大強(qiáng)度間歇訓(xùn)練促進(jìn)健康研究進(jìn)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(yùn)動(dòng)是慢性疾病一級(jí)預(yù)防的基石［1］，然而，缺乏時(shí)間是堅(jiān)持定期鍛煉最常見的障礙。在促進(jìn)大眾健身方面，如何推廣運(yùn)動(dòng)，選擇運(yùn)動(dòng)方法，獲得最佳的運(yùn)動(dòng)效益非常重要［2］。大強(qiáng)度的間歇訓(xùn)練（High-Intensity Interval Training，HITT）一直是運(yùn)動(dòng)員提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)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(jìn)健康。從機(jī)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(qiáng)度本身，而且也歸因于間歇性運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在本質(zhì)。大強(qiáng)度間歇訓(xùn)練模式，由短時(shí)間的密集活動(dòng)組成，這些活動(dòng)需達(dá)到“最大”或“接近最大”的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，誘發(fā)更大的生理適應(yīng)，因此，備受運(yùn)動(dòng)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(qiáng)度間歇訓(xùn)練

高強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是在相對(duì)較高的負(fù)荷下進(jìn)行時(shí)間較短的劇烈運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度≥90%最大攝氧量［4］。根據(jù)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的不同，每次運(yùn)動(dòng)通常持續(xù)幾秒鐘到幾分鐘，多次運(yùn)動(dòng)之間會(huì)有幾分鐘或更短時(shí)間的休息。HIIT 根據(jù)運(yùn)動(dòng)與間歇的總時(shí)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(shí)間較短，但其對(duì)促進(jìn)機(jī)體的健康與提升運(yùn)動(dòng)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(qiáng)度訓(xùn)練），是一種改善心臟代謝健康和心血管耐力的時(shí)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(yùn)動(dòng)強(qiáng)度更高的HIIT 模式，其每一輪高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)持續(xù)的時(shí)間較短（≤30 s），間隔時(shí)間相對(duì)較長（約4 min）。SIT 的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度通常比HIIT 更大，SIT 建議的最小運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度大于其100%最大功率，對(duì)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(yùn)動(dòng)速度。最常用的SIT 方案是在功率自行車上進(jìn)行的高強(qiáng)度的練習(xí)，包括4×30 s 的全力蹬的最大間歇，強(qiáng)度對(duì)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(diǎn)是進(jìn)行重復(fù)沖刺（10～20 次全力沖刺或來回往返沖刺，持續(xù)時(shí)間≤10 s），其休息恢復(fù)時(shí)間間隔較短（不足60 s）［8］。RST建議的最小強(qiáng)度是大于等于獲得最大攝氧量所需的120%最低運(yùn)動(dòng)速度，這種訓(xùn)練模式被廣泛應(yīng)用在許多運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的準(zhǔn)備活動(dòng)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(yùn)動(dòng)能力，而RST模式重復(fù)沖刺之間的恢復(fù)時(shí)間短。因此，RST期間不可避免地會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)能力下降。薈萃分析回顧了RST 對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)影響的對(duì)照和非對(duì)照實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度間歇跑成績(jī)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(rèn)知能力［11］。

2 大強(qiáng)度間歇訓(xùn)練誘導(dǎo)適應(yīng)相關(guān)的生理機(jī)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(yùn)動(dòng)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(xì)血管密度增加等［12］。這些適應(yīng)能力的強(qiáng)弱取決于運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)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(dòng)靜脈氧差增加、骨骼肌氧化酶能力提升、毛細(xì)血管密度增加、紅細(xì)胞體積和血紅蛋白質(zhì)量增加，從而獲得更強(qiáng)的載氧能力［15］。

對(duì)不同HIIT和SIT的外周適應(yīng)，可使VO2max明顯改善。一項(xiàng)研究要求受試者在170%VO2max條件下完成8組×20 s 蹬自行車運(yùn)動(dòng)，間歇時(shí)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(píng)估了SIT 和MICT（每周3 次，共6 周）對(duì)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?jī)H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(xì)血管密度、最大動(dòng)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(dòng)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(dòng)靜脈氧差也有微小增加，這表明最大動(dòng)靜脈氧差可能對(duì)運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)選取不活躍的成人進(jìn)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(qiáng)［20］。

2.2 耐力適應(yīng)

研究表明，HIIT 可有效提高運(yùn)動(dòng)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(dòng)，增加骨骼肌血流和血管電導(dǎo)，增強(qiáng)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(duì)促進(jìn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)［22］起著重要作用。在SIT 或HIIT 后，影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的標(biāo)志性適應(yīng)之一是運(yùn)動(dòng)過程中脂肪氧化的增加，引起細(xì)胞內(nèi)代謝物（乳酸、氫離子、無機(jī)磷酸鹽、二磷酸腺苷和一磷酸腺苷）的積累減少，糖原儲(chǔ)備減少。

2.3 心肌和骨骼肌的適應(yīng)

運(yùn)動(dòng)方式傳統(tǒng)上被分為有氧/耐力或力量/抗阻［23］。運(yùn)動(dòng)的生理適應(yīng)與所執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)方案有關(guān)，不同運(yùn)動(dòng)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(jī)體在既定強(qiáng)度下維持更長運(yùn)動(dòng)時(shí)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(jìn)了已知的由MICT誘導(dǎo)的生理適應(yīng)，但由輕度運(yùn)動(dòng)分隔的短時(shí)間、劇烈的重復(fù)的模式類似于阻力運(yùn)動(dòng)。

一項(xiàng)研究了HIIT 如何在更短的時(shí)間內(nèi)提供與MICT類似或更強(qiáng)的適應(yīng)［25］，但關(guān)于間歇訓(xùn)練誘導(dǎo)的生理機(jī)制以及細(xì)胞內(nèi)代謝途徑之間的通信認(rèn)識(shí)仍不夠深入。在一小時(shí)的中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)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?jiǎng)訂T的是I 型肌纖維。當(dāng)高強(qiáng)度持續(xù)或間歇運(yùn)動(dòng)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(huì)出現(xiàn)紊亂，此時(shí)大多數(shù)II型肌纖維被動(dòng)員，ATP 的產(chǎn)生增加100 倍，以滿足肌肉增加的能量需求［26］。會(huì)引起細(xì)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(jìn)而誘導(dǎo)PGC-1α 的mRNA 表達(dá)增加，PGC-1α 被認(rèn)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(xì)胞應(yīng)激與耐力運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)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(qiáng)度間歇訓(xùn)練計(jì)劃的設(shè)計(jì)

在制訂HIIT 訓(xùn)練計(jì)劃時(shí)，至少存在9 個(gè)變量。包括：工作間隔強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間；恢復(fù)間隔強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間；練習(xí)方式；重復(fù)次數(shù)；組數(shù)；組間恢復(fù)強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)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(shí)施HIIT計(jì)劃應(yīng)個(gè)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(dá)“紅色區(qū)域”，該區(qū)域訓(xùn)練強(qiáng)度至少超過90%最大攝氧量（VO2max），而通過HIIT 可較長時(shí)間維持強(qiáng)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(jìn)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(shí)間內(nèi)進(jìn)行6次高強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)后，VO2max、耐力能力和次最大運(yùn)動(dòng)脂肪氧化顯著改善［28］。此研究是設(shè)計(jì)訓(xùn)練時(shí)間最短的HIIT實(shí)驗(yàn)，但提供了較強(qiáng)的刺激，體現(xiàn)了人體在不到1周的時(shí)間內(nèi)適應(yīng)運(yùn)動(dòng)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(xì)胞信號(hào)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(chǔ)，第二次HIIT 是在低肌肉糖原存儲(chǔ)下進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)，這會(huì)使運(yùn)動(dòng)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(jìn)行高強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)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(chǔ)的HIIT 相比，低糖原存儲(chǔ)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(rèn)為，對(duì)于運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)員來說，低肌糖原狀態(tài)下進(jìn)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(shí)間的訓(xùn)練，從而獲得更好的訓(xùn)練效果。因此，對(duì)于無訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。此外，需重視減少肌糖原的訓(xùn)練計(jì)劃可能會(huì)引起過度訓(xùn)練綜合征和免疫功能受損風(fēng)險(xiǎn)增加的危險(xiǎn)，要做好運(yùn)動(dòng)監(jiān)控，以及與其他訓(xùn)練的組合，進(jìn)行科學(xué)合理的鍛煉。

4 大強(qiáng)度間歇訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)能力和健康的影響

4.1 大強(qiáng)度間歇訓(xùn)練對(duì)健康人群運(yùn)動(dòng)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(jìn)行檢查，可以研究不同類型的間歇訓(xùn)練模型對(duì)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(qiáng)度的影響。一項(xiàng)研究比較了3種不同HIIT訓(xùn)練方法對(duì)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(jìn)行4～10 組×30 s 的全力跑）、HIIT（以約90%的VO2max進(jìn)行4～7 組，間歇時(shí)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(jìn)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(duì)訓(xùn)練量減少的適應(yīng)將會(huì)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(qiáng)度間歇訓(xùn)練對(duì)臨床人群運(yùn)動(dòng)能力與健康的影響

在健康個(gè)體中進(jìn)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(dòng)脈術(shù)后中，患者經(jīng)常發(fā)生運(yùn)動(dòng)性心絞痛，且對(duì)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(shí)間），患者有氧能力顯著增加［32］。

一項(xiàng)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(jī)能［33］。另外，通過10周的HIIT實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)HIIT組的冠狀動(dòng)脈疾病患者的VO2max平均增加17.9%，中等強(qiáng)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(yùn)動(dòng)能夠優(yōu)化康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃。一項(xiàng)研究MICT和HIIT（3次/周，共12周）對(duì)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(shí)驗(yàn)將年齡為75.5±11.1歲的患者隨機(jī)分配到HIIT組（4×4 min，90%～95%HRpeak，通過3 min的輕度運(yùn)動(dòng)，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(xiǎn)相關(guān)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過標(biāo)準(zhǔn)多普勒檢測(cè)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)b型利鈉肽水平、心肌肥厚和心力衰竭嚴(yán)重程度的標(biāo)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(xiàng)進(jìn)行為期2 周的“力竭”高強(qiáng)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(dòng)的超重/肥胖人群的代謝健康。然而，高強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)的安全性受到質(zhì)疑，直到研究比較了HIIT與中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)的心血管風(fēng)險(xiǎn)，初步證明了高強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)在人群中的安全性［37］，但需要大規(guī)模的研究證實(shí)。

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(yùn)動(dòng)計(jì)劃。與MICT相比，HIIT可大大縮短運(yùn)動(dòng)時(shí)間，并產(chǎn)生與MICT 類似的健康效益，獲得更好的運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)和生理適應(yīng)。但過度HIIT可能會(huì)導(dǎo)致有害的代謝影響。因此，在進(jìn)行HIIT 時(shí)應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度及運(yùn)動(dòng)者的身體機(jī)能。

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