高强度间歇训练与中等强度持续训练对冠心病患者心肺功能影响的Meta分析

李大鑫，朱俊英，陈平

本文创新点：

冠心病（CHD）一直是导致中老年人死亡的主要心血管疾病之一，其发病率和死亡率一直居高不下，给国民健康带来巨大威胁，也给我国经济带来沉重负担。近年来，众多学者探究了运动干预对于CHD患者心肺功能的康复效果，高强度间歇训练（HIIT）与中等强度持续训练（MICT）一直受到研究者们的青睐。尽管两种运动干预模式对于改善CHD患者的心肺功能均显示出有效性，但由于样本量的限制以及研究对象和干预方案的不同，使研究结果不具有可比性，尚且存在争议，并且目前国内外专门针对HIIT与MICT干预对CHD患者心肺功能影响的系统评价较少。本文研究结论表明：（1）HIIT和MICT均可以改善CHD患者的心肺功能；（2）HIIT在改善CHD患者心肺功能方面的效果优于MICT；（3）12周及以上的干预周期对于CHD患者心肺功能的改善，HIIT较MICT更具有优势。

心血管疾病是全球的头号死因，其中冠心病（coronary heart disease，CHD）的发病率位列榜首[1]。我国患CHD的人数约1 100万，并且数量持续居高不下[2]。CHD是指冠状动脉粥样硬化斑块导致动脉狭窄或闭塞，主要表现为心肌缺血、心绞痛和心肌梗死，严重者可导致心力衰竭[3]。因为运动具有扩张冠状血管、增加侧支循环、降低低密度脂蛋白胆固醇、增加心肌供血的作用，运动干预CHD患者康复成为国内外学者研究的热点问题[4-5]。

目前研究主要聚焦于运动干预手段和运动干预模式[6-7]。现阶段对CHD患者常采用的两种运动干预模式为中等强度持续训练（MICT）和高强度间歇训练（HIIT）。MICT是指人体以最大心率（HRmax）的64%～75%或储备心率（HRR）的40%～59%进行的持续运动[8]。HIIT是以≥无氧阈（VO2AT）或最大乳酸稳态的负荷强度进行多次、持续时间为几秒到几分钟的练习，且每两次练习之间练习者不足以完全恢复到静息状态的训练方法[9]。长期以来，MICT被认为是预防和治疗CHD最有效的运动治疗方式[10]。合理的持续训练可明显改善CHD患者的心肺功能，提升最大摄氧量[11]。然而，由于MICT形式单一、内容枯燥、患者依从性差常导致运动效果无法持续[12]。近年来，HIIT作为防治CHD的有效手段逐渐出现在学者的视野中。PRADO等[13]探究了HIIT对于CHD患者有氧运动能力的影响，发现HIIT可明显提高患者的有氧运动能力，促进身体健康。CURRIE等[14]证明HIIT可明显改善CHD患者的血管扩张功能。在两种运动干预模式对CHD患者康复效果的研究中，GUIRAUD等[15]研究表明HIIT与MICT对CHD患者内皮细胞功能的改善效果无差异；HIIT对于患者峰值摄氧量（VO2peak）的改善效果与MICT相似[16-17]；也有一些研究发现，与MICT相比，HIIT可以更明显地改善CHD患者心功能，提高CHD患者的VO2peak[18-22]；但是TRACHSEL等[23]发现MICT对于患者VO2peak的改善效果要优于HIIT。

众多研究表明，两种运动干预模式对于改善CHD患者的心肺功能均显示出有效性，但由于样本量的限制以及研究对象和干预方案的不同，使研究结果不具有可比性，尚存在争议。GOMES-NETO等[24]探究了两种运动干预模式对于CHD患者运动耐力和生活质量的影响，发现两种运动干预模式之间不存在差异。有研究虽然涉及了HIIT与MICT对于CHD患者的运动干预[25]，但是目前国内外尚未见专门针对HIIT与MICT干预CHD患者心肺功能的系统评价。所以，本研究采用Meta分析方法，从循证医学的角度系统客观地评价HIIT与MICT对CHD患者心肺功能的干预效果，为CHD患者运动康复干预提供理论依据。

1 研究方法

1.1 文献纳入与排除标准

1.1.1 纳入标准 （1）研究设计：探究HIIT与MICT对CHD患者心肺功能影响的随机对照试验（randomized controlled trial，RCT）。（2）研究对象：为了降低运动风险隐患，纳入的研究对象均为接受手术治疗后的CHD患者。（3）干预措施：试验组运动干预措施仅为HIIT，对照组运动干预措施仅为MICT，每次运动干预时间均在30 min以上，且干预周期均≥4周。（4）结局指标：VO2peak、VO2AT、HRmax、血压（BP）、呼吸交换比率（RER）、CO2通气当量斜率（VE/VCO2Slope）、静息心率（HRrest）。

1.1.2 排除标准 （1）无法获取全文、实验数据以及重复发表的文献；（2）非中、英文文献；（3）两组基线值存在显著差异（P<0.05）；（4）患者在运动干预过程中无医疗监督。

1.2 文献检索策略 计算机检索PubMed、EMBase、The Cochrane Library、Web of Science、中国生物医学文献数据库（CBM）、中国知网（CNKI）、维普网和万方数据知识服务平台，搜集应用HIIT与MICT干预对CHD患者心肺功能影响的文献，检索时限均为建库至2020年11月，同时追踪相关系统评价所引用的参考文献和灰色文献，并手工检索相关期刊，补充相关文献以保证资料的全面性。以“间歇运动、间歇训练、冠心病、冠状动脉粥样硬化疾病”为主题，在CBM、CNKI、维普网和万方数据知识服务平台进行检索；以“Coronary Disease，High-intensity interval training”等为主题词，以“Coronary heart disease，Ischaemic cardiac disease，High-intensity intermittent exercise，Sprint Interval Training”等为自由词，在PubMed、EMBase、The Cochrane Library、Web of Science外文数据库进行检索。以PubMed为例，检索策略如表1所示。

表1 PubMed检索策略Table 1 Strategy to search randomized controlled trials about effects of HIIT versus MICT on cardiorespiratory fitness in patients with CHD in PubMed

1.3 文献筛选与数据提取 将检索到的文献导入到EndNote X9中进行剔重，然后由两名研究者通过阅读标题和摘要对文献进行初筛，如遇分歧，则通过讨论或由第三位研究者仲裁决定。对初筛后符合标准的文献进行搜集下载，通过阅读全文排除不合格的文献，对满足纳入标准的文献进行数据提取，内容包括：第一作者、发表时间、国家、总样本、性别、年龄、运动类型、运动周期、运动频率、运动处方（HIIT、MICT）、结局指标、质量评分。

1.4 纳入研究质量评价 由两名研究者运用Cochrane风险偏倚评估工具对纳入的文献进行方法学质量评价，如出现分歧，则通过讨论或由第三位研究者决定[26]。评价条目包括：（1）随机序列的产生；（2）分配隐藏；（3）受试者和研究者盲法；（4）结局评估者盲法；（5）受试者失访情况；（6）选择性报告结局指标；（7）发表偏倚及其他偏倚。依据各条目判定标准判断纳入研究偏倚的低风险、高风险和未知风险，对纳入的文献质量进行评分，将文献质量从高到低分为3个等级：高质量（≥5分）、中等质量（3～4分）、低质量（≤2分），发生偏倚风险较低的研究被认定为质量较高。

1.5 统计学方法 采用Review Manage 5.3和Stata 15.1软件进行统计学处理。试验数据为连续型变量，因此采用均数差（mean difference，MD）和95%置信区间（CI）为效应尺度合并效应量。合并效应量之前，采用 χ2检验对所有的数据进行异质性检验：若P>0.1且I2≤50%，则认为研究间异质性较低，选择固定效应模型进行Meta分析；若P≤0.1或I2>50%，则认为研究间异质性较高，选择随机效应模型进行Meta分析[27]，同时利用敏感性分析和Meta回归分析探究异质性来源。效应量合并之后，若P<0.05，证明试验组和对照组之间存在显著性差异，Meta分析的结果有统计学意义。同时，利用亚组分析探究变量对结果的潜在影响。最后，采用Egger's检验检测纳入文献是否存在发表偏倚。Egger's检验对发表偏倚的检测统计量为截距a对应的t值及P值，并通过其95%CI是否包含0判断是否存在发表偏倚。若截距a对应P<0.05或95%CI不包含0，则提示存在发表偏倚；反之，提示无发表偏倚[28]。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 文献检索结果 通过检索中文数据库获得89篇文献，英文数据库获得498篇文献，并手工追踪补充文献5篇，共592篇文献。导入文献管理软件EndNote X9进行剔重之后剩余426篇文献，通过阅读标题和摘要进行初筛之后剩余65篇，进一步下载阅读全文后，最终确定纳入Meta分析的共有12篇文献[3，16-22，29-32]，且均属于外文文献，文献筛选流程如图1所示。

图1 文献筛选流程图Figure 1 Flow diagram of literature selection

2.2 纳入研究的基本特征及方法学质量评估 本研究纳入Meta分析的12篇文献基本特征如表2所示。纳入的12篇文献共包含618例CHD患者，HIIT组包含305例，MICT组包含313例。其中有5篇文献[3，17-18，20-21]的干预周期在12周及以上，7篇文献[16，19，22，29-32]的干预周期在12周以下。12篇文献的方法质量评估如图2所示：文献均采用了随机化方法，其中有5篇文献[3，18-19，21-22]描述了具体的随机方法，2篇文献[21-22]实施了分配隐藏方案；由于受试者年龄大，风险较高，需要签署知情同意书，因此仅有3篇文献[21-22，32]实施了盲法，且均是对结果评估者施盲；有1篇文献[17]存在受试者失访情况，文献中注明了失访或退出的原因；文献均不存在选择性报告结局指标的情况，且其余风险评价未见明显偏倚。

表2 纳入文献的基本特征Table 2 Characteristics of randomized controlled trials included in the meta-analysis

图2 Cochrane偏倚风险评估示意图Figure 2 Analysis of the risk of bias in included randomized controlled trials in accordance with the Cochrane risk-of-bias tool guideline

2.3 Meta分析结果

2.3.1 合并效应量分析

2.3.1.1 VO2peak 在纳入的12篇研究中，共有9篇文献[3，16-17，20-22，29，31-32]报道了 VO2peak，经过异质性检验：I2=0，P=0.95，选择固定效应模型进行Meta分析，结果显示，HIIT对VO2peak的改善效果优于MICT，差异有统计学意义〔MD=1.63，95%CI（0.64，2.62），P=0.001〕，见图3。

图3 两种运动模式对VO2peak改善效果比较的森林图Figure 3 Forest plot of the comparison of effects of HIIT and MICT on improving VO2peak in coronary heart disease patients

2.3.1.2 VO2AT 在纳入的12篇文献中，共有3篇文献[3，18，22]报道了VO2AT，经过异质性检验，I2=0，P=0.52，选择固定效应模型进行Meta分析，结果显示，HIIT对VO2AT的改善效果优于MICT，差异有统计学意义〔MD=2.62，95%CI（0.82，4.42），P=0.004〕，见图4。

图4 两种运动模式对VO2AT改善效果比较的森林图Figure 4 Forest plot of the comparison of effects of HIIT and MICT on improving VO2AT in coronary heart disease patients

2.3.1.3 HRmax 在纳入的12篇文献中，共有10篇文献[3，16-22，31-32]报道了 HRmax，经过异质性检验：I2=0，P=0.53，选择固定效应模型进行Meta分析，结果显示，HIIT对HRmax的改善效果优于MICT，差异有统计学意义〔MD=5.41，95%CI（2.28，8.53），P=0.000 7〕，见图5。

图5 两种运动模式对HRmax改善效果比较的森林图Figure 5 Forest plot of the comparison of effects of HIIT and MICT on improving HRmax in coronary heart disease patients

2.3.1.4 收缩压（SBP）和舒张压（DBP） 在纳入的12篇研究中，共有 7 篇文献[3，17，19，22，30-32]报道了 SBP 和 DBP，SBP的异质性检验结果显示，I2=0，P=0.68，选择固定效应模型进行Meta分析，结果显示，HIIT对SBP的改善效果优于MICT，差异有统计学意义〔MD=3.16，95%CI（0.26，6.06），P=0.03〕。DBP的异质性检验结果显示：I2=43%，P=0.10，选择随机效应模型进行Meta分析，结果显示，HIIT对DBP的改善效果优于MICT，差异有统计学意义〔MD=2.56，95%CI（-0.21，5.32），P=0.07〕，见图6。由于纳入文献数量较少，不适合进行Meta回归分析，因此仅对纳入的文献进行敏感性分析，发现其中1篇文献[3]存在较高的异质性，其异质性可能是由于患者年龄较大以及运动时间不同所引起的。故剔除该文献之后继续进行异质性检验，异质性检验结果显示：I2=26%，P=0.24，合并结果的差异并没有因逐个文献的剔除而改变。

图6 两种运动模式对SBP和DBP的改善效果比较的森林图Figure 6 Forest plot of the comparison of effects of HIIT and MICT on improving systolic blood pressure （Figure A）and diastolic blood pressure（Figure B）in coronary heart disease patients

2.3.1.5 RER 在纳入的12篇文献中，共有9篇文献[3，16-17，20-22，29，31-32]报道了 RER，经过异质性检验：I2=40%，P=0.10，选择随机效应模型进行Meta分析，结果显示，两种运动模式对RER的改善效果比较，差异无统计学意义〔MD=0.01，95%CI（-0.01，0.03），P=0.27〕，见图7。为了探究异质性来源，对纳入的文献进行敏感性分析，发现其中1篇文献[20]存在较高的异质性，其异质性可能是由于干预周期所引起的，剔除该文献之后继续进行异质性检验，异质性检验结果显示：I2=30%，P=0.19，合并结果的差异并没有因逐个文献的剔除而改变。

图7 两种运动模式对RER改善效果比较的森林图Figure 7 Forest plot of the comparison of effects of HIIT and MICT on improving respiratory exchange ratio in coronary heart disease patients

2.3.1.6 VE/VCO2Slope 在纳入的12篇研究中，共有3篇研究[18，20，22]报道了 VE/VCO2Slope，经过异质性检验：I2=0，P=0.50，选择固定效应模型进行Meta分析，结果显示，两种运动模式对VE/VCO2Slope的改善效果比较，差异无统计学意义〔MD=-0.26，95%CI（-1.87，1.34），P=0.75〕，见图8。

图8 两种运动模式对VE/VCO2 Slope改善效果比较的森林图Figure 8 Forest plot of the comparison of effects of HIIT and MICT on improving minute ventilation-to-carbon dioxide output slope in coronary heart disease patients

2.3.1.7 HRrest 在纳入的12篇文献中，共有8篇文献[3，17，19，21-22，29，31-32]报道了 HRrest，经过异质性检验：I2=26%，P=0.22，选择固定效应模型进行Meta分析，结果显示，两种运动模式对Hrrest的改善效果比较，差异无统计学意义〔MD=1.19，95%CI（-0.42，2.80），P=0.15〕，见图9。

图9 两种运动模式对HRrest改善效果比较的森林图Figure 9 Forest plot of the comparison of improvement in HRrest between HIIT and MICT

2.3.2 亚组分析 HIIT与MICT对CHD患者心肺功能的影响可能受干预周期的影响，因此本研究对不同干预周期进行亚组分析，亚组分析结果表明：对于干预周期在12周及以上的患者，HIIT对于VO2peak、RER、VO2AT和HRmax的改善效果优于MICT，差异有统计学意义（P<0.05）；而干预周期在12周以下的患者，两种运动模式对于各指标的改善效果比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表3。

表3 HIIT与MICT对CHD患者不同干预周期比较的亚组分析Table 3 Subgroup analyses of effects of HIIT versus MICT on various outcomes in coronary heart disease patients by intervention duration（< or ≥ 12 weeks）

2.3.3 发表偏倚分析 VO2peak、RER、HRmax和HRrest的偏倚检验结果均为P>0.05且95%CI包含0，表明纳入的研究不存在发表偏倚，见表4。

表4 文献发表偏倚检验Table 4 Publication bias of the included studies

3 讨论

与其他诱导心血管危险因素相比，心肺功能衰退已被证明是诱导心血管疾病发生和死亡的重要因素[33]。定期运动可以扩张冠状血管、增加心肌供血，有利于改善心肺功能、促进心血管健康，而短期运动时间较短，很难使心脏产生良性变化，美国运动医学会推荐对心脏病患者的单次运动干预时间在30 min以上[34]。现有研究表明，对心脏病的干预周期最短为4周，且显示出有效性，因此将干预周期≥4周作为纳入标准进行文献筛选[35]。同时，VO2peak作为衡量心肺功能的“金指标”已经得到学者的共识[36-37]，故本研究采用VO2peak作为衡量CHD患者心肺功能的重要指标。Meta分析结果显示，HIIT可提高CHD患者的VO2peak。有临床研究表明，VO2peak每增加1 ml·kg-1·min-1，男性CHD患者的全因死亡率会降低17%，心血管疾病死亡率降低16%，女性CHD患者的全因死亡率和心血管疾病死亡率均降低14%[38]。同时，亚组分析结果显示，12周及以上的HIIT干预周期更有助于改善CHD患者的心肺功能，促进身体健康。CONRAADS等[17]对比了6周及12周HIIT干预对于CHD患者VO2peak的影响，结果证明HIIT干预周期越长，CHD患者VO2peak提升越明显；MOHOLDT等[29]也通过对比不同HIIT干预周期对CHD患者VO2peak的影响，证明了HIIT干预周期的长短会影响VO2peak的改善程度。HIIT提高VO2peak的作用机制可能表现在以下方面：（1）HIIT的运动强度高于MICT，可以同时刺激有氧代谢区域和无氧代谢区域，从而使血浆容量和红细胞容量增加，静脉回流情况得以改善，最终促使每搏输出量增加[39-40]，血流阻力下降[41]，且效果具有可持续性[42]。（2）患者接受了一段时间的HIIT之后，过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1（PGC-1a）的数量显著增加，从而加速了线粒体生物合成过程，产生了更多的线粒体，进而促使作用于糖酵解和氧化磷酸化的代谢酶增加，最终使骨骼肌代谢能力增强[43]。也有研究表明，VO2peak的提高可能与血管内皮系统、骨骼肌系统以及心脏自主神经系统有关[44]。尽管一些研究对HIIT提高患者心肺功能的生理机制进行了探索，但目前并未得到明确的解释。其原因可能是多方面的，包括个体身体素质的差异、HIIT干预周期等因素。所以，患者VO2peak的提高是人体不同组织共同作用的结果，HIIT提高心肺功能的生理机制仍需要进一步的探索。

VO2AT对于慢性病患者运动处方的制订至关重要[45]。有学者指出，代表体内乳酸开始升高的VO2AT是运动强度的标志。当运动强度超过VO2AT以后，血乳酸、血浆儿茶酚胺和肾素开始升高。这种应激反应如果持续较长时间，可能会对CHD、高血压、心律失常患者有影响[46]。Meta分析结果表明，相比MICT，HIIT在提高VO2AT水平方面效果更加显著。同时亚组分析结果表明，VO2AT的升高会受到干预周期等因素的影响，12周及以上干预周期的效果优于12周以下。VO2AT升高的机制可能是HIIT运动强度接近或高于VO2AT强度，促使Ⅱ型肌纤维糖酵解代谢水平提高，并促进机体能源物质转换和肌肉力量发展，提高了机体抗疲劳水平，使VO2AT 得以提升[47]。

另外，Meta分析结果显示，HIIT提高患者HRmax的效果优于MICT。且亚组分析结果表明，12周及以上的干预周期对于HRmax的提高效果明显优于12周以下。赵理强等[48]的研究综述探究了运动训练对HRmax的影响，多数研究证明了受试者经过有氧训练后，HRmax呈下降趋势；少数研究发现有氧训练后，受试者的HRmax保持不变。HIIT提高HRmax的原因可能是：（1）经常进行中等强度持续运动（有氧运动）可能会使最大心率降低。（2）HIIT可以提高每搏输出量、改善心肌收缩、增加极限运动时的射血分数、提高患者的运动耐量，进而促进HRmax的提高[49]。HRmax作为运动强度的重要指标，其影响因素有很多，包括年龄、性别、温度等。所以，HIIT促进HRmax提高的生理机制仍需要进一步的探索。相比MICT，HIIT在改善患者SBP水平方面效果显著；而对于DBP的改善，两种运动干预模式之间无差异。同时，亚组分析结果表明，HIIT与MICT对于SBP和DBP的改善效果不受干预周期因素的影响。运动降低SBP和DBP的生理机制可能与体内多肽的变化及其特异性受体的调节改变有关。运动可使体内多肽在心肌和冠状血管表达局部增高，体内多肽可以强化心脏、保护心血管、改善外周血管阻力，最终使SBP和DBP降低[50]。由于受纳入文献数量的限制，HIIT与MICT对于SBP和DBP的改善效果有待进一步研究。

RER是机体二氧化碳排出量与摄氧量的比值，其作为运动中三大供能物质也是氧化情况的提示指标，对指导运动康复具有十分重要的意义[51]。VE/VCO2Slope是反映运动耐力水平的重要指标，同时其还是心力衰竭患者死亡的重要预测因子[52]。有学者指出，当 VO2AT<11 ml·kg-1·min-1且VE/VCO2Slope>34时，可作为慢性心力衰竭患者早期死亡的高风险指标和心脏移植的筛选指标[53]。HRrest是评估心血管疾病的重要临床指标，有研究表明，HRrest每增加10次/min，发生心血管疾病的风险就会增加14%[54]。受纳入文献数量的限制，本研究Meta分析结果表明，HIIT与MICT在改善RER、VE/VCO2Slope和HRrest方面效果等同，两种运动方式不存在显著差异，其结果可能受到干预周期、患者年龄以及纳入文献数量的影响，未来仍需要继续纳入更多高质量的研究进行分析。

本研究严格按照PRISMA声明清单进行[55]，但仍存在一定的局限性：（1）本研究仅纳入了公开发表文献，没有公开发表的灰色文献未能纳入，可能在一定程度上影响资料的全面性；（2）本文纳入的各研究中HIIT强度、时间并不一致，可能在一定程度上造成异质性和偏倚；（3）部分结局指标纳入文献数量及样本量较少，可能会影响结果稳定性，希望未来能纳入更多高质量大样本量的研究，进一步证实本Meta分析结果，从而为CHD患者提供更合理的运动康复方案。

综上所述，当前证据表明，HIIT和MICT均可以改善CHD患者的心肺功能。HIIT在改善CHD患者VO2peak、VO2AT、HRmax以及SBP方面均优于MICT。12周及以上的干预周期对于CHD患者心肺功能的改善，HIIT的优势更明显。由于纳入研究数量和质量的限制，未来仍然需要更多高质量的研究进一步验证上述结论。

作者贡献：李大鑫进行文章的构思与撰写；朱俊英进行数据收集、整理，统计学处理，结果的分析解释，对文章整体负责、监督管理；陈平进行论文的修订以及文章的审校工作。

本文无利益冲突。