有氧大強度間歇訓(xùn)練在維持身體健康中的作用*

徐盛嘉 李 巍

（中國人民解放軍陸軍工程大學(xué)，江蘇 南京 211101）

1 高訓(xùn)練強度的作用

1.1 降低死亡率

流行病學(xué)證據(jù)表明，低強度和中等強度訓(xùn)練可預(yù)防慢性疾病，特別是心血管疾病[1]。例如，研究發(fā)現(xiàn)，每周只進行一次中等強度活動，可降低22%的死亡風(fēng)險[2]。另一項涵括了55137名健康成年人的研究發(fā)現(xiàn)，即使每天只跑步5-10分鐘也可有效降低心血管疾病引發(fā)的死亡風(fēng)險[3]。每周進行1-2次的身體活動或訓(xùn)練可顯著降低所有心血管，癌癥等因素導(dǎo)致的死亡風(fēng)險率，此外，與久坐人群相比，運動人群疾病誘發(fā)的死亡率明顯降低[4]。

然而，越來越多的證據(jù)表明，與低強度和中等強度訓(xùn)練相比，高強度訓(xùn)練可能對人體健康更有益。研究表明，高強度訓(xùn)練與死亡率呈反比，并顯著提高運動效率，15分鐘的高強度訓(xùn)練與60分鐘的中等強度訓(xùn)練的結(jié)果相似，都可以有效降低各種疾病，包括心血管疾病引發(fā)的死亡率[5]。對459833名無心血管疾病的人員進行的薈萃分析發(fā)現(xiàn)，與跑步的步長相比，步頻是整體死亡率的獨立預(yù)測因子（分別為26%和 48%），得出高強度訓(xùn)練可有效降低死亡風(fēng)險率的結(jié)論[6]。

1.2 降低冠心病風(fēng)險

有足夠的證據(jù)表明，高強度訓(xùn)練與心肺適能具有相關(guān)性，可有效預(yù)防并治療冠心病。有兩份研究發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練強度與冠心病呈現(xiàn)反比關(guān)系[7-8]。與低強度相比，長期的高強度有氧訓(xùn)練可降低心血管疾病的發(fā)生率，表明高強度訓(xùn)練能夠更有效的保持心臟健康[9]。Swain和Franklin[10]對訓(xùn)練強度與冠心病的關(guān)系進行了研究，與中等強度的訓(xùn)練相比，高強度訓(xùn)練可更有效降低冠心病風(fēng)險。臨床試驗報告顯示，與中等強度運動訓(xùn)練相比，高強度訓(xùn)練可更好地改善舒張壓，控制血糖和和有氧能力，但是對收縮壓，血脂代謝或體重減少并沒有影響，因此，如果訓(xùn)練的總能量消耗保持恒定，那么高強度的訓(xùn)練可更有效保護心臟健康[10]。此外，最近一份研究發(fā)現(xiàn)，與同等能量消耗的中度運動訓(xùn)練相比，高強度運動訓(xùn)練對代謝綜合征大多數(shù)因素的影響更大[11]。

1.3 提高心肺適能

較低的心肺適能可誘發(fā)心血管疾病，而較高的心肺適能可降低心血管疾病和各種疾病引發(fā)的死亡率，與傳統(tǒng)風(fēng)險因子相比，心肺適能是更有說服力的疾病預(yù)測因子，例如高血壓，抽煙，肥胖，高脂血和 型糖尿病[12]。最大攝氧量是心肺適能的黃金檢測標(biāo)準(zhǔn)，是對人體氧氣的吸收，運輸和使用的綜合測量[5]。直接測量的最大攝氧量是死亡率的獨立預(yù)測因子，提高峰值耗氧量可改善病狀的預(yù)后診斷。

Vanhees等人[13]在3個月的訓(xùn)練前后對417名冠心病患者進行最大攝氧量的測量，并隨訪6年，訓(xùn)練后，氧氣吸收增加了33%；對2583名患者進行隨訪期間發(fā)現(xiàn)，37名患者死亡，心血管疾病誘發(fā)的死亡率與心肺適能呈現(xiàn)反比關(guān)系，最大攝氧量增加1%，則心血管誘發(fā)的死亡率降低2%[13]。因此，如何有效地提高心肺適能非常重要。有流行病學(xué)證據(jù)顯示，高強度訓(xùn)練與較高的最大攝氧量具有相關(guān)性。例如，研究報告顯示每周49分鐘的高強度訓(xùn)練后，檢測最大攝氧量提高了 6ml·kg-1·min-1，而每周進行 216分鐘的中等強度訓(xùn)練，峰值耗氧量僅提高了 3.5ml·kg-1·min-1，在女性中也發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)果[14]。

對55名冠心病和心臟衰竭的患者的薈萃分析發(fā)現(xiàn)，高強度訓(xùn)練的患者，其體內(nèi)最大攝氧量得到較大改善。每增加10%的訓(xùn)練強度，則會提高 1ml·kg-1·min-1的最大攝氧量[15]。沒有證據(jù)表明干預(yù)、患者或?qū)嶒炓蛩乜深A(yù)測心肺適能反應(yīng)的異質(zhì)性，因此，訓(xùn)練強度是影響心肺適能最重要的變量，而不是訓(xùn)練時間或頻率。

2 實施有氧大強度間歇訓(xùn)練（aerobic high intensity interval training，HIIT）的必要性

2.1 HIIT概述

與中等強度持續(xù)訓(xùn)練（moderate intensity continuous training，MICT）相比，HIIT能更有效增加峰值耗氧量，提高心血管健康。各研究對HIIT的定義不同，本文所述HIIT為有氧訓(xùn)練（低于最大攝氧量）。采用低量最高強度進行訓(xùn)練，目標(biāo)強度為最大心率（HRpeak）85%-95%或最大攝氧量的80%-90%，持續(xù)時間4分鐘左右，主要的運動方式為動態(tài)大肌群運動（例如走上坡，跑步或自行車），運動特征為短暫的間歇性肌肉收縮[16]，恢復(fù)期進行低強度2-3分鐘的步行或慢跑。由于運動與個人的最大攝氧量和最大心率具有相關(guān)性，因此需要根據(jù)個人情況設(shè)計訓(xùn)練。

在一項研究中，2位不同心肺適能水平和最大心率的參與者（奧林匹克運動員和冠心病患者）進行了4組，每組4分鐘的HIIT，目標(biāo)是達到90%-95% HRpeak。結(jié)果發(fā)現(xiàn)絕對心率和能量消耗之間具有顯著差異，但運動強度相同，表明在進行高強度訓(xùn)練之前應(yīng)測量最大心率，以控制運動強度，同時在運動過程中也需要對心率進行監(jiān)測，調(diào)整運動負荷，保持相對運動強度恒定，最終提高運動能力[16]。如果沒有進行最大心率測試，運動期間的Borg指數(shù)則應(yīng)控制在16-18左右[17]。

在HIIT期間，運動強度應(yīng)恒定。如果在訓(xùn)練過程中無法保持運動強度，表明運動負荷過高；如果完成既定的訓(xùn)練后，還有余力進行更多次的間歇運動，則說明運動負荷過低。此外，如果感覺3分鐘恢復(fù)期太短或太長，則應(yīng)降低或提高運動強度。心率一般在HIIT的最初1-3分鐘開始逐漸增加，在第1次4分鐘運動結(jié)束時達到90% HRpeak。應(yīng)避免為了盡快達到目標(biāo)強度而進行全力的沖刺跑。對大多數(shù)人來說，上坡走或跑步是較好的運動方式。

2.2 HIIT對保持健康的作用

在HIIT期間，運動強度應(yīng)恒定。如果在訓(xùn)練過程中無法保持運動強度，表明運動負荷過高；如果完成既定的訓(xùn)練后，還有余力進行更多次的間歇運動，則說明運動負荷過低。此外，如果感覺3分鐘恢復(fù)期太短或太長，則應(yīng)降低或提高運動強度。心率一般在HIIT的最初1-3分鐘開始逐漸增加，在第1次4分鐘運動結(jié)束時達到90% HRpeak。應(yīng)避免為了盡快達到目標(biāo)強度而進行全力的沖刺跑。對大多數(shù)人來說，上坡走或跑步是較好的運動方式。

2.2 HIIT對保持健康的作用

2.2.1 提高心肺適能

HIIT是進行高強度訓(xùn)練，提高心肺適能的有效方法，可更有效地提高人體的健康狀況（最大攝氧量、心功能、血管內(nèi)皮功能和生活質(zhì)量）[5]。薈萃分析顯示，MICT與 HIIT都可以提高健康人群的最大攝氧量，但較MICT，HIIT提高最大攝氧量更多，約為MICT的2倍（分別為19.4%和10.3%）[18]。HIIT更有利于提高健康群體和心臟衰竭、冠心病、心臟移植、代謝綜合征、高血壓、肥胖人群以及Ⅱ型糖尿病患者的最大攝氧量。一項針對心血管代謝疾病的薈萃分析結(jié)果顯示，HIIT可顯著改善不同心血管疾病的風(fēng)險因素，包括血壓、高密度脂蛋白、甘油三酸酯、空腹血糖、氧化應(yīng)激、炎癥、體重、脂聯(lián)素、胰島素敏感度和β細胞功能[19]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，HIIT在心臟康復(fù)訓(xùn)練中，并沒有表現(xiàn)出比其他形式的耐力運動更為顯著的影響。對于冠心病和心臟衰竭患者，如果其左心室射血分數(shù)減少，也沒有發(fā)現(xiàn)HIIT更為顯著的結(jié)果[20]。

可將HIIT納入心臟康復(fù)項目，從而幫助慢性疾病患者取得一定的運動訓(xùn)練水平，促進身體健康[21]。從實用性角度而言，對于健康狀況較差的患者，每天的常規(guī)鍛煉實際上等同于高強度的運動，這可能會在短期內(nèi)增強患者的心肺適能。在一項薈萃分析中，對冠心病患者最大攝氧量的增加進行的研究發(fā)現(xiàn)，雖然MICT可減緩心臟衰竭和降低體重，但是HIIT可更有效增加最大攝氧量和無氧閾[22]。另一項研究發(fā)現(xiàn)，HIIT訓(xùn)練可以有效降低心臟衰竭患者的左心室射血分數(shù)，而且可以更有效地提高最大攝氧量，而且，在心臟衰竭患者中，訓(xùn)練強度的增加也可以提高心肺適能[23]。涉及到7項研究的薈萃分析得出的結(jié)論是HIIT可更有效提高最大攝氧量[24]。

2.2.2 心血管適應(yīng)

研究發(fā)現(xiàn)HIIT對最大攝氧量的增加是MICT的2倍[13]。最大攝氧量是心血管疾病發(fā)病率和死亡率的預(yù)測因子，發(fā)揮著非常重要的作用[5]。HIIT對左心室結(jié)構(gòu)和功能也有積極影響，可有效提高最大心搏量[9]。對高血壓患者的研究發(fā)現(xiàn)，HIIT可有效提高最大心搏量、左心室舒張期末容積和射血分數(shù)。此外，冠心病、心臟衰竭和Ⅱ型糖尿病患者在進行HIIT以后，其左心室重塑，收縮功能和舒張功能都得到了改善[25]。但Iellamo等人[26]認為HIIT與MICT在改善心輸出量、心博量、左心室射血分數(shù)或最大攝氧量上并沒有太大差異。薈萃分析涉及到的7個研究表明，HIIT與MICT均提高了左心室射血分數(shù)，兩者沒有顯著差異。在進行12周的HIIT后，左心室舒張末徑顯著下降，但與MICT相比沒有顯著差異，唯一區(qū)別是最大心搏量的增加程度不同[24]。這可能與實驗中兩種訓(xùn)練的強度安排較為相似有關(guān)，此外，研究也尚未清楚外周限制對運動訓(xùn)練的影響，肌肉萎縮可能限制了患者進行高強度訓(xùn)練。

3 實施HIIT的可行性

3.1 訓(xùn)練強度的重要性

在SAINTEX-CAD的研究中，HIIT的平均訓(xùn)練強度為88%HRpeak，MICT的運動強度為80% HRpeak。在SMARTEX-HF的研究中，HIIT的平均訓(xùn)練強度為90% HRpeak，MICT的運動強度為77% HRpeak。但HIIT組51%的時間以較低強度進行訓(xùn)練，MICT組80%時間采用的是較高強度的訓(xùn)練，且組間訓(xùn)練強度存在較大的交叉和可變性。而Wisloff等人 認為實現(xiàn)目標(biāo)訓(xùn)練強度的難度不大（HIIT需要達到92%-93% HRpeak，MICT需要達到73%-74% HRpeak）。

訓(xùn)練強度的反應(yīng)在中高強度和HIIT區(qū)間內(nèi)非常重要，研究表明，相比較以 92% HRpeak的訓(xùn)練，冠心病患者在進行92% HRpeak以上訓(xùn)練 12周的 HIIT，其最大攝氧量增加了2ml·kg-1·min-1，進一步表明較高強度的訓(xùn)練會增加最大攝氧量[30]。HIIT的有效性由訓(xùn)練者的運動能力以及實施訓(xùn)練的背景決定。冠心病患者中，采用心率檢測器是非常必要的，可以協(xié)助患者達到HIIT的強度區(qū)間。在沒有指導(dǎo)的情況下，患者可以選擇心率85% HRpeak以下的運動，但HIIT的實施可能會比較困難。

3.2 增加訓(xùn)練量的重要性

在運動適應(yīng)進程中，運動反應(yīng)的關(guān)鍵因素在于增加訓(xùn)練量。在SAINTEX-CAD的研究中，12周的訓(xùn)練干預(yù)后，HIIT組的峰值訓(xùn)練量增加了 38W，MICT組增加了 35W[27]。在SMARTEX-HF的研究中，同樣12周的訓(xùn)練后，HIIT組的平均訓(xùn)練量從76W增加至97W，MICT組從47 W增加至62W，而對照組的從52W增加至62W[28]。而Wisloff等人[29]發(fā)現(xiàn)HIIT和MICT組的訓(xùn)練量分別從40 W增加至135 W和70W。lellamo等人[26]發(fā)現(xiàn)HIIT和MICT小組的訓(xùn)練量分別從50 W增加至120 W，從45 W增加至95W。SMARTEX-HF研究中， HIIT和MICT每次訓(xùn)練的增加的量分別為 0.42W和 0.28W，SAINTEX-CAD為0.97和1.05W，而Wisloff等人[29]的研究中，HIIT和MICT每次訓(xùn)練的增加的量分別為0.83W和2.6W，lellamo[26]的研究為1.2W和1.7W。SMARTEX-HF研究中，尤其是HIIT組運動訓(xùn)練量的緩慢增加，可以看出中等的訓(xùn)練反應(yīng)，以及MICT和HIIT無顯著差異。SAINTEX-CAD研究中的小組間的運動量峰值無顯著差異也支持了該結(jié)論[27]。四項研究進行了12周，每周3-5次的訓(xùn)練。Wisloff等人[29]，lellamo等人[26]和 Conraads等人[27]稱每周增加訓(xùn)練量可以保證規(guī)定的訓(xùn)練量。然而，研究中仍有很多的變量無法控制。在SMARTEX-HF和SAINTEX-CAD研究中都對運動訓(xùn)練量的增加作了詳細解釋。實際應(yīng)用中，同時保證持續(xù)訓(xùn)練量的增加并且確保充分的訓(xùn)練強度，從而提升整個運動階段的最大攝氧量。

4 實施HIIT的建議措施

HIIT可有效通過不同模式的訓(xùn)練背景，甚至在家運動，在臨床上提升患者的身體健康。83名參與者（74名男性，9名女性，平均57歲）完成了為期12周的HIIT，每周2次，進行跑步機訓(xùn)練、小組訓(xùn)練或在家訓(xùn)練。前兩次訓(xùn)練進行私人指導(dǎo)，指導(dǎo)患者如何開展 HIIT，怎樣使用心率檢測器，包括怎樣做熱身運動，怎樣保持目標(biāo)心率（運動量的調(diào)節(jié)），結(jié)果表明，所有參加者都取得了目標(biāo)心率，在每個高強度回合的最后兩分鐘，最大心率平均值為90%[31]?；谂R床經(jīng)驗，HIIT的成功關(guān)鍵在于適度熱身，運動量調(diào)節(jié)，Borg指數(shù)的使用以及準(zhǔn)確測量最大心率。

4.1 熱身

訓(xùn)練者需要充足的時間做好熱身，熱身可預(yù)防心律不齊，增加心率并刺激血管舒張[32]。在正式開始HIIT之前，需要做10-15分鐘的有氧運動。適當(dāng)?shù)臒嵘磉\動可有效降低心律不齊和血管舒張的風(fēng)險[9]，并可幫助患者在2-3分鐘內(nèi)達到目標(biāo)心率，減少目標(biāo)心率的取得時間。

4.2 訓(xùn)練量

訓(xùn)練量的設(shè)定是根據(jù)患者的最大心率值來確定的。2-3分鐘以后，患者需要達到或接近90%HRpeak。如果沒有，且心率較低，需要增加訓(xùn)練量，反之則降低訓(xùn)練量。達到目標(biāo)心率時間較短可能會導(dǎo)致乳酸增加，患者無法完成4分鐘的運動。正常情況下，第1組訓(xùn)練時需要2-3分鐘達到目標(biāo)心率，此后每一組都能更快達到目標(biāo)心率，間歇期心率為60%-70%HRpeak，在該強度上，可有效代謝乳酸，同時也減少達到目標(biāo)心率值的時間。最后一組的HIIT在一個冷靜期以后進行，冷靜期不僅是為了清除乳酸，而且也是為了降低心率和血壓，減少高血壓風(fēng)險。正常情況下，這個階段會持續(xù)3-5 分鐘[33]。

4.3 最大心率

設(shè)定相關(guān)運動強度的前提條件是測量最大心率值。為了得到最好的結(jié)果，適當(dāng)?shù)臒嵘磉\動是非常重要的，需要使用大肌肉群，例如走路、跑步或騎單車等。單車測試在冠心病患者評估中使用時間較長。但踏車運動測試的最大攝氧量的結(jié)果中可能會比跑步和行走低10%-20%（心率值低5%-15%）[34]。此外，如果測試人對單車并不熟悉，局部肌肉疲勞會影響測試結(jié)果，在設(shè)定運動訓(xùn)練強度，會導(dǎo)致計算的運動量偏低。對冠心病患者進行的三個項目的 HIIT（騎自行車、行走和戶外上坡行走）發(fā)現(xiàn)，對于自行車不熟練的患者而言，騎自行車不能有效達到目標(biāo)心率[34]。

5 實施HIIT的安全性

HIIT對心血管疾病患者，不管是先天性心血管的年輕患者還是冠心病成人患者而言都具有危險性。然而，沒有證據(jù)表明運動的風(fēng)險高于其益處，實際上，益處遠遠大于風(fēng)險。在一項對12000名美國男性醫(yī)生進行研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常進行高強度的訓(xùn)練可降低猝死率，盡管HIIT的安全性還沒有得到充分的證明，但是數(shù)據(jù)表明，在選擇的患者人群中，訓(xùn)練的風(fēng)險較低[35]。在有組織的進行HIIT和MICT后，4846名冠心病患者的心血管疾病發(fā)生率降低，在175820小時的運動訓(xùn)練中，所有患者進行了這兩種訓(xùn)練模式，發(fā)現(xiàn)在 MICT（129456個小時）中有一個致命的心血管風(fēng)險事件，在HIIT（46364小時）中有2個非致命的心血管風(fēng)險事件，但沒有數(shù)據(jù)表明心肌梗死與運動有關(guān)。HIIT時間是 MICT時間的36%，風(fēng)險事件發(fā)生與患者訓(xùn)練時間的比率分別為1：129456小時（MICT）和1：23182小時（HIIT）[36]。與持續(xù)跑相比，HIIT運動后平衡能力未受到影響，但隨著訓(xùn)練量的增加，平衡能力受到損害，可能會增加損傷的風(fēng)險[37]。一項薈萃分析評估了HIIT的安全性，包括11項HIIT涉及156名心血管疾病患者的研究，發(fā)現(xiàn)在運動后24小時出現(xiàn)副作用的概率為8%，比MICT風(fēng)險高[38]。研究發(fā)現(xiàn)，HIIT雖然對即時風(fēng)險事件的發(fā)生率很小，但是這種發(fā)生率畢竟是存在的，因此還需要進行大量的隨機對照試驗，進一步評估HIIT在心血管疾病患者中的風(fēng)險水平。此外，對于一些特定的環(huán)境，如高溫環(huán)境，大強度間歇練習(xí)可能是提高身體適應(yīng)能力的一個安全有效的練習(xí)手段[39,40]。

6 小結(jié)

HIIT可提高心肺適能，降低心血管疾病發(fā)病率和死亡率。但大多數(shù)HIIT臨床研究均為短期實驗，并且是在實驗室環(huán)境中進行的。而現(xiàn)實情況下，需進行長期的 HIIT，對運動訓(xùn)練的諸多方面因素進行研究評估，以便使HIIT簡單有效的實施，并且應(yīng)用于更廣的范圍內(nèi)。在正式將HIIT充分用于治療心血管疾病患者之前，必須建立關(guān)于其安全性的研究。對于久坐和沒有充足時間進行運動的人群，HIIT可能會更加有效的提升健康狀況，降低死亡率。

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