Summary
この研究は、科学研究のための低コストで実装が容易な「現実世界」高強度インターバルトレーニング(HIIT)プロトコルを提示し、心肺フィットネスのためのその効率について議論します。
Abstract
高強度インターバルトレーニング(HIIT)は、運動の遵守率を高め、健康を改善するための興味深い時間効率の良いアプローチとして浮上しています。しかし、HIITプロトコルの効率を「現実世界」の設定でテストした研究はほとんどなく、例えば、特別な機器のない屋外空間用に設計されたHIITプロトコルなどです。この研究は、「ビープ音トレーニング」と名付けられた「現実世界」のトレーニングプロトコルを提示し、HIIT連隊の効率を、このビープ音トレーニングプロトコルを使用して、従来の長期中強度連続トレーニング(MICT)連隊と比較します。22人の被験者がMICT(n = 11)またはHIIT(n = 11)を用いて屋外ランニングを行った。心肺機能性は、代謝分析装置を用いてトレーニングプロトコルの前後に評価した。両方のトレーニングプロトコルは、ビープテスト結果を使用して、週3日、8週間実施しました。MICTグループは、20 mシャトルテストの最高速度(Vmax)の60%-75%で、3,500-5,000 mの距離の進行で運動プログラムを実行しました。HIITグループは、20mシャトルテスト(Vmax)の最高速度の85%〜100%で、200mの7〜10回の発作でインターバルエクササイズを行い、1分間の受動的回復を散在させた。HIIT群は、8週間のビープ音トレーニングの後、MICT群よりも有意に低いトレーニング量(p < 0.05)を示したが、HIITはVO2 maxの改善においてMICTよりも優れていた(MICT:〜4.1%;HIIT: ~7.3%;p<0.05)。ビープ音トレーニングプロトコルに基づく「現実世界の」HIIT連隊は、太りすぎの訓練を受けていない男性のための時間効率が高く、低コストで、実装が容易なプロトコルです。
Introduction
堅牢な証拠は、高強度インターバルトレーニング(HIIT)が従来の長期中強度連続トレーニング(MICT)と同等または優れた陽性生理学的適応を誘導することを示しています1,2,3。HIITセッションは、低強度の運動(能動的回復)または休息(受動的回復)が散在する高強度運動の短い発作で構成されています。MICT プロトコルを使用した 1 日のセッションは 30 ~ 60 分続きますが、HIIT を使用した 1 日のセッションは平均して MICT セッションの半分以下の時間で完了します。次に、座りがちな個人が定期的な身体運動プログラム4に従事するための主な障壁として時間の欠如を示していることを考慮すると、HIITは運動の遵守を高め、健康を改善するための興味深い時間効率の良いアプローチであり得る5。
しかし、HIITの健康上の利点を指摘する証拠が増えているにもかかわらず、ほとんどの研究では、トレッドミルやサイクルエルゴメーターなどの高コストの特殊機器を使用して、適切に制御された実験室環境向けにHIITプロトコルを設計しています。過去5年間に、いくつかの研究は、HIITの健康上の利点を確認する新しい研究の重要性を強調してきました 現実世界のための運動プロトコルを使用して、例えば、特別な機器なしで屋外空間で行われたHIITプロトコル6。しかし、実験室以外の環境でHIITプロトコルをテストするための十分に管理された研究を設計することの難しさは、この分野の研究者にとって主な課題でした。
この課題に対応して、科学研究のために現実世界のHIITプロトコルがここで開発され、心肺フィットネスにおけるその効率がテストされました。Legerら7 によって提案されたシャトルテスト(Beep Trainingと名付けられた)を使用して訓練プロトコルが開発され、このビープ訓練に基づくHIIT連隊とMICT連隊のVO2 maxへの影響が、訓練されていない太りすぎの男性で比較された。簡単に言うと、HIITによる毎日のセッションの所要時間はMICTプロトコルのほぼ半分であったが、HIITによるビープ音トレーニングは、VO2 maxの増加においてMICTによるビープ音トレーニングよりも優れていた。したがって、HIITによるビープ音トレーニングは、明らかに健康な太りすぎ/肥満の人の心肺機能を改善するための時間効率が高く実現可能なアプローチです。さらに、ビープ音トレーニングプロトコルは、現実世界のシナリオで低コストで実装が容易な物理トレーニングであるため、一般の人々は簡単に練習できます。
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Protocol
この研究は、連邦大学ジェキティンホンハ校とムクリ渓谷倫理研究委員会によって承認された。すべての参加者は、研究の目的と実験手順について知らされ、参加前に書面によるインフォームドコンセントフォームに署名しました。
1. 実験計画
- ボディマス指数(BMI)が≥25kg・m-2で、最大酸素消費量が50mLO 2・kg-1・min-1未満の30~50歳の禁煙健常者を選択し、過去3ヶ月間、週に2日以下の定期的な運動練習に従事する。
- 身体活動準備アンケート(PARq)8 を適用して、心血管疾患、代謝、または身体運動の練習を妨げるその他の状態の徴候または症状を層別化します。
- 参加者をまずBMIで、次に最大酸素摂取量(VO 2 max)でペアにし、中強度連続トレーニンググループ(MICT;n = 11)と高強度インターバルトレーニンググループ(HIIT;n = 11)の2 つのグループのいずれかにランダムに分割します。
- MICTプロトコルまたはHIITプロトコルを実行します(図1)。
- 運動トレーニングプロトコルの前後にVO2 maxを記録します。
2. VO2 最大テスト (ランプ プロトコル)
- テストの前に、トレッドミルと代謝分析装置で使用したマウスピースを少なくとも24時間熟成させる。
- メーカーの推奨に従って代謝分析装置を校正します。
- 心拍数モニターを使用して、参加者の心拍数を測定します。
- 非再呼吸片側マウスピースを患者に置き、参加者の口と鼻を完全に覆うようにする。
- 被験者の身体活動レベルを使用して、最大代謝等価(MET)増分の速度および程度をプログラムする9。
- トレッドミルの電源を入れ、ランププロトコルを選択し、被験者の身体活動レベル(すなわち、推定最大MET)を入力します。
- ON キーを押してランプ プロトコルを起動し、ランプ プロトコルは 5 km/h で 3 分間のウォームアップから開始します。
注:ランププロトコルは、情報を得た被験者の身体活動レベルに従ってテストの進行を推定し、8〜12分間の運動テスト期間を計算する。 - テストの毎分、ボーグスケールを使用して心拍数(HR)と知覚運動の評価(RPE)を記録します。
- VO2 maxは、次の基準がすべて満たされたときに達成されると考えてください:呼吸為替レート(RER)が1.10より大きい。年齢(220歳)について予測される最大HRの95%を超えるHR。RPE が 18 以上であれば構いません。
- トレッドミルの速度を 5 km/h (ウォームアップ値) に戻し、さらに 3 分間トレッドミルにとどまります。
- トレッドミルの電源を切り、参加者からマウスピースを取り外します。
3. ビープ音テスト (Leger et al.7)
- 2つの円錐形を20 mの距離で配置できる平らな面を選択してください。
- このテストのために開発された特定のソフトウェアによって生成されたビープ音によって通知された所定の期間内に20 m(円錐形によってマークされる)を実行するように参加者に指示します。
- パソコンに接続されている音響機器をソフトウェアで調整します。
- 参加者にテストに慣れてもらいます。
- テストを開始します。
メモ:ビープ音テストソフトウェアは、ビープ音のタイミングを自動的に減少させ、テストの各段階で走行速度が0.5 km/h向上するようにします。 - ビープ音で規定された時間内にボランティアが20m走を完了できなくなったらテストを終了します。
4. トレーニングプロトコル
注: 表1 は、8週間のトレーニング中の運動プロトコル(MICTおよびHIIT)の進行をまとめたものです。
- MICT プロトコル
- 各参加者の向きは、心拍数モニターからのGPSに従って、エクササイズセッション中にランニング速度を維持します。
- 各エクササイズセッションの前にダイナミックなストレッチとウォーキングを行うことで、5分間のウォームアップを完了するよう参加者に指示します。
- 各エクササイズセッションの前に、GPSトラッキングを備えた心拍数(HR)モニターを着用してください。
- エクササイズセッションを開始します。
- 心拍数モニターで時計の速度と距離を定期的に確認することにより、正しい速度と距離を維持するよう参加者に指示します。
- 2週間、週3回(月曜日、水曜日、金曜日)、1日1回、20mテストで達成された個々の最高速度(Vmax)の60%で、最初の週にセッションあたり3,500 m、2週目にセッションあたり4,000 mの距離をカバーする。
- 参加者を4週間、週3回(月曜日、水曜日、金曜日)、1日1回Vmaxの65%でトレーニングし、第3週にセッションあたり4,000 m、第4週と第5週にセッションあたり4,500 m、6週目にセッションあたり5,000 mの距離をカバーします。
- 1週間、週3回(月曜日、水曜日、金曜日)、1日1回、Vmaxの70%でトレーニングを行い、第7週のセッションあたり5,000 mの距離をカバーします。
- 参加者を1週間、週3回(月曜日、水曜日、金曜日)に1日1回、Vmaxの75%でトレーニングし、8週目にはセッションあたり5,000 mの距離をカバーします。
- Vmaxの70%で参加者を訓練し、第7週に5,000 mの毎日の距離をカバーします。
- Vmaxの75%で参加者を訓練し、8週目に5,000 mの毎日の距離をカバーします。
- 午前または午後にMICTグループを訓練する。
- 各エクササイズセッション後にHRモニターに記録されたデータをコンピュータに転送して、所定の距離とランニング速度に達したかどうかを確認します。
- その週にすべてのトレーニングセッションを完了していない参加者を除外します。
- データを分析して、各参加者が所定の距離と速度に従ってそれぞれのトレーニングレジメンを実行することを確認します。
- HIIT プロトコル
- ビープ音の音の間隔を 20 m ごとに、各エクササイズ セッションに規定された Vmax% に従って計算します。
- サウンドフォージPROソフトウェアを開きます。
- ビープ音が鳴る秒数、各エクササイズ スプリントを完了するためにシュートが発生する回数、スプリント間の間隔期間 (パッシブ リカバリに対応) などの情報を入力します。
- 個々のサウンドファイルをMP3形式でダウンロードします。
- ビープ音ファイルを各参加者の携帯電話に送信します。
- 20 m ごとに円錐形の車線にマークを付けます。
- ビープ音のコマンドに従うように参加者に指示し(ヘッドフォンで聞くことによって)、各被験者が円錐形に到達しなければならない正確な瞬間(20 mごとに配置)を指示する。
- 各エクササイズセッションの前にダイナミックなストレッチとウォーキングを行うことで、5分間のウォームアップを完了するよう参加者に指示します。
- 各エクササイズセッションの前に、GPSトラッキングを備えた心拍数(HR)モニターを着用してください。
- エクササイズセッションを開始します。
- Vmaxの85%で200 mの7つのスプリント(第1週目)と8つのスプリント(第2週目)で参加者を訓練し、スプリント間に1分間のパッシブリカバリが散在します。
- Vmaxの90%で200mの8つのスプリント(第3週)、9つのスプリント(第4週と第5週)、および10のスプリント(第6週)で参加者を訓練し、1分間の受動的な回復が散在します。
- Vmaxの95%で200 mの10回のスプリント(第7週目)で参加者を訓練し、1分間の受動的な回復を散在させます。
- Vmaxの100%で200 mの10回のスプリント(第8週目)で参加者を訓練し、1分間のパッシブリカバリーを散在させます。
- HIITグループを1日1回,週に3回(月曜日,水曜日,金曜日)午前または午後に訓練する。
- 各エクササイズセッション後にHRモニターによって記録されたデータをコンピュータに転送します。
- その週にすべてのトレーニングセッションを完了していない参加者を除外します。
- データを分析して、各参加者が所定の距離と速度に従ってそれぞれのトレーニングレジメンを実行することを確認します。
5. 統計解析
- すべてのデータを平均±標準偏差で表します。
- Shapiro-Wilk検定を使用してデータの正規性を確認します。
- 1 方向または 2 方向の分散分析を使用してデータを分析した後、Tukey の事後テストを実行します。有意水準を5%に設定します。
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Representative Results
表1は、HIIT およびMICT群からの距離、速度、休息時間、セッション時間、および平均心拍数のデータを示しています。8週間のビープ音トレーニングの間、走行距離および持続時間はHIIT群よりもMICTで高く(p<0.05)、HIITでは走行速度および心拍数がMICT群よりも高かった(p<0.05)。これらのデータは、MICTプロトコルとHIITプロトコルの主な違い、すなわち、MICTが長期間の中強度連続運動によって特徴付けられるのに対し、HIITは短時間の高強度間隔運動によって特徴付けられる。
図2は 、ビープ音のトレーニングがVO2 maxに与える影響を示しています。トレーニング前、VO2 maxはMICT群とHIIT群で類似していた(MICT:45.01 ± 4.12 mLO2·キログラム-1·分-1;HIIT: 46.16± 3.10 mL O2·キログラム-1·分-1;p = 0.98)。トレーニング後、両群でVO2 maxが増加した(MICT:49.12 ± 5.26 mLO2·キログラム-1·分-1;HIIT: 53.47 ± 3.86 mL O2·キログラム-1·分-1;p<0.05);しかし、VO2 maxの増加はHIIT群よりもMICT群で優れていた(MICT:〜4.1%;HIIT: ~7.3%;p<0.5; 図2A、B)。
| ティッカー | ハイト | |||||||||
| 週 | 距離(m) | 速度 (Vmax) | 休息(分) | 期間 (分) | 心拍数(bpm) | 距離(m) | 速度 (Vmax) | 休息(分) | 期間 (分) | 心拍数(bpm) |
| 1 | 3500 | 60% | -- | 27.8 ± 3.2 | 142±11 | 7 × 200 | 85% | 1 | 14.8 ± 0.7* | 171 ± 11* |
| 2 | 4000 | 60% | -- | 31.4 ± 4.2 | 145±13 | 8 × 200 | 85% | 1 | 16.7 ± 0.7* | 170 ± 10* |
| 3 | 4000 | 65% | -- | 29.4 ± 3.5 | 146±10 | 8 × 200 | 90% | 1 | 16.2 ± 0.7* | 174 ± 11* |
| 4 | 4500 | 65% | -- | 31.9 ± 3.4 | 147±10 | 9 × 200 | 90% | 1 | 18.2 ± 0.8* | 173 ± 11* |
| 5 | 4500 | 65% | -- | 31.2 ± 3.1 | 154±9 | 9 × 200 | 90% | 1 | 18.0 ± 0.9* | 175 ± 10* |
| 6 | 5000 | 65% | -- | 32.9 ± 3.3 | 151±9 | 10 × 200 | 90% | 1 | 19.9 ± 1.0* | 174 ± 11* |
| 7 | 5000 | 70% | -- | 33.4 ± 5.0 | 153±10 | 10 × 200 | 95% | 1 | 19.4 ± 0.8* | 177 ± 10* |
| 8 | 5000 | 75% | -- | 32.2 ± 4.0 | 156±10 | 10 × 200 | 100% | 1 | 19.1 ± 0.9* | 178 ± 9* |
| Vmax:20 mのビープ音テストを使用して決定された最大走行速度。 | ||||||||||
| *MICTとHIITの有意差 | ||||||||||
表1:トレーニングプロトコルの8週間におけるHIITおよびMICTグループの距離、速度、休息時間、セッション期間、および平均心拍数の比較。 Gripp et al.17から翻案。
図1:MICTおよびHIITプロトコルの実験計画 Gripp et al.17から翻案。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図2:HIITおよびMICTグループからのビープ音トレーニングの前後のVO2ピーク。(b)デルタ(Δ)VO2ピーク(トレーニング後VO2ピーク−トレーニング前VO2ピーク)。異なる文字は、同じグループ内の統計的に有意な差を意味します。アスタリスクは、グループ間の統計的に有意な差を示します。データは、0.05±SDおよびp<平均として提示される。Gripp et al.17から翻案。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
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Discussion
HIITは、従来のMICTに代わる時間効率の良い代替手段となっています。この研究は、現実世界の環境向けに低コストで実装が容易なHIITプロトコルを提示します。ほとんどの研究は、実験室ベースのHIITプロトコル6,10を使用してHIITの健康上の利点を証明しており、最近、過体重の訓練を受けていない個人における現実世界のHIITプロトコルの影響を調査した研究はほとんどありません10,14。
Roy et al.10は、太りすぎの個人において、複数の運動タイプ(大多数は体重のみを使用)からなる在宅ベースのHIITプロトコルを試験した。参加者は、在宅HIITを週3日、12ヶ月間実施しました。8-10(10点満点)の知覚運動の評価(RPE)を目標とする高レベルの運動強度に到達するために、参加者はより挑戦的な運動オプション(例えば、WingateタイプのHIITプロトコル10)に進む必要があり、運動プログラムを選択することができました。VO2 maxの変化は、運動プログラムの1年後でさえも見られなかった。この結果の理由の1つは、参加者の遵守率が低いこと(67%)に関連している可能性があります。したがって、いくつかの研究は、このタイプの在宅運動は、ほとんどの人、特に座りがちな個人に対して行うのが複雑であるため、長期的な遵守率が低いと主張している11,12,13。この研究で提案されたHIITプロトコルにより類似したアプローチで、Luntら14は、過体重の個体において屋外HIITプロトコルを試験した。参加者はHIITを週3日、4ヶ月間実施し、毎日のセッションは平均15分間続き、85%〜95%のHRで4分間ランニングした後、3分間の積極的な回復(ウォーキングまたはジョギング)が続いた。トレーニング後、VO2 maxは〜10%改善されました。しかし、参加者の遵守率はわずか59%でした(Royの研究10における参加者の遵守率よりもまだ低い)。
このビープ音トレーニングプロトコルは、科学研究の文脈でRoy et al.9 およびLunt et al.14によって提案されたHIIT プロトコルにとって重要な利点を有する。Roy et al.10は8-10(10 点スケール)のRPEを標的とするホームベースのHIITプロトコルを提案し、Luntら14は85%-95%HRを標的とする屋外HIIT プロトコルを提案したが、ここでは、実行しやすく楽しい屋外HIITプロトコル を介して 、より信頼性の高い強度制御方法が作成された。
HIITプロトコルを用いた科学的研究における運動強度を監視するためのRPEおよび最大心拍数の割合(HRmax)の使用は、最近の研究で批判されている15,16。RPEの使用は、その使用が容易であるため、臨床風景における運動強度を監視することが奨励されているが、個人が努力の主観的な認識を正確に報告することの難しさのために、研究におけるRPEの使用が疑問視されている15。Taylorら16は、HIITプロトコルにおける運動強度処方に%HRmaxを使用することも不正確であることを強調している。多くの理由の中で、彼らは最大運動テストで個人のHRmaxを推定したり、正確に測定したりすることの難しさを強調しています。したがって、臨床試験で到達した平均HRは、通常、HIITプロトコールに処方された標的HRよりも小さい。
ビープ音トレーニングプロトコルの運動強度は、主に子供と大人のスポーツ練習に使用されるテストである20mシャトルテスト(Vmax)中に達成された個々の最大速度に従って規定されます8。8週間のトレーニングの間、ランニング強度は、MICT群およびHIIT群のVmaxの65%〜75%および85%〜100%に徐々に設定された。個人がVmaxを記録すると、訓練を受けたインストラクターが、各エクササイズセッションに規定されたVmax%に従って、20 mごとにビープ音の時間間隔を計算します。その後、ビープ音トレーニングプログラムに慣れると、心拍数モニターさえ必要なくなります。携帯電話、ヘッドセット、コーンなど、20 mのエリアを区切るオブジェクトを持っているだけで、毎日の運動練習には十分です。
Roy et al.10およびLunt et al.14によって使用されたHIITプロトコルと比較したビープトレーニングプロトコルのもう1つのハイライトは、心肺フィットネスとアドヒアランスのためのビープトレーニングの結果でした。すべての研究は、同様のサンプル特性(すなわち、過体重の訓練を受けていない個体)を有していた。ロイの研究のHIIT群はVO 2 maxに変化がなく、67%の運動遵守を示したが、Luntの研究のHIIT群はVO2 maxが10%増加し、運動遵守が59%であった。これらの結果と比較して、本研究では、HIIT群においてVO2 maxの7.3%の増加および81%の運動遵守が観察される。
ビープ音トレーニングプロトコルにはいくつかの制限があります。まず、訓練を受けたインストラクターは、運動処方箋の可能な調整のために、少なくとも週に1回は開業医に同行しなければなりません。第二に、屋外スペースと最小限の機器(携帯電話、ヘッドセット、コーン(または同様の物体))も必要です。しかし、インストラクターによる遠隔監視の使用と、小さな屋外スペース(例えば、施術者がビープ音のショットに必要な20 mを完了するために戻って来ることを可能にする10 mスペース)の適応は、これらの制限を容易に解決してビープ音トレーニングの練習を可能にするかもしれない。さらに、複数の個人が同じスペースで同時に運動することができ、運動処方箋に個々のサウンドを備えた個々のヘッドフォンを使用する。最後に、トレーニングプロトコルのもう1つの制限は、エクササイズセクションで使用されるランニングの速度がビープ音テストに基づいていることです。このテストでは、個人は180度になるために20 mごとに減速する必要があり、その結果、ある程度の時間が失われます(おそらくミリ秒)。エクササイズセッション中に、個人がトレーニングトラックで180度になる必要がない場合、ビープ音テストで到達した最大速度は、このトレーニングトラックで到達する実際の最大速度と比較して過小評価されます。
この研究では、現実世界の環境で実践されるように設計されたビープ音トレーニングプロトコルに基づいて、実現可能で、時間効率が高く、低コストで、実装が容易なHIIT連隊が提案されています。将来の研究は、異なる年齢の健康な人と不健康な人におけるビープ音トレーニングの効率と実現可能性をテストするために実行する必要があります。
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Disclosures
著者は宣言する利益相反を持っていません。
Acknowledgments
実験のための機器と技術サポートを提供してくれた連邦ドス・ドス・ヴァレス・ド・ジェキティニョーニャ・エ・ムクリ大学(UFVJM)のCentro Integrado de Pós-Graduação e Pesquisa em Saúde(CIPq-Saúde)に感謝します。Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG) (財務コードAPQ-00214-21, APQ-00583-21, APQ-00938-18, APQ-03855-16, APQ-01728-18), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) (財務コード 438498/2018-6)、Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) (Finance code 001) に感謝します。
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. |
References
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