12周高强度间歇训练对大学生健康体适能、能量消耗和心率的影响*

窦 丽，陈华卫 ，章凌凌，郭洪波

(1.南京林业大学体育部，江苏 南京 210037；2.南京航空航天大学体育部，江苏 南京 210016；3.上海财经大学 体育教学部，上海 200433)

学生体质的下降引起了党和国家以及社会各界的高度重视。2014年全国学生体质健康调查结果显示，反映大学生身体机能的肺活量和身体素质的速度、力量和耐力等总体情况没有好转或仍存在下降趋势[1]。学校体育活动的主要目标之一是通过教育提高学生的体力活动并改善其体质，学校是主要的场所，因为大学生每天都在学校度过6～8 h，学校也有相应的课程和体育设施硬件来提供体力活动的机会。在以往的众多研究中，中大等强度持续训练(moderate-intensity continuous training, MICT)的干预在提高大学生体力活动水平和体质水平方面的长效性效果并不好[2-3]；也许增加体育课的时间和频率是一个好的方案，但是各种学业科目的繁多使得在很多学校实施这一方案是不切实际的。事实上，设计任何一种适合大学生的体力活动和体质的长效运动方式，既要能够高效、省时和安全，又易于在体育课内外操作和实施。

高强度间歇训练(high-intensity interval training, HIIT)是一种时间小于等于45 s或长时间2～4 min，运动强度大概在85%最大吸氧量，中间休息时间10 s至20 s左右的一种锻炼方式，HIIT主要特点是在短时间内可以完成，相比于传统的有氧训练，既省时又容易坚持，对场地要求不高，还具有与有氧训练相同或更好的生理效果[4]。大量的研究显示[5]，高强度间歇训练在提高运动成绩、成年人的心肺适能以及减肥等方面具有显著的作用。曹甍等[6]采用Meta分析的方法，比较HIIT和MICT两种手段对健康成年人心肺适能的改善作用，发现前者提高健康成人心肺适能方面效果更好。Strijcker等[7]研究发现，对于肥胖和超重人群，HIIT比持续的耐力训练对体适能的影响更大。尽管HIIT在提高代谢健康方面的作用已经广泛得到证实，但其研究大部分是针对有训练基础的人群、运动员和慢性病人群进行的，其用于干预大学生健康体适能的相关研究相对缺乏，运用于大学体育课内外结合的试验研究更是不多见。

健康体适能是反映个人执行中大强度体力活动的能力，是由一系列与执行体力活动能力相关的因子(有氧功能、身体成分、骨骼肌功能)组成，是健康的重要标志之一，与人的体质紧密关联[8]。本研究探讨HIIT对大学生健康体适能、能量消耗和心率的影响，能够进一步拓展大学生健康体适能促进理论，使体育教育者和大学生充分认识到HIIT的健康促进价值；实践上可为大学生体质健康干预提供新的视野和方法。

1 对象与方法

1.1 研究对象与分组

研究对象为某大学一年级男生，根据新生入学体检情况，随机抽取身体健康，无心血管及呼吸系统疾病的男学生共150人，平均年龄18.8岁，经本人同意，108人愿意配合完成HIIT训练，严格按照《国家学生体质健康标准》要求，对所有学生的心肺适能(1000 m成绩，最大肺活量)、肌肉适能(立定跳远、引体向上)、身体质量指数(body mass index, BMI)进行测试，根据测试结果，将学生进行配对分为对照组(54人)和试验组(54人)，两组之间各体质数据无明显差异(表1，表2)，同时了解两组学生的课外体育锻炼情况，无其它特殊安排可能影响试验结果的课余体育锻炼。

Tab. 1 Basic information of test objects n=54)

1.2 研究方法

1.2.1 抗阻有氧HIIT训练方案 本研究采用抗阻有氧HIIT，设计8个徒手动作，有提高心肺有氧能力的动作，原地高抬腿、开合跳、弓步跳、立卧撑，还包括利用自身体重进行的抗阻训练动作，有原地深蹲、平板支撑、俄罗斯转体、俯卧背肌。在音乐的伴奏下进行一组为4～6 min的训练，每个动作之间有10 s的休息时间，每次完成2组，每组之间休息2 min。采用递增式HIIT方案，第1～4周：每个动作持续时间20 s。第5～8周，每个动作25 s，第9～12周，每个动作30 s。该方案平均达到76.57%最大心率，学生的平均运动心率达到151.3 beats/min。

1.2.2 试验方法 试验组在常规体育课中进行1次HIIT，每周课外再进行2次HIIT；对照组进行常规体育课，不进行HIIT，同一教师授课。具体实施方法：试验组实施HIIT干预前，利用一节体育课教会试验组学生所需完成的HIIT动作要领、完成要求和注意事项之后，试验组学生每周进行课上1次+课后2次，总计3次的HIIT，共持续12周。在试验中，为了让学生坚持这项运动，给试验组每位学生佩戴团队心率监测仪，测试仪与IPAD连接，测试者可以随时监测学生在完成HIIT中的心率情况，学生也可以从投屏清晰地看到自己的运动数据(实时心率，卡路里消耗等)。同时，在学生进行HIIT中，加入音乐与语音特效的元素，设计分组团队完成8个训练动作，每个团队8人，围成一个六边形，每做一个动作，顺时针轮转一个位置，使训练更加有趣，利于本方案的实施。试验组学生均能按照要求尽力完成HIIT。

1.2.3 指标测定 身体成分：测试指标包括身高、体重、腰围。身高体重使用学生体质健康测试仪，严格按照《国家学生体质健康标准》要求进行测试，身高(精确到0.1 kg)体重(精确到0.1 cm)脱鞋测量，要求学生穿轻便服装，腰围使用专用皮尺贴紧皮肤进行测量(精确到0.1 cm)，根据体育测量学要求严格进行。BMI根据体重(kg)/身高(m2)进行计算，脂肪含量和能量消耗使用IN-body身体成分分析仪测定。

肌肉适能：测试指标包括引体向上和立定跳远。引体向上反应上肢肌肉力量，立定跳远(精确到0.1 cm)主要反映下肢肌肉力量，采用学生体质健康测试仪，按照要求测试计数和测量。

心肺适能测定：测试指标是肺活量以及1 000 m跑，肺活量采用肺活量测试仪，测试最大肺活量，测试两次，取最好成绩。1 000 m跑采用人工秒表手动测试(精确到0.01 s)，测试方法严格按照学生体质健康标准的要求进行；采用polar心率团队监测仪监测学生运动心率。

1.2.4 试验仪器与工具 学生体质健康测试仪(清华同方)，polar心率团队监测仪，IN-body身体成分测试仪。

1.3 统计学处理

2 结果

2.1 HIIT对身体成分、能量消耗的影响

由表2可知，在试验前，试验组与对照组相比，BMI、腰围、脂肪重量、内脏脂肪、静息能量消耗和总能量消耗均无显著差异。经过12周HIIT后，与试验前相比，两组学生反映身体成分的指标均较试验前下降，未出现统计学差异性，反应能量消耗的指标均较试验前显著提高(P<0.05)。12周训练后方差分析结果显示，与对照组比较，试验组反映身体成分的指标改善的幅度较大，但没有显著性差异，且试验组学生的能量消耗显著升高。

Tab. 2 Changes of body composition and energy expenditure of the two groups before and after HITT n=54)

*P<0.05vscontrol group(post)；#P<0.05vsexperimental group(pre)

2.2 HIIT对肌肉适能和心肺适能的影响

由表3可知，试验前试验组与对照组相比，立定跳远、引体向上、中长跑和肺活量均无显著差异。经过12周的HIIT后，与试验前相比，试验组学生的立定跳远和中长跑成绩较试验前显著提高(P<0.05)，而引体向上和肺活量成绩虽有提高，但统计学上并无显著差异。12周训练后，与对照组相比，试验组学生立定跳远成绩显著升高(P<0.05)，引体向上、中长跑和肺活量提高的幅度较大，但检验无显著性差异。两组学生在进行12周的HIIT的训练后，与试验前和对照组相比，试验后学生的安静时心率和最大心率都显著升高(P<0.05)。

Tab. 3 Fitness items of the two groups before and after HITT n=54)

*P<0.05vscontrol group(post)；#P<0.05vsexperimental group(pre)

3 讨论

本研究的主要目的是探讨HIIT对大学生体适能、能量消耗和心率的影响，尽管研究的部分结果没有显著的统计学意义，但在学生体适能测试指标的对比统计中显示，试验组的测试结果与试验前相比均有不同程度的提高，与对照组相比也有提高，而且参加HIIT的学生的身体成分较对照组有改善。在实施HIIT的12周中，明显看出学生在经过4周的训练后，已经从当初完成较累的状态完全适应并轻松完成HIIT，说明HIIT的训练对学生的体能水平有改善作用。

已有的研究结果表明，HIIT是一项安全高效的运动，HIIT对健康人群和患有心血管疾病人群的心肺功能和心血管系统均有较好的促进作用[9]，其效果比长时间有氧运动方式的效果要好，且未有报道受试对象出现严重不良反应。这说明HIIT 的安全性和接受性都初步得到证实，而且由于其运动时间较短，相对来说更容易坚持，有利于保持运动持久性[10]。Costigan等[11]研究表明，HIIT后学生的心肺适能提高。本研究中，经过12周的HIIT干预后，试验组长跑成绩较对照组有了大幅度的提高；与试验前相比，HIIT组中长跑成绩平均提高了11 s(P<0.05)，且肺活量成绩大幅提高，虽无统计学差异性，但提高的幅度较对照组学生提高的幅度大，与试验前相比显著提高(P<0.05)，说明参加HIIT方案能有效改善学生的心肺耐力水平。HIIT方案中既有有氧运动的动作设计还包括自身抗阻动作的设计，HIIT每个动作之间有10 s的间歇，使学生在运动中保持较高的运动强度和负荷，有利于促进心肺耐力和提高最大吸氧量。Talanian JL等[12]研究表明，2周HIIT后青年女性全身脂肪氧化能力提高了36%，骨骼肌线粒体羟酯酰辅酶a脱氢酶的活性显著提高，总肌浆膜脂肪酸结合蛋白含量显著增加，HIIT可促进脂肪酸氧化能力。本研究结果HIIT方案提高学生中长跑成绩和最大肺活量可能与12周的HIIT提高学生的骨骼肌有氧代谢能力或最大吸氧量的提高有关，具体的机制需要进一步的试验研究来证实。

高BMI与一些代谢疾病如糖尿病密切相关，BMI的降低对健康具有重要的意义。研究表明[13]，HIIT对肥胖和超重人群的身体成分有显著的改善作用，且具有时效性。HIIT后可以提高人体的基础代谢率，增加总能量消耗，从而减脂，且这种效果在运动后24 h仍然存在。本研究结果显示，HIIT后，试验组学生的BMI与对照组和试验前比较有减少，但没有统计学上的差异，这与Herget等[14]研究结果一致，而静息能量消耗和总能量消耗显著提升，且与对照组存在显著性差异。Martins 等[15]研究表明，12周HIIT可以显著降低肥胖青年的体重、腰围、臀围和躯干大腿的脂肪，显著提高躯干的去脂体重。Zhang H等[16]研究表明，HIIT方案可有效减少肥胖女青年的腹部皮下脂肪和腹部内脏脂肪。本研究结果显示，试验组腰围减少，脂肪重量和内脏脂肪也下降，但未出现统计学差异，分析原因，可能是HIIT的训练方案与侧重点不一样，亦或是与研究对象性别、年龄和是否肥胖超重的差异有关，HIIT对大学男生身体成分的影响还需要做进一步的专业试验室指标测试。本研究结果提示，HIIT方案可以显著提高大学男生的基础代谢率，增加总能量消耗，这对减脂和预防肥胖有重要作用，虽然反映BMI和脂肪重量等指标未出现显著差异性，但改善的幅度较对照组要大得多，说明体育课加入HIIT可以促进和改善学生的体质健康水平。

Jabbour等[17]研究表明，HIIT方案可以有效提高青年人和老年人有效热效力，改善肌肉效率。本研究结果显示，对照组与试验组的肌肉适能均有不同程度提高。反应上肢背部的肌肉适能的引体向上成绩在HIIT前两组间无明显差异，经过12周试验后，对照组学生从初始5.55个提高到 6.01个，试验组学生从初始的5.86个提高到6.53个，明显看出试验组学生提高的幅度较对照组多。反应下肢肌肉适能的立定跳远项目，对照组与试验组12周训练后均提高了成绩，且试验组提高的幅度明显大于对照组，两组间有明显的统计学差异性，说明HIIT对肌肉适能的影响作用较为显著，可能与所测指标与训练内容的选择有关。Tsitkanou S等[18]研究表明，8周HIIT和抗阻训练后，青年男性的肌肉力量和反应下肢力量的股四头肌肌肉的横断面积和I型II型肌纤维显著提高，HIIT还可以提高肌肉的毛细血管密度和有氧能力，而抗阻训练则使股四头肌发力速度下降，可能与股外侧肌肉的结构发生改变有关。Buckley 等[19]研究表明，6周多模式的HIIT对健康女性的肌肉力量有改善作用，既能提高其有氧能力也能提高其无氧能力，1RM的深蹲、硬拉和跳远成绩，但是单一的HIIT产生的作用没有多模式HIIT显著，说明不同形式的HIIT对肌肉适能的影响效果不同。因此，今后的研究可加强探讨不同方案的HIIT长期干预和加大抗阻运动量后对肌肉适能的作用研究。

随着社会节奏的加快，缺乏时间成为影响普通人群运动锻炼的因素之一，如何花更少的时间达到同样或更佳的运动锻炼效果成为众多普通人群追求的目标，HIIT运动节奏的不断变化可避免运动锻炼的枯燥。Costigan SA等[20]研究表明，在学校体育课中加入8～10 min的HIIT，可以有效提高青少年学生的认知水平和心理健康，执行力和自我效能感提高，而反应抑郁的因子水平下降。本研究HIIT方案对试验组学生的静息心率、最大心率有明显的作用，提高静息能量消耗和总能量消耗，提示HIIT对心脏产生了较好的刺激，促进新陈代谢。上述研究表明，在学校体育中实施HIIT对学生的体质和健康有明显的促进作用，对学生的认知和心理健康也有一定的促进效益，HIIT可以广泛引入到大学体育中成为体育教学、课外锻炼和大学生竞技训练的内容。

综上所述，HIIT是一种高效、安全的运动方式；HIIT花费时间少，能有效增加能量消耗，提高和改善肌肉和心肺功能，增加最大心率和安静时心率。