高强度间歇训练在警院学员体能训练中的应用研究

魏 毅

(南京森林警察学院 警务技战术系，南京 210023)

0 引 言

警察院校的体能训练课程不仅可以强身健体，更重要的意义在于体能训练也是警察体育的警务实战基础能力培养课程，为警务搏击、查缉战术、攀登索降等其他实战课程奠定基础。然而，警院学员来自不同地域，不同的生长环境，具有不同的体质，过胖过瘦的身材也常常在班级中出现。虽然学员们在招录考试中都达到了国家规定的标准，但是因为遗传因素或是体育锻炼氛围的影响，他们的身体素质存在明显差异。因此，在基础体能上课过程中，如何采用科学训练手段有效地提高学员的身体素质，教会他们掌握最基本的提高心肺机能、身体素质等科学有效的锻炼方法，为他们走上工作岗位后终生锻炼意识的培养奠定基础，这成为了当前警察体能教育中迫切需要解决的任务。因此，警院体能教育要紧随时代和运动人体科学的进步，不断改革和拓展科学的训练理念和方法，才能科学、安全、高效地为提高警察院校学员的体能做好服务工作。

运动专家在长期的身体素质训练中发现HIIT对提高心肺机能和体能具有特殊的作用，特别是在青少年中具有重复、中等间歇、长时间连续训练方法不能替代的重要作用。以往间歇训练一直是竞技体育和康复训练中耐力提高的基本的方法。然而，研究发现竞技训练中，随着个体机能水平、竞技潜力、有氧耐力、乳酸代谢和能量利用效率不断提升，再利用次最大强度训练对运动员的成绩和相关生理指标(最大摄氧量、氧化酶活性等)的提高作用甚少[1]。因此，科学家渴望遴选一种全新的身体素质训练方法来提升这些竞技者的竞技水平。同样，运动康复医学也发现持续的中低强度锻炼虽然能有效促进脂肪燃烧、改善体内血糖水平、提高有氧能力，但该锻炼方式需要持续时间较长、单调、周期重复，人们(特别是肥胖群体)难以坚持。因此，运动康复科学家们也试图发现一种更科学有效和便于坚持的锻炼理念来变更原有的运动处方。在此背景下，Hans等最早提出了高强度间歇训练理论思路[2]，但在当时该理论体系主要是应用在运动员的训练方面[3]，还没有在运动康复医学领域中具体的实践应用。随后,不断的科学实验研究发现，即使对训练多年的高水平耐力运动员来说，通过HIIT也能提高他们的运动成绩。该锻炼方式对人体影响的指标主要有氧能力、体脂、胰岛素敏感性等，并可以利用相关指标来诠释其健身的运动训练效益[4]。最值得关注的是国内外特种兵和武警特警人员训练中也开始了相关手段实际的应用研究，但在我国警体教育中还没有展开应用研究。因此，探索HIIT在警体教学中的应用，研究学员对HIIT的生理反应与适应性程度，在警院学员中开展科学化训练具有极其重要的现实意义。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

采用整群抽样法，选取我校一年级的4个班级164名学员，按班级分成4组，各组体能考核指标、心肺机能、体脂率情况组内平衡。1组HIIT组41人，2组重复训练组41人，3组中等强度间歇训练组42人，4组持续训练组为40人。因为警察女学员比例很少，所以本次研究中女学员在各组中所占人数有限。

1.2 研究方法

实验过程中安排专门教官对各组被试进行相应的训练。4组被试在每周1次的“基础体能”课后，安排课后每周3次隔天训练(基础体能课当天不安排训练)，每次35 min(包括5 min准备活动，5 min整理活动，25 min正式训练过程)持续8周的实验计划。实验测试指标包括学员的心率、肺活量、最大摄氧量(VO2max)、身高、体重、体质指数(BMI)、体脂率、体能(男1 500/女800 m、男悬垂举腿/女仰卧起坐、4×10 m往返跑、1 min跳绳)。采用实验前测、后测对比方法实施，探索4种运动锻炼方法对警察院校学员的心肺机能、减肥情况、上述几项警察院校基础体能测试的影响作用。组1高强度间歇训练组，根据个人情况区别对待，设置90%左右VO2max强度200 m跑6组，在每组高强度跑后安排6组30%～40%VO2max的200 m跑为间歇训练。组2重复训练组，根据个人情况区别对待，设置100%左右VO2max强度100 m跑6组，每组中间休息4 min左右。组3中等强度间歇训练组，根据个人情况区别对待，设置70%～60%左右VO2max强度持续运动300 m跑6组，中间安排6组30%～40%VO2max的100 m跑为间歇训练。组4持续训练组为，根据个人情况区别对待，设置50%左右VO2max强度持续运动围绕400 m跑道连续6圈。

实验设备：肺活量测试仪、体脂卡钳、秒表、体重身高计量仪、跳绳、功率自行车、Polar表、标准塑胶操场(雨天在室内场馆内安排训练)等。

2 研究结果

实验实施中设定对4组锻炼方式分组和警院男、女学员性别为自变量，学员心肺机能中的心率、肺活量、最大摄氧量为因变量，身体肥胖情况的体脂率和BMI指数为因变量，基础体能的核心区域力量(男悬垂举腿/女仰卧起坐)、无氧耐力(男1 000 m/女800 m)速度灵敏性(4×10 m)、身体协调性与下肢爆发力(跳绳个/min)为因变量进行两因素方差分析。实验前测发现，各因变量的比较水平P值均大于0.05，各组差异没有达到显著性水平，可以认为各组男、女学员的心肺机能水平、肥胖程度、基础体能基本相同。

2.1 HIIT对警院学员心肺机能的影响

心肺机能是人体摄入、运输和利用氧气能力的综合体现。人体的心肺机能主要是通过肺部吸入空气、心脏射血和氧利用效率来衡量。因此，本研究选取心率、肺活量和VO2max为考量指标。8周实验后，4组警院学员心肺机能变化情况见表1。

表1 4组实验训练安排对警院学员心肺机能的影响情况

注：表示各组与1组同性别间对比，a)P<0.05差异具有显著性，b)P<0.01差异具有非常显著性，c)P<0.001差异具有极其显著性，余下表相同

由表1可见，心率方面，男学员1组与2、3和4组比较差异有显著性P<0.05，女学员1组与4组比较差异有显著性P<0.05；肺活量方面，男学员1组与2组比较差异有显著性，女学员1组与2组和4组比较差异有显著性P<0.05；VO2max方面，男学员1组与3组和4组比较差异有显著性P<0.05，女学员1组与3组和4组比较差异有显著性P<0.05。综合上表统计结果可知，HIIT相对其他3组训练方法在促进警院学员心肺机能方面效果更显著。

2.2 HIIT对警院学员减肥效果的影响

BMI是反应人的体重与身高比例关系的数值。因为BMI与身体成分有关，所以BMI也被认为是评估身体是否肥胖的一项生理指标[5]。然而，实际在身体肥胖程度评估过程中，由于人类族群和个体体型的综合原因会导致脂肪分布上存在差异，以至于在公认的一些身体脂肪测量部位上也存在差异，所以在实际应用中完全依据国外的BMI标准也可能诱发一定的误差[6]。因此，本研究采用BMI结合简易体脂率测量指标估算体脂百分比来考核体育锻炼对警院学员的减肥效果。经过8周实验后，4组警院学员身体肥胖变化情况见表2。

表2 4组实验训练安排对警院学员减肥效果的影响情况

根据上表：体脂率方面，男、女学员1组与其余3组比较差异有显著性P<0.05；BMI指数方面，男、女学员1组与其与各组比较差异都不具有显著性P值均大于0.05。

研究结果说明经过一段时间的训练安排，HIIT组虽然BMI指数与其他3组基本相同，但是HIIT使得该组警员在与其他各组体质指数基本相同情况下，身体中的瘦体重所占比率增大，体脂比率降低。这说明HIIT手段能更有效的增加锻炼者的肌肉，更有效的消耗和减少锻炼者的脂肪。

2.3 HIIT对警院学员基础体能的影响

警察体能训练的目是主要有两个方面，一是促进锻炼者的身体健康，二是提高锻炼者与警察实战技能密切相关的身体运动能力[7]。因为警察学院的基础体能考核能够很好地评价警院学员体能锻炼的效果，所以本研究利用我国警察院校“基础体能”我国绝大部分警察院校通用的大学一年级第一学期基础体能考核标准来衡量警院学员体能水平。这些体能考核的指标包括4个方面：悬垂举腿(男)/仰卧起坐(女)；1 000 m(男)/800 m(女)；4×10 m；1 min跳绳。4组训练手段对警院学员基础体能的影响结果见表3。由该表可见，男学员悬臂举腿方面，1组与其余3组比较差异有显著性P<0.05，女学员1 min仰卧起坐方面，1组与其余3组比较差异均具有非常显著性P<0.01；男学员1 000 m跑方面，1组与2组和3组比较差异均具有非常显著性P<0.01，与4组比较差异具有极其显著性P<0.001；女学员800 m跑方面，1组与其余3组比较差异均具有极其显著性P<0.001；男学员4×10 m跑方面，1组与3组比较差异具有非常显著性P<0.01，1组与4组比较差异具有极其显著性P<0.001，与2组与3组比较差异具有显著性P<0.05，2组与4组比较差异具有非常显著性P<0.01；女学员4×10 m跑方面，1组与3组和4组比较比较差异具有显著性P<0.05，2组与3组和4组比较差异有显著性P<0.05；1 min跳绳，男女学员1组与其他各组比较差异均具有显著性P<0.05。

综合上表统计结果可知：4组锻炼方法中，HIIT和重复训练法都能很好的提高锻炼者的4×10 m的速度和灵敏性，并且效果基本相同；在警察体育的核心区域力量、无氧耐力、下肢爆发力和身体协调性等其他方面HIIT组比其他组对学员的体能提高效果更明显。

表3 4组实验训练安排对警院学员基础体能的影响情况

注：表示各组与2组同性别间对比，d)P<0.05差异具有显著性，e)P<0.01差异具有非常显著性，f)P<0.001具有极其显著性

3 讨论与分析

3.1 HIIT对警院学员心肺机能提高的原因

心肺机能是人体呼吸和循环系统功能效率的综合评价表达。用来评定心肺效率的指标，如VO2max%[8]、最大心率百分比(HRmax%)[9]通常也用来评分和衡量运动锻炼的强度。并且，这些指标会伴随机体呼吸循环系统变化而改变，因此机体VO2max%、安静心率(HR)和肺活量也被认为是衡量人体心肺机能水平变化的重要指标。

4组被试在实验前安静心率、肺活量和VO2max基本相同，但经过相同训练时间、不同训练方式的一定时间训练后再测发现：4组学员都比实验前心肺机能有所提高，但是HIIT相对重复训练、中等强度间歇训练、持续训练等方法更能有效的降低锻炼者的安静时心率，提高肺活量，增加VO2max。心肺机能水平相同的警院学员，经过一定时间锻炼后被试心肺机能提高的原因可能主要有两个方面：一是生长发育，二是锻炼方法。生长发育上，这些被试者都处在年龄相仿的青春期，可以排除因生长发育引起的心肺机能变化导致的区别。因此，锻炼方法是导致这些被试者一段时间后心肺机能产生区别的根本原因。

HIIT的目的在于通过反复高强度刺激，用运动负荷引起锻炼者机体的呼吸和循环等相关生理系统产生最高或者更高水平的运动性生理适应。一方面，HIIT的高低训练强度交替变换能够对锻炼者身体循环和呼吸系统的血管、肌肉和细胞产生更大的刺激，同时这种高低强度变换刺激既能使人在大运动强度下刺激心肺，又能使人在小强度间歇中科学缓解心肺压力，避免心肺压力超限；另一方面，HIIT不仅能够增强心肺的收缩力量，改善心肺自身血流量和供氧机能，而且大小运动强度变化对身体交替刺激能够有效改善骨骼肌舒缩功能和促进机体外周血液循环和氧利用率，最终能够高效提高呼吸和循环系统对运动的适应能力。

前期研究也发现：HIIT比中等强度的持续耐力训练更好的对心脏神经调节激活，使得迷走神经在人体安静状态下更好的发生作用，机体出现安静时心率下降，同时使得交感神经在激烈运动时更好的激活，机体出现运动时心率更快；高强度间歇组和持续性有氧耐力组分别进行12周对比研究也发现，两种锻炼虽然可以使锻炼者的肺活量指标均显著提高，但高强度间歇组优于持续性有氧组，认为高强度间歇运动比持续性有氧运动提高女生的肺活量水平效果更明显[10]；对男、女大学生9周的渐进性增强高强度间歇性耐力训练，发现男女大学生的安静心率均比训练前下降，VO2peak及力竭时值均较训练前提高，通气阈值VT在女生组较训练前明显提高，证实了高强度间歇性耐力训练可改善男、女大学生的心肺功能[11]；对男性特战队员实施8周(3-5次/周)HIIT，检测训练前后对比也发现被试的安静心率、肺活量、VO2max均有显著性改善，认为HIIT对提高特战队员的有氧能力显著[12]。前期的这些研究缺乏重复训练和中等强度间歇训练与高强度间歇训练对机体心肺机能影响的对比研究，本次研究不仅验证了HIIT能够有效地提高机体的心肺机能，而且相对于重复、中等强度间歇和持续训练法更有效。

运动生理生化的研究揭示了HIIT的训练效果优于中等强度间歇、重复和持续训练的原因。如，HIIT对机体的肾脏等组织会产生交替运动性缺血的“再灌注”[13]，所以机体在高低强度交替长期刺激下对氧化应激的适应性会增强，机体的抗氧化酶活性也会提高[14]；研究也证实了长期的HIIT对氧气运输和肌肉代谢能力均有提升作用，并且促进作用高于中低强度的持续性运动训练[15]；在VO2max上，HIIT对有氧供能能力的最佳时效性也被证明[16]，这种时效性可能是因为长期的高低强度刺激，提高了身体机能的氧化应激适应性[17]，使机体抗氧化酶出现适应性变化[18]；在氧利用方面，研究不仅发现锻炼者HIIT后毛细血管密度进一步增加的可能性不大，而且最新研究还发现HIIT后肌纤维毛细血管密度有增大趋势[19]。

3.2 HIIT对警院学员减肥效果促进的原因

体脂率和BMI指数是人体肥胖程度常用的评估指标。实验前4组被试体脂率和BMI指数基本相同，实验后各组体脂率和BMI指数虽然都有所下降，然而实验后HIIT组BMI指数和体脂率低于其他各组。

该研究结果说明，HIIT比其他3组方法对警院学员脂肪分解和减肥效果更好。该研究结果与最新研究相一致。例如，最新研究发现连续12周的每周3次的HIIT不仅可以降低男性身体脂肪比例、胰岛素抵抗指数、血浆血脂水平，而且还可以增加锻炼者的瘦体重[20]。在女性的相关研究也获得了相同的研究效果。虽然早期的运动康复研究认为，消耗能量相同的间歇训练和持续训练可能具有同样的减肥效果。最新研究也发现：HIIT与中强度持续训练均可降低体脂率、腹部内脏脂肪含量和腹部皮下脂肪，HIIT比中等强度持续训练在减少腹部内脏和皮下脂肪的效果更显著[21]。

此外，生理生化的相关研究也证实了HIIT可以促进和激活人体释放胰岛素因子(IGF),会使锻炼者的身体脂肪尤其是腹部脂肪量减少[22]、空腹血糖和胰岛素[23]，这为HIIT的减肥作用提供了科学的生理生化方面的证据。

3.3 HIIT对警院学员基础体能提升的原因

根据警察体育锻炼的目的，本研究选择了警察学院大学一年级第一学期“基础体能”考核项目。测试项目体现了测试和评估这些警院学员的速度灵敏性、无氧耐力、核心区域力量和有氧、无氧混合供氧能力。研究显示，一定时期的HIIT能够有效提高学员的速度灵敏性、无氧耐力、有氧和无氧供能能力、和核心区域力量。

研究结果与国内外相关研究一致。例如，国外研究也证实了每周2次连续6周的HIIT能够有效的促进锻炼者的有氧耐力和无氧耐力[24]。国内最新研究用连续4周，每周进行2次HIIT后，使用递增负荷实验测定有氧运动能力，30 s Wingate实验测定无氧运动能力，近红外光谱测定技术监测HIT股外侧肌氧含量的变化，发现高强度间歇训练改善了锻炼者的有氧、无氧运动能力以及间歇运动时外周骨骼肌的摄氧能力[25]。总之，这些研究证实了HIIT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，提高了锻炼者的最大摄氧量和氧利用效率[26]。

科学家们从生理生化因素，找到了HIIT提高锻炼者的体能的几个根本方面原因：①人体肌肉内的酶能够调节阳离子泵的转运活力，这反过来能够增加人体肌膜的潜能，科学实验证明了HIIT与抗阻训练、耐力训练和高原习服训练一样可以增强人体肌肉离子Na+、K+、ATP酶泵的调节能力[27]；②由于骨骼肌缓冲能力的强弱与有氧能力密切关系，所以骨骼肌[H+]浓度与缓冲能力直接相关，并且较高的[H+]浓度也可以影响氧化酶的活性(如:磷酸果糖激酶)，将有助于锻炼者持续较长时间进行高强度的运动[28]， HIIT同时也可以提高骨骼肌缓冲能力与磷酸果糖激酶活性的增加，导致骨骼肌缓冲能力提高从而间接引起ATP生成增加，为肌肉长时运动供能提供基础[29]；③研究已经发现耐力与高能磷酸盐的储备密切相关，HIIT可以提高训练者的高能磷酸盐储备[30]；④有规律HIIT可以引起纤维蛋白原、反应蛋白C显著下降，氧利用率显著提高[31]；⑤HIIT能提高运动时糖的氧化供能效率和脂肪的氧化率对锻炼者的运动成绩的提高具有重要作用[32]；⑥运动效率是锻炼者人体实际机械输出功与机体代谢供能的比值，研究证实了HIIT能够通过激活PGC-1α信号通路引起骨骼肌细胞线粒体和骨骼肌毛细血管数量增殖，降低锻炼者在完成相同运动任务的运动输出效率和运动能量消耗[33]。总之，HIIT已经被科学研究证实了是当今运动训练理论和方法中提高人体基本体能素质的 “最理想的运动训练手段”理论之一。

4 结 语

综上所述，HIIT可以很好地提高警察院学员的心肺机能，提高减肥效果和增加体能素质。①HIIT对机体心脏组织存在多次运动缺血的“再灌注”, 这种长期的大强度氧化应激提高，对骨骼肌的代谢能力、心血管的调节作用、肌纤维毛细血管密度增大和机体的抗氧化酶都产生适应性变化，最终提高了这些锻炼者的心肺机能。②HIIT可以提高胰岛素敏感性、降低血糖比例，研究证实了该锻炼方法比其他相同能耗的训练方法效果更好，因此该锻炼方法在降低警院学员锻炼者的体脂百分比、和体脂率和BMI指数的减肥方面效果更显著。最后，与其他训练方法相比，HIIT对增强人体肌肉离子Na+、K+、ATP酶泵、骨骼肌毛细血管数量、高能磷酸盐糖和脂肪的氧化供能效率、骨骼肌缓冲能力ATP生成效果更好，此外还可以引起纤维蛋白原、反应蛋白显著的下降来提高氧利用率和降低完成相同运动任务的运动输出效率。通过研究发现HIIT作为一种科学、高效、安全的警察体能训练手段，应该深化展开相关应用，这可以为我国警院学员掌握科学的运动锻炼技能，形成良好的终生锻炼意识，塑造良好的身体素质奠定坚实的基础。