大强度间歇训练促进有氧耐力和健康的研究进展①

王玮，管延飞



大强度间歇训练促进有氧耐力和健康的研究进展①

王玮1，管延飞2

[摘要]大强度间歇训练一般指几组运动强度为力竭或高于90%最大摄氧量的间歇性运动，可用于提高人的有氧耐力。大强度间歇训练引起骨骼肌适应性变化，包括肌纤维形态与募集、骨骼肌糖代谢、骨骼肌线粒体氧化酶活性的改变，提高最大摄氧量。在减少体重，心脏病、糖尿病康复中有较多应用。

[关键词]大强度间歇训练；骨骼肌；耐力；减轻体重；康复；综述

作者单位：1.安阳师范学院体育学院，河南安阳市455000；2.上海体育学院运动科学学院，上海市200438。作者简介：王玮(1976-)，男，汉族，河南淅川县人，硕士，讲师，主要研究方向：运动人体科学。E-mail: huanheshui76@126.com。

[本文著录格式]王玮，管延飞.大强度间歇训练促进有氧耐力和健康的研究进展[J].中国康复理论与实践, 2016, 22(1): 13-18.

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提高人体有氧耐力的传统训练方式多为中等强度、长时间的有氧运动。大部分教练员在进行有氧耐力训练时，倾向于将运动员血乳酸浓度控制在2～3 mmol/L，认为在这种运动强度下，运动员线粒体数量、体积和活性均能够得到充分提高[1-2]。大强度间歇训练(high-intensity interval training, HIT)一般用于提高运动员无氧耐力，传统观点认为HIT在提高机体有氧耐力方面可能没有显著作用[2]。然而，近年来越来越多的研究表明，在接受HIT后，人体最大摄氧量(maximal oxygen consumption, VO2max)水平和骨骼肌线粒体氧化酶活性均显著提升，同时骨骼肌糖代谢得到改善，这些适应性变化均有利于机体有氧耐力的提升[3-5]。

除提高有氧耐力外，HIT在不同人群中减重、减脂的作用也得到证实，打破了传统减肥研究以长时间中、小强度运动为主要干预方案的观点[2,5]。此外，HIT作为糖尿病、心脏病等疾病患者的康复训练方案也引起广泛关注。

1　HIT的概念

HIT目前尚没有严格定义，一般指几组运动强度为力竭或高于90%最大摄氧量的间歇性运动[6]。HIT的目的是通过反复刺激，使相关生理系统获得更高的运动适应[7]。目前已有的研究中，HIT的训练方式通常为蹬自行车、跑台或冲刺跑[5]。在制定HIT方案时存在以下变量：运动强度、持续时间、组间间歇时间、运动方式、重复组数及组间恢复强度等，其中运动强度、持续时间和组间间歇时间是关键的影响因素[8]。Burgomaster等在HIT中使用Wingate无氧功率测试方案，要求受试者在每组训练中尽全力做持续30 s克服阻力的蹬自行车运动[9-12]；在梁崎等的HIT方案中，每组为持续1 min的高强度平板跑步运动，组间间隔时间为1 min，每次6组[13]；Talanian等则使用几组重复的固定运动负荷作为HIT方案[14]。现有的研究中，HIT方案各不相同，但均建立在大运动强度的基础上，根据运动强度不同，每组持续时间为数秒至数分钟，两组间隔以最长几分钟的休息或低强度运动，但保证机体不完全恢复。

2　HIT引起的骨骼肌适应性变化

目前多数有关HIT人体功能影响的研究均集中在干预后骨骼肌适应性变化方面。研究表明，HIT能提升机体有氧运动的运动表现，但受试者训练前后红细胞和血红蛋白水平没有发现显著性差异，故认为HIT提升有氧运动能力的原因可能主要是骨骼肌适应性变化[5,12]。Parolin等发现，在单次持续30 s全力蹬自行车运动中，受试者有氧代谢供能约20%；如果将HIT方案设置为3组，组间休息时间4 min，第3组运动时，受试者主要依靠有氧代谢供能[15]。可见，HIT区别于传统有氧耐力训练方式的重要特点之一在于单组训练中，受试者的主要供能方式既可能是有氧代谢也可能是无氧代谢，因此诱导的生理适应比较广泛[5,15]。

2.1肌纤维形态与募集

HIT结束后，运动员肌纤维形态和募集均会产生适应性变化[16-18]。从肌纤维形态看，尽管不能和传统力量训练相比，受试者在接受数月HIT后，Ⅰ型和Ⅱ型肌纤维均会出现一定程度肥大，但HIT引起肌纤维肥大的作用可能并不明显[5]。从肌纤维募集程度看，HIT中运动强度和持续时间能够影响受试者不同肌纤维参与代谢的比例，这一比例改变与人体有氧运动表现的关系尚需证实[18]。

2.2骨骼肌糖代谢

Little等发现，HIT能增加骨骼肌细胞葡萄糖转运蛋白4 (glucose transporter 4,gLUT-4)含量[19]。GLUT-4是骨骼肌细胞中主要的葡萄糖转运载体，它所介导的葡萄糖转运是骨骼肌糖代谢速度的主要限制因素[20]。运动中多种因素均可调节GLUT-4的表达、转位和活性，从而提升骨骼肌的糖摄取能力，满足骨骼肌收缩对能量的需求。其中，运动强度可能是影响GLUT-4调节骨骼肌糖摄取的主要因素，而HIT中较高的运动强度为GLUT-4含量与活性的提升创造了条件[21]。

Little等还发现，HIT后受试者安静状态下骨骼肌糖原含量升高[19]。Parra等和Rodas等发现，14组极高强度HIT能够提高受试者安静状态骨骼肌糖原水平[22-23]。在Burgomaster等的研究中，HIT组在2周训练后，静息状态肌肉中肌糖原含量上升，肌糖原利用率降低[10-11]。施曼莉等发现，8周HIT能够显著提升大鼠骨骼肌糖原水平，使肌糖原合成增加，大鼠力竭时间增加，且力竭时间与糖原含量显著正相关[24]。肌糖原含量的增加能够为运动中的肌肉收缩提供更多的燃料，节省血糖利用，推迟运动疲劳[24]。关于HIT后骨骼肌糖原含量增加的原因，研究认为可能与糖原合成酶(glycogen synthase,gS)总活性以及蛋白表达量的升高有关[24]。

HIT能够增加骨骼肌GLUT-4的含量与活性，同时提高人体安静状态下肌糖原的储备，这些改变均有利于增加肌肉的有氧耐力，使机体在有氧运动中表现出更强的耐受力[20-21,24]。

2.3骨骼肌线粒体氧化酶活性

HIT刺激后有氧能力提升的主要原因之一，是骨骼肌有氧耐力得到提升[2]；而骨骼肌有氧耐力水平与其线粒体氧化酶的活性密切相关。研究表明，2周HIT能导致骨骼肌线粒体生成物增加，线粒体内柠檬酸合成酶增加，同时线粒体内细胞色素C氧化酶增多，线粒体转录因子A升高[22-23]。MacDougall等发现，每天4～10组、每周3 d、持续7周的Wingate无氧功率测试可显著提升受试者多种线粒体酶的活性[25]。Burgomaster等、Gibala等以年轻、健康且不参加任何身体训练的男性和女性为受试者进行了一系列研究，探究短期HIT后受试者在有氧代谢方面的快速适应性变化和有氧运动能力的变化，其中运动方案为Wingate无氧功率测试方案，每组4～6次，每次间歇时间4 min，每周3组，共2周，受试者完成全部训练后总训练量为600 kJ(143 kCal)，总训练时间15 min。研究发现，在HIT结束后，受试者线粒体氧化酶(柠檬酸合酶、红细胞色素氧化酶)的最大活性和含量提升15%～35%[9-12]。

传统有氧耐力训练与HIT均能提高肌肉氧化代谢能力，然而两种干预方式的对比研究并不多见[26]。Shepley等以处于赛前准备期的中长跑运动员为研究对象，实验组采用HIT方案，对照组采用低强度递减训练方案，准备期结束后发现，实验组运动员柠檬酸合成酶活性显著高于对照组[27]。Burgomaster等将2 周HIT与2周有传统有氧耐力训练后受试者肌肉有氧代谢能力进行对比，其中HIT方案总运动时间2.5 h，总运动量630 kJ；中等强度训练组总运动时间10.5 h，总运动量为6500 kJ。结果显示，干预完成后两组红细胞色素C氧化酶活性提高程度相似[9-11]。提示相比于传统大运动量有氧耐力训练，HIT在提升人体有氧耐力方面为一种更加高效的训练方式。

在针对HIT引起骨骼肌适应性变化相关细胞信号通路的研究方面，Hawley等认为，HIT肌肉频繁、大强度快速收缩引起的代谢紊乱，能够刺激参与信号传导的酶系统，参与促进特殊分子活化剂的产生通路，而这些活化剂与线粒体的产生和代谢有关[28]。关于HIT引起骨骼肌适应性变化的细胞调节机制，目前并不明确，还需深入研究[5]。

3　HIT与VO2max

VO2max是指人体在进行大肌肉参与的长时间激烈运动中，氧运输系统的心肺功能和肌肉的氧利用能力达到个体极限水平时，单位时间内所能摄取的最大氧量，是反映有氧运动能力的重要指标之一，其水平与有氧运动成绩密切相关。

相关报道中，HIT对VO2max的影响并不一致。多数研究表明，持续2～16周、共14～48组HIT能提高VO2max水平[14,29-31]。然而Burgomaster等以Wingate无氧测试方案为HIT运动方案，发现受试者VO2max水平无显著变化[9]。在Burgomaster等的HIT方案中，受试者总运动时间、总运动量均低于其他研究。研究结果的不一致性可能是由不同HIT方案中运动强度、每组持续时间、组间休息方式和时间等的差异造成的，不同HIT方案对VO2max水平的具体影响还需进一步研究验证。

4　HIT与人体健康

4.1减重

HIT不仅在提升有氧运动表现方面得到广泛研究和应用，越来越多的研究表明，HIT能够显著提升不同人群胰岛素敏感性[32-33]，减少身体脂肪尤其是腹部脂肪[33]，降低体脂率(fate rate, FR)和体质量指数(body mass index, BMI)[33]，降低动脉血压[34]，降低空腹血糖[35]，降低胰岛素[36]，提升脂肪氧化率[37]。其中，关于HIT对健康人群和肥胖人群减重减脂的研究报道最为集中。见表1。

普通人HIT方式多为蹬自行车或跑步，运动强度控制在90% VO2max或90%最大心率以上，每次4～5组，每周3次，持续8周以上。肥胖人群训练方式同样多为蹬自行车或跑步，但运动强度较普通人群稍低，一般控制在80%～95%最大心率或80%～90%VO2max，每组持续时间根据运动强度的不同设置为1～ 4 min，每次3～6组，每周2～5次。在肥胖人群中，除跑步、跑台和蹬自行车外，基于游泳的HIT方案同样取得较好的效果。

肥胖本身是一种疾病，也是多种慢性病的病因或危险因素。目前世界范围内肥胖发生率处于上升趋势[48]。传统运动减肥方法多采用长时间中等强度持续运动方案，由于运动方式单调、运动时间过长等，经常导致普通人群难以坚持[39]。Bartlett等在研究中使用“体力活动享受感知等级表”对受试者HIT和中等强度持续运动后的愉快感分别进行测试，发现HIT后受试者的愉快感要高于中等强度持续性运动；依据主观感觉体力量表测试，训练结束后HIT受试者主观体力高于中等强度持续运动受试者，说明相比于长时间中等强度训练，HIT可能更有利于锻炼的长期性[49]。

在实际应用中，制定统一的HIT干预方案可能并不现实。肥胖者的个人情况和个体差异是决定HIT方案的重要因素，因此应注意考察肥胖患者的身体状态和能力，针对不同患者的个体情况制定个性化方案。

关于HIT减重减脂的机制，研究认为可能和较高运动强度后机体过氧耗量处于较高水平有关，较高的过氧耗量水平有利于提高游离脂肪酸的代谢水平，动员脂肪代谢[50]。

表1　HIT对普通健康人群和肥胖人群的干预效果

4.2心脏病康复

HIT对特殊疾病人群身体健康的影响也得到初步研究。研究发现，HIT能够减少心脏病患者术后并发症[51]，增强心血管功能[52]，提高心脏搏出量[53]。根据HIT对心脏病患者影响的研究结果，美国运动医学学会《ACSM运动测试与运动处方指南》第9版关于心脏病患者的康复方案中提到，相比于传统长时间中等强度的有氧训练，每组3～4 min、每次总时间40 min、每周3次的大强度运动(90%～95%最大心率)更有利于提高心力衰竭和冠状动脉旁路搭桥术后患者的VO2max水平[54]。

尽管HIT在心脏病患者的运动康复中有良好的应用前景，但在临床中尚没有广泛应用，如何保证心脏病患者在HIT中的绝对安全是亟需解决的问题[55]。

4.3糖尿病康复

在对糖尿病和代谢综合征患者的HIT干预研究中，Bird等发现，高强度运动可使2型糖尿病的发病率降低近50%[56]。Gillen等对老年2型糖尿病患者进行强度为90%最大心率蹬自行车，每组60 s，间歇60 s，间歇期负荷为50 W，重复10次，共20 min，发现在运动后受试者餐后血糖水平显著降低[57]。Little等采用同样的干预方案，对老年2型糖尿病患者进行持续两周，每周75 min干预，发现受试者在运动后24 h及餐后3 h的平均血糖水平均显著下降[58]。Mitranun等在临床中发现，12周等量能耗的HIT与传统中等强度有氧运动均能提高老年2型糖尿病患者的血糖控制能力和有氧能力，但HIT的干预效果更加明显，且受试者未出现心血管不适症状[59]。

以上研究结果证实，HIT在2型糖尿病患者的运动康复中具有良好的作用；但HIT方案中不同运动强度、运动持续时间及组间间歇时间组合的康复效果尚需进一步研究。

在针对提高特殊疾病人群身体健康的应用和研究中，HIT在肥胖人群减重方面的作用已得到认可并广泛应用，对糖尿病患者的临床康复也开始应用。然而，对于心脏病、高血压等疾病患者，HIT的干预效果尚处于研究阶段，如何兼顾患者的安全和较高的运动强度是研究者面临的主要问题。

5　总结与展望

HIT能够通过改善骨骼肌糖代谢、提高线粒体氧化酶活性等途径，提升机体有氧耐力。HIT在促进减脂、减重方面具有显著作用，并且有助于特定疾病人群的病情康复。相比于传统中等强度、长时间有氧运动训练，HIT能够在更小运动量下达到相同的效果，因此在提升有氧运动能力、促进健康方面为一种更加高效、更易坚持的方法，具有良好的研究和应用前景。

未来可进一步探索改变HIT组间间歇时间及方式带来的不同影响，寻找训练强度和每组训练持续时间的合理组合，针对不同人群创造最具可行性的HIT方案。

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High-intensity Interval Training for Aerobic Capacity and Physical Health (review)

WANG Wei1,gUAN Yan-fei2
1. College of Physical Education, Anyang Normal University, Anyang, Henan 455000, China; 2. School of Kinesiology, Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China
Correspondence to WANG Wei. E-mail: huanheshui76@126.com

Abstract:The high-intensity interval training often consisted ofgroups of interval high-intensity exercise of exhaustion or above 90% maximal oxygen consumption, which can be applied to improve aerobic capacity. Adaption of skeletal muscles might be resulted from high-intensity interval training, including recruitment,glucose metabolism and activity of mitochondrial oxidase, etc., and improve maximum oxygen uptake. It has been used for physical fitness, such as weight reduction, rehabilitation of heart diseases and diabetes mellitus, etc.

Key words:high-intensity interval training; skeletal muscles; aerobic capacity; weight reduction; rehabilitation; review

(收稿日期：2015-09-29修回日期：2015-11-18)

[中图分类号]R455

[文献标识码]A

[文章编号]1006-9771(2016)01-0013-06

DOI:10.3969/j.issn.1006-9771.2016.01.003