準差（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的個數(shù)占總數(shù)的百分比（PNN50）；2）頻域指標：（1）總功率（TP）（0.003-0.400Hz之間）；（2）低頻范圍內的功率（LF）（0.040-0.150Hz）；（3）極低頻范圍內的功率（VLF）（0.003-0.040Hz）；（4）高頻范圍內的功率（HF）（0.150-0.400Hz）；（5）LF/HF（低頻與高頻的比值）。

2.血氣

本研究中，血氣指標使用ABBOTT公司i-stat設備進行檢測，血液為馬頸靜脈血，抽出后直接滴于i-stat芯片上即可進行測量。血氣指標包括：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）測試時間及馬匹測試狀態(tài)

由于本研究的目的是發(fā)掘HRV和血氣指標對耐力運動能力的預測性，所以所有指標在賽馬安靜狀態(tài)時測得。

（五）統(tǒng)計

優(yōu)秀組和普通組之間HRV和血氣指標差異的顯著性由獨立樣本t檢驗計算，統(tǒng)計軟件為SPSS17.0。

二、結果

（一）HRV研究

經過測量和統(tǒng)計，我們發(fā)現(xiàn)，14個HRV指標中，有3個指標在優(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）和平均加權心跳（t=2.43，P=0.02），見表1，圖1。

表1 優(yōu)秀組和普通組中賽馬心率變異各指標及組間比較

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

（二）血氣研究

經過測量和統(tǒng)計，我們發(fā)現(xiàn)，12個血氣指標中，有2個指標在優(yōu)秀組和普通組之間存在顯著性差異，分別為：紅細胞壓積（Hct）（t=-2.85，P=0.02）和血紅蛋白含量（Hb）（t=-2.88，P=0.02），見表2，圖2。

表2 優(yōu)秀組和普通組之間血氣指標及組間差異

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

三、討論

本研究通過對耐力馬血氣和HRV測試，發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀馬和普通馬的一些心臟和血液指標存在顯著性差異，這些指標為：血紅蛋白含量，紅細胞壓積，平均RR間距，最大RR間距和平均加權心跳。

R波是心電圖中心室肌除極化時的電位變化，兩個R波之間的距離即一個心動周期，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，說明其平均安靜心率顯著低于普通馬。同時，優(yōu)秀馬最大RR間距顯著大于普通馬，說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，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，較低的安靜心率也使優(yōu)秀馬在運動時具有更大的心儲備，使其在持久的耐力運動中獲得體能的優(yōu)勢。這一點在人類中早已被證明，人類耐力運動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動中更易發(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耐力能力的另一個原因。

平均加權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。我們認為，造成這一現(xiàn)象在的原因為：優(yōu)秀馬心率的變化性更強，雖然其較長時間處于較低頻率，但在受到外界刺激時，比如工作人員說話，經過，polar表開關時的響聲，汽車鳴笛聲等，其心率可以迅速升高并維持，因此其達到較高心率的頻率大于普通馬，導致其加權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，達到高心率的頻率很小，導致其加權平均心率顯著小于優(yōu)秀馬。

已經有研究表明，耐力馬的速度與其血液的氧運輸能力，pH，電解質濃度及總蛋白量顯著相關。本研究的的結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)定時間內完成比賽）的血紅蛋白含量和紅細胞壓積顯著高于普通馬，但不同之處在于本研究并沒有發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀馬和普通馬血液pH和電解質濃度的差異。紅細胞壓積是指一定量的抗凝全血經離心沉淀后，測得下沉的紅細胞占全血的容積比，是一種間接反映紅細胞數(shù)量大小及體積的方法［19-21］；血紅蛋白是高等生物體內負責運載氧的一種蛋白質，其含量直接關系到血液攜氧能力［16，19，21］。本研究中，優(yōu)秀馬的紅細胞壓積和血紅蛋白含量顯著大于普通馬，說明優(yōu)秀馬的血液具有更加強的運氧能力。

綜合以上觀點，我們認為，相比于普通耐力馬，優(yōu)秀耐力馬具有更強的心臟射血能力、心率調節(jié)能力和血液攜氧能力，因此優(yōu)秀馬的鑒定過程如下：1.）由于HRV的檢測過程無創(chuàng)，方便且快捷，我們把它作為首要檢測方法，指標如下：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的馬；2.）血氣檢測相對成本昂貴且有創(chuàng)傷，因此我們把它作為輔助和驗證的方法，指標如下：一匹紅細胞壓積較高（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的馬。當然，由于國內外耐力賽水平差距很大，這些數(shù)值只適用于中國比賽。

四、結論

我們發(fā)現(xiàn)，相比于普通馬，優(yōu)秀耐力馬具有更強的心臟射血能力，心率調節(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，平均加權心率，血紅蛋白含量和紅細胞壓積。因此，我們認為前三個HRV指標（由于其簡單易行且無創(chuàng)）可以作為主要的預測優(yōu)秀耐力馬指標，而后兩個血氣指標（由于其成本較高且有創(chuàng)傷）則作為輔助和驗證。

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責任編校：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

國家科技部科技支撐項目《速步、乳用、耐力馬新品種（系）培育及良種擴繁技術研究與集成示范》（項目編號：2012BAD44B00）。

2015-11-20

藺相（1989-），天津體育學院碩士研究生。主要研究方向：生理學；

文立（1969-），天津體育學院科研處副處長，教授。主要研究方向：運動人體科學。