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一种用于提升心肺适能的真实世界高强度间歇训练方案

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DOI：

10.3791/63708

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2022年2月22日

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1Department of Physical Education, Federal University of the Jequitinhonha and Mucuri Valleys, 2Multicenter Graduate Program in Physiological Sciences, Federal University of the Jequitinhonha and Mucuri Valleys, 3Graduate Program in Health Sciences, Federal University of the Jequitinhonha and Mucuri Valleys, 44Department of Health, Exercise, and Sports Sciences, University of New Mexico

本文内容

摘要

本研究提出了一种低成本且易于实施的“真实世界”高强度间歇训练（HIIT）方案，可用于科学研究，并探讨其对心肺适能的有效性。

摘要

高强度间歇训练（HIIT）已成为一种有趣且省时的锻炼方式，有助于提高运动依从性并改善健康状况。然而，目前很少有研究在"真实世界"环境中检验HIIT方案的有效性，例如在无需专业设备的户外空间实施的HIIT方案。本研究提出了一种"真实世界"训练方案，命名为"beep训练"，并利用该beep训练方案，比较了HIIT方案与传统长时间中等强度持续训练（MICT）方案在改善超重非训练男性VO2 max方面的有效性。22名受试者被分为两组，分别进行户外跑步训练：MICT组（n = 11）和HIIT组（n = 11）。使用代谢分析仪在训练前后评估心肺适能。两种训练方案均每周进行3天，持续8周，并依据Beep测试结果制定训练强度。MICT组以20米往返跑最大速度（Vmax）的60%–75%进行训练，跑动距离逐步增加至3,500–5,000米。HIIT组则进行间歇训练，每次包含7–10组200米跑，速度为20米往返跑最大速度（Vmax）的85%–100%，每组之间安排1分钟的被动恢复。尽管经过8周的beep训练后，HIIT组的总训练量显著低于MICT组（p < 0.05），但HIIT在提升VO2 max方面优于MICT（MICT组：约4.1%；HIIT组：约7.3%；p < 0.05）。基于beep训练方案的"真实世界"HIIT方案是一种省时、低成本且易于实施的训练方式，适用于超重且缺乏训练的男性。

引言

大量证据表明，高强度间歇训练（HIIT）所诱导的生理适应效果与传统的长时间中等强度持续训练（MICT）相当，甚至更优1,2,3。一次HIIT训练由短时间的高强度运动组成，其间穿插低强度运动（主动恢复）或休息（被动恢复）。虽然采用MICT方案的每日训练平均持续30至60分钟，而采用HIIT方案的每日训练所需时间通常仅为MICT的一半或更短。鉴于久坐人群普遍将“缺乏时间”视为坚持规律体育锻炼的主要障碍4，HIIT可能是一种具有时间效率的可行策略，有助于提高锻炼依从性并改善健康状况5。

然而，尽管越来越多的证据表明高强度间歇训练（HIIT）对健康有益，但大多数研究设计的HIIT方案均针对条件严格受控的实验室环境，并使用高成本的专业设备，例如跑步机和功率自行车。在过去5年中，一些研究强调了开展新研究的重要性，以验证在现实环境中进行的HIIT方案的健康益处，例如在户外空间进行、无需专业设备的HIIT方案6。然而，在非实验室环境中设计严格受控的研究来测试HIIT方案，一直是该领域研究人员面临的主要挑战。

针对这一挑战，本研究开发了一种适用于科学研究的真实世界高强度间歇训练（HIIT）方案，并检验了其在心肺适能方面的有效性。研究采用Leger等人提出的折返跑测试7（称为Beep训练）制定训练方案，比较了基于该Beep训练的HIIT与中等强度持续训练（MICT）对超重新生男性VO2 max的影响。简而言之，尽管HIIT每日训练时长约为MICT方案的一半，但采用HIIT的Beep训练在提升VO2 max方面优于采用MICT的Beep训练。因此，结合HIIT的Beep训练是一种时间效率高且可行的方法，可用于改善明显健康但超重/肥胖个体的心肺适能。此外，由于Beep训练是一种低成本、易于在真实场景中实施的体力训练方式，普通人群可轻松开展该训练方案。

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方案

本研究经杰基廷霍尼亚和穆库里河谷联邦大学伦理与研究委员会批准。所有参与者均被告知本研究的目的和实验程序，并在参与前签署了书面知情同意书。

1. 实验设计

  1. 选择符合纳入标准的个体：年龄在30至50岁之间、体重指数（BMI）≥25 kg·m-2、最大摄氧量低于50 mL O2·kg-1·min-1的非吸烟健康个体，并且在过去3个月内每周进行不超过2天的规律性体力活动。
  2. 应用体力活动准备问卷（PARq）8，以评估是否存在心血管疾病、代谢性疾病或其他可能妨碍体力活动的体征或症状。
  3. 首先根据体重指数（BMI），其次根据最大摄氧量（VO2 max）对受试者进行配对，并将其随机分为两组：中等强度持续训练组（MICT；n = 11）和高强度间歇训练组（HIIT；n = 11）。
  4. 实施MICT或HIIT训练方案（图1）。
  5. 记录受试者在运动训练方案实施前后的VO2 max值。

2. VO2 最大负荷测试（递增负荷方案）

  1. 在测试前至少24小时，让受试者熟悉跑步机以及代谢分析仪所使用的口嘴。
  2. 根据制造商的建议校准代谢分析仪。
  3. 使用心率监测器测量受试者的心率。
  4. 将单向非重复呼吸口嘴佩戴于受试者面部，确保完全覆盖其口部和鼻部。
  5. 根据受试者的身体活动水平，设定跑步机的速度及最大代谢当量（MET）递增幅度9。
  6. 开启跑步机，选择Ramp方案，并输入受试者的身体活动水平（即预估的最大MET值）。
  7. 按下ON以启动Ramp方案，该方案以5 km/h的速度开始，进行3分钟的热身。
    注意：Ramp方案根据受试者报告的身体活动水平估算测试进程，并计算出8至12分钟之间的运动测试持续时间。
  8. 在测试的每一分钟，记录心率（HR）以及使用Borg 6-20量表评估的自觉用力程度（RPE）。
  9. 当满足以下所有标准时，可认为已达到VO2最大值：呼吸交换率（RER）大于1.10；心率超过基于年龄预测的最大心率（220-年龄）的95%；且RPE等于或大于18。
  10. 将跑步机速度恢复至5 km/h（热身速度），并在跑步机上继续行走3分钟。
  11. 关闭跑步机，并从受试者身上取下口嘴。

3. 约束测试（Leger 等人7）

  1. 选择一个平坦的表面，能够放置两个相距 20 m 的锥形标志物。
  2. 指导受试者在由特定测试软件发出的蜂鸣声所规定的时间内，跑完 20 m 的距离（以锥形标志物标记）。
  3. 调整连接到计算机并运行该软件的音响设备。
  4. 让受试者熟悉测试流程。
  5. 开始测试。
    注意：Beep Test 软件会自动缩短蜂鸣声的时间间隔，使测试每一阶段的跑步速度增加 0.5 km/h。
  6. 当受试者无法在蜂鸣声规定的时间内完成 20 m 跑步时，结束测试。

4. 训练方案

注：表1总结了8周训练期间运动方案（MICT和HIIT）的进展情况。

  1. MICT 方案
    1. 指导每位受试者在锻炼期间根据心率监测仪的 GPS 数据保持跑步速度。
    2. 在每次锻炼前，指导受试者进行 5 分钟热身，包括动态拉伸和步行。
    3. 在每次锻炼前佩戴带有 GPS 定位功能的心率（HR）监测仪。
    4. 开始锻炼。
    5. 指导受试者通过定期查看心率监测仪上的时钟显示的速度和距离，以保持正确的速度和距离。
    6. 对受试者进行为期 2 周的训练，每周 3 次（周一、周三和周五），每天 1 次，速度为 20 米测试中获得的个体最大速度（Vmax）的 60%，第一周每次训练距离为 3,500 米，第二周每次训练距离为 4,000 米。
    7. 对受试者进行为期 4 周的训练，每周 3 次（周一、周三和周五），每天 1 次，速度为 Vmax 的 65%，第三周每次训练距离为 4,000 米，第四和第五周每次训练距离为 4,500 米，第六周每次训练距离为 5,000 米。
    8. 对受试者进行为期 1 周的训练，每周 3 次（周一、周三和周五），每天 1 次，速度为 Vmax 的 70%，第七周每次训练距离为 5,000 米。
    9. 对受试者进行为期 1 周的训练，每周 3 次（周一、周三和周五），每天 1 次，速度为 Vmax 的 75%，第八周每次训练距离为 5,000 米。
    10. 在第七周，以 Vmax 的 70% 进行训练，每日训练距离为 5,000 米。
    11. 在第八周，以 Vmax 的 75% 进行训练，每日训练距离为 5,000 米。
    12. MICT 组的训练可在上午或下午进行。
    13. 每次锻炼结束后，将心率监测仪记录的数据传输至计算机，以确认是否达到规定的距离和跑步速度。
    14. 排除未完成当周全部训练课程的受试者。
    15. 分析数据，确保每位受试者按照规定的距离和速度完成相应的训练方案。
  2. HIIT 方案
    1. 根据每次锻炼规定的 Vmax% 计算每 20 米 beep 声音之间的时间间隔。
    2. 打开 Sound Forge PRO 软件。
    3. 输入相关信息，例如 beep 声音每次持续的秒数、每次锻炼冲刺需要发出 beep 声的次数，以及冲刺之间的间歇期（对应被动恢复）。
    4. 下载 MP3 格式的个人声音文件。
    5. 将 beep 声音文件发送至每位受试者的手机。
    6. 每隔 20 米用锥形标志物标记一条跑道。
    7. 指导受试者根据 beep 声音的指令（通过耳机收听），在准确的时间点到达每个锥形标志物（每 20 米放置一个）。
    8. 在每次锻炼前，指导受试者进行 5 分钟热身，包括动态拉伸和步行。
    9. 在每次锻炼前佩戴带有 GPS 定位功能的心率（HR）监测仪。
    10. 开始锻炼。
    11. 对受试者进行训练：第一周进行 7 次、第二周进行 8 次 200 米冲刺，速度为 Vmax 的 85%，冲刺之间间隔 1 分钟被动恢复。
    12. 对受试者进行训练：第三周进行 8 次、第四和第五周进行 9 次、第六周进行 10 次 200 米冲刺，速度为 Vmax 的 90%，冲刺之间间隔 1 分钟被动恢复。
    13. 对受试者进行训练：第七周进行 10 次 200 米冲刺，速度为 Vmax 的 95%，冲刺之间间隔 1 分钟被动恢复。
    14. 对受试者进行训练：第八周进行 10 次 200 米冲刺，速度为 Vmax 的 100%，冲刺之间间隔 1 分钟被动恢复。
    15. HIIT 组每天训练 1 次，每周 3 次（周一、周三和周五），可在上午或下午进行。
    16. 每次锻炼结束后，将心率监测仪记录的数据传输至计算机。
    17. 排除未完成当周全部训练课程的受试者。
    18. 分析数据，确保每位受试者按照规定的距离和速度完成相应的训练方案。

5. 统计分析

  1. 所有数据均以均值 ± 标准差表示。
  2. 使用 Shapiro-Wilk 检验对数据进行正态性检验。
  3. 采用单因素或双因素方差分析（ANOVA）对数据进行分析，随后进行 Tukey 事后检验；显著性水平设定为 5%。

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结果

表1 显示了高强度间歇训练（HIIT）组和中等强度持续训练（MICT）组在距离、速度、休息时间、训练时长和平均心率方面的数据。在为期8周的 beep 训练期间，MICT组的跑步距离和训练时长均高于HIIT组（p < 0.05），而HIIT组的跑步速度和心率则高于MICT组（p < 0.05）。这些数据证实了MICT与HIIT训练方案之间的主要差异：MICT以长时间、中等强度的连续性运动为特征，而HIIT则以短时间、高强度的间歇性运动为特征。

图2 显示了Beep训练对VO的影响2 最大值。训练前，VO2 最大摄氧量在MICT组与HIIT组之间相似（MICT：45.01 ± 4.12 mL O2·Kg-1·分钟-1；高强度间歇训练（HIIT）：46.16± 3.10 mL O...

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讨论

高强度间歇训练（HIIT）已成为传统中等强度持续训练（MICT）的一种节省时间的替代方案。本研究提出了一种低成本、易于实施的高强度间歇训练方案，适用于真实世界环境。大多数研究已通过基于实验室的高强度间歇训练方案证实了HIIT对健康的益处6,10，而近年来，少数研究开始探讨真实世界环境下高强度间歇训练方案对超重且未经训练个体的影响10,14。

Roy 等人10在超重个体中测试了一种基于家庭的高强度间歇训练（HIIT）方案，该方案包含多种运动类型（大多数仅使用自身体重）。参与者每周进行 3 天、持续 12 个月的家庭 HIIT 训练。为了达到较高的运动强度，目标为自觉用力评分（RPE）8–10 分（10 分制），参与者需要逐步进阶到更具挑战性的运动选项（例如类似 Wingate 型的 HIIT 方案

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披露

作者声明无利益冲突。

致谢

感谢米纳斯吉拉斯联邦若阿津哈河和米库里河谷大学（UFVJM）综合研究生与健康研究中心（CIPq-Saúde）为实验提供设备和技术支持。感谢米纳斯吉拉斯州研究支持基金会（FAPEMIG）（资助编号：APQ-00214-21、APQ-00583-21、APQ-00938-18、APQ-03855-16、APQ-01728-18）、国家科学技术发展委员会（CNPq）（资助编号：438498/2018-6）以及高等级人才培养协调办公室（CAPES）（资助编号：001）提供的经费支持。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
Beep Test 软件 比特工坊N/A版本 2.0
运动生理学测量 &与分析系统ADI 仪器PL3508B80PowerLab 8/35 及配套的 LabChart Pro 软件（包含用于计算 VCO 等代谢参数的代谢分析模块）2, VO2呼吸交换率（RER）和每分通气量
生物放大器
气体分析仪
气体混合室
肺量计
热敏电阻探头
运动生理学附件套装
GraphPad SoftwareGraphPad PrismN/A7.00 版本
心率监测器PolarN/ARS800 跑步电脑：跑步电脑可在运动期间显示并记录您的心率及其他运动数据。2. Polar WearLink W.I.N.D. 发射器：发射器将心率信号发送至跑步电脑。该发射器由连接器和胸带组成。
Sound Forge PRO 软件Sound ForgeN/A版本 14.00
跑步机IMBRASPORTN/A速度从 0 到 24 km/h。
海拔升高从 0 到 26%。
用户承重上限为 220 kg。
4 hp 电机（220 v）
自动润滑系统
带安全钥匙和紧急停止按钮。
运行14种预设方案：Bruce、改良Bruce、微型Bruce、Naughton Ellestad、Balke、Balke-Ware、Astrand、Cooper、Kattus、男性Mader、女性Mader、Stanford及改良Stanford。
运行 RAMP 协议。

参考文献

  1. Gibala, M. J., Little, J. P., Macdonald, M. J., Hawley, J. A. Physiological adaptations to low-volume, high-intensity interval training in health and disease. The Journal of Physiology. 590 (5), 1077-1084 (2012).
  2. Gist, N. H., Fedewa, M. V., Dishman, R. K., Cureton, K. J. Sprint interval training on aerobic capacity: a systematic review and meta-analysis. Sports Medicine. 44 (2), 269-279 (2014).
  3. Gillen, J. B., Gibala, M. J. Is high-intensity interval training a time-efficient exercise strategy to improve health and fitness. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. 39 (3), 409-412 (2014).
  4. Fowles, J. R., O'Brien, M. W., Solmundson, K., Oh, P. I., Shields, C. A. Exercise is Medicine Canada physical activity counselling and exercise prescription training improves counselling, prescription, and referral practices among physicians across Canada. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. 43 (5), 535-539 (2018).
  5. Batacan, R. B., Duncan, M. J., Dalbo, V. J., Tucker, P. S., Fenning, A. S. Effects of high-intensity interval training on cardiometabolic health: a systematic review and meta-analysis of intervention studies. British Journal of Sports Medicine. 51 (6), 494-503 (2017).
  6. Gray, S. R., Ferguson, C., Birch, K., Forrest, L. J., Gill, J. M. High-intensity interval training: key data needed to bridge the gap from laboratory to public health policy. British Journal of Sports Medicine. 50 (20), 1231-1232 (2016).
  7. Leger, L. A., Mercier, D., Gadoury, C., Lambert, J. The multistage 20 metre shuttle run test for aerobic fitness. Journal of Sports Sciences. 6 (2), 93-101 (1988).
  8. Olds, T., Tomkinson, G., Léger, L., Cazorla, G. Worldwide variation in the performance of children and adolescents: an analysis of 109 studies of the 20-m shuttle run test in 37 countries. Journal of Sports Sciences. 24 (10), 1025-1038 (2006).
  9. Ainsworth, B. E., et al. Compendium of physical activities: a second update of codes and MET values. Medicine and Science in Sports and Exercise. 43 (8), 1575-1581 (2011).
  10. Roy, M., et al. HIIT in the real world: outcomes from a 12-month intervention in overweight adults. Medicine and Science in Sports and Exercise. 50 (9), 1818-1826 (2018).
  11. Medina-Mirapeix, F., Escolar-Reina, P., Gascon-Canovas, J. J., Montilla-Herrador, J., Collins, S. M. Personal characteristics influencing patients' adherence to home exercise during chronic pain: a qualitative study. Journal of Rehabilitation Medicine. 41 (5), 347-352 (2009).
  12. Medina-Mirapeix, F., et al. Predictive factors of adherence to frequency and duration components in home exercise programs for neck and low back pain: an observational study. BMC Musculoskeletal Disorders. 10 (1), 1-9 (2009).
  13. Palazzo, C., et al. Barriers to home-based exercise program adherence with chronic low back pain: Patient expectations regarding new technologies. Annals of Physical and Rehabilitation Medicine. 59 (2), 107-113 (2016).
  14. Lunt, H., et al. High intensity interval training in a real world setting: a randomized controlled feasibility study in overweight inactive adults, measuring change in maximal oxygen uptake. PloS One. 9 (1), 83256(2014).
  15. Jung, M. E., et al. Cardiorespiratory fitness and accelerometer-determined physical activity following one year of free-living high-intensity interval training and moderate-intensity continuous training: a randomized trial. International Journal of Behavioral Nutrition and Physical Activity. 17 (1), 1-10 (2020).
  16. Taylor, J. L., et al. Guidelines for the delivery and monitoring of high intensity interval training in clinical populations. Progress in Cardiovascular Diseases. 62 (2), 140-146 (2019).
  17. Grip, F., et al. HIIT is superior than MICT on cardiometabolic health during training and detraining. European Journal of Applied Physiology. 121 (1), 159-172 (2021).

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