間歇訓練方案設計的研究進展

王 巍，張仁祥，趙鳳雛，余 洲

1 引言

間歇訓練(Interval training，IT)可有效提高運動表現和促進健康(改善葡萄糖調節、胰島素抵抗、有氧能力和減少脂肪)，同時對時間的需求較少[1]。近年來，IT的受歡迎程度急劇上升，有助于提高大眾參與健身運動[2]。

2 定義和概念

IT可以定義為間歇性強度運動，以恢復期為間隔，分為高強度間歇訓練(HIIT)、間歇性沖刺訓練(SIT)和重復沖刺訓練(RST)[3]。根據Buchheit等人的研究[4]，IT涉及到9個變量的操縱, 包括運動強度和持續時間、間歇期強度和持續時間、運動項目、重復次數、連續組數，以及組間恢復期強度和持續時間(圖1)。這些變量均會影響急性和慢性生理效應。簡而言之，HIIT被定義為以接近最大的努力進行的重復的短時間或長時間的運動，運動強度通常在最大心率(HRmax)或最大攝氧量(VO2max)的80%以上[5]。

圖1 間歇訓練(IT)方案涉及的相關變量

另一方面，SIT被定義為在強度VO2peak/max下進行的運動，包括全力或最大努力程度以上，通常包括20-30s的全力沖刺，穿插2-4min的被動恢復時間。RST定義為持續3-7s的沖刺，穿插的恢復期一般小于60s[3,6,7]。

首先，一些研究使用了“最大努力程度以上”的概念，然而，這個概念存在爭議，因100%指的是給定系統的最大功率，人體無法克服這個值(例如，100%的HRmax或VO2max)。因此，根據HRmax或VO2max等生理參數使用“最大努力程度以上”一詞可能不合適。只有在特定的上下文中使用才有意義，例如，當個體達到VO2max時的絕對強度(速度或功率)。更合適的說法是，當在VO2max之上進行運動時，以最大努力程度以上代替全力運動的概念。同樣需要注意的是，在達到力竭之前，可以在VO2max強度下運動4-6min[8]。

其次，關于HIIT的一個常見誤解在于“高強度”一詞。通常認為HIIT必須包含一個高強度方案。然而，運動表現出來的絕對強度可能并不能反映出努力的程度。如上一段所述，在達到VO2max4-6min后才會出現疲勞，因此，如果個體以這種強度僅運動30s，且表現出較高的努力程度，可能就會存在爭議。研究報道，當訓練涉及短時間的運動(60s)時，強度等于或接近VO2max，HIIT可能會導致感知用力的低評級(RPE)和高依從性[6,7]。

3 IT訓練方案的設計

3.1 強度控制

目前一般采用目標HR控制運動強度。一項研究的運動方案建議以90-95%HRmax的強度進行運動，70%的時間休息[9]，該方案取得了良好的效果，為心臟康復提供了參考，有助于誘導心臟的保護機制[10]，提高肌肉代謝上的適應能力[11,12]。但研究的結果并沒有在更大的樣本中重現，這可能是由于達到規定強度的程度較低，僅不到50%的參與者達到了目標強度。在規定的強度下運動對訓練的有效性至關重要。

各種策略可以用于達到預設的HR，這可以很大程度上影響在目標強度上的有效時間。例如，個體可以從剛開始就以高強度運動，以確保HR的急劇增加，也可以保持一個恒定的強度，等待HR增加。休息期也是如此。例如，在一項研究中，Ramos等人[13]使用了一種運動方案，該方案預設在85-95%HRmax下進行4組4min的運動，每組間隔3min。然而，報告顯示，參與者(患有代謝綜合征的人)需要2min才能達到目標強度。因此，該方案只是2min的目標強度，5min的間隔時間，而不是4min目標強度，3min間隔時間 (考慮參與者有效地保持在目標HR中的最少的時間)，導致努力程度比預期低。在另一項研究中，Helgerud等人[14]報道了中等訓練程度的男性受試者在15:15的間歇跑中(強度為90-95% HRmax15s沖刺跑，穿插強度為70% HRmax的15s主動恢復跑)的運動表現。雖然在后期的間歇運動中目標強度達到更快，但前期，15s是不可能達到目標強度的。此外，不論所使用的策略和所進行的次數，重要的是達到目標強度所花費的時間，因為這可能影響訓練的生理反應。這在分析不同人群時可能特別有效，因為代謝綜合癥患者和老年人[15]可能在運動過程中對HR增加有延遲反應，而在運動后HR的下降也較慢。

另一個重要的問題是用于控制強度的方法。可使用HR、功率輸出、VO2max、RPE、最大無氧功率等指標。然而，每種控制強度的模式可能會導致不同的反應，不應該互換使用，特別是考慮到不同訓練方法下個體間可變性的影響。例如，Wisl?ff 等人[9]發現，在適應HIIT的運動方案后，受試者以90-95%的VO2max運動時，僅在第三組就達到了目標心率。因此，相同比例的HRmax和VO2max可以導致不同的強度，即使采用相同的組數和間隔時間，采用不同的控制強度的方法可能導致不同的結果。

訓練強度的適當定義和解釋至關重要，因為IT的訓練結果在很大程度上取決于此。例如，Racil等人[16]比較了肥胖的年輕女性以相同組數、間隔時間、總時間和比率(6-8×30:30s)執行不同強度的IT運動方案后的差別。一組運動強度為80-90%VO2max，而另一組強度為100-110%VO2max。結果顯示，只有在高強度組中，VO2max增加，腰圍、甘油三酯和總膽固醇顯著下降。此外，高強度組的最大有氧運動速度增加，體脂肪、甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇和胰島素的含量降低。

3.2 運動次數和時間

研究報道，IT可能導致RPE更低，更大的樂趣，并且比持續跑更高的依從性[2,5]，這取決于運動方案的設計。Kilpatrick等人[17]比較了健康且經常進行運動的學生在相同負荷持續運動和IT運動試驗前后的RPE和HR的反應。IT持續24min，運動和恢復時強度相同(分別是通氣閾值與最大能力之差的60%，以及最大能力的10-20%)；每個間隔使用1:1的運動-恢復比，并且只在運動次數，以及運動與間歇時間上變化：24×30:30s，12×60:60s，6 ×120:120s。結果顯示，120:120s時RPE和HR較高，而30:30s時RPE和HR較低。

Jung等人的[18]報告稱，糖尿病前期患者練習IT的效果(4×60:60s，90%HRpeak和低強度恢復，增加到10×60:60s)在很大程度上超過了中等強度的持續訓練 (MICT，在65% HRpeak時運動20min，逐漸增加到50min)。此外，Jung 等人[19]還比較了IT(10×60:60s，100%:20% VO2peak)，MICT(40%VO2peak,40min)和持續高強度運動(CVI，80%VO2peak，20min)運動后的樂趣。根據研究結果，與MICT和CVI相比，參與者表示IT后獲得的樂趣更多，超過50%的參與者表示更傾向于選擇IT。Thum等人[20]在對健康的經常運動的男性和女性進行IT(8×60:60s，以85%的VO2max騎自行車，每組運動間積極恢復)和MICT(45%VO2max騎自行車20min)比較后，也報告了類似的結果。

Astorino等人[21]比較了MICT(45%VO2peak進行25min的手臂搖動)和次最大量的手臂搖動(8×60:90，70% VO2peak運動，10% VO2peak恢復)或最大IT(8×30:120，以105% VO2peak運動，10% VO2peak恢復)，并報道，盡管給脊髓損傷患者的代謝壓力較大，但IT仍能帶來更大的樂趣。這些結果表明，在強度等于或小于VO2max/peak和HRpeak時使用60s或更少的IT訓練方案比連續訓練方案更能導致更高的依從性。然而，同樣的情況可能并不適用于那些需要更長的運動時間的方案。

即使使用相同的強度，對IT運動方案的生理反應也會有很大的不同，影響這種反應的一個方面是運動和休息的持續時間。當強度和總做功量相等時，有研究表明，與短時間(24×30:30s)相比，長時間(即6×120:120s)會導致超重至肥胖成年人的RPE、HR和快感降低[22]。此外，較短的運動時間(15:15s和30:30 s)在超重至肥胖的成年人和冠心病患者中較MICT的努力程度和生理壓力更少[22]。

IT對體成分的影響也與不同的訓練方案設計顯著相關。研究表明，運動后脂肪氧化的增加似乎受到糖原耗盡的影響[23]，而更多依賴于糖酵解系統的方案可能在這方面更有利。與此一致的是，許多文章都顯示了IT相對于中等強度訓練方案的優勢，且這些研究都是在力竭的和恢復時間不夠的情況下進行的。另一方面，與傳統的訓練方案相比，次最大強度的運動和較長休息間隔的方案在降低超重成年人或代謝綜合征患者體內脂肪方面效果不佳。例如，Keating等人[24]評估了以115%VO2max運動30s和3min恢復時間的IT運動方案，發現在體成分方面沒有積極的結果。Matsuo等人[25]研究了相同持續時間和強度的運動，但恢復時間僅15s，使用的強度比Keating等人使用的強度更高。然而，IT效率并不遵循強度越大越好這一規律，相反，這似乎是一個選擇正確強度的問題。在這方面，Raleigh等人[26]研究了HIIT強度對健康男性和女性VO2peak和VO2動力學訓練誘導適應的影響，在總運動量相同的前提下，對不同強度組(80%VO2peak、115%VO2peak和150%VO2peak) HIIT(運動1min，休息1min)訓練后的VO2peak進行了比較。根據研究結果，在訓練強度為115%的組中，VO2peak的增加比訓練強度為80%的組要大，然而，在150%的強度下訓練的組與在115%或80%的強度訓練的組取得了相似的適應能力；此外，在低強度訓練組中，無應答者的比例最大，在115%的訓練組中，應答者的比例最高。

3.3 運動項目

不同的運動項目(如騎自行車、跑步、健美操、壺鈴)會引起不同的生理需求。Ozkaya等人[27]比較了30s橢圓試驗(EAT)與Wingat全面試驗中三個主要能源途徑的貢獻，發現EAT的特點是氧化系統的貢獻較低，磷酸化和糖酵解系統的貢獻較大。Medell等人[28]對14名鐵人三項運動員在自行車測試儀和水平或傾斜的跑步機上進行了遞增測試，評估了VO2max和有氧-無氧的轉換。結果表明，VO2max在兩種運動間無差異，在跑步機上，在通氣閾值1(VT-1)和通氣閾值2(VT-2)記錄的肺通氣量、HR和VO2達到最高值。Miles等人[29]研究了年輕女性在自行車測速儀和跑步機鍛煉過程中心肺調節和代謝調節之間的關系，并報道跑步機行走導致的VO2max大于自行車測速儀訓練。血液乳酸濃度、血漿碳酸氫鹽濃度、呼吸交換比、HR和PH值在循環測功試驗中較高，說明無氧代謝導致局部疲勞程度較高。

Smith等人[30]將休閑鍛煉者對6種遞增最大測試方式(跑步機、固定滑雪、搖擺滑雪、臺階器、固定自行車和劃船器)的VO2peak、VT-1和VT-2反應進行了比較。跑步機測試產生的VO2peak顯著高于其他測試方式，而VT-1和VT-2的響應在所有測試方式中相似。同樣，Lafortuna等[31]也比較了肥胖人群在不同強度水平(高達85%VO2max)下對跑步機和自行車測功器運動的代謝反應，據報道，在跑步機運動中，HR、O2、能量消耗和脂肪氧化較高，血乳酸較低。在Schneider等人[32]的研究中，訓練有素的男性鐵人三項運動員在跑步機上跑步時的VO2max顯著高于使用自行車測試。

Lafortuna等[33]通過研究個體對不同運動項目的反應差異，比較了15名肥胖婦女和6名正常體重婦女步行和騎車時的能量和心血管反應。在兩種運動項目下，肥胖患者的代謝率都高于正常體重者，這與體重有關。在兩組中，在相同的VO2下，自行車運動時HR高于跑步機運動，但在肥胖組中，自行車組的HR增量大于VO2。

Verstappen等[34]比較了長跑運動員和自行車運動員在跑步機和自行車測試儀上的生理反應，長跑運動員在跑步機上測試時，VO2升高14%，但自行車運動員中則相同，同樣地，在兩種測試儀上，自行車運動員的HR和每分通氣達到了相似的值，但跑步運動員在跑步機上的值更高；另一方面，在兩種測試儀上，長跑運動員的乳酸濃度達到相似的值，但自行車運動員在自行車測試時體內的乳酸濃度較高。Millet等人[35]回顧了有關自行車和跑步之間生理差異的文獻，并報告說，大多數研究表明在跑步機上，跑步者可獲得較高的VO2max和HR，而騎自行車的人在自行車測試儀上可達到VO2max值，類似于跑步機所測得的值。

肌肉似乎特別適應某一特定的運動，因此訓練歷史似乎會影響對某項運動的生理反應。因此，使用不同運動模式的類似IT方案可能會導致不同的生理反應，從而導致不同的結果。例如，McRae等人[36]使用健美操進行運動，發現IT和MICT之間的無氧能力沒有差異，這與Tabata等人[37]使用自行車測試儀的結果相矛盾。

Fortner等人[38]對14名非肥胖的年輕參與者進行了一項研究，目的是調查在壺鈴擺動下進行的Tabata方案的心血管和代謝需求，并報告RPE、平均VO2值、VO2peak、HRmax以及運動后血乳酸含量均高于傳統的抗阻訓練方案。然而，Fortner等人[38]在使用自行車測試儀時所報告的乳酸值(6.4±1.1 mmol/L)低于Foster等人[39]所報告的值(12 mmol/L)。另一方面，Amtmann等[40]使用混合武術動作的Tabata方案，報道血乳酸濃度高達19.7 mmol/L，高于Foster等[38]的值。此外，與騎自行車相比，跑步和健美操運動可以減少外周疲勞，從而降低糖原消耗并影響后期的能量輸出[41]。雖然McRae等人提出運動項目的選擇和變化可以增強運動動機和長期堅持，但目前還沒有得到測試，必須考慮到改變運動可能會改變從IT方案中獲得的結果。另外，運動項目可影響執行功能[42]，組合方式[42-44]、環境因素[45,46]均可能影響間歇訓練的效果。

4 小結

IT方案的設計涉及9個變量，包括運動強度和持續時間、間歇期強度和持續時間、運動項目、重復次數、連續組數，以及組間恢復期強度和持續時間，不同變量的設計和組合會得到不同的訓練結果，因此，必須詳細描述IT方案，尤其是強度的控制、運動次數和間歇時間，并選擇合適的運動項目。