冲刺间歇训练研究进展

赵 亭，郭 黎

高强度间歇训练（high intensity interval training，HIIT）作为一种省时、高效的训练方法，应用于运动员的体能训练中。由于中等强度耐力训练（moderate intensity continuous training，MICT）对高水平运动员运动成绩提升幅度较小，因而HIIT最初是应用于高水平运动员中。如1912年斯德哥尔摩奥运会10 000m跑冠军Hannes Kolehmainen就曾采用间歇跑提高身体机能；在20世纪20、30年代，芬兰著名长跑运动员Pavoo Nurmi采用快速间歇跑提高长跑成绩。间歇训练源于捷克优秀长跑运动员Ernil Zatopek。在训练中，Ernil Zatopek使用相当于≥85%最大摄氧量（O2max）的跑速进行短时间间歇跑训练，并在1952年赫尔辛基奥运会获得5 000 m、10 000 m及马拉松3项冠军（Billat，2001）。从20世纪60年代开始，HIIT被学术界广泛关注。德国弗莱堡大学的Woldemar Gerschler对间歇训练进行了研究和探讨（陈小平等，2013），并于1959年发表研究报告，这是第一次在学术期刊上对HIIT进行描述（黎涌明，2015）。此后，开始了对HIIT的生理作用以及对不同运动强度、运动时间以及运动方式的HIIT研究（Billat，2001）。美国运动医学会（The American College of Sport Medicine，ACSM）从 2010年开始连续多年将HIIT列为研究热点。在ACSM公布的十大健身趋势中，HIIT自2014年以来每年都排名前五，并在2014年和2018年两次排名第一，在2019年排名第三（Thompson，2018）。

截至目前，有关HIIT的定义尚未达成一致。ACSM将HIIT定义为：短时间的高强度运动后有短时间休息或恢复期的训练方法（Thompson，2018）；Viana等（2018）将HIIT定义为：接近最大强度下进行短或长时间的运动，运动强度通常为≥80%HRmax或80%O2max；黎涌明（2015）将HIIT定义为：进行多次运动强度为≥无氧阈或最大乳酸稳态的运动，并且运动之间间隔一段恢复期的运动训练方法。HIIT主要分为两大类：高强度有氧间歇训练（high intensity aerobic interval training，HIAIT）和冲刺间歇训练（sprint interval training，SIT）（Matsuo et al.，2014）。作为HIIT的两个分支，HIAIT和SIT有很多不同之处（Keating et al.，2017）：HIAIT的运动时间为60～240 s，运动强度为80%～100%O2max的高强度有氧间歇训练；SIT的运动时间为8～30 s，运动强度≥100%O2max的无氧训练。相对于HIAIT，SIT平均功率输出较大，能量消耗较少（Metcalfe et al.，2018），可诱导更多的线粒体呼吸量，增加线粒体生物标志物（Granata et al.，2015），更能减少皮褶厚度，且运动时间较短（Naves et al.，2018），更突出间歇运动节省运动时间这一特点。

本文通过对国内外有关SIT的研究进行整理和分析，探讨影响SIT训练效果的因素，基于不同运动形式的SIT以及SIT与MICT对机体的影响，并对SIT未来的研究方向进行展望。

1 影响SIT训练效果的因素

1.1 SIT训练模式对训练效果的影响

虽然SIT有一种基于Wingate功率自行车的经典训练模式，但不同的运动时间、运动强度、间歇时间、间歇恢复形式以及冲刺次数可能会产生不同的训练效果。

研究表明，运动时间为15 s的SIT与30 s的SIT两种训练方法对O2max、耐力以及心血管功能的改善程度相似（Yamagishi et al.，2017），且运动时间从30 s减至 15 s，可以显著性增加临界功率以及乳酸阈（Zelt et al.，2014）。Hazell等（2010）比较运动时间为10 s的SIT和30 s的SIT对有氧能力、无氧能力的影响。发现经过两周训练，O2max、相对峰值功率、相对平均功率以及运动表现有显著性改善，但两组组间无显著性差异。但有研究发现，运动时间为20 s的SIT比10 s的SIT对O2max的影响程度大（10%vs 4%）（Nalcakan et al.，2017）。因此，运动时间对O2max的影响还不确定，仍待进一步研究（Macinnis et al.，2017）。

研究表明，间歇时间是决定心肺负荷和有氧适应的关键因素（Kavaliauskas et al.，2015）。有研究比较冲刺10 s，间歇时间为1 min和4 min两种训练模式对有氧、无氧能力的影响，结果表明，经过2周训练后，两种训练模式在有氧能力、无氧能力以及在骨骼肌酶活性的改善程度上无显著性差异，但是在Wingate无氧能力测试中，只有间歇1 min的SIT训练组的最低输出功率（minimum power output）有改善，且其疲劳指数降低，而间歇4 min的SIT训练组疲劳指数增加，训练后两组的疲劳指数有显著性差异。因此，表明间歇时间较短的SIT训练组（间歇1 min）较间歇4 min组在Wingate无氧功率测试中输出功率的衰减幅度更小、疲劳的发生程度更低（Olek et al.，2018）。但有研究认为，间歇时间太长或太短均不利于耐力的改善。Kavaliauskas等（2015）比较运动时间为10 s，间歇时间为30 s、80 s和120 s的SIT对耐力适应能力的影响，发现当间歇时间为30 s时，由于身体机能还没有恢复，进行下一次SIT较为困难；当间歇时间为120 s时，因休息时间太长而不能产生有效的耐力适应能力；当间歇时间为80 s时耐力适应能力最强。因此间隔时间的长短应结合训练目的，以选择合适的间隔时间。

从冲刺次数上看，经典的SIT运动模式是进行4～6次冲刺运动，有研究认为，较少的冲刺次数对机体也有积极性影响（Metcalfe et al.，2012）。Vollaard等（2017）认为，冲刺次数减至 2～3 次，更能增加O2max。由于O2max的改善可能主要是线粒体密度增加或血容量的增加，以上两种机制与糖原快速分解有关，而糖原分解在第3次SIT时已经减弱。在进行多次SIT时，血乳酸生成速率在第1次SIT时最大，第3次SIT中的血乳酸生成速率是第1次生成速率的1/6（Parolin et al.，1999）。但针对进行1次冲刺对身体机能的影响程度最为显著的问题，Songsorn等（2016）验证了这一假设，每天进行1次运动时间为20 s的 SIT，每周 3次，4周后O2max无显著改善，认为进行重复全力运动是SIT产生显著性效果的必要条件。

Farias-Junior等（2019）比较了总运动时间和总间隔时间相同，冲刺次数、单次运动时间、单次间隔时间不同的SIT的生理反应，进行10组运动时间、间隔时间为60 s的SIT与20组运动时间、间隔时间为30 s的SIT时的气体代谢，结果表明，前者在运动过程中的摄氧量（O2）、二氧化碳呼出量（CO2）大于后者，在间歇时的O2和CO2小于后者，但呼吸商却相反，前者在运动过程中小于后者，在恢复过程中大于后者。从整个运动期间来看，两者的O2、CO2无显著性差异，但是前者的呼吸商显著大于后者。Lloyd Jones等（2017）比较了20组冲刺6 s间歇48 s的SIT与4组冲刺30 s间歇4 min的SIT对机体的影响，发现6次训练后，虽然两种方式对O2max无明显改善，但运动耐力均显著性提高，且峰值功率在6 s组增加了9%，30 s组增加了20%。

1.2 训练者自身因素对训练效果的影响

除上述SIT训练模式影响训练效果外，训练者自身因素，如性别和身体状态，对训练效果也有影响。

性别因素。有研究认为，在冲刺过程中，女性糖酵解供能比例较少，有氧系统供能比例比男性高25%（Gibala et al.，2014）。Scalzo等（2014）认为，在 SIT运动过程中，男性肌肉蛋白合成和线粒体生物生成能力强于女性。Bagley等（2016）比较了男性和女性在12周运动强度为175%O2max的SIT作用下身体成分、糖脂代谢以及有氧能力的反应，发现经过训练后，糖脂代谢无显著性差异，男性体脂率下降程度大于女性，女性O2max提高程度大于男性。也有研究认为，SIT后各项指标在男女之间无差异（Hood et al.，2011；Townsend et al.，2014）。Gibala（2014）认为，性别差异造成的不同结果可能与对干扰因素的控制有关，如女性月经周期以及身体健康状态等。

受试者的身体状态。有研究表明，对于普通人群（非运动员），SIT可以改善运动能力和骨骼肌氧化能力；对于运动员，SIT可以改善运动表现，但改善机制在两者间有很大不同。SIT改善非运动员的运动能力主要是通过改善线粒体酶活性，对运动员主要是通过改善骨骼肌的缓冲能力以及Na＋-K＋泵活性，从而有助于保持细胞的兴奋性和产生力量，延缓疲劳，提高运动能力（Gibala et al.，2013）。

2 基于不同运动方式的SIT

运动方式作为间歇训练的重要组成部分，影响着训练的积极性，进而影响训练效果。

2.1 基于自行车的SIT

功率自行车作为一种常见的训练器械被广泛应用。目前，基于自行车的SIT训练效果研究内容主要包括：有氧能力、无氧能力、代谢能力、心血管功能、身体成分、运动表现等。研究表明，基于自行车的SIT对上述指标有显著改善（张旭，2016；张学领，2016；Burgomaster et al.，2008；Trilk et al.，2011；Whyte et al.，2010）（表 1）。

表1 基于功率自行车的SITTable 1 Cycling Based SIT Protocol

2.2 基于跑步机的SIT

与骑自行车相比，跑步是一种较普遍的运动方式。Rowley等（2017）观察基于跑步机的SIT对肥胖女性的影响，发现经过12周的冲刺间歇跑后，O2max改善了20.7%，体脂率减少了1.7%。有研究发现，基于跑步机的SIT对身体成分和脂代谢的影响，即经过每次4～6组，每周3次，共6周跑步机的SIT后，脂肪量减少了8%（训练前15.1±3.6 kg vs训练后13.9±3.4 kg），腰围减少了3.5%（训练前80.1± 4.2 cm vs训练后77.3± 4.4 cm），O2max增加了8.7%（训练前46±5ml/kg/min vs训练后 50±6 ml/kg/min），峰值速度增加了4.8%（训练前16.6±1.7 km/h vs训练后17.4±1.4 km/h），高密度脂蛋白轻微下降（训练前1.34±0.28 mmol/L vs训练后 1.24 ± 0.24 mmol/L）（Hazell et al.，2014）。同时，有研究比较了4周基于跑步机的SIT对不同年龄组的影响，发现年轻组和中老年组O2max、峰值冲刺速度以及耐力都有显著性提高（Willoughby et al.，2016）。Kavaliauskas等（2018）比较了2周基于自行车的SIT和基于跑步机的SIT对机体的影响，发现两组的峰值摄氧量（O2peak）无显著性差异，通气阈均显著性增加，但组间无差异，而跑步机组力竭时间有显著性增加（训练前495±40 s vs训练后551±15 s）。有研究发现，进行4组基于自行车的SIT与基于跑步机的SIT的过量氧耗相似，两组组间无显著性差异（Townsend et al.，2014）。因此，基于跑步机的SIT也是一种有效的训练方式。

2.3 基于其他方式的SIT

对抗自身体重的SIT。对抗自身体重的运动作为一种对运动设备和场地要求较低的训练方式，深受广大健身人士的喜爱。有研究比较了对抗自身体重运动的SIT与基于跑步机的SIT对人体的作用，发现对抗自身体重运动的SIT的训练效果类似甚至优于基于跑步机的 SIT（Schaun et al.，2018）。Gist等（2014）将基于Burpee的SIT与基于Wingate功率自行车的SIT相比，发现两组在运动过程中的心率和摄氧量相似，Burpee组运动后的RPE（14.5±2.2）低于Wingate功率自行车组（17.0±1.7）。为了验证基于Burpee的SIT能否作为一种新形式的SIT，受试者需进行基于Burpee运动的SIT（每次4～7组30 s的全力运动，间隔4 min，每周3次，共4周），观察其与中等强度体能训练（跑步、肌力训练、仰卧起坐）相比对机体的作用。结果表明，4周后两组的有氧能力、无氧能力以及体能测试成绩无显著性差异，Burpee组下肢线粒体功能降低而体能训练组下肢线粒体功能升高，组间无显著性差异，出现这一情况的原因是Burpee上肢肌肉做功较多，而体能训练则是依靠下肢做功，因此体能训练组下肢线粒体功能升高（Gist et al.，2015）。Gurd等（2018）对办公室人群进行对抗自身体重运动的SIT（Burpee俯卧撑、登山者俯卧撑、开合跳），结果表明，经过12周的训练后，（83±17）%的受试者严格按照训练模式进行训练，并且受试者的有氧能力、上肢肌力以及下肢灵活性都有显著性改善。因此，对抗自身体重运动的SIT可以作为一种可以替代基于自行车或跑步机的SIT被广泛应用。

基于其他方式的SIT。体育运动的SIT对运动员机体的影响，主要包括的运动方式有：游泳、全力折返跑、划桨、皮划艇训练等（表2）。结果显示，基于以上训练方式的SIT对受试者的心肺功能、机体代谢功能以及运动表现有显著性提高，可以作为一种有效的训练方式应用于运动员的体能训练中。

表2 基于不同运动方式的SITTable 2 SIT Protocols Based on Various Exercise Modes

3 SIT与MICT

选择正确的运动模式和运动强度对提高身体机能十分重要。虽然相对于MICT，SIT运动时间较短，总能量消耗较少（Schaun et al.，2017），但产生的炎症反应与MICT相似（Hovaknloo et al.，2013），对心血管系统和骨骼肌代谢的作用效果类似或优于MICT。有研究认为，SIT和MICT使机体发生适应性变化的部位不同，MICT改善中枢机制，如最大心输出量和每搏输出量等；SIT主要改善外周机制，如动-静脉氧差（Macpherson et al.，2011）。因此，有必要对两种训练方式对机体的影响进行归纳总结，比较两种方式的训练效果。

在有氧能力、无氧能力上，SIT的作用效果类似（张旭，2016）甚至优于MICT。有研究比较了10周SIT和MICT对有氧能力、无氧能力的影响，发现两组O2max均显著性增加，无氧能力只在SIT组有显著改善（Sokmen et al.，2018），两种方式诱导毛细血管密度增加的程度相似（Cocks et al.，2015），使线粒体发生有关的基因表达、柠檬酸合酶活性增加程度相似（Macinnis，2017）。但有研究表明，只有SIT可以显著提高O2peak（Heiskanen et al.，2017；Higgins et al.，2016；Honkala et al.，2018），出现这一差异的原因可能是，相较于低强度运动，高强度运动可以诱导更高的线粒体生物氧化发生率（Macinnis，2017）。

在糖代谢方面，两种方式均可增加非糖尿病人群的胰岛素敏感性，SIT在改善胰岛素敏感性方面类似（Cocks，2015；Motiani et al.，2017）或 优 于 MICT（Sandvei et al.，2012）。研究表明，经过 12周运动强度为 170%O2peak的SIT，相较于运动强度为60%O2peak的MICT，对胰岛素敏感性提高更显著，降低了患Ⅱ型糖尿病的风险（Sim et al.，2015）。但目前关于两种方式对Ⅱ型糖尿病患者胰岛素敏感性的研究结果不一。有研究认为，两种方式都能改善胰岛素敏感性（Honkala 2017，2018），但也有研究认为，对胰岛素 敏感性无影 响（Ruffino et al.，2017；Sjoros et al.，2019）。出现不同结果的原因可能除了运动方式外，还与受试者自身身体状态、病程、用药情况等有关。

在脂代谢方面，SIT相对于MICT可以改善胆固醇水平（Sandvei，2012），降低心内甘油三酯水平（Honkala，2017）。但Mohr（2014）认为，两种方式经过15周的训练后，脂代谢相关指标在训练前后无显著性差异。有研究认为运动对个体血脂水平的影响取决于运动前的血脂水平、运动强度、运动时间、身体成分、热量摄入、代谢率和生活方式等（Su et al.，2019）。SIT对代谢能力的影响类似或优于MICT，可能由于SIT运动强度较大，Islam等（2018）等对不同运动强度的EPOC及运动后底物氧化代谢能力研究发现，SIT后的EPOC较大，脂肪氧化率大于MICT，脂肪利用率大，因而影响代谢能力。

4 SIT对机体的影响

SIT可使机体产生较高的生理刺激和反应、改善心肺功能、身体成分、有氧能力、无氧能力以及代谢能力。在改善心血管功能方面，可以增加每搏心输出量（Trilk，2011）、降低安静心率（Mohr，2014）、降低收缩压和舒张压（Chan et al.，2013）；在改善身体成分方面，可以减少体重、体脂含量、腰围和大腿围，增加去脂体重，降低腹部皮下脂肪、腹腔内脏脂肪面积、全身脂肪含量（张旭，2016）；在改善有氧能力方面，可以提高O2max，增加骨骼肌线粒体酶活性（Burgomaster，2008），提高骨骼肌的摄氧能力，增高肌氧含量（张学领，2016）；在改善无氧能力方面，可增加峰值功率和平均功率（Hazell，2010），显著提高峰值冲刺速度及平均冲刺速度（Willoughby，2016）；在影响糖代谢方面，可增加胰岛素敏感性，但对空腹血糖浓度无显著性影响，显著改善葡萄糖耐量（Richards et al.，2010；Sandvei，2012），但胰岛素敏感性和葡萄糖耐量测试改善效果的持续时间未超过72 h（Whyte，2010）。虽然SIT对糖代谢的影响只具有短期效应，但是SIT可以作为一种降低Ⅱ型糖尿病风险的训练手段被长期应用；在影响脂代谢方面，肥胖人群血清中总胆固醇、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、甘油三酯没有显著性变化（Whyte，2010）。但也有研究证实，健康人进行SIT后，脂代谢有显著性改变，最后一次训练后60 h内的血浆低密度脂蛋白浓度和总胆固醇浓度显著性降低（Sandvei，2012）。训练效果出现差异的原因可能在于受试者生理机能不同，梁玉等（2008）发现，肥胖组相对于健康组，进行MICT时的血清甘油三酯和游离脂肪酸浓度较低，呼吸交换率和血糖浓度较高，因此，表明肥胖男性的生理机能较差，对脂肪利用和分解能力较弱，所以运动对脂代谢的作用在正常人中较明显。

SIT除了对生理指标有改善外，对运动员的运动表现和心理也有积极影响。在运动表现上，5周的SIT可以改善青少年冲浪者的重复冲刺划桨能力（Farley，2016），4周基于自行车的SIT可以改善曲棍球运动员的冲刺能力（Naimo et al.，2015），12次基于划船的SIT可以改善划船运动员的运动表现（2 000 m计时赛成绩）（Stevens et al.，2015）。在心理方面，研究表明，2周的SIT可以改善注意力控制能力（De Sousa et al.，2018）；6周的SIT对青少年足球运动员的认知型焦虑、自信心、RPE等心理指标有显著性改善（Selmi et al.，2018）。因此，SIT作为一种训练方式普遍应用于运动员当中，可以改善运动员体能，减轻焦虑，增加自信，对运动成绩有积极影响。

5 SIT的局限性

虽然SIT可以改善心血管功能、机体代谢能力、身体成分、运动成绩，降低慢性疾病的患病率，对生理和心理都有积极性影响，但SIT并不适用于所有人群。由于SIT运动强度较大，对心脏负荷较大，危险系数较高，患有严重的心血管疾病的人群不宜使用此种训练方式。轻度慢性病患者应遵循医生的建议进行锻炼；对儿童或者青少年训练人群来说，为了避免过量运动对机体产生的不良反应，训练量应循序渐进。

6 总结与展望

SIT作为HIIT的一种训练方式，可以改善心血管功能（增加心输出量、降低血压、降低安静心率等），增加有氧能力（增加O2max、增加肌氧含量等），增加无氧能力（增加峰值功率和平均功率等），改善身体成分（降低体脂含量、减轻体重、增加去脂体重等），改善物质代谢能力（改善糖脂代谢能力等）以及对运动能力等有积极性的影响。与MICT相比，虽然运动时间较短但运动效果类似甚至优于后者。影响SIT训练效果的因素有很多，比如SIT训练模式：1）从运动时间上看，运动时间为10～30 s对O2max、峰值功率等指标有显著性改善；2）从间歇时间上看，运动10 s、间歇时间为1～4 min对身体机能水平有积极性影响。除了可以改善O2max、峰值功率、平均功率等外，间歇1 min对改善Wingate功率自行车无氧测试中的最小功率、降低疲劳指数有积极作用；间歇80 s可以改善机体的耐力适应能力，因此应结合训练目的选择合适的间歇时间；3）从冲刺次数上看，运动30 s，冲刺2～6次对机体的有氧能力、无氧能力有显著性改善。虽然有研究探讨了非经典SIT训练模式对机体影响，但是在SIT训练模式中所应用的指标（运动时间、间歇时间、运动次数等）均不相同，尚不能得出确定性结论。

目前针对不同运动方式的SIT研究尚少，未来的研究应充分利用SIT的特点，探究基于其他运动项目的SIT，观察引起的生理反应、能量代谢以及对机体的影响，以便找到既符合专项运动员，同时又可以普遍应用于大众健身训练，对设备要求不高且易于实施的冲刺间歇训练。