高強度間歇性訓練運動處方對慢性病療效的研究進展

郭志誠，蔡建光，敬龍軍

（湖南科技大學 體育學院，湖南 湘潭411100）

2020中國健康大數據顯示，我國超重及肥胖癥人口有5.07億，有近4.2億人患高血壓人，2億人存在血脂異常，1.21億人有糖尿病，1.2億有脂肪肝。我國身患慢性病的人口已接近半數，慢性病已成為威脅國民健康的首要大敵，單單依靠以往傳統的針對慢性病的臨床治療手段無法完全有效應對。近年隨著體醫融合的不斷深入，有關高強度間歇性訓練（HIIT）對于慢性病的治療效果的研究不斷增多，越來越多的證據表明高強度間歇性訓練能夠有效促進慢性病的防治，為減少慢性病對民眾健康的影響提供高效而經濟的方案。

1 我國慢性病的現狀及危害

根據《中國居民營養與慢性病狀況報告（2020）》顯示，我國18歲以上居民高血壓患病率達到了27.5%，糖尿病為11.9%，40歲以上居民慢性阻塞性肺病患病率達到了13.6%，包括癌癥發病率在內，相比2015年的報告結果均有所上升。雖然我國居民因心腦血管疾病、癌癥、慢性呼吸系統疾病和糖尿病等4類重大慢性病導致的過早死亡較2015年下降了2個百分點，僅為16.5%，但就2019年而言我國慢性病導致的死亡已占到總死亡的88.5%，其中心腦血管疾病、癌癥、慢性呼吸系統疾病更是占到了80.7%。慢性病仍是我國致死率、致殘率的最主要原因，我國對慢性病的防控工作仍面臨著巨大的挑戰［1］。

慢性病主要有高血壓，心腦血管疾病（如冠心病，腦梗塞等）、癌癥腫瘤、糖尿病、慢性呼吸系統疾病（如COPD），是慢性非傳染性疾病的通稱。其起病通常較輕，多因患者不良生活習慣和忽視治療而不斷加重，最終發展成病因復雜只可控制難以治愈的困擾患者終身的惡疾。生理上常有疲倦、乏力、視力下降、便秘、腹瀉、失眠等，嚴重者會出現各種致殘甚至致死的并發癥；心理上則有悲觀、棄世、情緒低落等，長時間不處理可發展為抑郁癥；社會層面上慢性疾病對全球的患者家庭造成了無法估量的損失，給國家醫療系統帶來了沉重的壓力。成為阻礙國民健康安全，國家經濟發展的不可忽視的威脅［2］。同時由于慢性病患者的行動能力受限，與健康工人相比，他們的工作時間會大打折扣，甚至完全沒有工作能力，嚴重影響了生產力［3］。

2 臨床高強度間歇性訓練方案

HIIT因其能夠以短時間有節奏有計劃的動作重復鍛煉就能達到一般體育訓練對心肺及運動能力的改善效果，而被訓練機構所推崇［4］。心肺功能不僅是衡量心血管健康的重要指標，該項指標的改善還有助于整個循環系統的改善，從而降低慢性病發病風險，緩解慢性病患者的相關癥狀、提高生活質量［5］。為針對慢性病的防治達到更好的效果，HIIT訓練方案的制定需要醫療與運動專業的相關人士共同制定，在符合HIIT基本的訓練原則上針對不同慢性病患者調整合適的運動量、運動強度和間歇時間。

HIIT一般要求較高強度的運動中間穿插著休息或低強度運動，整個訓練過程耗時較短，且都有準備活動與運動結束后的放松活動。Eser［6］等在一項針對HIIT對心肌梗死后患者心率影響的比較研究中采用了4min的高強度訓練中間間歇3min的休息，結果顯示HIIT與中強度持續性訓練（MICT）對患者的靜息心率的影響無明顯差異。Ram［7］等在HIIT對超重或肥胖青年身體機能影響的的研究中采用了1min、15RPE（本體感覺運動強度、15RPE為80%體力強度相當吃力）與1min、3RPE恢復運動相間歇重復10組的訓練，HIIT與MICT對肥胖超重人群體重及體脂影響相當。兩組不同實驗均有適當的準備活動與放松活動，及完備的醫務監督。臨床上HIIT的應用更加強調安全和患者的自身感受，可針對不同慢性病的病程和癥狀對運動方式及運動強度進行個性化的調整，以期獲得最好的療效。

3 HIIT對不同慢性病的療效

3.1 HIIT對糖尿病患者的療效

臨床常見糖尿病主要分為1型（T1DM）和2型糖尿病（T2DM），近年HIIT對糖尿病療效的運動處方如表1。

表1 高強度間歇訓練對糖尿病患者治療的運動處方

T1DM主要由不同病因造成的胰島β細胞失能，機體無法正常產生胰島素而造成的糖尿病。一項4周的針對超重和正常體重的T1DM患者的HIIT的研究中顯示，在進行4周HIIT訓練期后T1DM患者相較于訓練前所需的胰島素總量要少，且對于超重的患者HIIT能更有效的改善心臟代謝功能［8］。但在糖尿病性視網膜病上，HIIT對健康人群的脈絡膜毛細血管灌注有影響，而對T1DM患者無明顯效果［9］。

T2DM占到糖尿病的90%以上，主要是多種原因造成的胰島素抵抗所致，其并發癥可累及人體的心、腦、眼等多個器官，對患者的生活造成多方面的不便。在有醫護人員的監護與正確指導下，相較于MICT，HIIT能更好地控制年輕肥胖T2DM患者的血糖，緩解其胰島素抵抗，減少降糖藥物的使用［10］，且因其還能在短期有高效減重減脂功效，HIIT的療效持續時間更長［11］。動物實驗上，HIIT能夠降低T2DM小鼠的脂肪生成，改善蛋白質的脂解，從而改善胰島素抵抗［12］。運動干預T2DM的炎癥與脂質標志物的研究中，HIIT聯合抗阻訓練能更好地阻止總膽固醇和低密度脂蛋白-C的進一步紊亂［13］。進行HIIT的T2DM患者較普通治療能更好地控制血糖，并緩解相關并發癥的發展［14］。HIIT不僅能通過減脂減重來降低T2DM的發病風險，還能從病因上改善胰島素抵抗，從而緩解T2DM并發癥。

3.2 HIIT對高血壓患者的療效

高血壓是最常見的慢性病，大部分心腦血管疾病與代謝疾病的患者都有數年的高血壓病史。現階段已有學者運用不同形式的HIIT方案對高血壓患者進行干預，并研究了HIIT對高血壓患者各項功能指標的療效，近年多項HIIT對高血壓患者的運動處方及其比較組的描述如表2。

表2 高強度間歇訓練對高血壓患者治療的運動處方

Aghaei［15］等在對30位Ⅰ型高血壓患者（收縮壓>140mmHg，舒張壓>90mmHg）進行不同強度的HIIT訓練研究中得出，不同的持續時間的HIIT均可以使收縮壓和脈搏傳導速度（PWV）顯著降低（p＜0.05），甘油三酸脂減少，炎癥標志物減少。Sajad［16］等在上述研究的結果進一步分析得出，不同強度的HIIT的效果并無太大差異（p＞0.05），但收縮壓，纖維蛋白原濃度，紅細胞聚集均有顯著（p＜0.05）降低，患者的血液粘度也呈下降趨勢，提示HIIT訓練可降低1型高血壓患者的收縮壓和血液流動性標志物。針對肥胖高血壓患者，在同進行低熱量飲食的前提下，HIIT相較于MICT能更顯著地改善患者的心肺適能，且HIIT與合理低熱量飲食結合的生活作息可成為高血壓患者高效的非藥物治療手段［17］。對于輕度高血壓的女性患者，進行高強度游泳的患者能在耗時更短的情況下改善患者的心血管健康和身體機能［18］。有研究表明在降壓效果方面，HIIT能將收縮壓和舒張壓降低12.0mmHg和8.0mmHg，而MICT降低收縮壓和舒張血壓分別增加4.5mmHg和3.5mmHg，與MICT相比，HIIT在提高有氧能力、心率恢復以及心臟和內皮功能方面更有效［19］。在動物實驗中，李曉勇等［20］的研究表明8周的HIIT可以使高血壓大鼠血壓顯著下降，心臟及腎上腺的G蛋白耦聯受體激酶2（GRK2）均有所下調，心臟β1-AR及腎上腺α2-AR表達均上調（p＜0.05），有效提高了心血管功能，降低了交感神經的興奮性。

綜上所述HIIT訓練對不同人群，不同程度及不同致病原因的高血壓均有良好的療效，且相對優于其他運動鍛煉的降壓效果，是臨床上可選擇的高效安全的治療高血壓的手段。

3.3 HIIT對心腦血管疾病的療效

心腦血管疾病是全身性血管病變或系統性血管病變在心臟和腦部的表現。由于心腦血管疾病的病因復雜，癥狀繁多，相關領域的學者往往單針對HIIT對單個或數個病癥及身體機能變化進行研究，具體的運動處方如表3。

表3 高強度間歇訓練對心腦血管疾病治療的運動處方

單從心肺及運動能力上，Choi等［21］在HIIT對心肌梗死患者心血管功能及心理的影響的研究中表明HIIT能比MICT更有效地改善心血管功能、提高心肌的收縮能力，給患者一個更好的情緒狀態。對于患有心血管疾病的糖尿病患者，Kimberley等［22］在HIIT與MICT的療效比較實驗中，得出每周12min的低容量HIIT可改善中心動脈僵硬度和心血管健康不活躍的肥胖T2DM患者，改善其心肺功能，在取得與MICT相同效果的情況下更加省時。

對于心源性疾病，主要的病癥集中表現急慢性心力衰竭，冠心病等，目前的研究已充分證實了HIIT對此類疾病的療效。Besnier等［23］進行的優化HIIT與常規MICT對慢性心力衰竭的患者心率變異性影響的比較研究中表明HIIT能更好地改善副交感神經的興奮性，對VO2max的改善也更加顯著。而長期效果方面，一項慢性心力衰竭患者的8年的長期生存率的研究中顯示堅持進行HIIT訓練的患者有更好的最大運動能力，可成為慢性心力衰竭的長期生存的顯著預后因素［24］。關于術后的療效方面，Trachsel等［25］對19名急性心肌梗死心室重構進行HIIT干預實驗的顯示HIIT組相對常規護理組有更好的VO2max和氧氣吸收效率，進行HIIT的患者在心肺運動實驗中有更好的表現，左心室超聲心電圖顯示有更好的心臟重塑。血流動力學上，Chou等［26］的研究得出對心力衰竭的患者進行12周的HIIT訓練可以有效提高其通氣效率和心肌收縮力，提高血小板中線粒體的電子傳遞鏈的效率從而增強線粒體的氧化磷酸化能力，減少血栓形成的風險。

對于腦血管疾病，心腦血管疾病引起的腦出血，腦卒中等已成為威脅我國居民死亡的主要原因，全球疾病負擔工作組估算卒中終生風險中，全球為24.9%，中國為39.3%，已遠高出世界平均值，我國已然成為卒中終生風險和負擔最重的國家［27］。一項對23名腦卒中2年多患者HIIT與MICT療效的比較療效的實驗結果顯示，進行HIIT的患者的VO2max（p=0.008），峰值心輸出量CO（p=0.038），脫氧血紅蛋白Δ［HHb］（p=0.046），總血紅蛋白Δ［THb］（p=0.046）以及血清BDNF水平（p=0.012）顯著增加，其改善效果均明顯優于MICT，且HIIT能更好地提高神經元的活性［28］。日常生活方面，Gjellesvik等［29］的研究結果顯示進行HIIT鍛煉的新發腦卒中患者在步行距離、平衡和執行功能方面有了明顯改善，并且這種改善在12個月后的隨訪中仍舊存在，同時認知方面HIIT組的患者的覺醒程度要優于對照組。

3.4 HIIT對癌癥的治療效果

在癌癥的診斷與治療過程中，患者要承受癌癥引發的癥狀及并發癥的身心上的煎熬，還要承受癌癥保守治療措施帶來的痛苦和后遺癥。患者的運動能力，心肺能力，代謝功能均受到影響，嚴重影響到患者的日常生活。現有很多研究顯示HIIT能有效地改善癌癥患者的生命體征，提高患者的生活質量，近年HIIT在不同癌癥治療中應用的運動處方如表4。

表4 高強度間歇訓練對癌癥患者治療的運動處方

Ali［30］等應用HIIT對52名乳腺癌患者的全身炎癥及HSP70影響的對照實驗中得出結論顯示HIIT組相較于常規護理組血清TNF-α（p=0.001），IL-6（p=0.007）和IL-10（p=0.001）較低，外周血單核細胞中IL-4的水平（p=0.050）顯著增加，HSP70血清水平明顯高于常規護理組（p=0.050），提示HIIT對處于激素治療的患者的心肺功能及炎性細胞因子有積極的治療效果。另一項關于HIIT對30名乳腺癌患者血管內皮功能和血管厚度影響的實驗中，顯示其可以顯著提高動脈尤其是肱動脈的血流介導的擴張（p=0.005），患者血管壁內膜中層厚度顯著增厚（p=0.003），提示HIIT可以有效改善乳腺癌患者血管內皮功能并維持其血管壁厚度［31］。Bhatia［32］等在一項針對術前肺癌患者的實驗中得出，術前進行短期HIIT的患者體內線粒體含量增加，改善了患者呼吸功能和靜息心率，同時進行過HIIT的患者有更好的心理狀態，在術后的康復訓練中表現的也更加積極，且HIIT對嚴重患者的效果可能更好。對于直腸癌患者，HIIT組的患者的內臟脂肪量要明顯低于MICT組，心肺功能有更顯著的改善，且這些改善在完全停止訓練的4周后仍能保持［33］。對于睪丸癌患者，HIIT可以明顯減少患者日常生活中癌癥相關疲勞感，提高精神上的生活質量，并緩解患者的自卑感［34］。無論術前還是愈后，HIIT對不同癌癥患者均有各方面的改善，是非藥物治療的重要手段。

3.5 HIIT對慢性阻塞性肺病（COPD）的療效

COPD是一種病因尚不明確，具有氣流阻塞特征的慢性支氣管炎或肺氣腫。外因為吸煙、環境污染、化學物質吸入，內因則為遺傳因素、肺發育、生長不良等。至今已有很多研究表明適量的不同形式的運動均可以提高患者的呼吸功能，改善肺通氣和肺換氣［35］。運動訓練在增強心肺功能指標（VO2max）和運動能力（最大工作量（Wmax））卓有成效。此外，運動訓練還被證明可以減少COPD患者日常生活中呼吸困難的嚴重程度，改善患者的運動呼吸耐力，從而提高了患者的生活質量［36］。常規的運動訓練和HIIT均可以改善患者的健康狀態，但對于部分患者，持續運動可能難以耐受導致運動無法完成，運動量達不到足以改善心肺功能的標準，而HIIT則可以根據COPD患者的癥狀嚴重程度及運動的難受能力來調整運動和休息的間歇時間。運動時間和間歇時間的交替可以間歇性緩解運動相關的呼吸需求，能有效防止患者出現呼吸困難的情況［37］。

在HIIT與常規護理對于COPD患者治療治療效果的比較研究中，Alcazar［38］等在一項運動改善老年COPD患者的肌肉功能障礙和全身氧化應激的實驗中，采取了80%Wmax的運動間歇40%Wmax的休息，以30s、90s的交替間歇進行20min的HIIT，每周重復兩次，與常規護理組（n=15，80±6歲）相比HIIT組（n=14，80±8歲）的VO2max有明顯改善。另一項對COPD患者進行的每周3次為期12周45min以30s130±18%的Wmax運動間歇30s休息的實驗結果顯示，HIIT組（n=85，65±8歲）相較于常規護理組（n=43，67±8歲）在VO2max和Wmax上有顯著改善［39］。

在HIIT與MICT的治療效果的比較研究中，多項研究采取了不同的運動類型比較了兩種運動方式對于COPD的影響如表5。實驗結果均表明HIIT與MICT都可以一定程度上改善COPD患者的心肺能力，提高患者的運動功能和運動耐力。

表5 高強度間歇訓練與中強度持續訓練對慢性阻塞性肺病患者治療的運動處方

但對于患者的自主神經功能［39］，運動表現及生活質量［40］，BODE指數［41］，心率、心室收縮功能［42］，運動耐量及呼吸功能［40-43］HIIT與MICT均無顯著性差異。

HIIT能有效增強COPD患者的心肺能力，緩解其呼吸困難，增強運動耐力，提高生活自理能力，但單就療效而言HIIT與常規的MICT并未明顯差異，僅在趣味性和患者接受程度上要優于MICT，且耗時較少在臨床上更容易執行。

4 結語

HIIT因其有一定運動強度的要求，在對慢性病患者進行訓練時需要完善的醫務監督與保護。慢性病患者進行HIIT的強度一般采用VO2max，RPE，Wmax，6min步行實驗結果等來界定。慢性病患者一般運動能力較差，HIIT訓練多為室內訓練，與廣泛應用于大眾健身中的多種動作相結合的HIIT不同，為患者的安全起見，臨床上應用的HIIT運動方式，多采用功率自行車，跑臺，變速跑步機等。且慢性病患者在進行HIIT時需要監測心率、血壓、心電圖變化等。

HIIT雖已廣泛應用于穩定期慢性病患者的長期康復治療中，在有完備的醫務保障與生命體征監測的條件下，部分處于早期治療的慢性病患者也可進行HIIT訓練。持續數周至數月的短期HIIT可以改善T1DM患者的胰島素需求量［8］，T2DM患者的胰島素抵抗［11-13］，有效控制高血壓患者的血壓［14-18］，改善患者的肺通氣功能及心肌收縮能力［22-24］等。持續1年以上HIIT的慢性病患者在運動能力則有明顯的改善，生活質量有明顯的提高［23］。

在部分慢性病的治療中HIIT的療效與常規的運動療法無顯著差異，在靜息心率及平均體重上甚至要遜色于MICT［39-44］；由于病情的危重程度的影響HIIT的應用范圍較窄，常為病情穩定具有較大活動能力的癌癥患者［29-33］；且目前的研究多集中于慢性病患者短期應用HIIT所取得的療效，長期應用的療效及慢性病患者長期康復治療應用HIIT的可行性的研究仍相當匱乏。

5 HIIT對慢性病治療的未來展望

由于HIIT具有高強度間歇的特性，為保證慢性病患者安全的醫務成本相對較高，因此樣本量過少是這類實驗普遍存在的問題，未來需要探索更加經濟的HIIT適用方案并進一步擴大研究的規模；針對臨床上HIIT模式過于單一的問題，未來的相關實驗可進一步參考常規運動鍛煉中的HIIT多樣的運動模式并加長進行HIIT的時間；考慮到HIIT與MICT都有比較明顯的療效，目前研究多為比較兩種訓練方法的優劣，建議未來研究進行這兩種訓練方法相結合的運動處方治療效果的探索。