高强度间歇训练在慢性病防治中的应用研究进展

李红梅 毛杉杉

北京体育大学运动医学与康复学院（北京 100084）

改善膳食和体力活动状况可很大程度地预防和控制慢性病。有证据证明体力活动与多种健康指标（如全因死亡率、心肺健康、体重减轻、肌肉适能等）有较强的量效关系[1]。一直以来，中等强度持续训练（moderate intensity continuous training，MICT）是美国运动医学会（American College of Sports Medicine，ACSM）推荐、全球盛行的主要运动模式，因其运动持续时间较长（一般大于等于30～60 min/次）、过程多单调乏味，运动的坚持性成为一大难题[2]。而高强度间歇训练（high intensity interval training，HIIT）的最大优势则是耗时短。HIIT是指在短暂的高强度运动后，紧接着较低强度的间歇期（积极或完全休息），多次循环如此组合的运动方式[3]。所谓的“高强度”，一般采用大于等于无氧阈或最大乳酸稳态的负荷强度，其跨度从小于90%跑速/功率-最大摄氧量（指在递增负荷测试中VO2max出现时所对应的跑速/功率，v/p-maximum oxygen uptake，v/p-VO2max）到大于180%v/p-VO2max不等[4]。HIIT包括9个变量：运动方式、运动负荷强度、运动负荷持续时间、间歇恢复强度、间歇恢复持续时间、重复次数、组数、组间恢复强度和组间恢复持续时间等[3]。其中，运动负荷强度越大，其持续时间越短，运动负荷和间歇恢复的持续时间由几秒到几分钟不等，实际运动负荷时间通常不超过20 min；运动方式多种多样，包括跑步、上坡走、骑功率车、体操课、器械或徒手运动等。

研究健康人群时发现，HIIT能明显改善心肺功能（VO2max）[5]；而且，其改善效果比MICT更佳[6]。除此之外，与长时间低中强度运动相比，HIIT还兼具依从性好、有趣味等特点[7]。HIIT的这些特点，对于运动参加者很有意义，因为这是他们从运动中获得乐趣或享受，并保持运动动机、保持或提高运动表现和锻炼效果的重要因素[8]。有研究表明：HIIT干预后，受试者日常体力活动量有所增加，尤其是有氧运动量[9]。而有氧运动量增加，是独立于体重减轻，并与死亡率降低相关的积极因素[10]。近些年，HIIT被应用到慢性病临床康复领域。本文综述HIIT在超重/肥胖、心血管疾病、癌症和2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）等常见慢性病防治中的应用研究进展。

1 HIIT与超重/肥胖

既往，MICT被认为是促进减脂或减肥的最佳运动方式[11]。然而，HIIT因其耗时短、能产生与MICT相似的减脂或减肥效果而引起学者关注。You等[12]认为：与MICT相比，HIIT在促进肥胖个体的脂肪分解代谢上，似乎更有优势。HIIT促进脂肪总量下降的两个可能机制是：促使运动后过量氧耗（excess post-exercise oxygen consumption，EPOC）增加，而引起能量负平衡[13]；通过抑制食欲或降低饥饿感，使能量摄入减少[14]。

Beau[13]等发现：与同等能耗的MICT相比，经常运动男子在HIIT后的EPOC更高。Tucker[15]发现：经常运动男子，在高强度训练后，可维持3小时以上的较高水平EPOC。Alkahtani等[14]采用交叉设计，对10名超重或肥胖男子先后实施HIIT和MICT干预，研究发现：在HIIT后，受试者的饥饿感和食欲下降，对高脂、非甜食的喜好减弱，脂肪摄入量也减少了16%，而MICT后，受试者对高脂、非甜食的喜好增强，脂肪摄入量也明显增加了38%。该研究中HIIT干预方案为：4周，每周3次，每次12组，每组以90%VO2max强度运动30 s，接着静息休息 30 s，共持续 30～45 min；MICT 干预方案为：以45%VO2max强度持续运动45 min。这与Okay等[16]的研究结论一致。但是，Sim等[17]并未发现脂肪摄入量与食欲在HIIT干预后发生改变，这可能与不同研究的运动强度和时间设计各异有关。该研究中HIIT干预方案为：12周，每周3次（每次组数未知），每组以170%VO2max强度运动15 s，接着以32%VO2max强度运动60 s，共持续30～45 min。关于HIIT、MICT干预肥胖的对比研究发现：两种干预方案都能降低肥胖受试者的体脂总量，且效果相似[18]；然而，与MICT相比，HIIT降低肥胖患者腹部脂肪的效果更好[19]。腹部脂肪（尤其是腹部内脏脂肪）过多与T2DM等多种慢性病的发病有关[20]。

在上述研究中，受试者的入选标准是：经常活动男子[13-14]或不常活动的超重男子（每周未达到75 min中等强度运动[17]）、超重（身体质量指数（body mass index，BMI）≥24 kg/m2）或肥胖（BMI≥28 kg/m2）[17，19]，年龄为（21±1）岁[19]～（31±8）岁[17]；排除标准是：骨骼肌肉异常、器质性疾病、肿瘤、心血管疾病、服用减肥药的成人[14-17，19]。实验采用功率自行车[13-17]或跑台[17]，在运动实验过程中对受试者的心率进行持续监测，现场有运动生理学专家或取得资格的医师进行监督[13-19]。

综上所述：与相等能耗的MICT相比，HIIT的减脂效果相似甚至更好。而且，HIIT在减少腹部脂肪上优于MICT。另外，因为食欲的强弱反应受不同运动强度、持续时间、膳食组成的影响而各异，所以还应协同考虑运动强度、持续时间和饮食因素对运动减脂效果的影响。

2 HIIT与心血管疾病

研究显示HIIT改善心肺功能的可能机制有：使心肌收缩力增强、心搏量增加、线粒体体积增大及数量增多，三磷酸腺苷合成增加等[3]。

有研究表明：心肺功能低下与罹患心血管疾病及全因死亡率增加有关。心肺功能较低、无吸烟习惯、无高血压或高胆固醇等疾病的个体，甚至比有上述习惯或疾病、但心肺功能较高的个体，心血管疾病的罹患率更高[21]。在改善稳定期、轻至重度慢性心力衰竭（heart failure，HF）患者心肺功能方面，HIIT比MICT更有效，具体表现在：HIIT组的VO2peak、射血分数、每搏输出量增加更明显，提示其心肌收缩力增加更明显[22]。该研究中HIIT干预方案为：12周，每周3次，每次4组，每组以90%～95%峰值心率（peak heart rate，HRpeak）强度运动4 min，接着以50%～70%HRpeak强度运动3 min，共持续38 min；MICT干预方案为：12周，每周3次，以70%～75%HRpeak强度持续运动47 min。而且，Georgios等[23]对6名稳定期心脏病HF患者（纽约心脏协会心功能等级≤Ⅲ）实施HIIT干预后发现：患者骨骼肌重量和毛细血管数量均增加。该研究中HIIT干预方案为：12周，每周4次，每次4组，每组以80%VO2peak强度运动4 min，接着以50%VO2peak强度运动3 min。Nathalie等[24]将Ⅱ～Ⅲ期HF患者随机分为3组，即HIIT组、MICT组和对照组，结果显示：与对照组相比，HIIT组和MICT组患者心肺适能均提高，且两组间无差异。该研究HIIT干预方案为：12周，每周2次，每次10组，每组以90%最大功率强度运动1 min，接着以30%最大功率强度运动2.5 min；MICT干预方案为：以60%～75%最大功率强度持续运动47 min。Currie等[25]对22名冠心病（coronary artery disease，CAD）患者实施HIIT干预后发现：HIIT能改善CAD患者肱动脉血流介导性扩张和心肺功能（VO2peak），且效果与MICT相似。以上研究中，患者均不改变服用的药物（如硝化甘油、血管紧张素转换酶抑制剂等，在测试当天不服用利尿剂）、日常体力活动和饮食等[22-25]，其HIIT干预方案为：12周，每周2次，每次10组，每组以89%～104%峰值摄氧量功率输出（peak oxygen uptake power output，PPO）强度运动1 min，接着以10%PPO强度运动1 min。对健康个体的研究发现：6～7周的HIIT干预就能改善心肺功能（VO2peak/VO2max）[26]。而Kessler[27]发现，至少12周以上HIIT才使收缩压和舒张压改善2%～8%。瑞典一项研究还提示，高强度运动比低强度更能明显降低戒烟成本[28]。

HIIT对患者的安全性是心血管疾病康复不可回避的问题，也是围绕HIIT实施引起争议的焦点。Meyer等在有关HIIT对心血管疾病患者影响的系统综述中指出[29]：曾有学者通过心电图观察到，有个别患者在运动中出现因室性心律失常引起的缺血，但未出现意外事故，也未曾监测到血流动力学的显著改变，即使在运动能力较低的心衰患者身上。Meyer等[30]曾让一位67岁的稳定期冠心病患者在限定时间内进行HIIT运动直至出现急性反应，此反应与缺血预适应的反应很相似，其HIIT干预方案为：以100%最大有氧负荷强度运动15 s，接着静息15 s，共持续34 min。若让患者继续进行运动负荷试验，9 min后心电图显示的心脏局部缺血反而比第一次明显减轻，且不会引起心肌损伤标志物（肌钙蛋白T）、脑尿钠肽、超敏-C反应蛋白的升高；运动24 min后缺血症状消失。其可能机制是：高强度运动穿插被动休息，恰与缺血预适应的动物模型相似。但是，HIIT强度要足够高、持续时间也要足够短，且不足以产生损伤血管的剪切应力，才不至于造成心肌损伤[30]。这可能与HIIT能改善血管内皮功能有关[31]。

以上研究的受试者入选标准是：年龄在51±13岁[23]至75.5±11.1岁[22]，处于病情稳定期的心血管疾病患者[22-25，30]；排除标准是：有运动试验绝对禁忌症、处于术后短时间内、吸烟、严重心血管疾病、骨骼肌肉异常、伴随高血压或糖尿病等其他慢性病的患者[22-25，30]。实验采用功率自行车[22-26，29-30]。运动实验在心脏康复中心或医院进行，且在过程中持续监测受试者的心电图、血压和自觉疲劳程度分级（rating of perceived exertion，RPE），现场有心脏病专家、专业医护人员和物理治疗师进行监督[22-25，30]。

总之，目前研究提示：HIIT能明显提高心血管疾病患者的心肺和肌肉适能，但是HIIT引起机体心肺适能发生改变所需要的时间尚不确定。这可能与不同研究中的受试者及所采用的HIIT方案不同有关。而且，HIIT在心血管疾病临床康复领域中的应用尚处于探索、试验阶段，再加上对高强度运动安全性的考量，HIIT离临床康复推广，还有很长的路要走。

3 HIIT与癌症

癌症患者常因疾病本身及疾病引起的长期体力活动不足问题，导致生理机能与生活质量明显下降，如心肺功能和代谢能力下降、疲乏无力、心血管疾病发生风险增加、精神和心理状况欠佳，甚至过早死亡等[32]。ACSM指出：只要体力活动不加重症状或引起副作用，癌症患者就应避免体力活动不足的负面影响；在完成治疗后，应从患者当前的体力活动水平逐渐增加至每周3～5天的有氧运动和每周2～3天的抗阻运动；即使在治疗过程中，每天都应进行适当的柔韧性练习[1]。这似乎与传统理念（癌症是运动的禁忌症）截然相反。Van等[33]认为：运动可辅助化疗，在术前和术后康复期进行中至较大强度有氧耐力运动，能减轻癌症患者的疲劳感，提高有氧耐力、肌肉力量、体力活动水平，改善情绪、生活质量和心理健康状况。

ACSM推荐，根据疾病状况和要求，给癌症患者制定缓慢、渐进性和个性化的运动处方，其运动强度甚至可以达到健康人的水平[1]。可将HIIT引入癌症患者康复计划的支持证据有：Joachim等[34]对28名乳腺癌患者进行HIIT和中低强度运动干预，发现HIIT对乳腺癌患者安全有效，能改善其生活质量、身体成分和能量代谢状况，并能缓解癌性疲劳；两组患者的体成分改善程度相似，但HIIT组患者的心肺适能（VO2max）提高更多。该研究中HIIT干预方案为：3周，每周3次，每次8组，每组以95%HRpeak强度上坡走1 min，接着缓慢行走2 min。Kellie等[35]对16名癌症患者进行HIIT干预，结果显示：HIIT能提高癌症患者6 min步行距离、生活质量，降低心血管疾病风险等。该研究中HIIT干预方案为：16周，每周3次，每次7组，每组以85%HRmax强度运动30 s，接着静息休息1 min。另一项研究显示，HIIT可提高肺癌患者的呼吸和肌肉功能，并缓解呼吸困难和疲劳[36]。该研究中HIIT干预方案为：8周，每周3次（每次组数未知），每组以80%VO2peak/（RPE=15～17）强度运动30 s，接着以 60%VO2peak/（RPE=11～13）强度运动2～5 min，共持续30～40 min。还有研究发现：较高强度（75%～80%VO2peak）的运动有助于维持癌症患者的运动动机[37]。另有研究显示，HIIT干预使肺癌患者的有氧能力（VO2peak）和6 min步行距离增加[38]。该研究中HIIT干预方案为：25天，每周2～3次，每次2组，每组以80%～100%HRmax强度运动15 s，接着静息休息15 s，共持续24 min。以上研究中，患者均不改变康复咨询、日常体力活动和饮食等[34-38]。到目前为止，尚未见到有关HIIT引发癌症患者发生意外的报道。

上述研究的受试者入选标准是：年龄在51.6±13岁[35]至53±8岁[34]，BMI为 27±5.5 kg/m2，治疗后经临床医生确认可进行体力活动[34-37]；排除标准是：癌症有转移、有骨骼肌肉异常、运动试验绝对禁忌症、术后短时间内、有严重心血管疾病、伴随有高血压等慢性病[34-36]。实验采用功率自行车[35，38]、上坡走[34，36]和跑台[35]。在运动实验过程中，对受试者的心电图、心率等进行持续监测，现场有专业医生或康复治疗师进行监督[34-38]。

总之，虽然相关研究并不丰富，但从已有文献可得出：根据癌症病情、要求和患者的承受力，采用适当的HIIT方案和缓慢的进度，对某些癌症患者是安全有效的，即使干预时间不长。现有相关研究所涉及的癌症种类还有限，研究的样本量也较少，远期追踪及机制研究还很欠缺。未来有必要拓展所应用的癌症种类、增加样本量、开展长期追踪和探索机制的研究。

4 HIIT与T2DM

糖尿病中以T2DM最为常见[1]。胰岛素抵抗伴随胰岛素分泌不足，使血糖调节出现障碍，是T2DM的一大特征[1]。研究表明：T2DM患病率高的一个主要原因是肥胖，后者可通过改变生活方式（饮食和运动）以控制其发生、发展[1]。T2DM患者一方面可通过药物（口服降糖药、注射胰岛素）来控制血糖，另一方面可通过调整膳食、适当增加体力活动来控制血糖[31]。目前美国糖尿病协会和ACSM推荐的糖尿病患者运动处方是至少150 min/周（30 min/天，5天/周）的中等或较大强度（50%～70%HRmax）有氧运动，每周2～3次力量训练[1，39]。但是目前的运动策略面临巨大的挑战，包括难以坚持、缺乏动力和时间等[2]，而HIIT可以弥补这些不足。

有研究显示心肺适能低是引起T2DM患者死亡的独立预测因子[40]。Meta分析表明，在HIIT干预后，T2DM患者心肺适能的增加可达MICT的两倍；而且HIIT可改善血管内皮功能、胰岛素敏感性和血压[41]。即使是一次性的HIIT（以90%HRmax强度运动60 s，接着静息休息60 s，共重复10次），也可引起T2DM患者餐后血糖峰值平均水平下降，运动后24小时血糖平均水平下降，心肺和代谢功能得到改善，且无相应并发症发生[42]。另外，短期HIIT（2周，每周3次，每次4组，每组尽全力运动30 s，接着以25%VO2peak强度运动4 min）干预降血糖效果也很明显[43]。因此，对于T2DM患者而言，HIIT是一个既增加了体力活动水平耗时又短的控制血糖运动方案。Søren等[44]采用HIIT（8周，每周3次，每次10组，每组以最大PPO运动60 s，接着静息休息60 s）对T2DM患者进行干预，发现患者的血浆游离脂肪酸（与腹部内脏脂肪积累有关）降低。Søren等[45]的另一项研究提示：HIIT（8周，每周3次，每次10组，每组以约90%HRmax运动60 s，接着静息休息60 s，共持续20 min）干预可使T2DM患者（不使用外源性胰岛素）的空腹血糖、口服糖耐量试验的2小时后血糖、糖化血红蛋白等水平显著降低；胰岛稳态模型评估显示个体胰岛素抵抗状况（HOMA-IR）、胰岛β细胞功能（HOMA-β%）得到改善；全身胰岛素敏感性—葡萄糖处置指数增加，说明HIIT可明显改善T2DM患者的血糖控制水平、胰岛素敏感性和胰岛β细胞功能。另外，Sophie[46]通过随机对照研究发现：与基础护理组相比，HIIT组的T2DM患者心脏结构和收缩功能得到改善，同时肝脏脂肪也减少。该研究中，T2DM患者均不改变药物（口服降糖药，如二甲双胍、格列美脲等）使用、日常体力活动、饮食等[42-46]，其HIIT干预方案为：12周，每周3次，每次5组，每组以大于80转/分强度运动2 min～3 min 50 s，接着静息休息3 min。另一项对糖尿病前期患者的对比研究发现：HIIT能降低空腹血糖和餐后2小时血糖，且减脂效果比MICT更好[47]。该研究中HIIT干预方案为：共12周，每周3次，每次10组，每组以约70%～90%HRmax强度运动60 s，接着静息休息60 s，共持续20 min。

以上研究的受试者入选标准是：年龄在40±9.7岁[43]至 62 ±3 岁[42]，BMI为 25～40 kg/m2[43-46]，符合T2DM和糖尿病前期诊断标准[34-37]；排除标准是：静息或运动时心电图异常、有骨骼肌肉异常、心血管疾病、肿瘤、规律运动史[42，45，47]。实验采用功率自行车[42-47]，在运动实验过程中对受试者的心电图、心率、RPE等进行持续监测，现场有专业医务人员进行监督[42-46]。

与MICT相比，HIIT能更有效控制血糖的可能机制是：（1）高强度运动分解肌糖原的效率高，当肌糖原明显降低时，血中葡萄糖进入肌肉用于运动消耗，从而降低血糖水平，并减少糖向脂肪的转化与储备[48]；（2）与骨骼肌对胰岛素敏感性的改变有关[47]。

综上所述，越来越多的证据支持HIIT对T2DM和糖尿病前期的益处，同时为了达到更好的控糖效果，可能需要较高的运动强度[1，42]。值得注意的是，大多数有关HIIT对T2DM或糖尿病前期的研究，所采用的样本量较少，且干预持续时间不长（一般不超过3个月），也未对受试者进行长期追踪研究以获知HIIT对糖尿病及其前期患者的长期影响。因此，HIIT在糖尿病及其前期防治中的应用，还有待进一步研究。

5 总结

HIIT的运动强度，是由参与者的心肺适能和心理耐受程度等因素决定的[3]，因此训练强度可用HRmax/VO2max/VO2peak百分比，或者RPE等来表示。目前，针对上述四种慢性病人群的HIIT实验研究的条件控制可概括如下：（1）受试者的入选标准和排除标准均很严格；（2）试验方式多采用功率自行车[13-17，22-26，28-29，35，38，42-47]、跑台[19，35]或上坡走[34，36]等方式；（3）为了安全性，除严格筛选受试者外，还对其进行健康评价、风险评估及运动测试，这些都是保证HIIT实施过程中不出现意外风险的重要环节；（4）对慢性病患者，尤其是老年和/或心血管疾病患者，制定和应用HIIT方案时，依据患者的心肺适能、主观感觉等随时调整HIIT强度[25，36]；同时在方案实施过程中持续监测受试者的心电图、心率、血压、RPE等，且现场有专业医务人员或运动生理学家等进行监督[13-19，22-25，30，34-38，42-46]。因此，目前采用HIIT干预某些慢性病的实施成本还比较高。就HIIT在慢性病防治中的应用现状而言，以下三点值得注意：

5.1 已有确切证据支持的生理效益：（1）在经医生同意、医疗设施保障情况下，HIIT对一些处于稳定期的慢性病患者是安全的，HIIT可被纳入慢性病综合医疗管理计划；（2）一次急性或短期（＜12周）的HIIT能增加患者对运动的喜爱和享受[6-7]，减少肥胖者体脂含量[18]，降低T2DM患者餐后血糖峰值平均水平和24小时血糖平均水平[42]等；（3）较长期（≥12周）的HIIT会产生更多效益，如使VO2max、体力活动水平等增加、生活质量提高、空腹血糖水平和腹部脂肪量下降、胰岛素敏感性提高等[13，19，43，47]。

5.2 存在的争议：（1）HIIT能否引起食欲、能量摄入降低，目前还存在争议；（2）在某些慢性病康复治疗中引入HIIT方案，目前还处于试验性阶段，尤其是心血管疾病和癌症，因此尚需更多相关研究的证据支持与探索；（3）HIIT引起机体心肺适能发生改变所需要的时间，以及导致血糖下降的内在机制，也有待进一步研究。

5.3 局限性与展望：（1）相关研究的样本量尚小，干预时间也不够长，长期追踪研究还不多见；（2）对慢性病的控制与干预，HIIT不能替代药物等其他医疗手段，而且饮食控制和其他生活方式的干预（如戒烟、体力活动水平提高）也不容忽视；（3）考虑到HIIT、MICT各自优缺点，可将HIIT计划作为管理慢性病时MICT的联合或补充方案，给适用的慢性病患者提供更多的健康效益，这是可预见的慢性病康复未来发展方向[31]；（4）未来研究中，有必要扩大样本量、延长干预时间、追加后期跟踪研究以及机制探索的研究，以找到针对不同慢性病和同一慢性病不同病程阶段、运动反应和疗效均最佳的个性化HIIT方案，为常见慢性病的防治提供更丰富的理论依据与实践范例，使慢性病患者获益更大。