高強度間歇訓練對青少年身體成分和心肺適能的影響

張志勇，李端英，孫 健，姬紅慎，盧俊兵

前言

根據研究顯示，國內青少年體力活動水平較低，因為長時間的久坐導致體育鍛煉不足，肥胖的比例逐漸增長，在身體素質測試上的表現較差［1］，在國民體質健康監測中出現了身體素質指標下降以及肥胖率檢出率上升等問題［2］。青少年健康水平下降的主要原因是日常的身體活動量不足，根據最近國際身體活動指南的建議，兒童青少年每天平均至少完成60分鐘的中高強度運動，每周至少需要3天完成劇烈的有氧運動［3］。有研究表明，當前世界各國兒童、青少年體力活動水平較低，僅有27%～33%的兒童、青少年達到了國際身體活動指南建議的標準［4］，且全球兒童青少年的肥胖率穩定或快速地增長［5］。由于青少年用于建議的體力活動的時間不足以及肥胖率的增加，所以一個在較少時間內獲得更高健康效益的運動形式，將大大地提高青少年的運動效率，也有可能減少肥胖率。如何在短時間內高效地提高訓練效率，成為備受關注的話題。作為一種運動形式，HIIT由于能在有限的時間內較大程度地提高訓練效率而進入大眾的視野。

黎涌明（2015）總結目前有關高強度間歇訓練的研究，根據高強度間歇訓練的負荷強度、負荷持續時間和間歇時間等因素的規律，將高強度間歇訓練（HIIT）定義為以負荷≥無氧閾或無氧穩定狀態的強度，持續幾秒到幾分鐘，并且兩次練習之間不完全恢復的訓練方法［6］。HIIT作為省時高效的訓練方式，針對成人健康體適能的研究較多，研究表明HIIT可以改善成年人的身體成分和心肺適能等健康指標［7-9］。近年來，有關HIIT對青少年健康體適能影響的研究也在不斷增加。相關研究論證了高強度間歇訓練對青少年健康體適能的影響，還證明了HIIT可以降低心臟代謝風險因素等［10-11］。有關HIIT對健康體適能影響的研究中，針對身體成分和心肺適能的研究較多，而對柔韌適能和肌力適能的研究較少。另外，由于肥胖青少年數量不斷增加導致身體成分相關指標未達標、具有較低心肺適能的青少年可能影響到日后心臟代謝疾病風險的提高［12］等原因，非常值得對健康和肥胖青少年的身體成分和心肺適能進一步探究。同時，考慮到HIIT的強度較大，且未在青少年群體中流行，這種強度和形式能否被青少年接受還值得斟酌。不過有相關研究表明將HIIT應用于青少年的日常體力活動當中具有可行性，研究對象的參與率較高，且大部分青少年對HIIT感到滿意［13-14］。這為HIIT應用于青少年的日常身體活動提供了證據。

因此研究針對健康體適能中身體成分和心肺適能兩個組塊進行綜述，系統闡述HIIT對該神青少年體成分與心肺適能訓練干預劑量、干預效果、可能的機制，以及HIIT應用于日常活動的可行性，為提高青少年健康體適能水平的影響提供系統依據。

1 資料和方法

1.1 資料來源

于2020年2月在PubMed、web of science、中國知網、萬方、維普等數據庫檢索2000年至2021年2月的相關文獻，以“adolescent”“high-intensity interval training”“high-intensity intermittent training”“sprint interval training”“physical Fitness”“body composition”“cardiorespiratory fitness”等為英文檢索詞；以“青少年”“高強度間歇”“間歇沖刺”“體適能”“體成分”“心肺適能”等為中文檢索詞。并運用運算符“AND”“OR”“NOT”連接關鍵詞。

1.2 文獻篩選

通過檢索獲得287篇相關文獻，在EndNote軟件中篩選與整理，選擇符合標準的文獻最終選取13篇關于高強度間歇訓練對青少年身體成分和心肺適能影響的文獻進行綜述。文獻篩選流程圖見圖1。

圖1 文獻納入流程圖

2 HIIT對健康、肥胖青少年身體成分和心肺適能的影響

21世紀以后，較早關于HIIT對青少年體適能影響的一項研究來自Baquet等人［15］，Baquet等人對551名青少年進行實驗，HIIT組在十周的時間里每周完成一次HIIT訓練方案。在此基礎之上，關于HIIT對青少年的研究逐年增加，涉及HIIT對青少年身體成分和心肺適能影響的研究被羅列在下表（1、2、3）中。

2.1 健康青少年

由于健康青少年和肥胖青少年在體適能方面具有差異性，本文將對健康青少年和肥胖青少年進行分別論述，本節梳理了關于健康青少年的研究（表1）。

表1 有關健康青少年的研究

2.1.1 HIIT對身體成分的影響

關于健康青少年的研究有如下幾篇，Buchan等人［16］在正常青少年學生中展開試驗研究，對青少年學生（78%為正常體重）干預后，HIIT組的體重幾乎沒有改變，但是CG組的體重和腰圍都有了顯著性的提高（p＜0.5）。另外，Weston等人［17］對試驗后的青少年（有70%的正常體重）進行干預，結果中HIIT組的腰圍（-4.1%）產生了有益的影響，但是體重和BMI幾乎未產生改變。這兩項研究的訓練方案除了運動和間歇比（1：1和1：2）外，其他基本相同。盡管體重沒有發生變化，有三篇報告了HIIT或者HIIT與其他形式的結合能夠腰圍（WC）、脂肪量等身體成分指標，而其他指標則沒有顯著的變化。

還有兩篇結合或者改變運動形式完成干預實驗，Van Biljon等人將HIIT與MICT結合作為研究，后測結果中對于腰圍，HIIT+MICT組（-5.4%）相比于HIIT組（-0.48%）有顯著性差異，然而在體重、BMI方面，所有組均沒有顯著性的改變［18］。還有檢驗不同形式的HIIT對青少年身體成分和心肺適能影響的研究，Alonso-Fernandezet等人［19］用使用Tabata（20s：10s）作為干預手段，結果發現體脂率（-7.8%）、體脂量（-7.0%）都有顯著性的改善。

綜上，幾個研究中體重、BMI指標均沒有發生改變，但是WC、脂肪量等指標卻得到改善。訓練方案相差不大，原因可能是青少年處于生長發育時期，需要消耗大量能量和營養，因此體重、BMI的變化不大。將健康青少年與肥胖青少年對比，可以看出健康青少年在身體成分的改善上可能不如肥胖青少年，另外，不同的運動形式對青少年產生的效果也可能不同，將HIIT與其他運動形式結合或者采用不同的HIIT形式對身體成分將產生有益的效果。

2.1.2 HIIT對心肺適能的影響

關于HIIT對健康青少年心肺適能的影響，五項研究表明在干預之后VO2max、收縮壓、20m往返跑、舒張壓等心肺適能指標有所改善。Buchan等人［16］的實驗結果證明HIIT對心肺適能上有顯著性的改善，尤其是收縮壓（-4.2%）有非常顯著的改善（p＜0.01）。Weston等人［17］的實驗結果表明HIIT組對20m往返跑（22%）也產生了有益的影響。另外，Van Biljon等人［18］將HIIT與MICT結合，證明了HIIT與MICT的結合對心肺適能產生有益的改善，但是HIIT相比于MICT具有省時高效性，只進行HIIT花費的時間更少，帶來的效益更高。Alonso-Fernandezet等人［19］得出tabata對VO2peak（10.2%）的改善具有顯著性的結論。Tabata作為健身運動中的一種運動形式，在大眾群體中廣為流傳，研究發現它對青少年身體成分和心肺適能能夠產生有益的效果，但相關文獻不多，因此未來研究可將其作為一種方向，并進行補充。Martin-Smith等人［30］對青少年學生使用全力沖刺（20s：10s）作為訓練方案，僅在VO2max上有顯著性的改善，收縮和舒張壓同樣下降，但是不存在顯著性。

2.2 肥胖青少年

肥胖青少年的健康問題備受關注，大量研究表明HIIT可以有效改善肥胖青少年的健康體適能，本節梳理了與超重、肥胖青少年相關的研究（表2、3）

表2 超重、肥胖青少年中HIIT與其他干預對比的研究

表3 超重、肥胖青少年中HIIT與飲食建議結合的研究

2.2.1 HIIT對身體成分的影響

在研究對象為肥胖、超重青少年的研究中，將體脂率作為結果指標的研究比較多。例如，Racil等人［20-21］的兩個實驗組中，青少年試驗后的體脂率（2013：HIIT，-8.0%；MIIT，-5.2%）（2016：HIIT，-9.7%；MIIT，-8.4%）有顯著性的改善，而且HIIT組與MIIT和CG組相比有顯著性的差異，說明中高強度的間歇訓練均能減少肥胖青少年女孩的脂肪，并且前者的效果比后者的更好。

有研究表明在熱量攝入方面，超重兒童通常大于正常體重兒童［22-23］，因此控制飲食的攝入可能對超重兒童身體成分有較大的影響。本文選取的文獻中有幾項研究加入了飲食控制，均是關于肥胖青少年的研究，在表2中被列出。

例如，Dias等人［24-25］有兩個相關研究，后一個研究的結果中HIIT、MICT組的體脂率（-2.9%，-2.7%）、體重（-2.2%，-4.9%）、BMI（-2.4%，-4.8%）的后測結果對比基線都不存在顯著性差異，也有研究證明過6個月的高強度耐力訓練（30-40min以70-80%的心率進行每周三次的練習）對體脂率沒有顯著性的改善［26］。還有三項其他研究加上了飲食建議，有兩篇文獻發現HIIT組的體重、BMI、體脂率有顯著性的改善。四項研究中有三項研究的HIIT組的訓練方案是幾乎完全相同的，但是在每次HIIT訓練中工息比并未清楚地表明，然而每次HIIT訓練中工息比可能會影響青少年身體成分的變化，另外，有兩個研究闡明了飲食建議并嚴格控制，但是有兩個研究未闡述清楚飲食的建議和監督，僅僅讓研究對象參與飲食咨詢，這可能導致研究對象不能按照要求完成飲食建議，影響最終的結果。

2.2.2 HIIT對心肺適能的影響

在肥胖青少年的研究中，Cvetkovic′等人［29］的研究表明休閑足球組和HIIT組的Yo-Yo測試和最大心率有顯著性改善。但是在12周的干預中，HIIT組的訓練時間從5min到20min不等，休閑足球組的訓練時間為32min，因此在開始階段，HIIT組和休閑足球組的訓練時間差異性可能過大，可能影響最后的結果。因此，在時間效率方面，HIIT組比休閑足球組更好。有兩項研究檢驗HIIT與飲食建議結合對肥胖青少年心肺適能的影響，兩項研究的結果顯示HIIT組與其他組相比，VO2peak、收縮壓和舒張壓等指標有所改善。HIIT+飲食建議可以有效地改善肥胖青少年的心肺適能，且得到證實的研究較多，但是飲食控制需要人員不斷監督，可行性和可堅持性不高。

還有專門研究肥胖兒童心臟功能的研究，Ingul等人［31］用HIIT進行干預，結果顯示12周的HIIT和MICT顯著地改善了VO2max、VO2peak和健康、肥胖兒童青少年的心室收縮期組織的峰值速度，以及肥胖兒童青少年的右心室舒張期組織的峰值速度等，該實驗強調了HIIT和MICT對肥胖兒童青少年心血管功能的有益效果。

綜上，大部分研究都證明了HIIT能夠改善青少年的身體成分和心肺適能，在心肺適能的改善方面大部分研究的結果較為一致，但是在身體成分方面許多研究得出的結果都不同，肥胖和健康青少年在身體成分方面對HIIT的適應也不同。而在心肺適能方面，健康青少年和超重肥胖青少年之間沒有太大的差異，大量研究顯示HIIT可以顯著改善VO2max、VO2peak、收縮壓等指標。盡管部分研究顯示HIIT和MICT均可改善青少年身體成分和心肺適能，但是HIIT訓練所花的時間比MICT所花的時間更少，效率更高。

3 相關的生理機制

關于HIIT可以改善青少年的機制，有研究表明在SIT干預后24小時的靜息碳水化合物減少，脂肪氧化增加，從而降低了脂肪量，改善身體成分［36］。也有研究認為由于HIIT強度通常等于或大于乳酸閾，其供能的代謝物質主要是糖原，脂肪耗能較少，HIIT并不是提高了運動過程中脂肪的消耗，而是提高了日常生活和其他體力活動的代謝能力［37］。因此HIIT對身體成分改善的好處滲透在日常生活之中，對青少年健康產生更全面、有益的影響。

關于HIIT對心肺適能的效果要好于MICT的生理機制，可能與線粒體對短期訓練的適應有關，MacInnis等人進行一項研究，參與者的兩條腿在兩周內分別進行6次訓練，一條腿進行HIIT，另一條腿進行MICT，兩條腿的訓練量相同，結果表明，與MICT相比，HIIT能引起線粒體含量的增加［38］，并且HIIT可以使檸檬酸合成酶最大活性、II型纖維活化、單磷酸腺苷激活蛋白激酶活性的增加的更多［39］。

4 HIIT應用于青少年體育運動的可行性

盡管大量文獻表明高強度間歇訓練可以改善青少年的身體成分、心肺適能等健康因素，但是HIIT這種運動形式并未在青少年學生群體中流行，因此它的強度、形式是否適合青少年學生，并應用于日常活動，都需要考慮到青少年學生的自我感受。為此，有研究展開調查關于青少年在執行HIIT方案時的享受度、滿意感和參與率，以及從中獲得的心智益處等，為HIIT應用于青少年的日常鍛煉作證據支持。

例如Kennedy等人［33］在10所學校中采取基于學校的HIIT課程，以另外10所作為對照，執行12個月的周期，在最后，超過80%的教師表示會對將來的學生執行該課程，也有近70%的學生表示會參加該課程。Lee等人［13］同樣將肥胖青少年作為對象，在4周的周期里，參與者運動出勤率為92%，有85%的參與者喜歡HIIT，且一半（58%）的參與者認為HIIT比其他的運動形式更有趣。Leahy等人［14］選擇16-18歲的大齡青少年作為研究對象，在14周每周3次的HIIT課程里，讓教師輔助學生完成HIIT方案，測試后有90%的保留率，教師（4.0／5）和學生（4.0／5）對HIIT方案感到滿意。這兩項研究顯示，執行HIIT后的參與者保留率較高，且大部分的參與者認為HIIT是個有趣的運動方式，一個有趣的運動方式有助于訓練者堅持［34］，運動方式的多樣性或許更吸引訓練者，因此研究者可以改變HIIT的運動方式、間歇時間和強度，或者將HIIT與其他形式結合，以此提高訓練者的參與度和興趣。

有關于HIIT對大齡青少年創造力和情商的影響的研究，實驗后測試結果顯示，與對照組相比，實驗組中不活躍青少年的創造力（p＝0.028）、幸福感（p＜0.001）和社交能力因素增加（均p＜0.003）［35］。因此，HIIT不只對身體產生益處，還能夠在心智方面產生益處。HIIT這種運動形式受到學生和老師的認可，同時，它還能提高青少年的創造力、幸福感和社交能力。可見，將HIIT應用于青少年之中具有可行性。

5 總結

HIIT能夠改善青少年的體脂率，肥胖青少年更容易改善體重和脂肪，運動干預與嚴格的飲食結合能更好地改善肥胖青少年的身體成分，HIIT還能夠有效改善青少年的心肺適能；應用于青少年的HIIT干預方案的工息比通常是1：1，運動持續時間從10s-30s不等，內容通常是沖刺跑，負荷監控指標有HRmax和MAS等；青少年對HIIT感到滿意，參與HIIT時出勤率也較高，同時，HIIT還能提高青少年的創造力、幸福感和社交能力，將其應用于青少年之中具有可行性。對于運動時間減少、體質健康下降的青少年來說，省時高效的HIIT是非常合適的一種運動方式。