高强度间歇训练在心脏康复中的研究进展

王蓓，林梅，谢文亮

基于运动的心脏康复(cardiac rehabilitation，CR)是针对特定心血管疾病(cardiovascular diseases，CVD)和射血分数降低的心力衰竭(heart failure，HF)患者的IA类推荐，因为它可显著改善运动能力、CVD风险状况，并减少再入院率、心血管事件和死亡率[1-2]。与标准医疗相比，基于运动的CR使住院率、心血管事件死亡率和全因死亡率分别降低了31%、26%和20%[3-4]。虽然关于CR的运动方案或计划持续时间尚无国际共识，并且运动强度的建议在不同国家之间差异很大[5]，但仍有充足证据表明高强度间歇训练(high-intensity interval training，HIIT)对CAD和HF患者的心脏康复具有不可替代的作用[6-7]。HIIT现已成为心脏康复领域可选择的一种更有效的运动方式，也成为心脏康复领域研究的热点问题。本文综述HIIT对心脏病患者峰值摄氧量(peak oxygen uptake，VO2peak) 的影响及对CVD和HF患者肺、心、血管和骨骼肌系统的有益生理机制；并与中等强度连续训练(moderate-intensity continuous training，MICT)相比较，展现HIIT对心血管疾病死亡率、依从性、安全性等方面的优越性；最后提出了HIIT运动强度的研究进展。

1 HIIT对VO2peak的影响

HIIT最初应用于竞技体育训练，是一种全力、快速和爆发式的锻炼方法。HIIT指在主动或被动恢复阶段之间穿插进行短暂的高强度训练运动，目标强度是80%～90% VO2peak，运动强度超过无氧阈水平[8]。HIIT的目的是反复刺激人体的氧运输系统和骨骼肌系统，使其获得更大的生理学适应。Mikkelsen等人[9]的一项研究，包括1 561名心脏病患者，发现CR期间VO2peak每改善1.0 mL/(kg·min)，CV事件减少21%，全因死亡减少13%，VO2peak是未来心血管事件和死亡率的有力预测指标，即使VO2peak适度增加也可能对CAD和HF患者具有临床意义。Uddin等[10]分析了55项关于CR对CAD和HF患者VO2peak影响的临床研究，发现CR组的总体运动能力比对照组高出0.95(95%CI：0.76，1.41)，并有证据表明，HIIT与最大VO2peak显著相关(P＝0.04)。Taylor等[11]研究发现，短期(＜4周)的HIIT计划使CAD患者VO2peak提高10%，而MICT组仅为4%。然而，两组长期(＞12个月)比较时，CAD患者VO2peak的改善相似。该发现认为HIIT可以作为MICT的辅助或替代方式。另一项针对HF患者的研究[12]证明，高强度运动时储备心率＞85%(heart ratereserve，HRR)与中等强度运动HRR(50%～60%)相比，VO2peak的改善分别为3.3和2.2 mL/ (kg·min)。低强度运动HRR(20%～40%)产生的改善最小[1.0 mL/(kg·min)]。

2 HIIT对心脏病患者的作用机制

2.1 肺部调节 肺部负责氧气的运输，肺泡通气和扩散，有助于动脉氧分压的提高和VO2peak的改善[13]。HF患者运动不耐受的重要因素是肺泡氧气交换减少，这可能是由于肺血管舒张受损，通气/灌注不匹配，弥散功能障碍等引起的[14]。在HF患者中，Tasoulis等人[15]对46名临床稳定的充血性HF患者进行3次/周的CR计划并持续12周，证明HIIT改善了通气调节及休息和运动期间的通气模式，提高患者的通气驱动力。Dunham等[16]将15名身体健康的受试者，进行了为期4周的训练计划，结果发现HIIT组患者的最大吸气压力提高43%，而MICT组的最大吸气压力仅提高25%，该研究证明HIIT和MICT在增加吸气肌肉力量方面都有效，HIIT在提高摄氧能力和表现方面为CR提供了一种省时的替代方案。

2.2 心脏适应 HIIT可以提高心输出量和组织供氧，从而更好地改善VO2peak[17]。几项针对健康受试者[18]和HF患者[19]的研究表明，与MICT相比，HIIT在最大每搏输出量和VO2peak方面的改善更大。Karatzanos等人[7]对HF患者分别使用HIIT训练计划、更高强度的连续训练计划和较低强度的连续训练计划，结果发现患者更喜欢HIIT计划，主要因为HIIT计划省时、易完成，安全性较好。并且能提高射血分数较低HF患者的搏出量。但是外周限制是HF患者运动不耐受的重要因素[20]。无法达到HIIT的目标训练强度是射血分数降低的HF患者的显著局限性[21]。Cornelis等人[22]还发现HIIT与MICT相比显著改善了射血分数降低的HF；相比之下，Wang C等[23]Meta 分析纳入15 项比较HIIT和MICT的临床试验，患者为CVD或HF人群，年龄52～78岁，该研究发现早期(8周或更短)的HIIT在改善VO2peak方面优于MICT。同时HIIT显著改善了CVD和HF患者的无氧阈值和左心室射血分数。总之，大多数调查血流动力学的研究发现，与MICT相比，HIIT对每搏输出量的改善更大。然而，运动训练强度对结构适应的影响仍不清楚。

2.3 血管适应 与MICT相比，HIIT对VO2peak更大改善的潜在机制是对血管功能的显著影响[24]。更高强度的运动引起更大的血流和剪切应激刺激，通过血管扩张性前列腺素和一氧化氮的上调产生更大的血管适应性[25]。中央和外周脉管系统具有强大的弹性，能调节有效的血液和氧气输送到心脏和骨骼肌。血管内皮功能改善的参考指标是血流介导血管舒张(flow-mediated dilation，FMD)增加，肱动脉FMD目前被用作评估血管舒张的参数，是评估血管内皮功能的非侵入性方法。此外，肱动脉FMD 每减少1%，CVD 的风险就会增加13%，有氧运动的强度和持续是影响FMD的主要因素[26-27]。You等[28]研究发现，8周或以上的HIIT显著增加了健康中老年人的FMD。有大量证据表明，有氧运动训练可改善大动脉的血管功能，反复的血流动力学刺激和层流剪切应力在血管适应中起核心作用[29]。因此，今后的研究需探讨HIIT和MICT对不同人群FMD的影响。

2.4 骨骼肌适应 Scoubeau等[30]的Meta分析纳入19项研究，发现HIIT对肌肉骨骼健康的影响较大(SMD：0.42；95%CI：0.14，0.71；P＝0.003)，可以改善身体成分，更有效地增强肌肉骨骼健康。在健康人群中，骨骼肌的氧化能力通常超过全身O2运输的能力，因此外围适应可能不会导致VO2peak的大幅增加。然而，在去营养化患者中，特别是那些具有射血分数降低的HF患者，骨骼肌内的外周适应可以对运动耐受性和能力产生显著影响[22]。运动训练刺激诱导骨骼肌的线粒体增加，从而减少骨骼肌的糖原降解和乳酸的产生[31]，使得乳酸阈值增加，患者可以以更大比例的摄氧量进行更长时间的运动。这对心脏病患者尤其重要，因为，氧化能力降低可显著导致运动不耐受。来自健康人群研究的强有力的证据表明，运动强度介导线粒体对运动的适应和VO2peak的改善[32]。更高强度的运动，促进钙释放，ATP周转和碳水化合物利用。这种代谢过程刺激几种线粒体酶的激活，增加线粒体数量。因此，增强钙循环，也可能有助于减少肌肉疲劳和运动能力[33]。根据目前的证据，与MICT相比，高强度运动似乎为线粒体适应提供了有效的刺激，但是训练强度对其他外周适应(如毛细血管化，血流分布和肌肉纤维转移)的影响尚不清楚。

3 HIIT在心脏康复领域的研究现状

3.1 运动强度对心血管疾病死亡率的影响 几项调查健康人群全因死亡率的研究表明[18]，高强度运动可能比低强度或中等强度的运动带来更大的健康益处。此外，与MICT相比，高强度运动的好处可以在更短的时间内实现。Wen等[34]早期证明，剧烈强度运动具有省时优势，HIIT每周运动时间仅为MICT的一半，却能达到与MICT相似的健康益处，或者在相同的每周锻炼时间内，比MICT的健康益处增加一倍。近期研究表明[35]，剧烈活动的比例与患有和未患有CVD的人的全因死亡率呈反比剂量反应关系。因此，在推广HIIT时，需要体力活动指南的支持和参与，以保证患者的安全和适量。

3.2 HIIT对心脏病患者运动依从性的影响 由于目前缺乏有效的随访和远程监督手段，患者居家心脏康复运动的依从性明显不足，直接影响心脏病患者长期预后。因此，提高心脏病患者的运动依从性已成为当前的首要问题。研究显示[11]，射血分数降低的HF患者，无论运动强度如何，12个月时监督训练依从性均出现逐渐消退。Taylor等[11]对93名CAD患者进行为期4周的院内监督运动训练和为期12个月的家庭运动训练随访，发现38%的MICT参与者开始以高于规定的强度进行运动，24%的HIIT参与者以低于规定的强度进行运动，在12个月内的以家庭为基础的HIIT(53%)和MICT(41%)的依从性都很低。而在4个月内的院内监督运动训练依从性为HIIT(91%)和MICT(93%)。这表明，长期而言，CAD患者对HIIT的依从性略强于MICT，但总体依从性不足。在充血性HF患者中，Mueller等[36]研究发现，当患者运动依从性＞70%时，VO2peak的提升不受影响。HIIT和MICT之间的依从性相似(分别为56%和60%)，但该研究没有报告对运动方案强度的依从性。最近一项针对CR冠状动脉疾病患者的综述发现，对院内监督或家庭HIIT的短期依从性与MICT相似。然而，对训练方案的强度和持续时间的依从性报告不足。该研究指出，提高HIIT可行性的因素包括：对训练强度设定切合实际的目标；对训练强度的实施情况进行适当调整；对训练质量进行培训；对培训质量进行调整等。

3.3 心脏康复中HIIT的安全性 尽管HIIT能有效减少心血管事件的复发，但与传统的MICT相比，心脏病患者进行HIIT仍需面临一定的风险，尤其在缺乏专业指导和监督的情况下。目前关于HIIT是否增加急性心血管事件的风险还没有定论。一项来自日本的关于心脏康复安全性的全国调查显示，每383 096个训练小时发生12次不良心血管事件和1次威胁生命的心血管事件[37]。Dun Y等[38]研究表明，与MICT相比，HIIT导致心血管事件的频率和程度并不高，目前证据表明HIIT的运动收益远大于运动风险，但仍需要多中心、大样本的研究以确定其安全性，今后研究重点是探索简单、易行的运动风险筛查工具和使用远程实时的运动机能监控，对HIIT的全过程进行评价和监测。张杰等[39]研究认为，HIIT在提高患者运动能力、VO2peak、生活质量上更具优势，而急性心血管风险却没有增加，证实HIIT安全性较好。目前关于HIIT的安全性研究多为短期小样本的临床试验，未来需要有更大样本量的临床研究来进一步观察HIIT的长期安全性。国内一项为期18年的横断面研究，从43 130个独特的个体中，总共检索了连续的50 142个运动训练；其中，男性不良事件发生率为每10 000次试验0.8次(95%CI：0.2，3.0)，女性每10 000次运动训练0.4次(95%CI：0.7，2.2)，均值为每10 000次试验0.6次(95%CI：0.2，1.8)。这项研究代表了中国临床人群中最大的运动训练数据集，结果表明，临床运动训练是安全的，与运动训练相关的不良事件发生率低可能是由于临床实践随时间推移的整体变化[38]。

3.4 HIIT运动强度的研究进展 所有运动方案在CVD和HF患者中都存在潜在的风险，因此，我们建议使用客观和主观措施来规定HIIT的运动强度，以保证患者安全。一项SAINTEX-CAD研究认为[40]，仅依赖于HIIT方案强度的客观测量是不够的，必须在开具HIIT方案时，根据患者的主观感受调整客观定义的目标心率区域和运动量。Pattyn等人[24]发现，在12周的训练中，峰值心率(peak heart rate，HRpeak)显著增加。这表明，目标心率区域可能需要在训练期间进行调整，可以通过重复最大运动测试或者使用主观强度测量来相应地确定运动量。因此，主观测量很重要，感知劳累率(rate of perceived exertion，RPE) 已被证明是内部训练负荷的良好参考指标[41]。目前，用于开具HIIT方案的最常见方法是HRpeak和RPE。对于较短的持续时间间隔(＜2 min)，HRpeak可能会低估训练刺激，因为与摄氧量相比，HRpeak的上升时间不足，并且HRpeak存在滞后性，特别是在HF或心功能不全的患者中。Aamot等人[42]发现，单使用RPE进行HIIT运动强度的确定，也会导致平均训练强度低于目标范围。因此，对于长期HIIT，有研究建议，临床医生使用HRpeak和RPE的组合框架，进行HIIT强度的制定，并且能提高患者对HIIT运动强度目标的依从性。

4 小结

有广泛的证据表明[43-44]，与MICT或低强度运动相比，HIIT对VO2peak的改善作用更大，具有一定的临床意义。虽然短期HIIT方案可以成为改善骨骼肌细胞中的线粒体数量并提供与MICT类似的VO2peak改善效果，但更长持续时间和更高容量的HIIT方案似乎更适合提升CVD和HF患者的每搏输出量和血管适应，对VO2peak的改善也更大。最后，临床医生使用HRpeak和RPE的组合框架，进行HIIT强度的制定，这可能是减少肌肉骨骼不适以及最大限度地提高安全性、依从性的最佳选择。未来需开展大规模临床研究，探索不同运动强度下HIIT的长期安全性、有效性及依从性等，为临床提供一定的理论基础和实践依据。