Summary
本研究提出了一种低成本且易于实施的“现实世界”高强度间歇训练（HIIT）科学研究方案，并讨论了其对心肺健康的效率。
Abstract
高强度间歇训练（HIIT）已成为一种有趣的省时方法，可以提高运动依从性并改善健康状况。然而，很少有研究在“现实世界”环境中测试HIIT协议的效率，例如，为没有专门设备的户外空间设计的HIIT协议。这项研究提出了一种名为“哔哔声训练”的“真实世界”训练方案，并使用这种蜂鸣训练协议对超重未训练男性的VO2 max进行了HIIT团与传统的长期中等强度连续训练（MICT）团的效率。22名受试者使用MICT（n = 11）或HIIT（n = 11）进行户外跑步。使用代谢分析仪在训练方案之前和之后评估心肺健康。两种训练方案均使用蜂鸣测试结果每周3天进行，持续8周。MICT组以20米穿梭测试（Vmax）最大速度的60%-75%进行锻炼计划，并且距离为3，500-5，000米。HIIT组以20 m穿梭试验（Vmax）最大速度的85%~100%进行7~10次200 m的间歇性训练，穿插1 min的被动恢复。尽管在 8 周的蜂鸣训练后，HIIT 组的训练量明显低于 MICT 组（p < 0.05），但 HIIT 在改善最大 VO2 方面优于 MICT（MICT：~4.1%;HIIT： ~7.3%;p < 0.05）。基于哔哔声训练协议的“现实世界”HIIT团是一种节省时间，低成本且易于实施的协议，适用于超重未经训练的男性。
Introduction
强有力的证据表明，高强度间歇训练（HIIT）与传统的长期中等强度持续训练（MICT）相比，可诱导相似甚至更好的积极生理适应1，2，3。HIIT课程由短时间的高强度运动组成，穿插低强度运动（主动恢复）或休息（被动恢复）。虽然使用MICT协议的每日会话持续30至60分钟，但平均而言，使用HIIT的每日会话可能需要MICT会话的一半或更少时间。然后，考虑到久坐不动的个体已经表明缺乏时间是进行常规体育锻炼计划的主要障碍4，HIIT可能是一种有趣的时间效率方法，可以增加运动依从性并改善健康状况5。
然而，尽管越来越多的证据表明HIIT对健康有益，但大多数研究已经使用高成本的专用设备（如跑步机和循环测力计）为良好控制的实验室环境设计了HIIT协议。在过去的5年中，一些研究强调了新研究的重要性，这些研究证实了HIIT在现实世界中使用运动方案的健康益处，例如，在没有专用设备的户外空间中进行的HIIT方案6。然而，设计良好控制的研究以在非实验室环境中测试HIIT协议的困难一直是该领域研究人员面临的主要挑战。
为了应对这一挑战，这里开发了一种用于科学研究的真实HIIT协议，并测试了其在心肺健康方面的效率。使用Leger等人提出的 穿梭测试（称为哔哔训练）开发了一种训练方案，并比较了基于这种哔哔训练的HIIT和MICT团对VO2 max的影响。简而言之，尽管HIIT每日会话的持续时间几乎是MICT协议持续时间的一半，但HIIT的蜂鸣训练在增加VO2 max方面优于使用MICT的蜂鸣训练。因此，使用HIIT进行蜂鸣训练是一种省时且可行的方法，可以改善明显健康的超重/肥胖个体的心肺健康。此外，一般人可以很容易地练习哔哔声训练协议，因为它是一种低成本且易于在现实世界场景中实施的体育训练。
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Protocol
这项研究得到了Jequitinhonha联邦大学和Mucuri Valleys伦理与研究委员会的批准。所有参与者都被告知研究的目标和实验程序，并在参与之前签署了书面知情同意书。
1. 实验设计
- 选择符合纳入标准的个体：年龄在30至50岁之间的非吸烟健康个体，其体重指数（BMI）为≥25 kg·m-2 ，最大耗氧量小于50 mL O2·kg-1·min-1 ，并在过去3个月内每周进行不超过2天的定期体育锻炼。
- 应用身体活动准备问卷（PARq）8 对心血管疾病，代谢或任何其他阻碍体育锻炼的疾病的体征或症状进行分层。
- 首先通过BMI配对参与者，其次通过最大摄氧量（VO2 max）配对参与者，并将其随机分为两组之一，即中等强度连续训练组（MICT; n = 11）和高强度间歇训练组（HIIT; n = 11）。
- 执行MICT或HIIT协议（图1）。
- 记录运动训练方案前后的VO2 max。
2. VO2 最大测试（斜坡协议）
- 在测试之前，让参与者熟悉代谢分析仪上使用的跑步机和吹嘴至少24小时。
- 根据制造商的建议校准代谢分析仪。
- 使用心率监测器测量参与者的心率。
- 将非呼吸单侧烟嘴放在患者身上，确保完全遮住参与者的口鼻。
- 使用受试者的身体活动水平来编程最大代谢当量（MET）增量的速度和程度9.
- 打开跑步机，选择斜坡协议，然后输入受试者的身体活动水平（即估计的最大MET）。
- 按 ON 键启动斜坡协议，该方案从以 5 km/h 的速度预热 3 分钟开始。
注意：斜坡协议根据被告知的受试者的身体活动水平估计测试的进展，并计算8至12分钟的运动测试持续时间。 - 每分钟使用Borg量表6-20记录心率（HR）和感知劳累（RPE）评级。
- 考虑到当满足以下所有标准时达到VO2 max：呼吸交换率（RER）大于1.10;HR大于该年龄（220岁）预测的最大HR的95%;和 RPE 等于或大于 18。
- 将跑步机速度恢复到5公里/小时（热身值），并在跑步机上再保持3分钟。
- 关闭跑步机，从参与者身上取下吹嘴。
3. 蜂鸣测试（Leger 等人 7）
- 选择一个平坦的表面，允许放置两个锥体，它们之间的距离为20 m。
- 引导参与者在预定的时间内运行20米（以锥体标记），由为此测试开发的特定软件产生的蜂鸣声发出信号。
- 使用软件调整连接到计算机的声音设备。
- 让参与者熟悉测试。
- 开始测试。
注：蜂鸣测试软件会自动降低蜂鸣声的计时，使测试的每个阶段的运行速度提高 0.5 km/h。 - 当志愿者无法在蜂鸣声规定的时间内完成20米跑步时，结束测试。
4. 训练方案
注意： 表1 总结了8周训练期间运动方案（MICT和HIIT）的进展。
- MICT 协议
- 根据心率监测器的 GPS，调整每个参与者的方向，使其在锻炼期间保持跑步速度。
- 指导参与者在每次锻炼前进行动态伸展和步行，完成5分钟的热身。
- 在每次锻炼前戴上配备GPS跟踪的心率（HR）监测器。
- 开始锻炼课程。
- 通过在心率监测器上定期检查时钟的速度和距离，指示参与者保持正确的速度和距离。
- 对参与者进行为期2周的训练，每周三次（周一，周三和周五），每天一次，达到20米测试（Vmax）期间达到的个人最高速度的60%，第一周每次训练的距离为3，500米，第二周每次训练的距离为4，000米。
- 对参与者进行为期4周的培训，每周三次（周一，周三和周五），每天一次，Vmax的65%，第三周每次4，000米，第四周和第五周每节4，500米，第六周每节5，000米。
- 对参与者进行为期1周的培训，每周三次（周一，周三和周五），每天一次，Vmax的70%，在第七周每次训练的距离为5，000米。
- 对参与者进行为期1周的培训，每周三次（周一，周三和周五），每天一次，Vmax的75%，在第八周每次训练的距离为5，000米。
- 以Vmax的70%对参与者进行培训，在第七周内覆盖5，000米的每日距离。
- 以Vmax的75%对参与者进行培训，在第八周内覆盖5，000米的每日距离。
- 在早上或下午训练MICT小组。
- 每次锻炼后，将心率监测器记录的数据传输到计算机，以验证是否达到规定的距离和跑步速度。
- 排除未在一周内完成所有培训课程的参与者。
- 分析数据以确保每个参与者根据规定的距离和速度执行相应的训练方案。
- HIIT 协议
- 根据每次锻炼规定的 Vmax% 计算每 20 米一次蜂鸣声之间的时间间隔。
- 打开 Sound Forge PRO 软件。
- 输入诸如蜂鸣声必须发出多少秒，必须拍摄多少次才能完成每个锻炼冲刺以及冲刺之间的间隔期（对应于被动恢复）等信息。
- 下载MP3格式的单个声音文件。
- 将蜂鸣声文件发送到每个参与者的手机。
- 每隔 20 米标记一条带有锥体的车道。
- 指示参与者遵循蜂鸣声的命令（通过耳机收听），指导每个受试者必须到达锥体的确切时刻（每20米放置一次）。
- 指导参与者在每次锻炼前进行动态伸展和步行，完成5分钟的热身。
- 在每次锻炼前戴上配备GPS跟踪的心率（HR）监测器。
- 开始锻炼课程。
- 在Vmax的85%下，用7个冲刺（第一周）和8个冲刺（第二周）200米的冲刺（第二周）训练参与者，并在冲刺之间穿插1分钟的被动恢复。
- 在90%的Vmax下，用8个冲刺（第三周），9个冲刺（第4周和第5周）和10个冲刺（第六周）200米训练参与者，穿插1分钟的被动恢复。
- 在95%的Vmax下，以200米的10次冲刺（第七周）对参与者进行训练，并穿插1分钟的被动恢复。
- 在100%的Vmax下，以200米的10个冲刺（第八周）训练参与者，并穿插1分钟的被动恢复。
- 每天训练一次HIIT小组，每周三次（星期一，星期三和星期五）在早上或下午。
- 每次锻炼后，将心率监测器记录的数据传输到计算机。
- 排除未在一周内完成所有培训课程的参与者。
- 分析数据以确保每个参与者根据规定的距离和速度执行相应的训练方案。
5. 统计分析
- 将所有数据表示为均值±标准差。
- 使用夏皮罗-威尔克检验检查数据的正态性。
- 使用单因子或双向方差分析数据，然后进行Tukey的事后测试;将显著性水平设置为 5%。
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Representative Results
表 1 显示了 HIIT 和 MICT 组的距离、速度、休息时间、会话持续时间和平均心率数据。在8周的蜂鸣训练中，MICT组的跑步距离和持续时间高于HIIT组（p <0.05），而HIIT的跑步速度和心率高于MICT组（p <0.05）。这些数据证实了MICT和HIIT协议之间的主要差异，即MICT的特征是长时间的中等强度连续运动，而HIIT的特征是短时间的高强度间歇运动。
图 2 显示了蜂鸣训练对最大 VO2 的影响。在训练之前，MICT和HIIT组之间的VO2 max相似（MICT：45.01±4.12 mL O2·Kg-1·min-1;HIIT： 46.16± 3.10 mL O2·Kg-1·min-1;p = 0.98）。训练后，两组VO2 max均增加（MICT：49.12±5.26 mL O2·Kg-1·min-1;HIIT： 53.47 ± 3.86 mL O2·Kg-1·min-1;p < 0.05）;然而，HIIT组的最大摄 氧量增加优于MICT组（MICT：~4.1%;HIIT： ~7.3%;p < 0.5; 图2A、B）。
| 断续器 | 断续器 | |||||||||
| 周 | 距离（米） | 速度（Vmax） | 休息（分钟） | 持续时间（分钟） | 心率（次/分钟） | 距离（米） | 速度（Vmax） | 休息（分钟） | 持续时间（分钟） | 心率（次/分钟） |
| 1 | 3500 | 60% | -- | 27.8 ± 3.2 | 142 ± 11 | 约7 x 200 | 85% | 1 | 14.8 ± 0.7* | 171 ± 11* |
| 2 | 4000 | 60% | -- | 31.4 ± 4.2 | 145 ± 13 | 约8 x 200 | 85% | 1 | 16.7 ± 0.7* | 170 ± 10* |
| 3 | 4000 | 65% | -- | 29.4 ± 3.5 | 146 ± 10 | 约8 x 200 | 90% | 1 | 16.2 ± 0.7* | 174 ± 11* |
| 4 | 4500 | 65% | -- | 31.9 ± 3.4 | 147 ± 10 | 约9 x 200 | 90% | 1 | 18.2 ± 0.8* | 173 ± 11* |
| 5 | 4500 | 65% | -- | 31.2 ± 3.1 | 154 ± 9 | 约9 x 200 | 90% | 1 | 18.0 ± 0.9* | 175 ± 10* |
| 6 | 5000 | 65% | -- | 32.9 ± 3.3 | 151 ± 9 | 约10 x 200 含泡沫塑料支架 | 90% | 1 | 19.9 ± 1.0* | 174 ± 11* |
| 7 | 5000 | 70% | -- | 33.4 ± 5.0 | 153 ± 10 | 约10 x 200 含泡沫塑料支架 | 95% | 1 | 19.4 ± 0.8* | 177 ± 10* |
| 8 | 5000 | 75% | -- | 32.2 ± 4.0 | 156 ± 10 | 约10 x 200 含泡沫塑料支架 | 100% | 1 | 19.1 ± 0.9* | 178 ± 9* |
| Vmax：使用 20 米蜂鸣测试确定的最大运行速度。 | ||||||||||
| *MICT和HIIT之间的显着差异。 | ||||||||||
表1：在训练方案的8周内，HIIT和MICT组的距离，速度，休息时间，会话持续时间和平均心率的比较。 改编自Gripp等人17。
图1：MICT和HIIT协议的实验设计。 改编自Gripp等人17。 请点击此处查看此图的大图。
图 2：HIIT 和 MICT 组的蜂鸣音训练前后的 VO 2 峰值。（A） 训练前和训练后的 VO2 峰值。（B） Delta （Δ） VO2 峰值 （训练后 VO2 峰值 - 训练前 VO2 峰值）。不同的字母表示同一组内具有统计学意义的差异。星号表示组间在统计上显著的差异。数据表示为平均±SD和p<0.05。改编自Gripp等人17。请点击此处查看此图的大图。
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Discussion
HIIT已成为传统MICT的一种省时替代方案。本研究为实际环境提供了一种低成本、易于实施的 HIIT 协议。大多数研究已经证明HIIT使用基于实验室的HIIT方案6，10的健康益处，最近，很少有研究调查了现实世界的HIIT方案对超重未经训练的个体的影响10，14。
Roy等人.10 测试了一种基于家庭的HIIT协议，该协议由超重个体的多种运动类型（大多数仅使用体重）组成。参与者每周3天进行家庭HIIT，持续12个月。为了达到高水平的运动强度，以8-10（10分量表）的感知运动评分（RPE）为目标，参与者需要进展到更具挑战性的运动选项（例如，Wingate型HIIT协议10），并允许他们选择他们的锻炼计划。即使在锻炼计划1年后，VO2 max也没有变化。这一结果的原因之一可能与参与者的依从性低（67%）有关。因此，一些研究认为，这种类型的家庭运动具有较低的长期依从性，因为它对大多数人，特别是久坐不动的人来说很复杂11，12，13.在更类似于本研究中提出的HIIT协议的方法中，Lunt等人14在超重个体中测试了一种运行的户外HIIT协议。参与者每周3天进行HIIT，持续4个月，每日疗程平均持续15分钟，包括在85%-95%的心率下跑步4分钟，然后进行3分钟的主动恢复（步行或慢跑）。训练后，VO2 max提高了约10%;然而，参与者的依从性仅为59%（仍然低于Roy的研究10中参与者的依从性）。
这种蜂鸣训练方案比Roy等人9 和Lunt等人14 在科学研究中提出的HIIT协议具有重要的优势。虽然Roy等人10 提出了一种基于家庭的HIIT协议，其目标是8-10（10点尺度）的RPE，而Lunt等人14 提出了一种针对85%-95%HR的户外HIIT协议，但这里 通过 易于执行和愉快的户外HIIT协议创建了一种更可靠的强度控制方法。
在使用HIIT协议的科学研究中使用RPE和最大心率百分比（HRmax）来监测运动强度在最近的研究中受到批评15，16。虽然由于RPE的使用容易，因此鼓励在临床环境中监测运动强度，但由于个体难以准确报告对努力的主观感知，RPE在研究中的使用受到质疑15。Taylor等人16 强调，在HIIT方案中使用%HRmax作为运动强度处方也是不精确的。在众多原因中，他们强调了在最大运动测试中估计甚至准确测量个体HRmax的困难。因此，临床试验中达到的平均HR通常小于HIIT方案规定的目标HR。
蜂鸣训练方案中的运动强度是根据在20米穿梭测试（Vmax）期间达到的个体最大速度来规定的，该测试主要用于儿童和成人的运动练习8。在为期8周的训练中，MICT组和HIIT组的跑步强度分别逐渐设定为Vmax的65%-75%和85%-100%。一旦一个人记录了Vmax，训练有素的教练就会根据每个锻炼课程规定的Vmax%计算每20米蜂鸣声之间的时间间隔。然后，一旦熟悉了哔哔声训练程序，甚至不需要心率监测器;只要有一部手机，一个耳机，一个锥体或类似的物体来划定20米的区域，就足以进行日常锻炼练习。
与Roy等人10 和Lunt等人14 使用的HIIT协议相比，蜂鸣训练方案的另一个亮点是心肺健康和依从性的蜂鸣训练的结果。所有研究都具有相似的样本特征（即超重未经训练的个体）。Roy研究的HIIT组最大摄氧 量没有变化，运动依从性为67%，而Lunt研究的HIIT组最大摄 氧量增加了10%，运动依从性为59%。与这些结果相比，在本研究中，HIIT组观察到最大摄 氧量增加了7.3%，运动依从性为81%。
蜂鸣训练协议有一些限制。首先，训练有素的教练必须每周至少陪同一次，以便对运动处方进行可能的调整。其次，户外空间和最小的设备（手机，耳机和锥体（或类似物体））也是必要的。然而，由教练使用远程监控和适应小型户外空间（例如，10米的空间，允许从业者去和回来完成哔哔声拍摄所需的20米）可以很容易地解决这些限制，以允许哔哔声训练练习。此外，几个人可以同时在同一空间锻炼，因为他们将使用带有个人声音的单个耳机作为锻炼处方。最后，训练协议的另一个限制是，在练习部分使用的跑步速度是基于哔哔声测试的。在这项测试中，个体需要每20米减速一次才能变成180度，导致一些时间丢失（可能是毫秒）。在锻炼期间，如果一个人不需要在训练轨道上转动180度，那么与该训练轨道中达到的实际最大速度相比，哔哔声测试中达到的最大速度将被低估。
在这项研究中，基于设计用于在现实环境中实践的哔哔声训练方案，提出了一种可行，省时，低成本且易于实施的HIIT团。必须进行未来的研究，以测试蜂鸣训练在不同年龄的健康和不健康个体中的效率和可行性。
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Disclosures
作者没有利益冲突需要声明。
Acknowledgments
感谢来自Jequitinhonha e Mucuri联邦大学（UFVJM）的Centor-Integrado de Pós-Graduação e Pesquisa em Saúde（CIPq-Saúde）为实验提供设备和技术支持。感谢米纳斯吉拉斯州安帕罗基金会（FAPEMIG）（金融代码APQ-00214-21，APQ-00583-21，APQ-00938-18，APQ-03855-16，APQ-01728-18），国家电子和技术与技术协会（CNPq）（财务代码438498/2018-6）和Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior（CAPES）（财务代码001）提供财政支持。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Beep Test software | Bitworks | N/A | version 2.0 |
| Exercise Physiology Measurement & Analysis System | ADI INSTRUMENT | PL3508B80 | PowerLab 8/35 and LabChart Pro software (which includes the Metabolic Module for calculating metabolic parameters such as VCO2, VO2, respiratory exchange ratio (RER) and minute ventilation) Bio Amp Gas Analyzer Gas Mixing Chamber Spirometer Thermistor Pod Exercise Physiology Accessory Kit |
| GraphPad Software | GraphPad Prism | N/A | version 7.00 |
| Heart Rate monitor | Polar | N/A | RS800 Running Computer: The running computer displays and records your heartrate and other exercise data during exercise. 2. Polar WearLink W.I.N.D. transmitter: The transmitter sends the heart rate signal to the running computer. The transmitterconsists of a connector and a strap. |
| Sound Forge PRO software | Sound Forge | N/A | version 14.00 |
| Treadmill | IMBRASPORT | N/A | Speed from 0 to 24 km/h. Elevation from 0 to 26%. Weight capacity for users up to 220 kg. 4 hp motor (220 v). Automatic lubrication system. With Safety Key and Emergency Stop Button. Runs 14 preset protocols: Bruce, Modified Bruce, mini Bruce, Naughton Ellestad, Balke, Balke-Ware, Astrand, Cooper, Kattus, Male Mader, Female Mader, Stanford and Modified Stanford. Run RAMP PROTOCOL. |
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