有氧大强度间歇训练在维持身体健康中的作用*

徐盛嘉 李 巍

（中国人民解放军陆军工程大学，江苏 南京 211101）

1 高训练强度的作用

1.1 降低死亡率

流行病学证据表明，低强度和中等强度训练可预防慢性疾病，特别是心血管疾病[1]。例如，研究发现，每周只进行一次中等强度活动，可降低22%的死亡风险[2]。另一项涵括了55137名健康成年人的研究发现，即使每天只跑步5-10分钟也可有效降低心血管疾病引发的死亡风险[3]。每周进行1-2次的身体活动或训练可显著降低所有心血管，癌症等因素导致的死亡风险率，此外，与久坐人群相比，运动人群疾病诱发的死亡率明显降低[4]。

然而，越来越多的证据表明，与低强度和中等强度训练相比，高强度训练可能对人体健康更有益。研究表明，高强度训练与死亡率呈反比，并显著提高运动效率，15分钟的高强度训练与60分钟的中等强度训练的结果相似，都可以有效降低各种疾病，包括心血管疾病引发的死亡率[5]。对459833名无心血管疾病的人员进行的荟萃分析发现，与跑步的步长相比，步频是整体死亡率的独立预测因子（分别为26%和 48%），得出高强度训练可有效降低死亡风险率的结论[6]。

1.2 降低冠心病风险

有足够的证据表明，高强度训练与心肺适能具有相关性，可有效预防并治疗冠心病。有两份研究发现训练强度与冠心病呈现反比关系[7-8]。与低强度相比，长期的高强度有氧训练可降低心血管疾病的发生率，表明高强度训练能够更有效的保持心脏健康[9]。Swain和Franklin[10]对训练强度与冠心病的关系进行了研究，与中等强度的训练相比，高强度训练可更有效降低冠心病风险。临床试验报告显示，与中等强度运动训练相比，高强度训练可更好地改善舒张压，控制血糖和和有氧能力，但是对收缩压，血脂代谢或体重减少并没有影响，因此，如果训练的总能量消耗保持恒定，那么高强度的训练可更有效保护心脏健康[10]。此外，最近一份研究发现，与同等能量消耗的中度运动训练相比，高强度运动训练对代谢综合征大多数因素的影响更大[11]。

1.3 提高心肺适能

较低的心肺适能可诱发心血管疾病，而较高的心肺适能可降低心血管疾病和各种疾病引发的死亡率，与传统风险因子相比，心肺适能是更有说服力的疾病预测因子，例如高血压，抽烟，肥胖，高脂血和 型糖尿病[12]。最大摄氧量是心肺适能的黄金检测标准，是对人体氧气的吸收，运输和使用的综合测量[5]。直接测量的最大摄氧量是死亡率的独立预测因子，提高峰值耗氧量可改善病状的预后诊断。

Vanhees等人[13]在3个月的训练前后对417名冠心病患者进行最大摄氧量的测量，并随访6年，训练后，氧气吸收增加了33%；对2583名患者进行随访期间发现，37名患者死亡，心血管疾病诱发的死亡率与心肺适能呈现反比关系，最大摄氧量增加1%，则心血管诱发的死亡率降低2%[13]。因此，如何有效地提高心肺适能非常重要。有流行病学证据显示，高强度训练与较高的最大摄氧量具有相关性。例如，研究报告显示每周49分钟的高强度训练后，检测最大摄氧量提高了 6ml·kg-1·min-1，而每周进行 216分钟的中等强度训练，峰值耗氧量仅提高了 3.5ml·kg-1·min-1，在女性中也发现了相似的结果[14]。

对55名冠心病和心脏衰竭的患者的荟萃分析发现，高强度训练的患者，其体内最大摄氧量得到较大改善。每增加10%的训练强度，则会提高 1ml·kg-1·min-1的最大摄氧量[15]。没有证据表明干预、患者或实验因素可预测心肺适能反应的异质性，因此，训练强度是影响心肺适能最重要的变量，而不是训练时间或频率。

2 实施有氧大强度间歇训练（aerobic high intensity interval training，HIIT）的必要性

2.1 HIIT概述

与中等强度持续训练（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。各研究对HIIT的定义不同，本文所述HIIT为有氧训练（低于最大摄氧量）。采用低量最高强度进行训练，目标强度为最大心率（HRpeak）85%-95%或最大摄氧量的80%-90%，持续时间4分钟左右，主要的运动方式为动态大肌群运动（例如走上坡，跑步或自行车），运动特征为短暂的间歇性肌肉收缩[16]，恢复期进行低强度2-3分钟的步行或慢跑。由于运动与个人的最大摄氧量和最大心率具有相关性，因此需要根据个人情况设计训练。

在一项研究中，2位不同心肺适能水平和最大心率的参与者（奥林匹克运动员和冠心病患者）进行了4组，每组4分钟的HIIT，目标是达到90%-95% HRpeak。结果发现绝对心率和能量消耗之间具有显著差异，但运动强度相同，表明在进行高强度训练之前应测量最大心率，以控制运动强度，同时在运动过程中也需要对心率进行监测，调整运动负荷，保持相对运动强度恒定，最终提高运动能力[16]。如果没有进行最大心率测试，运动期间的Borg指数则应控制在16-18左右[17]。

在HIIT期间，运动强度应恒定。如果在训练过程中无法保持运动强度，表明运动负荷过高；如果完成既定的训练后，还有余力进行更多次的间歇运动，则说明运动负荷过低。此外，如果感觉3分钟恢复期太短或太长，则应降低或提高运动强度。心率一般在HIIT的最初1-3分钟开始逐渐增加，在第1次4分钟运动结束时达到90% HRpeak。应避免为了尽快达到目标强度而进行全力的冲刺跑。对大多数人来说，上坡走或跑步是较好的运动方式。

2.2 HIIT对保持健康的作用

在HIIT期间，运动强度应恒定。如果在训练过程中无法保持运动强度，表明运动负荷过高；如果完成既定的训练后，还有余力进行更多次的间歇运动，则说明运动负荷过低。此外，如果感觉3分钟恢复期太短或太长，则应降低或提高运动强度。心率一般在HIIT的最初1-3分钟开始逐渐增加，在第1次4分钟运动结束时达到90% HRpeak。应避免为了尽快达到目标强度而进行全力的冲刺跑。对大多数人来说，上坡走或跑步是较好的运动方式。

2.2 HIIT对保持健康的作用

2.2.1 提高心肺适能

HIIT是进行高强度训练，提高心肺适能的有效方法，可更有效地提高人体的健康状况（最大摄氧量、心功能、血管内皮功能和生活质量）[5]。荟萃分析显示，MICT与 HIIT都可以提高健康人群的最大摄氧量，但较MICT，HIIT提高最大摄氧量更多，约为MICT的2倍（分别为19.4%和10.3%）[18]。HIIT更有利于提高健康群体和心脏衰竭、冠心病、心脏移植、代谢综合征、高血压、肥胖人群以及Ⅱ型糖尿病患者的最大摄氧量。一项针对心血管代谢疾病的荟萃分析结果显示，HIIT可显著改善不同心血管疾病的风险因素，包括血压、高密度脂蛋白、甘油三酸酯、空腹血糖、氧化应激、炎症、体重、脂联素、胰岛素敏感度和β细胞功能[19]。但也有研究发现，HIIT在心脏康复训练中，并没有表现出比其他形式的耐力运动更为显著的影响。对于冠心病和心脏衰竭患者，如果其左心室射血分数减少，也没有发现HIIT更为显著的结果[20]。

可将HIIT纳入心脏康复项目，从而帮助慢性疾病患者取得一定的运动训练水平，促进身体健康[21]。从实用性角度而言，对于健康状况较差的患者，每天的常规锻炼实际上等同于高强度的运动，这可能会在短期内增强患者的心肺适能。在一项荟萃分析中，对冠心病患者最大摄氧量的增加进行的研究发现，虽然MICT可减缓心脏衰竭和降低体重，但是HIIT可更有效增加最大摄氧量和无氧阈[22]。另一项研究发现，HIIT训练可以有效降低心脏衰竭患者的左心室射血分数，而且可以更有效地提高最大摄氧量，而且，在心脏衰竭患者中，训练强度的增加也可以提高心肺适能[23]。涉及到7项研究的荟萃分析得出的结论是HIIT可更有效提高最大摄氧量[24]。

2.2.2 心血管适应

研究发现HIIT对最大摄氧量的增加是MICT的2倍[13]。最大摄氧量是心血管疾病发病率和死亡率的预测因子，发挥着非常重要的作用[5]。HIIT对左心室结构和功能也有积极影响，可有效提高最大心搏量[9]。对高血压患者的研究发现，HIIT可有效提高最大心搏量、左心室舒张期末容积和射血分数。此外，冠心病、心脏衰竭和Ⅱ型糖尿病患者在进行HIIT以后，其左心室重塑，收缩功能和舒张功能都得到了改善[25]。但Iellamo等人[26]认为HIIT与MICT在改善心输出量、心博量、左心室射血分数或最大摄氧量上并没有太大差异。荟萃分析涉及到的7个研究表明，HIIT与MICT均提高了左心室射血分数，两者没有显著差异。在进行12周的HIIT后，左心室舒张末径显著下降，但与MICT相比没有显著差异，唯一区别是最大心搏量的增加程度不同[24]。这可能与实验中两种训练的强度安排较为相似有关，此外，研究也尚未清楚外周限制对运动训练的影响，肌肉萎缩可能限制了患者进行高强度训练。

3 实施HIIT的可行性

3.1 训练强度的重要性

在SAINTEX-CAD的研究中，HIIT的平均训练强度为88%HRpeak，MICT的运动强度为80% HRpeak。在SMARTEX-HF的研究中，HIIT的平均训练强度为90% HRpeak，MICT的运动强度为77% HRpeak。但HIIT组51%的时间以较低强度进行训练，MICT组80%时间采用的是较高强度的训练，且组间训练强度存在较大的交叉和可变性。而Wisloff等人 认为实现目标训练强度的难度不大（HIIT需要达到92%-93% HRpeak，MICT需要达到73%-74% HRpeak）。

训练强度的反应在中高强度和HIIT区间内非常重要，研究表明，相比较以 92% HRpeak的训练，冠心病患者在进行92% HRpeak以上训练 12周的 HIIT，其最大摄氧量增加了2ml·kg-1·min-1，进一步表明较高强度的训练会增加最大摄氧量[30]。HIIT的有效性由训练者的运动能力以及实施训练的背景决定。冠心病患者中，采用心率检测器是非常必要的，可以协助患者达到HIIT的强度区间。在没有指导的情况下，患者可以选择心率85% HRpeak以下的运动，但HIIT的实施可能会比较困难。

3.2 增加训练量的重要性

在运动适应进程中，运动反应的关键因素在于增加训练量。在SAINTEX-CAD的研究中，12周的训练干预后，HIIT组的峰值训练量增加了 38W，MICT组增加了 35W[27]。在SMARTEX-HF的研究中，同样12周的训练后，HIIT组的平均训练量从76W增加至97W，MICT组从47 W增加至62W，而对照组的从52W增加至62W[28]。而Wisloff等人[29]发现HIIT和MICT组的训练量分别从40 W增加至135 W和70W。lellamo等人[26]发现HIIT和MICT小组的训练量分别从50 W增加至120 W，从45 W增加至95W。SMARTEX-HF研究中， HIIT和MICT每次训练的增加的量分别为 0.42W和 0.28W，SAINTEX-CAD为0.97和1.05W，而Wisloff等人[29]的研究中，HIIT和MICT每次训练的增加的量分别为0.83W和2.6W，lellamo[26]的研究为1.2W和1.7W。SMARTEX-HF研究中，尤其是HIIT组运动训练量的缓慢增加，可以看出中等的训练反应，以及MICT和HIIT无显著差异。SAINTEX-CAD研究中的小组间的运动量峰值无显著差异也支持了该结论[27]。四项研究进行了12周，每周3-5次的训练。Wisloff等人[29]，lellamo等人[26]和 Conraads等人[27]称每周增加训练量可以保证规定的训练量。然而，研究中仍有很多的变量无法控制。在SMARTEX-HF和SAINTEX-CAD研究中都对运动训练量的增加作了详细解释。实际应用中，同时保证持续训练量的增加并且确保充分的训练强度，从而提升整个运动阶段的最大摄氧量。

4 实施HIIT的建议措施

HIIT可有效通过不同模式的训练背景，甚至在家运动，在临床上提升患者的身体健康。83名参与者（74名男性，9名女性，平均57岁）完成了为期12周的HIIT，每周2次，进行跑步机训练、小组训练或在家训练。前两次训练进行私人指导，指导患者如何开展 HIIT，怎样使用心率检测器，包括怎样做热身运动，怎样保持目标心率（运动量的调节），结果表明，所有参加者都取得了目标心率，在每个高强度回合的最后两分钟，最大心率平均值为90%[31]。基于临床经验，HIIT的成功关键在于适度热身，运动量调节，Borg指数的使用以及准确测量最大心率。

4.1 热身

训练者需要充足的时间做好热身，热身可预防心律不齐，增加心率并刺激血管舒张[32]。在正式开始HIIT之前，需要做10-15分钟的有氧运动。适当的热身运动可有效降低心律不齐和血管舒张的风险[9]，并可帮助患者在2-3分钟内达到目标心率，减少目标心率的取得时间。

4.2 训练量

训练量的设定是根据患者的最大心率值来确定的。2-3分钟以后，患者需要达到或接近90%HRpeak。如果没有，且心率较低，需要增加训练量，反之则降低训练量。达到目标心率时间较短可能会导致乳酸增加，患者无法完成4分钟的运动。正常情况下，第1组训练时需要2-3分钟达到目标心率，此后每一组都能更快达到目标心率，间歇期心率为60%-70%HRpeak，在该强度上，可有效代谢乳酸，同时也减少达到目标心率值的时间。最后一组的HIIT在一个冷静期以后进行，冷静期不仅是为了清除乳酸，而且也是为了降低心率和血压，减少高血压风险。正常情况下，这个阶段会持续3-5 分钟[33]。

4.3 最大心率

设定相关运动强度的前提条件是测量最大心率值。为了得到最好的结果，适当的热身运动是非常重要的，需要使用大肌肉群，例如走路、跑步或骑单车等。单车测试在冠心病患者评估中使用时间较长。但踏车运动测试的最大摄氧量的结果中可能会比跑步和行走低10%-20%（心率值低5%-15%）[34]。此外，如果测试人对单车并不熟悉，局部肌肉疲劳会影响测试结果，在设定运动训练强度，会导致计算的运动量偏低。对冠心病患者进行的三个项目的 HIIT（骑自行车、行走和户外上坡行走）发现，对于自行车不熟练的患者而言，骑自行车不能有效达到目标心率[34]。

5 实施HIIT的安全性

HIIT对心血管疾病患者，不管是先天性心血管的年轻患者还是冠心病成人患者而言都具有危险性。然而，没有证据表明运动的风险高于其益处，实际上，益处远远大于风险。在一项对12000名美国男性医生进行研究发现，经常进行高强度的训练可降低猝死率，尽管HIIT的安全性还没有得到充分的证明，但是数据表明，在选择的患者人群中，训练的风险较低[35]。在有组织的进行HIIT和MICT后，4846名冠心病患者的心血管疾病发生率降低，在175820小时的运动训练中，所有患者进行了这两种训练模式，发现在 MICT（129456个小时）中有一个致命的心血管风险事件，在HIIT（46364小时）中有2个非致命的心血管风险事件，但没有数据表明心肌梗死与运动有关。HIIT时间是 MICT时间的36%，风险事件发生与患者训练时间的比率分别为1：129456小时（MICT）和1：23182小时（HIIT）[36]。与持续跑相比，HIIT运动后平衡能力未受到影响，但随着训练量的增加，平衡能力受到损害，可能会增加损伤的风险[37]。一项荟萃分析评估了HIIT的安全性，包括11项HIIT涉及156名心血管疾病患者的研究，发现在运动后24小时出现副作用的概率为8%，比MICT风险高[38]。研究发现，HIIT虽然对即时风险事件的发生率很小，但是这种发生率毕竟是存在的，因此还需要进行大量的随机对照试验，进一步评估HIIT在心血管疾病患者中的风险水平。此外，对于一些特定的环境，如高温环境，大强度间歇练习可能是提高身体适应能力的一个安全有效的练习手段[39,40]。

6 小结

HIIT可提高心肺适能，降低心血管疾病发病率和死亡率。但大多数HIIT临床研究均为短期实验，并且是在实验室环境中进行的。而现实情况下，需进行长期的 HIIT，对运动训练的诸多方面因素进行研究评估，以便使HIIT简单有效的实施，并且应用于更广的范围内。在正式将HIIT充分用于治疗心血管疾病患者之前，必须建立关于其安全性的研究。对于久坐和没有充足时间进行运动的人群，HIIT可能会更加有效的提升健康状况，降低死亡率。

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