高強度間歇訓(xùn)練促進兒童青少年健康：現(xiàn)狀·機制·可行性

劉建秀，方 雯，王帝之，馬新東

（清華大學(xué) 體育部，北京100084）

0 前言

當(dāng)前對在成年人中運用高強度間歇訓(xùn)練（high-intensity intermittent training ，HIIT）替代連續(xù)有氧運動的相關(guān)研究較為熱門（劉瑞東 等,2017；張戈,2016；趙春琪,2015；祖秀明,2014；Billat et al.,2001；Eddolls et al.,2017；Gibala et al.,2008；Lee et al.,2017；Racil et al.,2016）。我國學(xué)者黎涌明（2015）將HIIT 定義為反復(fù)多次以最大乳酸穩(wěn)態(tài)的負荷或以大于等于無氧閾的負荷強度，持續(xù)幾秒到幾分鐘的訓(xùn)練，且每2次練習(xí)之間安排不完全恢復(fù)的訓(xùn)練方法。HIIT 已被認為是一種可實現(xiàn)鍛煉健康效益的高效率方法，因為時間不足是成年人缺少鍛煉的主要阻礙。同時，機體對于HIIT 的敏感性較強，因此，HIIT 在調(diào)節(jié)代謝方面能夠產(chǎn)生更大的效益，在減重、增加能量消耗以及改善代謝狀況方面都能帶來較多多益處（Sa et al.,2017）。

盡管愈來愈多的證據(jù)支持成年人應(yīng)該多開展HIIT 訓(xùn)練，但對兒童青少年的相關(guān)研究十分有限。兒童和青少年時期通常是根據(jù)年齡和社會角色進行定義，各國之間幾乎沒有統(tǒng)一的標(biāo)準。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的定義，將0～1 歲定義為嬰兒期，2～10 歲定義為兒童，其中2～5 歲為童年早期，5～10 歲童年后期，青少年時期定義為10～19 歲。在兒童青少年階段進行充足的體力活動對提高身體健康具有重要作用。據(jù)估計，50%以上兒童青少年達不到國際身體活動指南的建議，每天累計至少完成60 min 中高強度體力活動，至少3 天參加較高強度的體力活動推薦量，并且達到推薦量的比例隨年齡增長而降低（Ng et al.,2014）。因此，兒童青少年階段體力活動不足問題較為突出。有研究認為，短時HIIT 對兒童青少年來說是值得推薦的（Bailey et al.,1995；Carson et al.,2014），HIIT 更具可行性，是一種可實現(xiàn)兒童青少年健康效益的高效率方法（Gibala,2007；Trost,2002）。對青少年而言，短時HIIT 與耐力鍛煉相比，更有吸引力且更容易形成習(xí)慣（Buchan et al.,2013；Crisp et al.,2012；Tjonna et al.,2009），讓兒童青少年從事他們認為有趣的活動也有利于形成鍛煉習(xí)慣并持續(xù)到其成年時期（Crisp et al.,2012）。

本文旨在總結(jié)2000年以來HIIT 對兒童青少年健康影響的研究，探討了HIIT 對正常體重和肥胖兒童青少年健康的影響，以期厘清HIIT 在這一群體中的最新應(yīng)用成果、適應(yīng)機制以及應(yīng)用的可行性。

1 HIIT 對兒童青少年健康影響研究進展

通過PubMed、Web of Science、EBSCO、Medline、Elsevier Science Direct、Springer Link 和中國知網(wǎng)等中外數(shù)據(jù)庫檢索HIIT 對青少年健康有關(guān)的影響研究，文獻發(fā)表年份為2000年1月－2019年4月。其中英文的檢索詞為：“youth”“teenager”“children”“adolescence”“adolescent”“juvenile”“youngster”“high-intensity intermittent training”“high-intensity interval training”“high-intensity training”“interval exercise”“intermittent exercise”“continuous training”“continuous exercise”“intermittent sprint”“interval sprint”“physical activity”“cardiovascular”“metabolize”“ chronic disease ”“ overweight ”“ BMI ”“ obesity ”“cholesterol”“glucose”“l(fā)ipid”“body composition”“insulin”“cardiopulmonary function”“O2max”“aerobic capacity”和“health”等；中文的檢索詞為“青少年”，“兒童”，“高強度間歇訓(xùn)練”，“高強度運動”，“間歇訓(xùn)練”，“間歇沖刺”，“身體活動”，“心血管”，“代謝”，“慢性病”，“超重”，“體重指數(shù)”，“肥胖”，“膽固醇”，“血糖”，“血脂”，“體成分”，“胰島素”，“心肺功能”，“最大攝氧量”，“有氧能力”和“健康”等。以上關(guān)鍵詞通過布爾操作符（AND 和OR）連接。此外，納入研究的參考文獻和引文也進行逐條篩查。

1.1 HIIT 在正常體重兒童青少年中研究

21世紀后，學(xué)者們才開始進行HIIT 增強兒童青少年健康狀況的相關(guān)研究，主要關(guān)注HIIT 對于心血管健康的影響（Baquet et al.,2001；Barker et al.,2014；Buchan et al.,2011）。本節(jié)梳理了關(guān)于HIIT 對正常體重兒童青少年健康影響相關(guān)研究（表1）。

表1 HIIT 對正常體重兒童青少年健康影響的研究Table 1 Studies of the Effect of HIIT on Health in Children and Adolescents with Normal Weight

（續(xù)表1）

在HIIT 對正常體重兒童青少年有氧能力的影響方面，Baquet 等（2001）進行了一系列研究發(fā)現(xiàn)，HIIT 組立定跳遠（2.9%）、20 m 往返跑（3.8%）和7 min 最大速度跑（7.6%）都有顯著性提高，CG 均沒有顯著性差異。HIIT組BMI 和體脂率有明顯提高，而CG 的BMI 和體脂率變化較小；7 min 最長距離跑中，兩組的有氧能力均有顯著提高。該研究是最早關(guān)于HIIT 對青少年健康狀況改善影響的研究，并間接探討了HIIT 對心血管風(fēng)險系數(shù)的影響。

Buchan 等（2011，2012）探討了HIIT 對正常體重青少年心血管代謝風(fēng)險的影響，研究將57 名青少年隨機分配到HIIT 組、MIE 組和CG。雖然兩組代謝水平都有顯著提高，但MIE 組的有氧能力（14.6%）、體脂比（15.1%）、FI（534.6%）、纖維蛋白原（32.5%）和纖溶酶原激活物抑制劑-1 濃度（2.0%）均有更顯著的提高。HIIT 對心血管效益沒有MIE 高，但HIIT 組在7 周內(nèi)，僅需要用MIE 訓(xùn)練時間的15%就能顯著降低心血管風(fēng)險，其中舒張壓（diastolic blood pressure，DBP）、有氧能力有顯著改善。HIIT 組在整個干預(yù)期最多只需要用63 min 鍛煉，然而MIE 組需要持續(xù)做420 min 有氧運動，提示HIIT 的時間高效性。Buchan 等（2013）發(fā)現(xiàn)，7 周HIIT 干預(yù)能夠顯著改善青少年的垂直跳遠成績、10 m 短跑速度和心肺適能。總體來看，這一系列研究表明，HIIT 對健康個體的心血管代謝有增強效果。Logan（2016）的研究探討了8 周HIIT 對26 名16 歲低活動量的男性青少年心臟代謝健康方面影響，研究發(fā)現(xiàn)，O2peak（6%）、體脂率（4%）、內(nèi)臟脂肪量（10%）和腰圍身高比（3%）均有明顯改善。Malik 等（2017）檢查了54 名12～15 歲兒童在HIIT 期間的急性心肺呼吸和感知反應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)，HIIT 在大多數(shù)青少年中引起最大的心肺呼吸反應(yīng)，并且，HIIT 比持續(xù)鍛煉更令人愉快，因此該研究建議，使用HIIT 方案進行鍛煉對于促進青少年健康更有意義。

Cockcroft 等（2015）研究了HIIT 對青少年葡萄糖耐受性、IS、靜息脂肪氧化的急性影響，研究發(fā)現(xiàn)，HIIT 組與CG、MIE 組相比，葡萄糖分別下降28.9%、23.9%，胰島素分別下降24.2%、29.1%，IS 分別提高了11.2%、8.4%，但與MIE 相比，HIIT 后脂肪氧化有增加的趨勢。因此該研究認為，HIIT 可作為一種改善青少年健康的有效鍛煉手段。另一項研究探討了HIIT 和MIE 對7～10 歲的男性兒童葡萄糖耐受性、IS 和脂肪氧化的急性影響，研究發(fā)現(xiàn)，與CG 相比，HIIT 組的IS（9.7%）和脂肪氧化（38.9%）有所改善（Cockcroft et al.,2018）。在一次HIIT 和MIE 的急性干預(yù)后，改善IS 和葡萄糖耐量的空間可能有限，然而，在HIIT 后脂肪氧化作用增強，而MIE 沒有顯著影響。

在HIIT 對正常體重青少年底物利用率和血壓的影響方面，Burns 等（2012）發(fā)現(xiàn)，在HIIT 后氧氣消耗量的顯著提高，且在運動30～60 min 后脂肪氧化率也有所提高（圖1）；與對照組相比，運動即刻SBP 升高，運動后90 min 降低，DBP 無顯著變化（圖2），該研究認為，對青少年而言HIIT 可以提高脂肪氧化率。該研究不足支出在于受試者在進行HIIT 后和安靜狀態(tài)下相比存在代謝差異，研究沒有對比HIIT 和穩(wěn)態(tài)有氧運動的代謝差異，且HIIT 對于SBP 的影響是即時的，不能證明對于個體健康有益。

圖1 實驗組和對照組能量消耗趨勢（Burns,2012）Figure 1.Trend of Energy Consumption in Experimental and Control Group

圖2 實驗組和對照組舒張壓和收縮壓趨勢圖（Burns,2012）Figure 2.Trend of Diastolic Blood Pressure and Systolic Blood Pressure in Experimental and Control Group

基于HIIT 可增強青少年脂肪氧化率的結(jié)論，Barker 等（2014）探討了HIIT 對14～16 歲正常體重的男性青少年健康影響。在2 周HIIT 干預(yù)內(nèi)完成6 組×30 s，4 min 間歇的“全力”自行車騎行。受試者進行O2max 測試，且在次最大強度運動的干預(yù)實驗前后進行呼氣分析，同時對受試者進行飲食上常量營養(yǎng)元素攝入分析，以及基線水平和后續(xù)的血壓分析。研究發(fā)現(xiàn)，2 周HIIT 改善了O2max（+5%）、脂肪氧化率（+23.8%）、碳水化合物氧化率（-18.1%）和RER（-3.3%），但在此次研究中沒有發(fā)現(xiàn)HIIT 對血壓的影響。盡管代謝狀況可以通過有氧能力獲取，但對于理解HIIT 對代謝狀況的影響效果和生理過程，直接對血漿血糖，炎癥和脂類標(biāo)記物采樣可以提供更有價值的信息。

餐后血液中TAG 升高可能和動脈硬化的發(fā)展有關(guān)，因此有研究調(diào)查了HIIT 對正常體重青少年餐后TAG 的影響。例如，Barrett 等（2007）對男性青少年的研究發(fā)現(xiàn)，HIIT 組（4×18 min 強度為69%O2peak 的間歇沖刺跑）和CE 組（4×15 min 的強度為59%O2peak 跑步機走步）均顯著降低了血漿甘油三酯濃度（HIIT 26%、CE 14%）。Tolfrey 等（2008）比較了HIIT 對8 名13 歲正常體重的健康男性青少年餐后血漿TAG 代謝的影響，研究發(fā)現(xiàn)，60 min 的MIE 和HIIT 均可降低餐后TAG 濃度。Thackray 等（2013）發(fā)現(xiàn)，HIIT 訓(xùn)練稀釋了12.5%的餐后血漿TAG 濃度，且IS 的增大和血漿胰島素的減小導(dǎo)致了骨骼肌脂蛋白脂肪酶活性的急性增大，然而，此次研究的不足是缺乏HIIT 和中等強度鍛煉之間的對比。Sedgwick 等（2015）調(diào)查了HIIT 對9 名男性青少年內(nèi)皮功能和TAG 濃度的影響，與對照組相比，HIIT 對餐后內(nèi)皮功能和TAG 產(chǎn)生了有益的影響。Bond 等（2015a，2015b,2015c,2015d,2015e）對正常體重青少年HIIT 的健康效益進行了系列研究，研究發(fā)現(xiàn)，HIIT 組的葡萄糖、SBP、TAG 指標(biāo)顯著下降，脂肪氧化顯著提高，且FMD 和內(nèi)皮功能顯著改善。Thackray 等（2016）檢測了HIIR 和HIIR-ER 對女性青少年TAG 的影響，研究發(fā)現(xiàn)，HIIT 和HIIT-ER 均可顯著降低餐后TAG。未來的研究應(yīng)進一步關(guān)注能量攝入限制和不同高強度間歇形式對于對青少年TAG 的急性影響和持續(xù)性效應(yīng)。

綜上，研究結(jié)果表明，HIIT 后有氧能力、體脂率、脂肪氧化程度、內(nèi)臟脂肪量、腰圍身高比有明顯改善，與MIE 相比，HIIT 在改善IS、呼吸交換率、碳水化合物氧化率增加等方面更具有優(yōu)勢，此外，與CG 相比，HIIT 對于血漿甘油三酯濃度的降低和內(nèi)皮功能的影響顯著。但也有研究指出，餐后60 min 中等強度運動和HIIT 均可對血漿TAG 代謝產(chǎn)生積極影響。目前，HIIT 對于血管舒張和收縮影響尚不統(tǒng)一，總體來看，在比較HIIT 和連續(xù)訓(xùn)練干預(yù)后心血管代謝風(fēng)險因素變化的研究中，不同鍛煉方式所用的總時長存在較大差，對青少年而言，HIIT 可達到和連續(xù)訓(xùn)練相當(dāng)甚至更好的心血管代謝健康效益，且HIIT 所用的時間遠小于連續(xù)訓(xùn)練。

未來應(yīng)更加關(guān)注已有研究中不確定結(jié)果的指標(biāo)，多數(shù)研究對于正常體重的健康青少年干預(yù)的時間太短，建議開展更長時間的干預(yù)以獲取更充分的證據(jù)。通常情況下，不常活動的青少年和活躍分子相比，HIIT 能更顯著的提高其他心血管代謝水平。將來研究還應(yīng)該著眼于探索HIIT 對不活躍群體的影響。對于能量攝入限制和不同高強度間歇形式對于對青少年體脂和健康的急性影響和持續(xù)性效應(yīng)等方面需要繼續(xù)關(guān)注。

1.2 HIIT 在肥胖兒童青少年中的研究

肥胖人群在兒童期和成年期罹患糖尿病、高血壓、冠狀動脈疾病、心肺疾病和中風(fēng)等代謝疾病的風(fēng)險顯著增加。多種HIIT 方案已被證明可以改善超重和肥胖兒童青少年的健康水平。本節(jié)梳理了關(guān)于HIIT 對超重和肥胖兒童青少年健康影響的相關(guān)研究（表2）。

表2 HIIT 對超重和肥胖兒童青少年健康影響的研究Table 2 Studies of the Effect of HIIT on Health in Overweight and Obese Children and Adolescents

（續(xù)表2）

在HIIT 對肥胖青少年的心血管代謝影響方面，Tjonna等（2009）最早對超重和肥胖青少年進行了研究，將青少年隨機分配到HIIT 組或多處理干預(yù)組，在干預(yù)實驗后的3個月和12 個月進行隨訪，多處理組干預(yù)內(nèi)容包括會見醫(yī)生、心理師和臨床營養(yǎng)師等。研究顯示，在實驗干預(yù)后的3 個月和12 個月，HIIT 組O2max、平均動脈壓、血管內(nèi)皮功能改善比多處理干預(yù)組高，且HIIT 組的健康效益還能維持在12 個月后仍比CG 要好，這意味著兒童青少年堅持進行這些運動的健康效益比多處理組的干預(yù)效果好，且改善具有持續(xù)效應(yīng)。此后，Ingul 等（2010）研究了HIIT 對15 歲肥胖青少年心肺功能的影響，發(fā)現(xiàn)肥胖青少年O2max 比瘦的孩子低41.4%，但HIIT 干預(yù)后O2max 顯著提高8.6%、脂肪含量降低2.0%，并提高了肥胖青少年的射血分數(shù)，但與瘦孩子相比較低。該認為，HIIT 幾乎可以恢復(fù)肥胖青少年受損的心臟收縮和舒張功能，這些結(jié)果可能會對未來肥胖青少年治療方案制定有意義。在比較HIIT與ET 對肥胖兒童青少年心肺功能的效果方面，De Araujo等（2012）發(fā)現(xiàn)，兩者絕對（ET：26.0%、HIIT：19.0%）和相對O2peak（ET：13.1%/HIIT：14.6%）在干預(yù)后兩組均顯著升高,此外，最大分級心肺試驗時的峰值速度（ET：16.9%/HIIT：13.4%）在兩組均顯著改善，BMI 均顯著下降（ET:3.0%/HIIT：5.0%），研究認為，HIIT 與ET 在改善肥胖兒童青少年心肺功能方面具有相同的鍛煉效果。國內(nèi)學(xué)者祖秀明（2014）對8～12 歲肥胖兒童青少年進行了12 周HIIT 和ET 干預(yù)發(fā)現(xiàn)，HIIT 組SBP、DBP 均顯著低于干預(yù)前，呼吸機能得到顯著改善。由于劇烈運動中肺通氣量的增加主要依靠呼吸頻率的提高來實現(xiàn)，同時機體為適應(yīng)代謝的需求，通氣機能會發(fā)生適應(yīng)性改善。

高強度訓(xùn)練與中等和低強度持續(xù)訓(xùn)練以及營養(yǎng)組等多組比較方面，有研究比較了HIT（強度為通氣閾）和LIT（強度低于20%通氣閾值）對43 名肥胖青少年BP、HR和心率變異性（HRV）的影響，在干預(yù)6 個月后，兩組SBP、DBP、平均BP 均有相似程度下降（P＜0.05），而WC、HR 和HRV 僅在HIT 組有明顯改善（P＜0.05），研究認為，與LIT 相比HIT 對肥胖青少年的腹部肥胖和心血管健康有額外的益處，因為它增強了心臟的副交感神經(jīng)和自主調(diào)節(jié)（Farah et al.,2014）。Murphy 等（2014）對13 名肥胖青少年進行4 周HIIT 研究發(fā)現(xiàn)，HIIT 組和MIE 組的O2max 均有顯著提升，且HIIT 組的瘦體重有顯著提高。Starkoff 等（2015）評估了14 歲肥胖青少年（分為MOD 和HIIT 組）6 周不同強度的鍛煉計劃后的O2max 變化，研究發(fā)現(xiàn)，6 周HIIT 使青少年O2max 顯著提高。Lau 等（2015）通過6 周不同強度的間歇訓(xùn)練對超重兒童進行研究，將48 名超重兒童隨機分為對照組、LIIE 組和HIIT組，6 周后，HIIT、LIIE 組和對照組相比，皮脂厚度（小腿和肱三頭?。╋@著減少（P＜0.05），HIIT 組間歇有氧耐力明顯改善（P＜0.05）提示，HIIT 是改善超重兒童身體成分和有氧耐力的一種高效的干預(yù)措施。Chuensiri 等（2015）認為，HIIT 可作為改善肥胖兒童血管功能的一種可行的運動方式。Lazzer 等（2017）通過適度能量限制、營養(yǎng)教育、心理咨詢和3 種不同運動訓(xùn)練（低強度組：40%O2max；高強度組：70%O2max；HIIT 組）對15～17 歲肥胖青少年的身體組成、能量消耗和脂肪氧化率的影響進行研究，發(fā)現(xiàn)3 組的體重和體脂均有顯著下降，低強度組下降幅度更大；高強度組和HIIT 組的O2peak 和脂肪氧化率提高幅度更大。

在肥胖兒童和青少年心血管代謝標(biāo)志物和風(fēng)險因子等方面，學(xué)者們展開一系列的多組比較研究。Dias（2018）對肥胖兒童的12 周干預(yù)發(fā)現(xiàn)，HIIT、MICT 組和營養(yǎng)組相比，O2相對峰值顯著升高，但干預(yù)對內(nèi)臟及皮下脂肪組織、全身成分及心臟代謝生物標(biāo)志物均無顯著影響，認為，與MICT 和營養(yǎng)干預(yù)相比，HIIT 干預(yù)能有效提高心肺功能，HIIT 可作為有效的健康策略來提高青少年身體健康狀況。Koubaa 等（2013）研究了12 周HIIT 和CT 對男性肥胖青少年代謝風(fēng)險因子的影響，研究發(fā)現(xiàn)，兩組受試者體脂都有顯著減小，與HIIT 相比，CT 組能更顯著的減少脂肪量（101%）和WC（4.1%），且CT 組對血脂情況改善更好。HIIT 帶來的最大改善效益是有氧能力的改善，同時，HIIT 訓(xùn)練干預(yù)后觀察到 TAG 的顯著下降。Racil（2013）研究了HIIT 和MIIT 對青少年肥胖女性的心血管代謝風(fēng)險標(biāo)志物的影響。該研究的不同之處在于高強度和中強度的間歇訓(xùn)練方式在兩個干預(yù)組中的實驗參數(shù)一致，只有鍛煉回合數(shù)不同。HIIT 組首先完成了2 個訓(xùn)練，包括6 回合30 s，強度在100%最大有氧速度下的沖刺跑，每回合間有50%最大速度的運動恢復(fù)。在2 次訓(xùn)練間有4 min休息。MIIT 組遵循同樣的運動結(jié)構(gòu)，區(qū)別在于沖刺跑速度為70%最大速度，訓(xùn)練每周進行3 次，共12 周，此研究中包含了1 個不運動組。受試者完成4 天的飲食記錄，隨后建立每日能量攝入和營養(yǎng)組分表。在2 個運動組內(nèi)，BMI-z分數(shù)、有氧能力和心血管代謝危險標(biāo)志物都有顯著改善。和時長相當(dāng)?shù)腗IIT 相比，HIIT 可為血漿低密度脂蛋白膽固醇（plasma low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C）（4.9%）和總膽固醇（total cholesterol）（3.5%）帶來更好的效益，使用HOMA-IR 發(fā)現(xiàn)，還有額外13.9% IS 增大。在HIIT 后，空腹胰島素水平顯著低于MIIT 組（11.4%），提示IS 隨著運動強度的增大而增大。IS 增大或許能通過減小血漿胰島素濃度調(diào)節(jié)血漿中TAG 的減小程度，這會增大脂肪用作能量基質(zhì)概率。激素對胰島素的復(fù)雜效應(yīng)關(guān)系是調(diào)節(jié)能量儲備和利用的關(guān)鍵機制，IS 的提高也許會影響運動強度增大引起的體脂率的降低。因此，該研究鼓勵未來應(yīng)進一步著眼于優(yōu)化HIIT 方式對健康效益的影響。

從能量攝入和消耗的角度來看，如果不控制干預(yù)階段總能量消耗和攝入，將很難界定何種訓(xùn)練方法更利于降脂。多數(shù)研究使用飲食報告和食物日記等控制能量攝入，但仍有研究沒有考慮飲食因素。此外，以往研究表明，當(dāng)運動強度≥85%˙O2max 時，脂肪幾乎不再參與供能，由糖分解供能。鑒于HIIT 的強度往往≥85%˙O2max，故能量代謝物質(zhì)來源大多為糖，而很難消耗脂肪。因此，HIIT 能有效降低脂肪的機制，可能并不在于HIIT 提高了訓(xùn)練過程中的脂肪消耗，而在于HIIT 提高了在日常生活和其他體力活動中的身體氧化脂肪的能力。

綜上所述，多數(shù)研究認為，與其他干預(yù)相比，HIIT 能夠顯著改善肥胖兒童和青少年的體脂、心肺功能、心臟泵血功能以及血液指標(biāo)，也有研究認為在健康水平改善上，HIIT 與中等強度持續(xù)訓(xùn)練無顯著性差異。但也有研究發(fā)現(xiàn)，低強度有氧訓(xùn)練比HIIT 和高強度訓(xùn)練對于體重和體脂下降幅度更大。因此，HIIT 在肥胖兒童和青少年中可以作為一種替代方案來提高他們的健康水平，但在不同的干預(yù)方案下，健康指標(biāo)結(jié)果不完全一致，需進一步探索研究。

2 HIIT 的生理機制

在HIIT 研究中使用的最常見模型是Wingate 測試，青少年受試者通常進行4～6 次30 s 全力沖刺，間隔4 min，在持續(xù)20 min 的訓(xùn)練期間進行共2～3 min 劇烈運動。2 周內(nèi)進行6 次共15 min 的全力訓(xùn)練，骨骼肌的氧化能力增加，線粒體酶的最大活性和（或）蛋白質(zhì)含量增加（Gibala et al.,2006）?；赪ingate 測試的HIIT 與根據(jù)當(dāng)前公共衛(wèi)生指南設(shè)計的傳統(tǒng)ET，均能誘導(dǎo)骨骼肌和心血管標(biāo)志物的改善，但每周訓(xùn)練量（HIIT 組降低90%）和持續(xù)時間（HIIT組降低 67%）存在較大差異（Burgomaster et al.,2008；Rakobowchuk et al.,2008），HIIT 具有很高的時間效率。在進行數(shù)周HIIT 干預(yù)后，除了能增加人體骨骼肌氧化能力和靜息時的糖原含量外，還能夠降低糖原利用率，減少練習(xí)期間乳酸產(chǎn)生量，改善外周血管功能，增加˙O2max，這表明，HIIT 能夠有效改善人體代謝和耐力水平。（Burgomaster et al.,2008；Gibala et al.,2006；Rakobowchuk et al.,2008）。

基于Wingate 測試的HIIT 要求極高，對兒童和青少年來說可能不夠安全，且吸引力較差。因此，有研究者試圖設(shè)計一種更實用的低訓(xùn)練量HIIT 模型，該模型具有時間效率同時適用于不同人群，包括有慢性代謝疾病風(fēng)險的人群。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，降低了練習(xí)強度，增加了持續(xù)時間并縮短了休息間隔。新的HIIT 模型由10×60 s 的回合組成，其恒定練習(xí)強度為90% HRmax，間歇60 s 恢復(fù)。該方案在20 min 的訓(xùn)練期間僅進行10 min 的運動，因此仍然高效。重要的是，這種節(jié)省時間的HIIT 模型在誘導(dǎo)快速骨骼肌氧化方面同樣有效，類似于之前基于Wingate 測試的HIIT 和較高訓(xùn)練量的ET（Little et al.,2011）。

不少研究探討了HIIT 對骨骼肌代謝適應(yīng)的分子機制?？紤]到HIIT 在增加線粒體方面的潛力，有研究檢驗了HIIT 對過氧化物酶體增殖子激活受體γ 輔激活因子1（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactiva-tor-1 ,PGC-1α）活化的影響，這一蛋白酶能夠調(diào)節(jié)肌肉中線粒體的氧化，而有證據(jù)表明，運動強度是影響人體骨骼肌PGC-1α 活化的關(guān)鍵因素（Wu et al.,1999）。在這方面，急性HIIT 能在運動后3 h 增加數(shù)倍PGC-1α mRNA（Gibala et al.,2009；Little et al.,2011），這與連續(xù)性運動后觀察到的PGC-1αmRNA 表達的急劇增加相當(dāng)（Egan et al.,2010）。HIIT 已被證明可激活5'-腺苷一磷酸激活蛋白激酶（Adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase，AMPK）和p38 促分裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，MAPK），這兩種運動反應(yīng)性信號激酶都與PGC-1α 的直接磷酸化和活化有關(guān)，使得共同激活轉(zhuǎn)錄因子增加線粒體基因轉(zhuǎn)錄，最終導(dǎo)致更多線粒體蛋白的積累以驅(qū)動線粒體生物合成活動（圖3）（Little et al.,2011）。

圖3 HIIT 誘導(dǎo)的線粒體生物發(fā)生中涉及的 潛在細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)機制（Little,2011）Figure 3.Potential Intracellular Signaling Mechanisms Involved in HIIT-induced Mitochondrial Biogenesis

目前尚未闡明激活PGC-1α 和線粒體生物合成以響應(yīng)HIIT 的上游信號，但可能與運動后肌肉ATP：ADP/AMP比率的強烈變化有關(guān)（Chen et al.,2000）。HIIT 后，升高的PGC-1 蛋白水平也伴隨線粒體含量的增加。6 周HIIT 干預(yù)能夠使得青少年人群的PGC-1 蛋白質(zhì)含量增加100%（Burgomaster et al.,2008），2 周10×1 min 的HIIT 導(dǎo)致PGC-1 蛋白含量增加25%（Little et al.,2011）。

以上結(jié)果表明，PGC-1α 可能參與HIIT 對機體代謝適應(yīng)的調(diào)節(jié)，鑒于肌肉PGC-1α 適度增加對氧化能力的積極影響，HIIT 后PGC-1α 增加可能突出顯示這種類型運動潛在且廣泛的健康益處。

3 HIIT 的可行性

人們的生活方式越來越趨向于靜坐少動，大多數(shù)兒童青少年達不到體力活動指南的推薦量。從內(nèi)在角度來說，一項好的鍛煉干預(yù)方法實施，除了在減脂、減重和減少心血管代謝風(fēng)險等健康效益的科學(xué)性之外，還必須考慮可行性。對于兒童青少年而言，影響他們參與體力活動的一個重要因素是對鍛煉的樂趣感，與長時間的持續(xù)性訓(xùn)練相比，短時HIIT 的形式更易于兒童青少年堅持鍛煉。

目前已有研究探討了HIIT 在兒童青少年中的可行性，大多數(shù)以體力活動享受量表（Physical Activity Enjoyment Scale,PACES）測量參與者獲得的樂趣感，樂趣感更強意味著兒童青少年更容易接受和堅持。有研究表明，HIIT 具備更強的樂趣感和可行性（Tjonna et al.,2009；Wisloff et al.,2007）。Little 等（（2011））采用9 分Likert 量表測試受試者樂趣感，結(jié)果顯示，HIIT 的樂趣感等級評定更高。在干預(yù)實驗前，受試者認為持續(xù)訓(xùn)練會更有趣，而2 周體能鍛煉后，HIIT 在3 種運動形式中被評為最具樂趣感，完成的主動性也最強。與其研究結(jié)果一致的是 Bartlett 等（2011）開展的一個隨機交叉設(shè)計研究，將8 名健康活躍的兒童分配到HIIT 組或MIE 組，HIIT 組完成6 回合90%O2max 狀態(tài)下的3 min 跑，MIE 組完成70%O2max 狀態(tài)下的50 min 跑，7 天后兩組成員交換運動方式，在運動結(jié)束即刻用PACES 測量參與者獲得的樂趣感。研究結(jié)果顯示，與MIE 組相比，HIIT 組樂趣感更強（P= 0.004，圖4A），RPE 更大（圖4B）。

Starkoff 等（2014）對肥胖青少年在HIIT、MOD 樂趣感方面的研究發(fā)現(xiàn)，HIIT 讓青少年通過高強度的訓(xùn)練，對自身的運動能力獲得信心，增加了參與體育鍛煉的樂趣。一系列研究發(fā)現(xiàn)，HIIT 要比其他訓(xùn)練更能引起青少年的興趣和享受（Bond et al.,2015a,2015b,2015c,2015d,2017）。Malik 等人的研究發(fā)現(xiàn)，HIIT 后更大的享受是由于訓(xùn)練效果的回報、鍛煉過程中的興奮性和成功感的提高造成的，這可能是促進青少年參與更多鍛煉以促進健康效益的一種積極策略（Malik et al.,2017），因此將HIIT 這一鍛煉形式應(yīng)用在兒童青少年這一群體中的可行性較高。

雖然大量的研究表明，HIIT 這一鍛煉形式被認為趣味性更強，可行性更高，但在連續(xù)中強度運動中加入沖刺跑的研究中，Crisp 等人發(fā)現(xiàn)并非所有人的PACES 隨運動強度增大顯著提高（Crisp et al.,2012）。該研究將8～12 歲的受試者分配到輕到中強度的連續(xù)鍛煉中，在 40～50%O2max 狀態(tài)下騎行，或者在同樣的強度下每2 min 完成4s的沖刺跑。雖然該方法中包括間斷的沖刺跑，但運動總時間長于其他的HIIT 運動。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除了超重以外的所有其他人，都更享受間歇運動形式而不是連續(xù)鍛煉。對于超重群體的樂趣性較低，原因可能是沖刺跑的方式不同于其他HIIT，其中包含了更長時間的有氧運動。有趣的是，Giguere 等人對11 名青少年進行了研究，將樂趣性和鍛煉主動性從1～7（低～高）進行等級評定，沒有觀察到HIIT和持續(xù)訓(xùn)練之間有顯著差異（Giguere et al.,2012）。同樣，Cockcroft 的研究發(fā)現(xiàn)，盡管HIIT 會引起更大的生理和知覺壓力，但14 歲的青春期男孩對HIIT 和MOD 兩組訓(xùn)練的樂趣性沒有差異，表現(xiàn)出相似的快樂水平（Cockcroft et al.,2015）。然而，Cockcroft 后續(xù)對8 歲左右的正常體重兒童研究卻發(fā)現(xiàn)（Cockcroft et al.,2018），HIIT 要比MOD 更具有樂趣性，因此，支持將HIIT 作為這個年齡段的一種可行和有效的鍛煉形式。

圖 4 HIIT 和CONT 組的愉悅感（A）和自我感覺疲勞程度（B）對比圖（Bartlett,2011）Figure 4.PACES and RPE between HIIT and Moderate-intensity Continuous Training

根據(jù)自我決定理論（Self-determination theory），感知享受是一種自主的動機形式，這種動機形式與持續(xù)的健康促進行為（如運動）是正相關(guān)的（Deci et al.,1991）。雖然定期耐力活動對青少年有氧表現(xiàn)和健康狀況有益，但許多青年在參加這種性質(zhì)的活動時很難堅持并很少有興趣。鑒于旨在增加青少年參與和堅持的體育活動干預(yù)措施尚未成功，似乎有必要探索新的訓(xùn)練方式替代持續(xù)性訓(xùn)練，以確定是否有更有效的方法來改善青少年的健康，因此Buchan 認為HIIT 可能是一種有效的健康改善策略（Buchan et al.,2011）。

綜上所述，HIIT 在青少年可行性的評價中有很明顯的優(yōu)勢，HIIT 具備更強的趣味性，因此兒童青少年也更容易堅持這一鍛煉形式，因此讓他們參與HIIT 鍛煉的可行性較高。兒童青少年在HIIT 期間表現(xiàn)出更多的樂趣，這可能歸因于HIIT 的間歇性更加類似于兒童自發(fā)性的玩耍。但也有部分研究結(jié)果不一致，可能是因為不同研究中HIIT 的鍛煉方案有差異，且不同年齡階段的兒童青少年有所差異?？傮w而言，青少年在參與鍛煉時傾向于是享樂主義激勵機制，通過使用HIIT 方式來提高運動中獲取的有趣度或許能鼓舞青少年鍛煉的內(nèi)在動力。

4 結(jié)論

1）HIIT 可顯著降低兒童和青少年心血管代謝風(fēng)險；2）鑒于肌肉PGC-1α 適度增加對氧化能力的積極影響，HIIT 后PGC-1α 的增加可能是HIIT 改善兒童和青少年健康的適應(yīng)性機制；3）與長時間持續(xù)性訓(xùn)練相比，HIIT 在量-效關(guān)系方面體現(xiàn)出高度的經(jīng)濟性、樂趣性和訓(xùn)練的可堅持性，因此，可作為兒童和青少年使用的有效運動模式。

5 展望與建議

1）未來需進一步在在不常運動、超重/肥胖及患有慢性疾病的不同兒童青少年群體中探究省時且更具吸引力的HIIT 健康干預(yù)方案；2）后續(xù)研究應(yīng)使用統(tǒng)一的心血管代謝測量指標(biāo)和方法以更好理解HIIT 對兒童和青少年代謝的影響；3）實驗干預(yù)應(yīng)將飲食和干預(yù)實驗之外的體力活動納入考慮來消除混淆的變量，以及考慮性別差異和激素對青少年青春期代謝能力的影響。