间歇训练方案设计的研究进展

2019-06-11张仁祥赵凤雏

体育科技文献通报 2019年6期

王巍，张仁祥，赵凤雏，余洲

1 引言

间歇训练(Interval training，IT)可有效提高运动表现和促进健康(改善葡萄糖调节、胰岛素抵抗、有氧能力和减少脂肪)，同时对时间的需求较少[1]。近年来，IT的受欢迎程度急剧上升，有助于提高大众参与健身运动[2]。

2 定义和概念

IT可以定义为间歇性强度运动，以恢复期为间隔，分为高强度间歇训练(HIIT)、间歇性冲刺训练(SIT)和重复冲刺训练(RST)[3]。根据Buchheit等人的研究[4]，IT涉及到9个变量的操纵, 包括运动强度和持续时间、间歇期强度和持续时间、运动项目、重复次数、连续组数，以及组间恢复期强度和持续时间(图1)。这些变量均会影响急性和慢性生理效应。简而言之，HIIT被定义为以接近最大的努力进行的重复的短时间或长时间的运动，运动强度通常在最大心率(HRmax)或最大摄氧量(VO2max)的80%以上[5]。

图1 间歇训练(IT)方案涉及的相关变量

另一方面，SIT被定义为在强度VO2peak/max下进行的运动，包括全力或最大努力程度以上，通常包括20-30s的全力冲刺，穿插2-4min的被动恢复时间。RST定义为持续3-7s的冲刺，穿插的恢复期一般小于60s[3,6,7]。

首先，一些研究使用了“最大努力程度以上”的概念，然而，这个概念存在争议，因100%指的是给定系统的最大功率，人体无法克服这个值(例如，100%的HRmax或VO2max)。因此，根据HRmax或VO2max等生理参数使用“最大努力程度以上”一词可能不合适。只有在特定的上下文中使用才有意义，例如，当个体达到VO2max时的绝对强度(速度或功率)。更合适的说法是，当在VO2max之上进行运动时，以最大努力程度以上代替全力运动的概念。同样需要注意的是，在达到力竭之前，可以在VO2max强度下运动4-6min[8]。

其次，关于HIIT的一个常见误解在于“高强度”一词。通常认为HIIT必须包含一个高强度方案。然而，运动表现出来的绝对强度可能并不能反映出努力的程度。如上一段所述，在达到VO2max4-6min后才会出现疲劳，因此，如果个体以这种强度仅运动30s，且表现出较高的努力程度，可能就会存在争议。研究报道，当训练涉及短时间的运动(60s)时，强度等于或接近VO2max，HIIT可能会导致感知用力的低评级(RPE)和高依从性[6,7]。

3 IT训练方案的设计

3.1 强度控制

目前一般采用目标HR控制运动强度。一项研究的运动方案建议以90-95%HRmax的强度进行运动，70%的时间休息[9]，该方案取得了良好的效果，为心脏康复提供了参考，有助于诱导心脏的保护机制[10]，提高肌肉代谢上的适应能力[11,12]。但研究的结果并没有在更大的样本中重现，这可能是由于达到规定强度的程度较低，仅不到50%的参与者达到了目标强度。在规定的强度下运动对训练的有效性至关重要。

各种策略可以用于达到预设的HR，这可以很大程度上影响在目标强度上的有效时间。例如，个体可以从刚开始就以高强度运动，以确保HR的急剧增加，也可以保持一个恒定的强度，等待HR增加。休息期也是如此。例如，在一项研究中，Ramos等人[13]使用了一种运动方案，该方案预设在85-95%HRmax下进行4组4min的运动，每组间隔3min。然而，报告显示，参与者(患有代谢综合征的人)需要2min才能达到目标强度。因此，该方案只是2min的目标强度，5min的间隔时间，而不是4min目标强度，3min间隔时间 (考虑参与者有效地保持在目标HR中的最少的时间)，导致努力程度比预期低。在另一项研究中，Helgerud等人[14]报道了中等训练程度的男性受试者在15:15的间歇跑中(强度为90-95% HRmax15s冲刺跑，穿插强度为70% HRmax的15s主动恢复跑)的运动表现。虽然在后期的间歇运动中目标强度达到更快，但前期，15s是不可能达到目标强度的。此外，不论所使用的策略和所进行的次数，重要的是达到目标强度所花费的时间，因为这可能影响训练的生理反应。这在分析不同人群时可能特别有效，因为代谢综合症患者和老年人[15]可能在运动过程中对HR增加有延迟反应，而在运动后HR的下降也较慢。

另一个重要的问题是用于控制强度的方法。可使用HR、功率输出、VO2max、RPE、最大无氧功率等指标。然而，每种控制强度的模式可能会导致不同的反应，不应该互换使用，特别是考虑到不同训练方法下个体间可变性的影响。例如，Wisløff 等人[9]发现，在适应HIIT的运动方案后，受试者以90-95%的VO2max运动时，仅在第三组就达到了目标心率。因此，相同比例的HRmax和VO2max可以导致不同的强度，即使采用相同的组数和间隔时间，采用不同的控制强度的方法可能导致不同的结果。

训练强度的适当定义和解释至关重要，因为IT的训练结果在很大程度上取决于此。例如，Racil等人[16]比较了肥胖的年轻女性以相同组数、间隔时间、总时间和比率(6-8×30:30s)执行不同强度的IT运动方案后的差别。一组运动强度为80-90%VO2max，而另一组强度为100-110%VO2max。结果显示，只有在高强度组中，VO2max增加，腰围、甘油三酯和总胆固醇显著下降。此外，高强度组的最大有氧运动速度增加，体脂肪、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇和胰岛素的含量降低。

3.2 运动次数和时间

研究报道，IT可能导致RPE更低，更大的乐趣，并且比持续跑更高的依从性[2,5]，这取决于运动方案的设计。Kilpatrick等人[17]比较了健康且经常进行运动的学生在相同负荷持续运动和IT运动试验前后的RPE和HR的反应。IT持续24min，运动和恢复时强度相同(分别是通气阈值与最大能力之差的60%，以及最大能力的10-20%)；每个间隔使用1:1的运动-恢复比，并且只在运动次数，以及运动与间歇时间上变化：24×30:30s，12×60:60s，6 ×120:120s。结果显示，120:120s时RPE和HR较高，而30:30s时RPE和HR较低。

Jung等人的[18]报告称，糖尿病前期患者练习IT的效果(4×60:60s，90%HRpeak和低强度恢复，增加到10×60:60s)在很大程度上超过了中等强度的持续训练 (MICT，在65% HRpeak时运动20min，逐渐增加到50min)。此外，Jung 等人[19]还比较了IT(10×60:60s，100%:20% VO2peak)，MICT(40%VO2peak,40min)和持续高强度运动(CVI，80%VO2peak，20min)运动后的乐趣。根据研究结果，与MICT和CVI相比，参与者表示IT后获得的乐趣更多，超过50%的参与者表示更倾向于选择IT。Thum等人[20]在对健康的经常运动的男性和女性进行IT(8×60:60s，以85%的VO2max骑自行车，每组运动间积极恢复)和MICT(45%VO2max骑自行车20min)比较后，也报告了类似的结果。

Astorino等人[21]比较了MICT(45%VO2peak进行25min的手臂摇动)和次最大量的手臂摇动(8×60:90，70% VO2peak运动，10% VO2peak恢复)或最大IT(8×30:120，以105% VO2peak运动，10% VO2peak恢复)，并报道，尽管给脊髓损伤患者的代谢压力较大，但IT仍能带来更大的乐趣。这些结果表明，在强度等于或小于VO2max/peak和HRpeak时使用60s或更少的IT训练方案比连续训练方案更能导致更高的依从性。然而，同样的情况可能并不适用于那些需要更长的运动时间的方案。

即使使用相同的强度，对IT运动方案的生理反应也会有很大的不同，影响这种反应的一个方面是运动和休息的持续时间。当强度和总做功量相等时，有研究表明，与短时间(24×30:30s)相比，长时间(即6×120:120s)会导致超重至肥胖成年人的RPE、HR和快感降低[22]。此外，较短的运动时间(15:15s和30:30 s)在超重至肥胖的成年人和冠心病患者中较MICT的努力程度和生理压力更少[22]。

IT对体成分的影响也与不同的训练方案设计显著相关。研究表明，运动后脂肪氧化的增加似乎受到糖原耗尽的影响[23]，而更多依赖于糖酵解系统的方案可能在这方面更有利。与此一致的是，许多文章都显示了IT相对于中等强度训练方案的优势，且这些研究都是在力竭的和恢复时间不够的情况下进行的。另一方面，与传统的训练方案相比，次最大强度的运动和较长休息间隔的方案在降低超重成年人或代谢综合征患者体内脂肪方面效果不佳。例如，Keating等人[24]评估了以115%VO2max运动30s和3min恢复时间的IT运动方案，发现在体成分方面没有积极的结果。Matsuo等人[25]研究了相同持续时间和强度的运动，但恢复时间仅15s，使用的强度比Keating等人使用的强度更高。然而，IT效率并不遵循强度越大越好这一规律，相反，这似乎是一个选择正确强度的问题。在这方面，Raleigh等人[26]研究了HIIT强度对健康男性和女性VO2peak和VO2动力学训练诱导适应的影响，在总运动量相同的前提下，对不同强度组(80%VO2peak、115%VO2peak和150%VO2peak) HIIT(运动1min，休息1min)训练后的VO2peak进行了比较。根据研究结果，在训练强度为115%的组中，VO2peak的增加比训练强度为80%的组要大，然而，在150%的强度下训练的组与在115%或80%的强度训练的组取得了相似的适应能力；此外，在低强度训练组中，无应答者的比例最大，在115%的训练组中，应答者的比例最高。

3.3 运动项目

不同的运动项目(如骑自行车、跑步、健美操、壶铃)会引起不同的生理需求。Ozkaya等人[27]比较了30s椭圆试验(EAT)与Wingat全面试验中三个主要能源途径的贡献，发现EAT的特点是氧化系统的贡献较低，磷酸化和糖酵解系统的贡献较大。Medell等人[28]对14名铁人三项运动员在自行车测试仪和水平或倾斜的跑步机上进行了递增测试，评估了VO2max和有氧-无氧的转换。结果表明，VO2max在两种运动间无差异，在跑步机上，在通气阈值1(VT-1)和通气阈值2(VT-2)记录的肺通气量、HR和VO2达到最高值。Miles等人[29]研究了年轻女性在自行车测速仪和跑步机锻炼过程中心肺调节和代谢调节之间的关系，并报道跑步机行走导致的VO2max大于自行车测速仪训练。血液乳酸浓度、血浆碳酸氢盐浓度、呼吸交换比、HR和PH值在循环测功试验中较高，说明无氧代谢导致局部疲劳程度较高。

Smith等人[30]将休闲锻炼者对6种递增最大测试方式(跑步机、固定滑雪、摇摆滑雪、台阶器、固定自行车和划船器)的VO2peak、VT-1和VT-2反应进行了比较。跑步机测试产生的VO2peak显著高于其他测试方式，而VT-1和VT-2的响应在所有测试方式中相似。同样，Lafortuna等[31]也比较了肥胖人群在不同强度水平(高达85%VO2max)下对跑步机和自行车测功器运动的代谢反应，据报道，在跑步机运动中，HR、O2、能量消耗和脂肪氧化较高，血乳酸较低。在Schneider等人[32]的研究中，训练有素的男性铁人三项运动员在跑步机上跑步时的VO2max显著高于使用自行车测试。

Lafortuna等[33]通过研究个体对不同运动项目的反应差异，比较了15名肥胖妇女和6名正常体重妇女步行和骑车时的能量和心血管反应。在两种运动项目下，肥胖患者的代谢率都高于正常体重者，这与体重有关。在两组中，在相同的VO2下，自行车运动时HR高于跑步机运动，但在肥胖组中，自行车组的HR增量大于VO2。

Verstappen等[34]比较了长跑运动员和自行车运动员在跑步机和自行车测试仪上的生理反应，长跑运动员在跑步机上测试时，VO2升高14%，但自行车运动员中则相同，同样地，在两种测试仪上，自行车运动员的HR和每分通气达到了相似的值，但跑步运动员在跑步机上的值更高；另一方面，在两种测试仪上，长跑运动员的乳酸浓度达到相似的值，但自行车运动员在自行车测试时体内的乳酸浓度较高。Millet等人[35]回顾了有关自行车和跑步之间生理差异的文献，并报告说，大多数研究表明在跑步机上，跑步者可获得较高的VO2max和HR，而骑自行车的人在自行车测试仪上可达到VO2max值，类似于跑步机所测得的值。

肌肉似乎特别适应某一特定的运动，因此训练历史似乎会影响对某项运动的生理反应。因此，使用不同运动模式的类似IT方案可能会导致不同的生理反应，从而导致不同的结果。例如，McRae等人[36]使用健美操进行运动，发现IT和MICT之间的无氧能力没有差异，这与Tabata等人[37]使用自行车测试仪的结果相矛盾。

Fortner等人[38]对14名非肥胖的年轻参与者进行了一项研究，目的是调查在壶铃摆动下进行的Tabata方案的心血管和代谢需求，并报告RPE、平均VO2值、VO2peak、HRmax以及运动后血乳酸含量均高于传统的抗阻训练方案。然而，Fortner等人[38]在使用自行车测试仪时所报告的乳酸值(6.4±1.1 mmol/L)低于Foster等人[39]所报告的值(12 mmol/L)。另一方面，Amtmann等[40]使用混合武术动作的Tabata方案，报道血乳酸浓度高达19.7 mmol/L，高于Foster等[38]的值。此外，与骑自行车相比，跑步和健美操运动可以减少外周疲劳，从而降低糖原消耗并影响后期的能量输出[41]。虽然McRae等人提出运动项目的选择和变化可以增强运动动机和长期坚持，但目前还没有得到测试，必须考虑到改变运动可能会改变从IT方案中获得的结果。另外，运动项目可影响执行功能[42]，组合方式[42-44]、环境因素[45,46]均可能影响间歇训练的效果。