周海旭
《中国青少年体育发展报告(2017)》中提出近30年中国青少年身体素质一直在不断下滑。《体育强国建设纲要》 中明确指出提高青少年身体素质和养成健康生活方式是当前体育教育的重点内容。因此如何让青少年通过高效的体育锻炼提高体质,是亟需解决的问题[1]。当前青少年主流锻炼方式为持续有氧运动 (Continuous Aerobic Training,CAT),每次运动时间小于60 min,每周运动2~4 次,但CAT需要花费更多的时间和精力才能达到一定的锻炼效果,因此省时高效的高强度间歇训练(High-Intensity Interval Training,HIIT) 在青少年健康促进方面得到了极大的关注[2]。HIIT 指以大于或等于无氧阈或最大乳酸稳态的负荷强度进行多次持续时间为几秒到几分钟的练习,且每两次练习之间安排使练习者不足以完全恢复的静息或低强度练习的训练方法[3]。HIIT 因其运动持续时间短,运动强度大的特点,相比于CAT 更具有吸引力且更容易形成锻炼习惯。当前HIIT 被广泛地应用于普通人群和慢性病群体改善身体健康状况,被认为是一种新兴的有效身体锻炼方式[4]。因此传统的CAT 与HIIT 对青少年锻炼效果的差异成为当前学界关注的热点,但目前国内HIIT 被应用于青少年身体锻炼的研究还十分有限,国外相关研究则比较成熟。基于此,研究将选取国内外HIIT 和CAT 对青少年身体成分及心肺适能影响的文献进行Meta 分析,以期厘清HIIT 和CAT 在青少年群体的最新应用成果、方式及可行性。
按照系统综述和Meta 分析首选报告的条目(PRISMA)规定流程进行[5],对高强度间歇训练对健康青少年身体成分及心肺适能干预效果的随机对照实验和非随机对照实验进行检索,文献检索和筛选方案为预先制定。在中国知网(CNKI)、PubMed、Web of Science、SPORTDiscus、ScienceDirect 数 据 库 中 检索文献,以高强度间歇训练 (“high-intensity interval training”“high-intensity intermittent training”“high-intensity interval exercise”“sprint interval training”“HIIT”“HIIE”“HIT”“SIT”)、持续有氧训练(“continuous aerobic training”“continuous aerobic exercise”“continuous endurance training” “continuous endurance exercise” “aerobic endurance training” “aerobic exercise”“endurance training”“CAT”“AET”“ET”)、 青 少年(“adolescen”“teen*”“youth”“child”“children”“paediatric”“pediatric”“adolescen*”“juvenile*”)等为检索词进行检索。最后一次检索日期为2019年11月,以追溯法保证查找文献的查全率。根据PRISMA 声明中第8 条文献检索规定,选择SPORTDiscus 数据库说明检索策略使用和检索结果[4]。
纳入标准:(1)实验设计为随机试验或非随机对照实验;(2)受试者为健康青少年,年龄为8~17 岁;(3)干预措施为HIIT 和CAT;(4)结局指标为身体成分(体重、BMI、体脂率等)和心肺适能相关指标[最大摄氧量(VO2max)、峰值摄氧量(VO2peak)、收缩压(Systolic Blood Pressure,SBP)、舒张压(Diastolic Blood Pressure,DBP)];(5)纳入文献以中文或英文为撰写语言。
排除标准:(1)干预手段不包含HIIT 和CAT;(2)结局指标中不包含心肺适能相关指标;(3)受试者患有慢性病或为特殊人群;(4)受试者年龄小于8岁或超过17 岁;(5) 组间结局指标基线值存在显著性差异;(6)结合其他手段共同进行干预。
文献检索与筛选由两名研究人员进行,根据文献纳入与排除标准,独立完成文献的初筛和全文筛选,将结果进行比对和讨论,产生不同意见时由第3名研究人员介入,以小组讨论的方式决定是否纳入该文献。纳入文献的方法学质量评价根据PRISMA声明[6]设计的8 个偏倚风险评估项目进行文献质量评估:(1)明确的纳入标准;(2)是否采用随机分组;(3)组间基线值无显著性差异;(4)对结果评价实施盲法;(5)受试者均按照方案接受干预;(6)说明受试者退出或缺失情况,缺失比例小于20%;(7)计算样本量,且受试者人数满足样本量需求;(8)对各分组的结果、效应量、精确度进行报告。两名研究者对每篇纳入文献进行偏倚风险评估。
由上述的两名研究人员分别对纳入的文献进行全面的阅读,提取系统评价所需指标,并对结果进行比较与分析,存在争议时由第3 名研究人员介入讨论并做出最终决定。提取文献信息包括:作者姓名、样本特征、分组、研究时间、各分组的样本量、干预方案、干预周期、干预频率以及结局指标。
运用Revman5.3 软件进行异质性检验、 数据合并、亚组分析,绘制森林图和漏斗图。研究纳入的结局指标为连续性变量,对提取的数据效应指标进行合并分析,使用加权标准差(Weight Mean Difference,WMD)或标准均数差(Standardized Mean Differences,SMD)表示,并计算其95%可信区间(CI)作为结果的效应尺度,根据结局指标评价标准的差异以及结局指标评价单位一致情况来选择WMD 和SMD 进行分析。以Q 统计量和I2统计量进行异质性检验,森林图中“Chi”代表Q 统计量结果,“I2”值代表I2统计量。使用Q 检验时,如果P<0.10 可认为存在异质性; 使用I2统计量时,I2≤25%代表不存在异质性,25%<I2≤50%代表轻度异质性,50%<I2≤75%为中度异质性,I2>75%代表高度异质性。当异质性I2≥50%时,纳入文献之间存在异质性,采用随机效应模型合并数据,当I2≥75%时,表明纳入文献结果之间存在较大异质性,进行亚组分析和敏感性分析对异质性产生原因进行深入分析,反之若异质性I2≤50%,采用固定效应模型[6]。本文的发表偏倚通过漏斗图检验,Cochrane 系统评价手册中提出漏斗图允许系统评价者进行目测评估,判断一篇Meta分析是否存在小样本研究效应,对于以均数差表示干预措施疗效的连续性结局指标,漏斗图及漏斗图不对称的统计检验是有效的[7]。敏感性分析首先通过采用固定效应模型代替随机效应模型,观测效应量等结果是否一致;其次,通过每次去除1 篇纳入文献,检测单篇文献是否显著影响合并效应量。本文使用Revman5.3 和Excel 软件对数据进行处理,文中所有统计学分析结果均使用双侧检验,除异质性Q 统计量取P<0.1 为显著性水平,其余统计量检验均已P<0.05 为有统计学差异。
通过数据库检索和追溯相关文章参考文献所得相关文献共292 篇,根据纳入和排除标准,通过阅读摘要和全文,最终排除278 篇文献,纳入14 篇文献,文献筛选过程如图1 所示。
图1 文献筛选流程Figure1 Literature Screening Process
根据Cochrane 手册中的建议,分别提取文献的作者名称、样本特征、分组、研究样本量、干预方案、干预频率、干预周期及结局指标,其中结局指标只提取本研究需要的相关指标。最终纳入14 篇文献(表1),其中Kargarfard* 等[8]分别对20 名正常体重和20 名肥胖青少年进行随机对照实验,讨论HIIT与CAT 对肥胖青少年与正常体重青少年身体成分及心肺适能的干预情况,因此在文献纳入时将其拆分为两份研究报告。纳入的剩余14 篇文献中,实验对象为肥胖和正常体重青少年的文献各有7 篇。纳入的14 篇文献HIIT 组样本量为201 人,CAT 组样本量为180 人。
表1 符合纳入标准的文献基本特征Table1 Basic Characteristics of the Articles Included in the Study
续表1
纳入文献的发表偏倚风险评价详见表2,对14篇纳入文献进行详细的偏倚风险评价,其中3 篇为低风险 (7-8),11 篇为中度风险 (4-6),平均值为5.71,纳入的文献中整体发表偏倚风险较低。15 篇文献中只有7 篇文献对主要的指标评价者实施盲法,仍然存在一定程度的发表偏倚风险。
表2 纳入文献的偏倚风险评价Table2 Risk of Bias Assessment for the Included Articles
通过纳入文献的研究发现,青少年作为实验对象常被分为健康青少年和肥胖青少年两类,Kargarfard* 等[8]分别将20 名正常体重和20 名肥胖青少年分别进行随机对照实验,讨论HIIT 与CAT对肥胖青少年与正常体重青少年身体成分及心肺适能的干预情况,在同样的干预情况下,由于实验对象的不同最终结果存在差异,因此本研究在分析HIIT与CAT 对青少年心肺适能和身体成分的影响中,将青少年分为健康青少年和肥胖青少年两个亚组进行分析。
HIIT 与CAT 在对青少年身体成分的干预效果上有明显的作用,但是两种方法在其训练强度、训练形式、 持续时间等方面存在明显差异。HIIT 是一种负荷强度大于无氧阈或最大乳酸稳态的训练方法,每组的持续时间相对较短,不完全恢复间歇后进行下一组训练[3],而CAT 则是强度负荷控制在60%~70%VO2max,持续时间小于60 min,一般常为低强度持续训练[22]。两种训练方法对青少年人群身体成分的干预效果仍是当前学界的争议热点,研究通过纳入国内外对于HIIT 与CAT 对青少年身体成分影响效果的文献进行Meta 分析,探讨HIIT 与CAT 对青少年身体成分干预的差异情况。通过选取体重、体脂率、BMI 身体质量指数作为Meta 分析的结局指标。在随机实验中体重、 体脂率、BMI 等指标最终数值越小代表的所在组别的训练方法效果越明显,因此HIIT 组优于CAT 组时的效应量为负值,即无效基线左边代表HIIT 组干预效果好。以上相关指标作为Meta 分析的结局指标,通过对不同结局指标的文献进行分类纳入,对Meta 分析结果及纳入10 项研究以上进行发表偏倚分析。
3.1.1 体重指标效应量
体重指标效应量的Meta 分析共纳入10 项研究,将青少年分为健康青少年和肥胖青少年两个亚组,如图2 所示。Meta 分析结果得出,纳入研究总体上不存在异质性 (I2=0%,P>0.1)。采用固定效应模型得到的合并研究总效应量与95%CI 为0.08[-1.44,1.60],P>0.05,未达到显著水平,HIIT 与CAT 对青少年体重的干预效果相似。对健康青少年亚组进行分析,健康青少年亚组共4 项研究,纳入的研究总体上不存在异质性(I2=0%,P>0.1),合并研究效应量及95%CI为1.06[-1.01,3.12],P>0.05,未达到显著水平,HIIT 与CAT 对健康青少年体重的干预效果无显著性差异,但CAT 对青少年体重干预的总效应量优于HIIT。对肥胖青少年亚组进行分析,肥胖青少年亚组共纳入了6 项研究,纳入研究的总体上不存在异质性(I2=0%,P>0.1),合并效应量及95%CI 为-1.06[-3.31,1.18],P>0.05,未达到显著水平,HIIT 与CAT 对健康青少年体重的干预效果无显著性差异,但HIIT 对肥胖青少年体重总体效应量优于CAT。由图3 可知,纳入的研究总体关于无效基线对称,HIIT 与CAT 对青少年体重的干预Meta 分析纳入的10 项研究不存在明显的发表偏倚。
图2 HIIT 与CAT 对青少年体重的影响Figure2 Effects of HIIT and CAT on Adolescent Weight
图3 体重指标发表偏倚漏斗图Figure3 Funnel Chart of the Body Weight Index Publication Bias
3.1.2 体脂率指标效应量
体脂率指标效应量的Meta 分析共纳入8 项研究,将青少年分为健康青少年和肥胖青少年两个亚组,如图4 所示。Meta 分析结果得出,纳入研究总体上存在轻度异质性(I2=35%,P>0.1)。采用固定效应模型得到的合并研究总效应量与95%CI 为-1.42[-2.59,-0.26],P<0.05,存在显著性差异,即HIIT与CAT 组对青少年体脂率有明显的干预效果,并且HIIT 对体脂率的干预效果优于CAT。对健康青少年亚组进行分析,健康青少年亚组共3 项研究,纳入研究的总体上不存在异质性(I2=0%,P>0.1),合并研究效应量及95%CI 为1.52[-1.86,4.91],P>0.05,未达到显著水平,HIIT 与CAT 对健康青少年体脂率的干预效果无显著性差异,但对青少年体脂率干预的总效应量,CAT 优于HIIT。对肥胖青少年亚组进行分析,肥胖青少年亚组共纳入了5 项研究,纳入研究的总体上存在轻度异质性(I2=39%,P>0.1),合并效应量及95%CI 为-1.82[-3.06,-0.58],P<0.05,存在非常显著性差异,HIIT 与CAT 对肥胖青少年体脂率的干预效果有非常显著差异,并且HIIT 对肥胖青少年体脂率的干预效果优于CAT。由于纳入的研究总数少于10 项,因此未做漏斗图评价发表偏倚[23]。
图4 HIIT 与CAT 对青少年体脂率的影响Figure4 Influence of HIIT and CAT on Adolescent Body Fat Rate
3.1.3 BMI 指标效应量
BMI 指标效应量的Meta 分析共纳入11 项研究,由于HIIT 和CAT 对青少年BMI 指标的干预效应量存在差异,因此将青少年分为健康青少年和肥胖青少年两个亚组,如图5 所示。Meta 分析结果得出,纳入研究总体上存在轻度异质性(I2=30%,P>0.1)。采用固定效应模型得到的合并研究总效应量与95%CI 为0.02[-0.21,0.26],P>0.05,差 异 性 不 显 著,即HIIT 与CAT 对青少年BMI 的干预效果类似。将青少年分为健康青少年和肥胖青少年两个亚组,分别进行分析。对健康青少年亚组进行分析,健康青少年亚组共4 项研究,纳入研究总体上不存在异质性(I2=1%,P>0.1),合并研究效应量及95%CI 为0.15[-0.22,0.53],P>0.05,未达到显著水平,HIIT 与CAT 对健康青少年体脂率的干预效果无显著性差异,但对青少年体脂率干预的总效应量CAT 优于HIIT。对肥胖青少年亚组进行分析,肥胖青少年亚组共纳入了7 项研究,纳入的研究总体上存在轻度异质性 (I2=42%,P>0.1),合并效应量及95%CI 为-0.06[-0.37,0.25],P>0.05,差异性不显著,即HIIT与CAT 对肥胖青少年体脂率的干预效果无差异,但HIIT 对肥胖青少年体脂率的干预总效应量优于CAT。将HIIT 与CAT 对青少年BMI 干预的Meta 分析纳入的研究进行发表偏倚分析,图6 为BMI 指标的发表偏倚漏斗图,由于运用随机效应模型,因此图上两侧无漏斗虚线。由图6 可知,纳入研究总体上关于无效基线对称,纳入研究之间不存在明显的发表偏倚。
心肺适能是指心血管机能或有氧能力,是人体的心脏、肺部、血管等组织的功能[24]。选取VO2max、VO2peak、SBP、DBP 作为评价心肺适能的指标,研究通过纳入国内外对于HIIT 与CAT 对青少年心肺适能影响效果的文献进行Meta 分析,探讨HIIT 与CAT对青少年身体成分干预的差异情况。在随机实验中VO2max、VO2peak、SBP、DBP 等 指 标 最 终 数 值 越 大 代 表所在组别的训练方法效果越明显,因此HIIT 组优于CAT 组时的效应量为正值,即无效基线右边代表HIIT 组干预效果好。由于Meta 分析中只能够对纳入10 项研究才能进行发表偏倚分析,且以上指标的Meta 分析过程中纳入的研究数量均少于10 项,故不能进行文献发表偏倚分析[23]。
图5 HIIT 与CAT 对青少年BMI 的影响Figure5 Effects of HIIT and CAT on Adolescent BMI
图6 BMI 指标的发表偏倚漏斗图Figure6 Funnel Chart of BMI Publication Bias
3.2.1 VO2max 指标效应量
VO2max指标效应量的Meta 分析一共纳入8 项研究,将青少年分为健康青少年和肥胖青少年两个亚组,如图7 所示。Meta 分析结果得出,纳入研究总体上存在中度异质性 (I2=69%,P<0.1)。由于异质性I2≥50%,因此采用随机效应模型进行Meta 分析,合并研究总效应量与95%CI 为0.65[0.05,1.26],P<0.05,存在显著性差异,即HIIT 与CAT 组对青少年VO2max有明显的干预效果,并且HIIT 对VO2max的干预效果优于CAT。对健康青少年亚组进行分析,健康青少年亚组共3 项研究,纳入的研究总体上存在高度异质性(I2=87%,P<0.1),产生异质性的原因为纳入研究的数量较少,不同研究间的效应量存在差异。健康青少年亚组合并研究效应量及95%CI为1.12[-0.68,2.93],P>0.05,未达到显著水平,HIIT与CAT 对健康青少年VO2max的干预效果无显著性差异,但对青少年体脂率干预的总效应量HIIT 优于CAT。对肥胖青少年亚组进行分析,肥胖青少年亚组共纳入了5 项研究,纳入研究总体上存在轻度异质性(I2=43%,P>0.1),合并效应量及95%CI 为0.52[-0.01,1.04],P=0.05,存 在 显 著 性 差 异,HIIT 与CAT 对肥胖青少年VO2max的干预效果存在显著性差异,并且HIIT 对肥胖青少年VO2max的干预效果优于CAT。
图7 HIIT 与CAT 对青少年VO2max 的影响Figure7 Effects of HIIT and CAT on Adolescent VO2max
3.2.2 VO2peak 指标效应量
VO2peak指标效应量的Meta 分析一共纳入5 项研究,并且5 项研究中实验对象都为健康青少年,结果如图8 所示。Meta 分析结果得出,纳入研究总体上不存在异质性(I2=0%,P>0.1)。采用固定效应模型得到的合并研究总效应量与95%CI 为0.51[-1.57,2.60],P>0.05,差异不显著,即在统计学意义上,HIIT 与CAT 对健康青少年VO2peak的干预效果无显著性差异,但HIIT 对青少年VO2peak的干预效果优于CAT。
图8 HIIT 与CAT 对青少年VO2peak 的影响Figure8 Effect of HIIT and CAT on Adolescent VO2peak
3.2.3 SBP 指标效应量
SBP 指标效应量的Meta 分析一共纳入6 项研究,将青少年分为健康青少年和肥胖青少年两个亚组,如图9 所示。Meta 分析结果得出,纳入研究总体上存在中度异质性(I2=70%,P<0.1)。采用随机效应模型得到的合并研究总效应量与95%CI 为-0.55[-3.60,2.50],P>0.05,在统计学意义上HIIT 与CAT 对青少年SBP 的干预效果无显著性差异,但CAT 对SBP 的干预效果优于HIIT。对健康青少年亚组进行分析,健康青少年亚组共2 项研究,纳入的研究总体上存在轻度异质性(I2=37%,P>0.1),合并研究效应量及95%CI 为-1.44[-6.42,3.55],P>0.05,干预效果无显著性差异,但CAT 对青少年SBP 干预的总效应量优于HIIT。对肥胖青少年亚组进行分析,肥胖青少年亚组共纳入了4 项研究,纳入研究的总体上存在中度异质性 (I2=71%,P<0.05),合并效应量及95%CI 为-0.28[-4.28,3.73],P>0.05,差异不显著,HIIT与CAT 对肥胖青少年SBP 的干预效果无显著性差异,但CAT 对肥胖青少年体脂率的干预效果优于HIIT。
图9 HIIT 与CAT 对青少年SBP 的影响Figure9 Effects of HIIT and CAT on Adolescent SBP
3.2.4 DBP 指标效应量
DBP 指标效应量的Meta 分析一共纳入6 项研究,如图10 所示。Meta 分析结果得出,纳入研究总体上不存在异质性(I2=1%,P>0.1)。采用随机效应模型得到的合并研究总效应量与95%CI 为1.15[-0.09,2.39],P>0.05,在统计学意义上HIIT 与CAT 对青少年DBP 的干预效果不存在显著性差异,但HIIT 对DBP 的干预效果优于CAT。将青少年分为健康青少年和肥胖青少年两个亚组,对健康青少年亚组进行分析,健康青少年亚组共纳入2 项研究,纳入研究的总体上存在中度异质性 (I2=69%,P<0.1),合并研究效应量及95%CI 为2.75 [-2.26,7.76],P>0.05,HIIT与CAT 对健康青少年DBP 的干预效果无显著性差异,但HIIT 对青少年DBP 干预的总效应量优于CAT。对肥胖青少年亚组进行分析,肥胖青少年亚组共纳入了4 项研究,纳入的研究之间不存在异质性(I2=0%,P>0.05),合并效应量及95%CI 为0.92 [-0.53,2.73],P>0.05,差异不显著,HIIT与CAT 对肥胖青少年DBP 的干预效果无显著性差异,但HIIT 对肥胖青少年体脂率的干预效果优于CAT。
图10 HIIT 与CAT 对青少年DBP 的影响Figure10 Effects of HIIT and CAT on Adolescent DBP
通过定量评估HIIT 与CAT 两种运动干预方式对8~17 岁青少年身体成分的改善情况,选取体重、体脂率以及BMI 作为评价身体成分的指标进行Meta 分析。HIIT 与CAT 对青少年体重、BMI 指标的改善情况相同,HIIT 对体脂率的改善效果优于CAT。体重、体脂率以及BMI 是肥胖干预中常用的结局指标,在统计学意义上,HIIT 与CAT 对体重和BMI 的干预效果差异不显著,对体脂率的干预效果差异性显著。通过亚组分析发现,HIIT 对于肥胖青少年身体成分的干预效果优于CAT,相关研究讨论了8 周HIIT 与CAT 对于肥胖青少年和健康青少年的干预效果,最终结果表明,HIIT 对于肥胖青少年身体成分的干预效果优于CAT;但对于健康青少年而言,CAT 对身体成分的干预效果优于HIIT[8]。究其原因,HIIT 与CAT 对于青少年身体成分的干预机制并不相同。有研究提出HIIT 干预青少年身体成分主要是通过促进能量消耗和食欲抑制[25],而CAT 对于青少年身体成分的干预机制更多的是能量消耗。另一学者通过设计对照实验发现通过HIIT 与CAT 对青少年身体成分进行干预,实验后HIIT 组比CAT组的能量摄入有明显的减少[26]。总结得出,HIIT 相比于CAT 能够通过发挥高强度后大脑对高能量物质产生的抑制反应,对饮食的总能量摄入进行合理调节。因此在对青少年身体成分的干预中,HIIT 相较与CAT 能发挥更明显的效果,尤其是在针对肥胖青少年肥胖问题中,HIIT 的效果优于CAT。
HIIT 相较于CAT 对群体的心肺适能的改善作用已得证实[27],但对于HIIT 与CAT 对青少年心肺适能的干预效果的差异,当前学界并未取得统一的结论,目前的实验研究结果并不一致。研究结果对纳入的研究进行分析,发现HIIT 与CAT 对青少年心肺适能的干预效果无显著性差异,但是HIIT 对青少年心肺适能相关指标的效应量优于CAT。VO2max作为心肺适能的主要评价指标,已有研究表明,HIIT干预健康成人的VO2max效果优于CAT[28],即HIIT 对于健康成人的心肺适能提升效果优于CAT。HIIT 相较于CAT 在对VO2max的影响上更能够引起中枢适应(心血管)和外周适应(骨骼肌)的反应,对于中枢适应机制而言,HIIT 能够引起氧利用率的增加,提高工作肌氧气输送效率; 对于外周适应机制而言,HIIT 能够引起肌肉氧化能力和线粒体数量的增加,从而引起外周适应机制的变化[29]。因此HIIT 相比于CAT 更能够引起青少年中枢适应机制和外周适应机制的反应,最终达到改善青少年心肺适能的效果。因此青少年在提高心肺适能的训练方案选择中,可以将HIIT 作为传统CAT 的替代方案。
研究对HIIT 与CAT 对青少年身体成分及心肺适能的影响进行Meta 分析。HIIT 与CAT 对青少年体重和BMI 的干预效果无显著性差异,对体脂率的干预效果存在显著性差异。HIIT 与CAT 对青少年VO2max、VO2peak、SBP 和DBP 的 干 预 效 果 在 统 计 学 上无 显 著 性 差 异,但HIIT 对 青 少年VO2max、VO2peak和DBP 总体效应量上优于CAT,CAT 对青少年SBP的总效应量优于HIIT。研究在讨论分析HIIT 与CAT 对青少年身体成分和心肺适能的干预效果差异时,根据纳入文献的具体情况将青少年分为健康青少年和肥胖青少年两个亚组,发现HIIT 与CAT对肥胖青少年和健康青少年的身体成分与心肺适能的影响效果上存在差异。后续的研究可以探讨具体的HIIT 方案对青少年身体成分及心肺适能的干预效果。