在标准化运动测试后，对Sulky品种标准bred快步马步态改变及变异性的定量评估

《Equine Veterinary Journal》：Quantitative assessment of gait alterations and variability in sulky-driven Standardbred trotters after a standardised exercise test

本研究通过惯性测量单元（IMU）和生理指标监测，评估了标准型温血马在标准化运动测试中的运动学响应，发现运动后头部和肩胛垂直范围减小，前肢矢状面范围增大，步态变异系数降低，表明运动诱导代谢和运动学变化，IMU有效检测非侵入性疲劳指标。

　　本研究聚焦于对赛马在标准化运动测试（SET）中上半身与四肢运动模式及步态变化的分析，旨在探索运动对马匹生理和运动表现的影响。研究采用了一种非侵入性的方法，通过惯性测量单元（IMUs）来记录和分析运动数据，同时结合心率（HR）和乳酸浓度（[La?]）等生理指标，以评估马匹在运动中的内部负荷和疲劳程度。该研究在一定程度上揭示了马匹在不同运动阶段的运动适应性变化，并为优化训练方案提供了科学依据。

### 一、研究背景与意义

在马匹训练过程中，缺乏标准化的运动强度和训练方案是影响训练效果的一个关键问题。为了更好地理解训练对马匹的影响，有必要通过科学方法评估其代谢和运动反应。这些反应不仅有助于制定个性化的训练计划，还能够提供关于疲劳发生的客观指标，从而确保马匹的健康和表现。在人类运动员中，运动强度和疲劳程度对步态参数的影响已被广泛研究，通常通过步态变化的统计方法，如步长的标准差（SD）和变异系数（CV）来分析。类似地，对于马匹而言，步态的稳定性与变化也可能成为判断疲劳的重要依据。然而，目前关于马匹步态变化的研究仍然较少，尤其是针对特定品种和运动类型。

本研究聚焦于Standardbred Warmblood trotters（温血马种的 trotters），这种马匹在运动过程中通常需要在较长时间内保持稳定的步态。研究发现，即使在没有达到极限疲劳的情况下，SET仍然能够引发一系列显著的运动参数变化，包括上半身和前肢的运动幅度变化，以及步态变化的减少。这些发现不仅对理解马匹在运动中的生理和运动反应具有重要意义，也为开发非侵入性的监测工具提供了支持。

### 二、研究对象与实验设计

本研究选取了13匹Standardbred Warmblood trotters作为实验对象，其中包括4匹母马、5匹阉马和4匹公马。这些马匹年龄在2至6岁之间，平均年龄为3.0 ± 1.1岁，且均来自同一训练场，被认为具备参与实验的体能条件。实验在一块椭圆形的砾石跑道上进行，跑道颗粒大小为0至4毫米，以减少对马匹运动的干扰。实验包括六个阶段：热身慢跑、三个逐步增加的 trot（慢跑）、一次高速 trot 和冷却慢跑。每个阶段之间有1分钟的恢复时间，以确保马匹在运动过程中不会因过度疲劳而影响实验的准确性。

为了获取生理数据，研究团队在实验过程中采集了心率和乳酸浓度。心率数据通过三导联心电图（ECG）记录，而乳酸浓度则通过从颈静脉抽取血液样本进行测量。为了减少对马匹的干扰，实验中仅选取了热身慢跑和冷却慢跑的两个30秒时间段作为分析重点。这些时间段内，马匹的运动速度保持稳定，且没有转弯或方向变化，从而确保了数据的可比性。

### 三、数据采集与处理方法

为了记录马匹的运动数据，研究团队在马匹的头部、背部、尾骨、大腿和四肢上安装了共9个无线IMUs设备。这些设备集成了3D低加速度（±8g或±16g）和高加速度（±100g或±200g）的加速度计以及3D陀螺仪（采样率为200Hz）。IMUs的安装位置遵循制造商的建议，以确保数据的准确性和一致性。此外，还使用了全球导航卫星系统（GNSS）来记录马匹的速度变化，从而提供关于运动强度的额外信息。

在数据处理方面，研究团队利用MATLAB 2022b进行数据分析。首先，IMU数据从设备中提取，并根据速度曲线的视觉检查来划分不同的运动阶段。随后，对感兴趣的30秒时间段进行手动识别，并计算步态参数的变化。对于肢体运动数据，通过加速度计和陀螺仪的角速度数据来识别蹄子接触地面和离开地面的事件，从而计算步长和步频等参数。上半身的运动数据则通过双积分计算垂直位移，进而分析其运动幅度的变化。

在分析步态变化时，研究采用了标准差（SD）和变异系数（CV）作为主要指标。SD用于衡量步态参数的离散程度，而CV则通过将SD与平均值的比值进行标准化处理，以比较不同步态参数的变化幅度。这些指标在研究中被广泛使用，以评估马匹在运动过程中步态的稳定性和一致性。

### 四、研究结果

实验结果显示，马匹在SET结束后表现出一系列显著的运动参数变化。上半身的运动幅度（ROM）在SET后明显减少，尤其是头部和背部的ROM分别下降了12.3 mm和8.5 mm，具有统计学意义（p = 0.04和p = 0.01）。这些变化可能与马匹在运动过程中为了减少能量消耗而采取的适应性策略有关，例如减少头部和背部的上下摆动，以维持更稳定的重心。

相比之下，前肢的运动幅度（特别是前肢的前后摆动）在SET后有所增加。前肢的前向最大伸展（MaxPro-front）和后向最大回缩（MaxRet-front）角度分别增加了6.9°和9.1°，同样具有统计学意义（p = 0.002和p = 0.002）。这表明，随着运动强度的增加，马匹可能调整其运动模式，以提高前肢的运动效率。

步态变化的分析结果显示，步长的标准差和变异系数均未发生显著变化，而步频的变化则呈现出一定的下降趋势。这可能意味着马匹在运动过程中为了保持稳定性，减少了步频的波动。此外，前肢的运动幅度（如ROMsag-front）的标准差和变异系数均有所下降，进一步支持了马匹在运动过程中采用更一致的步态模式。

### 五、生理参数分析

心率和乳酸浓度是评估运动强度和疲劳程度的重要生理指标。实验中，所有13匹马的心率数据被记录，但其中三匹马因设备故障或电极脱落而被排除。在SET过程中，马匹的心率表现出一定的变化，尤其是在高速 trot 阶段，心率达到208 ± 5 BPM，表明运动强度较高。然而，乳酸浓度的变化则相对较小，仅在高速 trot 阶段超过4 mmol/L，接近乳酸阈值。这表明，尽管SET的强度较高，但马匹并未达到极限疲劳状态。

乳酸阈值（VLa2和VLa4）的测定结果显示，达到2 mmol/L和4 mmol/L所需的运动速度分别为7.73 ± 1.76 m/s和9.83 ± 0.71 m/s。这表明，4 mmol/L的乳酸阈值可能并不是一个准确的指标，尤其是在评估马匹的有氧能力时。因此，未来的研究可能需要探索更合适的乳酸浓度阈值，以更准确地反映马匹的疲劳程度。

### 六、讨论与意义

本研究的发现表明，SET能够引发马匹在运动模式上的显著变化，包括上半身和前肢的运动幅度调整，以及步态变化的减少。这些变化可能反映了马匹在运动过程中为了维持稳定性而采取的适应性策略。此外，研究还发现，尽管乳酸浓度和心率未达到极限水平，但运动仍然对马匹的步态参数产生了影响。这种影响可能与神经肌肉控制的改变有关，导致运动协调性下降，从而引发步态的调整。

值得注意的是，尽管绝对不对称参数（如头部、背部和骨盆的不对称）未发生显著变化，但不对称的方向发生了改变。这表明，运动可能会影响不对称表现的侧边，进而对马匹的步态评估产生影响。因此，在评估马匹的步态不对称时，必须考虑运动的时间和状态，以避免误判。

此外，研究还指出，IMUs作为一种非侵入性的监测工具，具有重要的应用前景。它可以实时、准确地记录马匹的运动数据，为训练和疲劳管理提供科学依据。然而，研究也存在一定的局限性，例如样本数量较少、马匹的年龄和训练状态差异较大，以及未进行完整的运动系统检查。这些因素可能影响研究结果的普遍性。

### 七、结论

综上所述，本研究通过标准化运动测试，揭示了Standardbred Warmblood trotters在运动中的运动参数变化。这些变化不仅包括上半身和前肢的运动幅度调整，还涉及步态变化的减少。这表明，运动不仅对马匹的代谢产生影响，还对其运动模式产生显著作用。此外，研究还强调了IMUs在监测马匹运动变化中的有效性，为未来的训练和疲劳管理提供了新的思路。

本研究的结果对于优化马匹训练方案具有重要意义。通过监测运动参数的变化，训练师可以更好地理解马匹的生理反应，并据此调整训练强度，以避免过度疲劳。同时，这些数据也为提高马匹的运动表现和确保其健康提供了科学支持。未来的研究可以进一步探索不同品种马匹在运动中的反应，以及如何通过不同的实验设计来更全面地了解运动对步态和疲劳的影响。