大强度间歇训练促进健康研究进展

秦长辉 孟凡华

(1.江苏警官学院警体部 江苏南京 210012;2.中国人民解放军陆军工程大学军事基础系 江苏南京 211101)

运动是慢性疾病一级预防的基石［1］，然而，缺乏时间是坚持定期锻炼最常见的障碍。在促进大众健身方面，如何推广运动，选择运动方法，获得最佳的运动效益非常重要［2］。大强度的间歇训练（High-Intensity Interval Training，HITT）一直是运动员提高运动成绩的重要组成部分，间歇训练模式能够诱导显著的生理适应并促进健康。从机制角度来看，间歇性训练引起的生理适应不仅归因于强度本身，而且也归因于间歇性运动的内在本质。大强度间歇训练模式，由短时间的密集活动组成，这些活动需达到“最大”或“接近最大”的运动强度，诱发更大的生理适应，因此，备受运动群体关注和重视［3］。

1 不同间歇训练方法介绍

1.1 高强度间歇训练

高强度间歇运动的特点是在相对较高的负荷下进行时间较短的剧烈运动，运动强度≥90%最大摄氧量［4］。根据运动强度的不同，每次运动通常持续几秒钟到几分钟，多次运动之间会有几分钟或更短时间的休息。HIIT 根据运动与间歇的总时间，通常分为间歇小于15 min的低训练量HIIT和间歇大于15 min的高训练量HIIT［5］。尽管HIIT 的总时间较短，但其对促进机体的健康与提升运动能力的效果显著。此外，低训练量HIIT（每节课不到15 min 的积极高强度训练），是一种改善心脏代谢健康和心血管耐力的时效性锻炼策略［6］。

1.2 间歇性冲刺训练

间歇性冲刺训练（Sprint Interval Training，SIT）是一种运动强度更高的HIIT 模式，其每一轮高强度运动持续的时间较短（≤30 s），间隔时间相对较长（约4 min）。SIT 的目标运动强度通常比HIIT 更大，SIT 建议的最小运动强度大于其100%最大功率，对应于≥85%的最大冲刺速度和≥获得最大摄氧量所需的160%最低运动速度。最常用的SIT 方案是在功率自行车上进行的高强度的练习，包括4×30 s 的全力蹬的最大间歇，强度对应170%最大摄氧量（VO2max）［7］。

1.3 重复冲刺训练

重复冲刺训练（Repeated-Sprint Training，RST）的特点是进行重复冲刺（10～20 次全力冲刺或来回往返冲刺，持续时间≤10 s），其休息恢复时间间隔较短（不足60 s）［8］。RST建议的最小强度是大于等于获得最大摄氧量所需的120%最低运动速度，这种训练模式被广泛应用在许多运动项目的准备活动中。然而，与SIT 或HIIT相比，RST的研究并不多。SIT和HIIT模式在足够长的恢复期内重复执行，允许完全恢复运动能力，而RST模式重复冲刺之间的恢复时间短。因此，RST期间不可避免地会出现运动能力下降。荟萃分析回顾了RST 对运动表现影响的对照和非对照实验研究，包括反向纵跳、10 m 跑、20 m 跑、30 m 跑、重复短跑能力和高强度间歇跑成绩等，并证明RST能有效提高力量、速度、重复短跑能力和耐力［9］。此外，可影响平衡［10］和认知能力［11］。

2 大强度间歇训练诱导适应相关的生理机制

2.1 最大摄氧量适应

训练后有氧能力的增加取决于中枢和外周的适应，包括中枢神经系统招募运动单位能力的增加、SV的增加、最大心输出量增加、血流量增加、骨骼肌线粒体含量和毛细血管密度增加等［12］。这些适应能力的强弱取决于运动的强度、持续时间和频率。

研究表明，尽管HIIT 的训练量较低，但与MICT 相比，HIIT 可获得类似的［13］，甚至更大的健康效益［14］。在青少年、健康成年人和肥胖、癌症和代谢综合征患者中，与MICT 相比，HIIT 是提高有氧能力的有效干预措施。VO2max的增加通常归因于SV 增加、最大心输出量增加、最大动静脉氧差增加、骨骼肌氧化酶能力提升、毛细血管密度增加、红细胞体积和血红蛋白质量增加，从而获得更强的载氧能力［15］。

对不同HIIT和SIT的外周适应，可使VO2max明显改善。一项研究要求受试者在170%VO2max条件下完成8组×20 s 蹬自行车运动，间歇时间10 s（每周4 天，共6周）。研究发现VO2max增加9%，但最大心输出量没有变化。研究评估了SIT 和MICT（每周3 次，共6 周）对2000 m跑的影响，发现两组的VO2max均有改善，而最大心输出量仅在MICT 组［16］有所增加，表明MICT 后的生理适应主要是中枢适应，而SIT更多的是外周适应［17］。研究表明，如肌肉氧化酶、毛细血管密度、最大动静脉氧差和VO2max在改善外周适应中发挥了重要作用。

另外，研究发现，HIIT6周后最大心输出量增加，但HRmax或最大动静脉氧差无明显变化，训练包括10 次HIIT（8～10 组×60s，90%～110%VO2max），其次是10 次SIT 或周期间隔训练，训练组均显示SV 增加引起最大摄氧量增加［18］。研究发现，3周内完成9次HIIT可有效刺激增加心输出量，增加VO2max，且最大动静脉氧差也有微小增加，这表明最大动静脉氧差可能对运动后VO2max的增加起着重要的作用［19］。此外，研究发现类似现象，实验选取不活跃的成人进行8 周间歇训练后，VO2max改善，且外周和中枢适应能力增强［20］。

2.2 耐力适应

研究表明，HIIT 可有效提高运动表现［21］，HIIT 引起的耐力改善归因于分子和生理因素，包括增加最大CS活动，增加骨骼肌血流和血管电导，增强活跃肌肉的乳酸承载能力和氢离子释放能力，以及肌浆网功能。此外，HIIT 后骨骼肌的VO2max和氧化能力改善对促进运动表现［22］起着重要作用。在SIT 或HIIT 后，影响运动表现的标志性适应之一是运动过程中脂肪氧化的增加，引起细胞内代谢物（乳酸、氢离子、无机磷酸盐、二磷酸腺苷和一磷酸腺苷）的积累减少，糖原储备减少。

2.3 心肌和骨骼肌的适应

运动方式传统上被分为有氧/耐力或力量/抗阻［23］。运动的生理适应与所执行的运动方案有关，不同运动方式激活了不同的分子途径。例如，包括HIIT 在内的耐力训练模型为线粒体生物发生提供生理刺激，从而减少糖原使用和乳酸产量，增加乳酸阈值，并允许机体在既定强度下维持更长运动时间。此外，力量训练刺激肌原纤维蛋白的合成，可导致肌肉肥大，增加最大力量［24］。这种类型的HIIT训练促进了已知的由MICT诱导的生理适应，但由轻度运动分隔的短时间、剧烈的重复的模式类似于阻力运动。

一项研究了HIIT 如何在更短的时间内提供与MICT类似或更强的适应［25］，但关于间歇训练诱导的生理机制以及细胞内代谢途径之间的通信认识仍不够深入。在一小时的中等强度运动中，氧气供应充足，活跃肌肉的能量供应主要来自碳水化合物和脂肪的氧化，主要动员的是I 型肌纤维。当高强度持续或间歇运动的刺激超过阈值，局部（肌肉）和全身（心血管、呼吸、神经和激素）稳定状态都会出现紊乱，此时大多数II型肌纤维被动员，ATP 的产生增加100 倍，以满足肌肉增加的能量需求［26］。会引起细胞内乳酸、磷酸肌酸、一磷酸腺苷和二磷酸腺苷的积累增加，以及腺苷单磷酸活化蛋白激酶和钙调蛋白依赖性蛋白激酶II 的活性提高，进而诱导PGC-1α 的mRNA 表达增加，PGC-1α 被认为是线粒体生物发生的主调控因子。这些生理过程和细胞应激与耐力运动的强度、线粒体蛋白质合成和线粒体生物发生密切相关。

3 大强度间歇训练计划的设计

在制订HIIT 训练计划时，至少存在9 个变量。包括：工作间隔强度、持续时间；恢复间隔强度、持续时间；练习方式；重复次数；组数；组间恢复强度和持续时间。调控其中任一变量可影响HIIT产生不同的急性生理反应。实施HIIT计划应个体化。诱导最大心血管和外周适应的最佳刺激是每次训练至少数分钟到达“红色区域”，该区域训练强度至少超过90%最大摄氧量（VO2max），而通过HIIT 可较长时间维持强度超过90%VO2max训练。

关于HIIT的研究绝大多数都是调查每天一次或隔天一次训练的生理效应，而每日进行两次HIIT 的生理效应暂不清楚［27］。研究发现，在5天时间内进行6次高强度间歇运动后，VO2max、耐力能力和次最大运动脂肪氧化显著改善［28］。此研究是设计训练时间最短的HIIT实验，但提供了较强的刺激，体现了人体在不到1周的时间内适应运动压力的显著能力。研究表明，每天2次HIIT 改善了能量代谢，并诱导了骨骼肌细胞信号通路，调节了线粒体和底物代谢［29］。每天第一次HIIT通常是消耗肌肉糖原存储，第二次HIIT 是在低肌肉糖原存储下进行的运动，这会使运动诱导的线粒体生物发生和代谢相关基因的增加［30］。因此，在肌糖原消耗后进行高强度间歇运动可更好地诱导线粒体适应，提高耐力能力以及全身底物氧化能力。

与正常糖原存储的HIIT 相比，低糖原存储的HIIT可造成更大的刺激，使线粒体体积增加，引起更好的训练适应并提高耐力。研究认为，对于运动能力强的运动员来说，低肌糖原状态下进行HIIT 的训练适应并不比高肌糖原状态更有效，高肌糖原状态下可以维持更长时间的训练，从而获得更好的训练效果。因此，对于无训练经验的人而言，一天2次的HIIT训练，能够有效改善训练适应和运动表现。此外，需重视减少肌糖原的训练计划可能会引起过度训练综合征和免疫功能受损风险增加的危险，要做好运动监控，以及与其他训练的组合，进行科学合理的锻炼。

4 大强度间歇训练对运动能力和健康的影响

4.1 大强度间歇训练对健康人群运动能力与健康的影响

随着科学技术的发展，可通过肌肉活检进行检查，可以研究不同类型的间歇训练模型对线粒体呼吸和线粒体生物发生的影响，也可以区分训练量和训练强度的影响。一项研究比较了3种不同HIIT训练方法对骨骼肌线粒体含量和线粒体呼吸产生的影响：SIT（以约200%VO2max进行4～10 组×30 s 的全力跑）、HIIT（以约90%的VO2max进行4～7 组，间歇时间4 min），或低于乳酸阈值的持续训练（在约65%VO2max下持续20～36 min，每周进行3次，持续4周）［31］。研究显示，HIIT和SIT组的VO2max有所改善，且仅SIT组增加了骨骼肌中的质量特异性线粒体呼吸，以及PGC-1α、蛋白质p53蛋白质含量，研究结果表明，人类骨骼肌对训练量减少的适应将会迅速逆转，而训练量在训练诱导的线粒体适应中起着关键作用。

4.2 大强度间歇训练对临床人群运动能力与健康的影响

在健康个体中进行的HIIT 研究越来越多，但仍不清楚间歇训练模式是否可以安全地应用于各种疾病患者。例如，在冠状动脉术后中，患者经常发生运动性心绞痛，且对持续训练反应不佳。研究发现，在一年的间歇训练后（包括跑步或慢跑间歇时间），患者有氧能力显著增加［32］。

一项研究将心力衰竭患者纳入了不同的HIIT 方案，并首次推荐间歇训练模式更适合改善慢性充血性心力衰竭患者的心功能和身体机能［33］。另外，通过10周的HIIT实验，发现HIIT组的冠状动脉疾病患者的VO2max平均增加17.9%，中等强度持续训练（moderate-intensity continuous training，MICT）组平均增加了7.9%［34］，表明HIIT在增加心脏患者有氧能力方面更有效，且间歇运动能够优化康复训练计划。一项研究MICT和HIIT（3次/周，共12周）对心肌梗死后心力衰竭患者心血管功能和预后相关变量的影响，实验将年龄为75.5±11.1岁的患者随机分配到HIIT组（4×4 min，90%～95%HRpeak，通过3 min的轻度运动，恢复到50%～70%的HRpeak）或MICT组（47 min，70%HRpeak）［35］。研究发现，摄氧量的峰值（VO2peak）在HIIT 组和MICT 组中分别增加了46%和14%，而PGC-1α 仅在HIIT 组中增加了47%，这与降低心肌梗死风险相关。实验发现，通过标准多普勒检测的左心室出口通道的SV和峰值射血速度，仅在HIIT组分别增加了17%和19%，而MICT组的收缩功能没有变化。此外，实验发现b型利钠肽水平、心肌肥厚和心力衰竭严重程度的标志物，在HIIT组中降低了40%，但在MICT组中保持不变。研究表明，HIIT在改善老年心力衰竭患者左心室收缩性能和有氧能力方面比MICT 模式更有效。

此外，一项进行为期2 周的“力竭”高强度间歇训练研究，结果显示，SIT 可有效增加超重和肥胖男性的VO2max，并且受试者腰围、收缩压、空腹胰岛素和静息碳水化合物氧化下降，且2 周后静息脂肪氧化更高［36］。SIT首次被建议用来改善久坐不动的超重/肥胖人群的代谢健康。然而，高强度间歇运动的安全性受到质疑，直到研究比较了HIIT与中等强度有氧运动的心血管风险，初步证明了高强度间歇运动在人群中的安全性［37］，但需要大规模的研究证实。

5 结语

规律锻炼是健康生活必不可少的环节，不同的间歇训练模式（如HIIT、SIT、RST 等）是有效提高健康效益的运动计划。与MICT相比，HIIT可大大缩短运动时间，并产生与MICT 类似的健康效益，获得更好的运动体验和生理适应。但过度HIIT可能会导致有害的代谢影响。因此，在进行HIIT 时应严格监测运动强度及运动者的身体机能。

对于患有不同慢性病的患者，在剧烈运动期间发生运动损伤的风险增加，需要进一步根据临床特征和健康水平，来研究高强度间歇运动的可行性和安全性。通过进一步的研究将有助于高强度间歇训练模式转化为针对一般人群的体育活动，促进HIIT 纳入日常生活和训练计划，从而促进大众健康。