大強度間歇訓(xùn)練促進健康研究進展

秦長輝 孟凡華

(1.江蘇警官學(xué)院警體部 江蘇南京 210012;2.中國人民解放軍陸軍工程大學(xué)軍事基礎(chǔ)系 江蘇南京 211101)

運動是慢性疾病一級預(yù)防的基石［1］，然而，缺乏時間是堅持定期鍛煉最常見的障礙。在促進大眾健身方面，如何推廣運動，選擇運動方法，獲得最佳的運動效益非常重要［2］。大強度的間歇訓(xùn)練（High-Intensity Interval Training，HITT）一直是運動員提高運動成績的重要組成部分，間歇訓(xùn)練模式能夠誘導(dǎo)顯著的生理適應(yīng)并促進健康。從機制角度來看，間歇性訓(xùn)練引起的生理適應(yīng)不僅歸因于強度本身，而且也歸因于間歇性運動的內(nèi)在本質(zhì)。大強度間歇訓(xùn)練模式，由短時間的密集活動組成，這些活動需達到“最大”或“接近最大”的運動強度，誘發(fā)更大的生理適應(yīng)，因此，備受運動群體關(guān)注和重視［3］。

1 不同間歇訓(xùn)練方法介紹

1.1 高強度間歇訓(xùn)練

高強度間歇運動的特點是在相對較高的負荷下進行時間較短的劇烈運動，運動強度≥90%最大攝氧量［4］。根據(jù)運動強度的不同，每次運動通常持續(xù)幾秒鐘到幾分鐘，多次運動之間會有幾分鐘或更短時間的休息。HIIT 根據(jù)運動與間歇的總時間，通常分為間歇小于15 min的低訓(xùn)練量HIIT和間歇大于15 min的高訓(xùn)練量HIIT［5］。盡管HIIT 的總時間較短，但其對促進機體的健康與提升運動能力的效果顯著。此外，低訓(xùn)練量HIIT（每節(jié)課不到15 min 的積極高強度訓(xùn)練），是一種改善心臟代謝健康和心血管耐力的時效性鍛煉策略［6］。

1.2 間歇性沖刺訓(xùn)練

間歇性沖刺訓(xùn)練（Sprint Interval Training，SIT）是一種運動強度更高的HIIT 模式，其每一輪高強度運動持續(xù)的時間較短（≤30 s），間隔時間相對較長（約4 min）。SIT 的目標運動強度通常比HIIT 更大，SIT 建議的最小運動強度大于其100%最大功率，對應(yīng)于≥85%的最大沖刺速度和≥獲得最大攝氧量所需的160%最低運動速度。最常用的SIT 方案是在功率自行車上進行的高強度的練習(xí)，包括4×30 s 的全力蹬的最大間歇，強度對應(yīng)170%最大攝氧量（VO2max）［7］。

1.3 重復(fù)沖刺訓(xùn)練

重復(fù)沖刺訓(xùn)練（Repeated-Sprint Training，RST）的特點是進行重復(fù)沖刺（10～20 次全力沖刺或來回往返沖刺，持續(xù)時間≤10 s），其休息恢復(fù)時間間隔較短（不足60 s）［8］。RST建議的最小強度是大于等于獲得最大攝氧量所需的120%最低運動速度，這種訓(xùn)練模式被廣泛應(yīng)用在許多運動項目的準備活動中。然而，與SIT 或HIIT相比，RST的研究并不多。SIT和HIIT模式在足夠長的恢復(fù)期內(nèi)重復(fù)執(zhí)行，允許完全恢復(fù)運動能力，而RST模式重復(fù)沖刺之間的恢復(fù)時間短。因此，RST期間不可避免地會出現(xiàn)運動能力下降。薈萃分析回顧了RST 對運動表現(xiàn)影響的對照和非對照實驗研究，包括反向縱跳、10 m 跑、20 m 跑、30 m 跑、重復(fù)短跑能力和高強度間歇跑成績等，并證明RST能有效提高力量、速度、重復(fù)短跑能力和耐力［9］。此外，可影響平衡［10］和認知能力［11］。

2 大強度間歇訓(xùn)練誘導(dǎo)適應(yīng)相關(guān)的生理機制

2.1 最大攝氧量適應(yīng)

訓(xùn)練后有氧能力的增加取決于中樞和外周的適應(yīng)，包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)招募運動單位能力的增加、SV的增加、最大心輸出量增加、血流量增加、骨骼肌線粒體含量和毛細血管密度增加等［12］。這些適應(yīng)能力的強弱取決于運動的強度、持續(xù)時間和頻率。

研究表明，盡管HIIT 的訓(xùn)練量較低，但與MICT 相比，HIIT 可獲得類似的［13］，甚至更大的健康效益［14］。在青少年、健康成年人和肥胖、癌癥和代謝綜合征患者中，與MICT 相比，HIIT 是提高有氧能力的有效干預(yù)措施。VO2max的增加通常歸因于SV 增加、最大心輸出量增加、最大動靜脈氧差增加、骨骼肌氧化酶能力提升、毛細血管密度增加、紅細胞體積和血紅蛋白質(zhì)量增加，從而獲得更強的載氧能力［15］。

對不同HIIT和SIT的外周適應(yīng)，可使VO2max明顯改善。一項研究要求受試者在170%VO2max條件下完成8組×20 s 蹬自行車運動，間歇時間10 s（每周4 天，共6周）。研究發(fā)現(xiàn)VO2max增加9%，但最大心輸出量沒有變化。研究評估了SIT 和MICT（每周3 次，共6 周）對2000 m跑的影響，發(fā)現(xiàn)兩組的VO2max均有改善，而最大心輸出量僅在MICT 組［16］有所增加，表明MICT 后的生理適應(yīng)主要是中樞適應(yīng)，而SIT更多的是外周適應(yīng)［17］。研究表明，如肌肉氧化酶、毛細血管密度、最大動靜脈氧差和VO2max在改善外周適應(yīng)中發(fā)揮了重要作用。

另外，研究發(fā)現(xiàn)，HIIT6周后最大心輸出量增加，但HRmax或最大動靜脈氧差無明顯變化，訓(xùn)練包括10 次HIIT（8～10 組×60s，90%～110%VO2max），其次是10 次SIT 或周期間隔訓(xùn)練，訓(xùn)練組均顯示SV 增加引起最大攝氧量增加［18］。研究發(fā)現(xiàn)，3周內(nèi)完成9次HIIT可有效刺激增加心輸出量，增加VO2max，且最大動靜脈氧差也有微小增加，這表明最大動靜脈氧差可能對運動后VO2max的增加起著重要的作用［19］。此外，研究發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象，實驗選取不活躍的成人進行8 周間歇訓(xùn)練后，VO2max改善，且外周和中樞適應(yīng)能力增強［20］。

2.2 耐力適應(yīng)

研究表明，HIIT 可有效提高運動表現(xiàn)［21］，HIIT 引起的耐力改善歸因于分子和生理因素，包括增加最大CS活動，增加骨骼肌血流和血管電導(dǎo)，增強活躍肌肉的乳酸承載能力和氫離子釋放能力，以及肌漿網(wǎng)功能。此外，HIIT 后骨骼肌的VO2max和氧化能力改善對促進運動表現(xiàn)［22］起著重要作用。在SIT 或HIIT 后，影響運動表現(xiàn)的標志性適應(yīng)之一是運動過程中脂肪氧化的增加，引起細胞內(nèi)代謝物（乳酸、氫離子、無機磷酸鹽、二磷酸腺苷和一磷酸腺苷）的積累減少，糖原儲備減少。

2.3 心肌和骨骼肌的適應(yīng)

運動方式傳統(tǒng)上被分為有氧/耐力或力量/抗阻［23］。運動的生理適應(yīng)與所執(zhí)行的運動方案有關(guān)，不同運動方式激活了不同的分子途徑。例如，包括HIIT 在內(nèi)的耐力訓(xùn)練模型為線粒體生物發(fā)生提供生理刺激，從而減少糖原使用和乳酸產(chǎn)量，增加乳酸閾值，并允許機體在既定強度下維持更長運動時間。此外，力量訓(xùn)練刺激肌原纖維蛋白的合成，可導(dǎo)致肌肉肥大，增加最大力量［24］。這種類型的HIIT訓(xùn)練促進了已知的由MICT誘導(dǎo)的生理適應(yīng)，但由輕度運動分隔的短時間、劇烈的重復(fù)的模式類似于阻力運動。

一項研究了HIIT 如何在更短的時間內(nèi)提供與MICT類似或更強的適應(yīng)［25］，但關(guān)于間歇訓(xùn)練誘導(dǎo)的生理機制以及細胞內(nèi)代謝途徑之間的通信認識仍不夠深入。在一小時的中等強度運動中，氧氣供應(yīng)充足，活躍肌肉的能量供應(yīng)主要來自碳水化合物和脂肪的氧化，主要動員的是I 型肌纖維。當(dāng)高強度持續(xù)或間歇運動的刺激超過閾值，局部（肌肉）和全身（心血管、呼吸、神經(jīng)和激素）穩(wěn)定狀態(tài)都會出現(xiàn)紊亂，此時大多數(shù)II型肌纖維被動員，ATP 的產(chǎn)生增加100 倍，以滿足肌肉增加的能量需求［26］。會引起細胞內(nèi)乳酸、磷酸肌酸、一磷酸腺苷和二磷酸腺苷的積累增加，以及腺苷單磷酸活化蛋白激酶和鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶II 的活性提高，進而誘導(dǎo)PGC-1α 的mRNA 表達增加，PGC-1α 被認為是線粒體生物發(fā)生的主調(diào)控因子。這些生理過程和細胞應(yīng)激與耐力運動的強度、線粒體蛋白質(zhì)合成和線粒體生物發(fā)生密切相關(guān)。

3 大強度間歇訓(xùn)練計劃的設(shè)計

在制訂HIIT 訓(xùn)練計劃時，至少存在9 個變量。包括：工作間隔強度、持續(xù)時間；恢復(fù)間隔強度、持續(xù)時間；練習(xí)方式；重復(fù)次數(shù)；組數(shù)；組間恢復(fù)強度和持續(xù)時間。調(diào)控其中任一變量可影響HIIT產(chǎn)生不同的急性生理反應(yīng)。實施HIIT計劃應(yīng)個體化。誘導(dǎo)最大心血管和外周適應(yīng)的最佳刺激是每次訓(xùn)練至少數(shù)分鐘到達“紅色區(qū)域”，該區(qū)域訓(xùn)練強度至少超過90%最大攝氧量（VO2max），而通過HIIT 可較長時間維持強度超過90%VO2max訓(xùn)練。

關(guān)于HIIT的研究絕大多數(shù)都是調(diào)查每天一次或隔天一次訓(xùn)練的生理效應(yīng)，而每日進行兩次HIIT 的生理效應(yīng)暫不清楚［27］。研究發(fā)現(xiàn)，在5天時間內(nèi)進行6次高強度間歇運動后，VO2max、耐力能力和次最大運動脂肪氧化顯著改善［28］。此研究是設(shè)計訓(xùn)練時間最短的HIIT實驗，但提供了較強的刺激，體現(xiàn)了人體在不到1周的時間內(nèi)適應(yīng)運動壓力的顯著能力。研究表明，每天2次HIIT 改善了能量代謝，并誘導(dǎo)了骨骼肌細胞信號通路，調(diào)節(jié)了線粒體和底物代謝［29］。每天第一次HIIT通常是消耗肌肉糖原存儲，第二次HIIT 是在低肌肉糖原存儲下進行的運動，這會使運動誘導(dǎo)的線粒體生物發(fā)生和代謝相關(guān)基因的增加［30］。因此，在肌糖原消耗后進行高強度間歇運動可更好地誘導(dǎo)線粒體適應(yīng)，提高耐力能力以及全身底物氧化能力。

與正常糖原存儲的HIIT 相比，低糖原存儲的HIIT可造成更大的刺激，使線粒體體積增加，引起更好的訓(xùn)練適應(yīng)并提高耐力。研究認為，對于運動能力強的運動員來說，低肌糖原狀態(tài)下進行HIIT 的訓(xùn)練適應(yīng)并不比高肌糖原狀態(tài)更有效，高肌糖原狀態(tài)下可以維持更長時間的訓(xùn)練，從而獲得更好的訓(xùn)練效果。因此，對于無訓(xùn)練經(jīng)驗的人而言，一天2次的HIIT訓(xùn)練，能夠有效改善訓(xùn)練適應(yīng)和運動表現(xiàn)。此外，需重視減少肌糖原的訓(xùn)練計劃可能會引起過度訓(xùn)練綜合征和免疫功能受損風(fēng)險增加的危險，要做好運動監(jiān)控，以及與其他訓(xùn)練的組合，進行科學(xué)合理的鍛煉。

4 大強度間歇訓(xùn)練對運動能力和健康的影響

4.1 大強度間歇訓(xùn)練對健康人群運動能力與健康的影響

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可通過肌肉活檢進行檢查，可以研究不同類型的間歇訓(xùn)練模型對線粒體呼吸和線粒體生物發(fā)生的影響，也可以區(qū)分訓(xùn)練量和訓(xùn)練強度的影響。一項研究比較了3種不同HIIT訓(xùn)練方法對骨骼肌線粒體含量和線粒體呼吸產(chǎn)生的影響：SIT（以約200%VO2max進行4～10 組×30 s 的全力跑）、HIIT（以約90%的VO2max進行4～7 組，間歇時間4 min），或低于乳酸閾值的持續(xù)訓(xùn)練（在約65%VO2max下持續(xù)20～36 min，每周進行3次，持續(xù)4周）［31］。研究顯示，HIIT和SIT組的VO2max有所改善，且僅SIT組增加了骨骼肌中的質(zhì)量特異性線粒體呼吸，以及PGC-1α、蛋白質(zhì)p53蛋白質(zhì)含量，研究結(jié)果表明，人類骨骼肌對訓(xùn)練量減少的適應(yīng)將會迅速逆轉(zhuǎn)，而訓(xùn)練量在訓(xùn)練誘導(dǎo)的線粒體適應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。

4.2 大強度間歇訓(xùn)練對臨床人群運動能力與健康的影響

在健康個體中進行的HIIT 研究越來越多，但仍不清楚間歇訓(xùn)練模式是否可以安全地應(yīng)用于各種疾病患者。例如，在冠狀動脈術(shù)后中，患者經(jīng)常發(fā)生運動性心絞痛，且對持續(xù)訓(xùn)練反應(yīng)不佳。研究發(fā)現(xiàn)，在一年的間歇訓(xùn)練后（包括跑步或慢跑間歇時間），患者有氧能力顯著增加［32］。

一項研究將心力衰竭患者納入了不同的HIIT 方案，并首次推薦間歇訓(xùn)練模式更適合改善慢性充血性心力衰竭患者的心功能和身體機能［33］。另外，通過10周的HIIT實驗，發(fā)現(xiàn)HIIT組的冠狀動脈疾病患者的VO2max平均增加17.9%，中等強度持續(xù)訓(xùn)練（moderate-intensity continuous training，MICT）組平均增加了7.9%［34］，表明HIIT在增加心臟患者有氧能力方面更有效，且間歇運動能夠優(yōu)化康復(fù)訓(xùn)練計劃。一項研究MICT和HIIT（3次/周，共12周）對心肌梗死后心力衰竭患者心血管功能和預(yù)后相關(guān)變量的影響，實驗將年齡為75.5±11.1歲的患者隨機分配到HIIT組（4×4 min，90%～95%HRpeak，通過3 min的輕度運動，恢復(fù)到50%～70%的HRpeak）或MICT組（47 min，70%HRpeak）［35］。研究發(fā)現(xiàn)，攝氧量的峰值（VO2peak）在HIIT 組和MICT 組中分別增加了46%和14%，而PGC-1α 僅在HIIT 組中增加了47%，這與降低心肌梗死風(fēng)險相關(guān)。實驗發(fā)現(xiàn)，通過標準多普勒檢測的左心室出口通道的SV和峰值射血速度，僅在HIIT組分別增加了17%和19%，而MICT組的收縮功能沒有變化。此外，實驗發(fā)現(xiàn)b型利鈉肽水平、心肌肥厚和心力衰竭嚴重程度的標志物，在HIIT組中降低了40%，但在MICT組中保持不變。研究表明，HIIT在改善老年心力衰竭患者左心室收縮性能和有氧能力方面比MICT 模式更有效。

此外，一項進行為期2 周的“力竭”高強度間歇訓(xùn)練研究，結(jié)果顯示，SIT 可有效增加超重和肥胖男性的VO2max，并且受試者腰圍、收縮壓、空腹胰島素和靜息碳水化合物氧化下降，且2 周后靜息脂肪氧化更高［36］。SIT首次被建議用來改善久坐不動的超重/肥胖人群的代謝健康。然而，高強度間歇運動的安全性受到質(zhì)疑，直到研究比較了HIIT與中等強度有氧運動的心血管風(fēng)險，初步證明了高強度間歇運動在人群中的安全性［37］，但需要大規(guī)模的研究證實。

5 結(jié)語

規(guī)律鍛煉是健康生活必不可少的環(huán)節(jié)，不同的間歇訓(xùn)練模式（如HIIT、SIT、RST 等）是有效提高健康效益的運動計劃。與MICT相比，HIIT可大大縮短運動時間，并產(chǎn)生與MICT 類似的健康效益，獲得更好的運動體驗和生理適應(yīng)。但過度HIIT可能會導(dǎo)致有害的代謝影響。因此，在進行HIIT 時應(yīng)嚴格監(jiān)測運動強度及運動者的身體機能。

對于患有不同慢性病的患者，在劇烈運動期間發(fā)生運動損傷的風(fēng)險增加，需要進一步根據(jù)臨床特征和健康水平，來研究高強度間歇運動的可行性和安全性。通過進一步的研究將有助于高強度間歇訓(xùn)練模式轉(zhuǎn)化為針對一般人群的體育活動，促進HIIT 納入日常生活和訓(xùn)練計劃，從而促進大眾健康。