高强度间歇训练对青少年身体成分和心肺适能的影响

张志勇，李端英，孙 健，姬红慎，卢俊兵

前言

根据研究显示，国内青少年体力活动水平较低，因为长时间的久坐导致体育锻炼不足，肥胖的比例逐渐增长，在身体素质测试上的表现较差［1］，在国民体质健康监测中出现了身体素质指标下降以及肥胖率检出率上升等问题［2］。青少年健康水平下降的主要原因是日常的身体活动量不足，根据最近国际身体活动指南的建议，儿童青少年每天平均至少完成60分钟的中高强度运动，每周至少需要3天完成剧烈的有氧运动［3］。有研究表明，当前世界各国儿童、青少年体力活动水平较低，仅有27%～33%的儿童、青少年达到了国际身体活动指南建议的标准［4］，且全球儿童青少年的肥胖率稳定或快速地增长［5］。由于青少年用于建议的体力活动的时间不足以及肥胖率的增加，所以一个在较少时间内获得更高健康效益的运动形式，将大大地提高青少年的运动效率，也有可能减少肥胖率。如何在短时间内高效地提高训练效率，成为备受关注的话题。作为一种运动形式，HIIT由于能在有限的时间内较大程度地提高训练效率而进入大众的视野。

黎涌明（2015）总结目前有关高强度间歇训练的研究，根据高强度间歇训练的负荷强度、负荷持续时间和间歇时间等因素的规律，将高强度间歇训练（HIIT）定义为以负荷≥无氧阈或无氧稳定状态的强度，持续几秒到几分钟，并且两次练习之间不完全恢复的训练方法［6］。HIIT作为省时高效的训练方式，针对成人健康体适能的研究较多，研究表明HIIT可以改善成年人的身体成分和心肺适能等健康指标［7-9］。近年来，有关HIIT对青少年健康体适能影响的研究也在不断增加。相关研究论证了高强度间歇训练对青少年健康体适能的影响，还证明了HIIT可以降低心脏代谢风险因素等［10-11］。有关HIIT对健康体适能影响的研究中，针对身体成分和心肺适能的研究较多，而对柔韧适能和肌力适能的研究较少。另外，由于肥胖青少年数量不断增加导致身体成分相关指标未达标、具有较低心肺适能的青少年可能影响到日后心脏代谢疾病风险的提高［12］等原因，非常值得对健康和肥胖青少年的身体成分和心肺适能进一步探究。同时，考虑到HIIT的强度较大，且未在青少年群体中流行，这种强度和形式能否被青少年接受还值得斟酌。不过有相关研究表明将HIIT应用于青少年的日常体力活动当中具有可行性，研究对象的参与率较高，且大部分青少年对HIIT感到满意［13-14］。这为HIIT应用于青少年的日常身体活动提供了证据。

因此研究针对健康体适能中身体成分和心肺适能两个组块进行综述，系统阐述HIIT对该神青少年体成分与心肺适能训练干预剂量、干预效果、可能的机制，以及HIIT应用于日常活动的可行性，为提高青少年健康体适能水平的影响提供系统依据。

1 资料和方法

1.1 资料来源

于2020年2月在PubMed、web of science、中国知网、万方、维普等数据库检索2000年至2021年2月的相关文献，以“adolescent”“high-intensity interval training”“high-intensity intermittent training”“sprint interval training”“physical Fitness”“body composition”“cardiorespiratory fitness”等为英文检索词；以“青少年”“高强度间歇”“间歇冲刺”“体适能”“体成分”“心肺适能”等为中文检索词。并运用运算符“AND”“OR”“NOT”连接关键词。

1.2 文献筛选

通过检索获得287篇相关文献，在EndNote软件中筛选与整理，选择符合标准的文献最终选取13篇关于高强度间歇训练对青少年身体成分和心肺适能影响的文献进行综述。文献筛选流程图见图1。

图1 文献纳入流程图

2 HIIT对健康、肥胖青少年身体成分和心肺适能的影响

21世纪以后，较早关于HIIT对青少年体适能影响的一项研究来自Baquet等人［15］，Baquet等人对551名青少年进行实验，HIIT组在十周的时间里每周完成一次HIIT训练方案。在此基础之上，关于HIIT对青少年的研究逐年增加，涉及HIIT对青少年身体成分和心肺适能影响的研究被罗列在下表（1、2、3）中。

2.1 健康青少年

由于健康青少年和肥胖青少年在体适能方面具有差异性，本文将对健康青少年和肥胖青少年进行分别论述，本节梳理了关于健康青少年的研究（表1）。

表1 有关健康青少年的研究

2.1.1 HIIT对身体成分的影响

关于健康青少年的研究有如下几篇，Buchan等人［16］在正常青少年学生中展开试验研究，对青少年学生（78%为正常体重）干预后，HIIT组的体重几乎没有改变，但是CG组的体重和腰围都有了显著性的提高（p＜0.5）。另外，Weston等人［17］对试验后的青少年（有70%的正常体重）进行干预，结果中HIIT组的腰围（-4.1%）产生了有益的影响，但是体重和BMI几乎未产生改变。这两项研究的训练方案除了运动和间歇比（1：1和1：2）外，其他基本相同。尽管体重没有发生变化，有三篇报告了HIIT或者HIIT与其他形式的结合能够腰围（WC）、脂肪量等身体成分指标，而其他指标则没有显著的变化。

还有两篇结合或者改变运动形式完成干预实验，Van Biljon等人将HIIT与MICT结合作为研究，后测结果中对于腰围，HIIT+MICT组（-5.4%）相比于HIIT组（-0.48%）有显著性差异，然而在体重、BMI方面，所有组均没有显著性的改变［18］。还有检验不同形式的HIIT对青少年身体成分和心肺适能影响的研究，Alonso-Fernandezet等人［19］用使用Tabata（20s：10s）作为干预手段，结果发现体脂率（-7.8%）、体脂量（-7.0%）都有显著性的改善。

综上，几个研究中体重、BMI指标均没有发生改变，但是WC、脂肪量等指标却得到改善。训练方案相差不大，原因可能是青少年处于生长发育时期，需要消耗大量能量和营养，因此体重、BMI的变化不大。将健康青少年与肥胖青少年对比，可以看出健康青少年在身体成分的改善上可能不如肥胖青少年，另外，不同的运动形式对青少年产生的效果也可能不同，将HIIT与其他运动形式结合或者采用不同的HIIT形式对身体成分将产生有益的效果。

2.1.2 HIIT对心肺适能的影响

关于HIIT对健康青少年心肺适能的影响，五项研究表明在干预之后VO2max、收缩压、20m往返跑、舒张压等心肺适能指标有所改善。Buchan等人［16］的实验结果证明HIIT对心肺适能上有显著性的改善，尤其是收缩压（-4.2%）有非常显著的改善（p＜0.01）。Weston等人［17］的实验结果表明HIIT组对20m往返跑（22%）也产生了有益的影响。另外，Van Biljon等人［18］将HIIT与MICT结合，证明了HIIT与MICT的结合对心肺适能产生有益的改善，但是HIIT相比于MICT具有省时高效性，只进行HIIT花费的时间更少，带来的效益更高。Alonso-Fernandezet等人［19］得出tabata对VO2peak（10.2%）的改善具有显著性的结论。Tabata作为健身运动中的一种运动形式，在大众群体中广为流传，研究发现它对青少年身体成分和心肺适能能够产生有益的效果，但相关文献不多，因此未来研究可将其作为一种方向，并进行补充。Martin-Smith等人［30］对青少年学生使用全力冲刺（20s：10s）作为训练方案，仅在VO2max上有显著性的改善，收缩和舒张压同样下降，但是不存在显著性。

2.2 肥胖青少年

肥胖青少年的健康问题备受关注，大量研究表明HIIT可以有效改善肥胖青少年的健康体适能，本节梳理了与超重、肥胖青少年相关的研究（表2、3）

表2 超重、肥胖青少年中HIIT与其他干预对比的研究

表3 超重、肥胖青少年中HIIT与饮食建议结合的研究

2.2.1 HIIT对身体成分的影响

在研究对象为肥胖、超重青少年的研究中，将体脂率作为结果指标的研究比较多。例如，Racil等人［20-21］的两个实验组中，青少年试验后的体脂率（2013：HIIT，-8.0%；MIIT，-5.2%）（2016：HIIT，-9.7%；MIIT，-8.4%）有显著性的改善，而且HIIT组与MIIT和CG组相比有显著性的差异，说明中高强度的间歇训练均能减少肥胖青少年女孩的脂肪，并且前者的效果比后者的更好。

有研究表明在热量摄入方面，超重儿童通常大于正常体重儿童［22-23］，因此控制饮食的摄入可能对超重儿童身体成分有较大的影响。本文选取的文献中有几项研究加入了饮食控制，均是关于肥胖青少年的研究，在表2中被列出。

例如，Dias等人［24-25］有两个相关研究，后一个研究的结果中HIIT、MICT组的体脂率（-2.9%，-2.7%）、体重（-2.2%，-4.9%）、BMI（-2.4%，-4.8%）的后测结果对比基线都不存在显著性差异，也有研究证明过6个月的高强度耐力训练（30-40min以70-80%的心率进行每周三次的练习）对体脂率没有显著性的改善［26］。还有三项其他研究加上了饮食建议，有两篇文献发现HIIT组的体重、BMI、体脂率有显著性的改善。四项研究中有三项研究的HIIT组的训练方案是几乎完全相同的，但是在每次HIIT训练中工息比并未清楚地表明，然而每次HIIT训练中工息比可能会影响青少年身体成分的变化，另外，有两个研究阐明了饮食建议并严格控制，但是有两个研究未阐述清楚饮食的建议和监督，仅仅让研究对象参与饮食咨询，这可能导致研究对象不能按照要求完成饮食建议，影响最终的结果。

2.2.2 HIIT对心肺适能的影响

在肥胖青少年的研究中，Cvetkovic′等人［29］的研究表明休闲足球组和HIIT组的Yo-Yo测试和最大心率有显著性改善。但是在12周的干预中，HIIT组的训练时间从5min到20min不等，休闲足球组的训练时间为32min，因此在开始阶段，HIIT组和休闲足球组的训练时间差异性可能过大，可能影响最后的结果。因此，在时间效率方面，HIIT组比休闲足球组更好。有两项研究检验HIIT与饮食建议结合对肥胖青少年心肺适能的影响，两项研究的结果显示HIIT组与其他组相比，VO2peak、收缩压和舒张压等指标有所改善。HIIT+饮食建议可以有效地改善肥胖青少年的心肺适能，且得到证实的研究较多，但是饮食控制需要人员不断监督，可行性和可坚持性不高。

还有专门研究肥胖儿童心脏功能的研究，Ingul等人［31］用HIIT进行干预，结果显示12周的HIIT和MICT显著地改善了VO2max、VO2peak和健康、肥胖儿童青少年的心室收缩期组织的峰值速度，以及肥胖儿童青少年的右心室舒张期组织的峰值速度等，该实验强调了HIIT和MICT对肥胖儿童青少年心血管功能的有益效果。

综上，大部分研究都证明了HIIT能够改善青少年的身体成分和心肺适能，在心肺适能的改善方面大部分研究的结果较为一致，但是在身体成分方面许多研究得出的结果都不同，肥胖和健康青少年在身体成分方面对HIIT的适应也不同。而在心肺适能方面，健康青少年和超重肥胖青少年之间没有太大的差异，大量研究显示HIIT可以显著改善VO2max、VO2peak、收缩压等指标。尽管部分研究显示HIIT和MICT均可改善青少年身体成分和心肺适能，但是HIIT训练所花的时间比MICT所花的时间更少，效率更高。

3 相关的生理机制

关于HIIT可以改善青少年的机制，有研究表明在SIT干预后24小时的静息碳水化合物减少，脂肪氧化增加，从而降低了脂肪量，改善身体成分［36］。也有研究认为由于HIIT强度通常等于或大于乳酸阈，其供能的代谢物质主要是糖原，脂肪耗能较少，HIIT并不是提高了运动过程中脂肪的消耗，而是提高了日常生活和其他体力活动的代谢能力［37］。因此HIIT对身体成分改善的好处渗透在日常生活之中，对青少年健康产生更全面、有益的影响。

关于HIIT对心肺适能的效果要好于MICT的生理机制，可能与线粒体对短期训练的适应有关，MacInnis等人进行一项研究，参与者的两条腿在两周内分别进行6次训练，一条腿进行HIIT，另一条腿进行MICT，两条腿的训练量相同，结果表明，与MICT相比，HIIT能引起线粒体含量的增加［38］，并且HIIT可以使柠檬酸合成酶最大活性、II型纤维活化、单磷酸腺苷激活蛋白激酶活性的增加的更多［39］。

4 HIIT应用于青少年体育运动的可行性

尽管大量文献表明高强度间歇训练可以改善青少年的身体成分、心肺适能等健康因素，但是HIIT这种运动形式并未在青少年学生群体中流行，因此它的强度、形式是否适合青少年学生，并应用于日常活动，都需要考虑到青少年学生的自我感受。为此，有研究展开调查关于青少年在执行HIIT方案时的享受度、满意感和参与率，以及从中获得的心智益处等，为HIIT应用于青少年的日常锻炼作证据支持。

例如Kennedy等人［33］在10所学校中采取基于学校的HIIT课程，以另外10所作为对照，执行12个月的周期，在最后，超过80%的教师表示会对将来的学生执行该课程，也有近70%的学生表示会参加该课程。Lee等人［13］同样将肥胖青少年作为对象，在4周的周期里，参与者运动出勤率为92%，有85%的参与者喜欢HIIT，且一半（58%）的参与者认为HIIT比其他的运动形式更有趣。Leahy等人［14］选择16-18岁的大龄青少年作为研究对象，在14周每周3次的HIIT课程里，让教师辅助学生完成HIIT方案，测试后有90%的保留率，教师（4.0／5）和学生（4.0／5）对HIIT方案感到满意。这两项研究显示，执行HIIT后的参与者保留率较高，且大部分的参与者认为HIIT是个有趣的运动方式，一个有趣的运动方式有助于训练者坚持［34］，运动方式的多样性或许更吸引训练者，因此研究者可以改变HIIT的运动方式、间歇时间和强度，或者将HIIT与其他形式结合，以此提高训练者的参与度和兴趣。

有关于HIIT对大龄青少年创造力和情商的影响的研究，实验后测试结果显示，与对照组相比，实验组中不活跃青少年的创造力（p＝0.028）、幸福感（p＜0.001）和社交能力因素增加（均p＜0.003）［35］。因此，HIIT不只对身体产生益处，还能够在心智方面产生益处。HIIT这种运动形式受到学生和老师的认可，同时，它还能提高青少年的创造力、幸福感和社交能力。可见，将HIIT应用于青少年之中具有可行性。

5 总结

HIIT能够改善青少年的体脂率，肥胖青少年更容易改善体重和脂肪，运动干预与严格的饮食结合能更好地改善肥胖青少年的身体成分，HIIT还能够有效改善青少年的心肺适能；应用于青少年的HIIT干预方案的工息比通常是1：1，运动持续时间从10s-30s不等，内容通常是冲刺跑，负荷监控指标有HRmax和MAS等；青少年对HIIT感到满意，参与HIIT时出勤率也较高，同时，HIIT还能提高青少年的创造力、幸福感和社交能力，将其应用于青少年之中具有可行性。对于运动时间减少、体质健康下降的青少年来说，省时高效的HIIT是非常合适的一种运动方式。