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間歇訓(xùn)練改善大學(xué)生心肺適能效果的Meta分析

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2024年11月24日 07:45

近三十年來我國大學(xué)生體質(zhì)水平呈現(xiàn)持續(xù)下降的局面[1]，而體質(zhì)的核心要素是心肺適能(Cardiorespiratory fitness, CRF)[2]，最大攝氧量(VO2max)是評價CRF最直接的指標(biāo)[3]。國際成人身體活動指南建議每周通過≥150 min的中等強度持續(xù)運動(moderate-intensity continuous training, MICT)發(fā)展CRF[4]，但大學(xué)生難以達到該指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)[5]。近期研究表明，以高強度無氧運動為主，低強度有氧恢復(fù)或休息為間隔的高強度間歇訓(xùn)練(high-intensity interval training, HIIT)同樣具有改善CRF的作用且更省時[6]。通過運動強度、運動時長和休息時間3個關(guān)鍵影響因素可以將其分為傳統(tǒng)高強度間歇訓(xùn)練、重復(fù)沖刺訓(xùn)練(repeated-sprint training, RST)及短跑間歇訓(xùn)練(sprint-interval training, SIT)[7]。目前鮮有文獻將3種間歇方式對大學(xué)生CRF的干預(yù)效果進行直接對比研究，因此本文結(jié)合前人的實驗成果，通過傳統(tǒng)和網(wǎng)狀Meta分析相結(jié)合的方式對HIIT、SIT、RST與MICT干預(yù)大學(xué)生CRF的效果進行系統(tǒng)評價，為今后大學(xué)生的運動實踐、健康干預(yù)和科學(xué)鍛煉方法的普及提供參考。

1. 資料來源和方法

1.1 方法

研究嚴(yán)格按照系統(tǒng)綜述及Meta分析優(yōu)先報告條目(PRISMA)[8]的規(guī)定流程進行。根據(jù)單個研究所包含的研究對象(P)、干預(yù)措施(I)、對照措施(C)、結(jié)局指標(biāo)(O)及研究設(shè)計(S)5項規(guī)范的基礎(chǔ)上制定文獻的檢索、納入、篩選與排除標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 文獻檢索

在Web of science、PubMed、ScienceDirect、Scopus、the Cochrane Library和CNKI數(shù)據(jù)庫以(“大學(xué)生”或“學(xué)生”或“青年”)和(“高強度間歇訓(xùn)練”或“短跑間歇訓(xùn)練”或“反復(fù)沖刺訓(xùn)練”或“間歇訓(xùn)練”或“有氧訓(xùn)練”或“中等強度持續(xù)訓(xùn)練”)為中文主題詞進行布爾邏輯檢索；以("undergraduate"or "student"or "youth" or "colleage") and ("high intensity interval training"or "sprint interval training"or "repeated sprint training" or "interval training" or "aerobic training" or "moderate intensity continuous training")為英文主題詞進行布爾邏輯檢索。語種限制為中文或英文，檢索日期為數(shù)據(jù)庫建庫至2020年4月1日，其中中文文獻限制為中文核心，同時對相關(guān)文獻的參考文獻進行追溯。

1.3 納入標(biāo)準(zhǔn)

(1) 研究對象為久坐且不經(jīng)常運動的大學(xué)生；(2)干預(yù)措施和比較干預(yù)措施為MICT、HIIT、SIT及RST；(3)結(jié)局指標(biāo)為VO2max；(4)研究設(shè)計為隨機對照實驗(randomized controlled trial, RCT)。

1.4 排除標(biāo)準(zhǔn)

(1) 重復(fù)發(fā)表的文獻；(2)綜述類及二次研究文獻(Meta分析等)；(3)研究設(shè)計非RCT實驗；(4)結(jié)局?jǐn)?shù)據(jù)無法提取或未報道與本研究相關(guān)的指標(biāo)；(5)研究對象不是久坐不運動的大學(xué)生；(6)研究過程中有通過藥物及飲食干預(yù)；(7)被試有其他疾病。

1.5 文獻篩選及數(shù)據(jù)提取

由2名研究者分別對文獻進行篩選和數(shù)據(jù)提取，最后進行交叉核對。核對一致納入研究，核對不一致由第3名研究人員進入?yún)f(xié)商，討論一致后納入研究。提取的信息包括第一作者姓名、年份、實驗組和對照組的干預(yù)措施以及結(jié)局指標(biāo)和結(jié)果信息。數(shù)據(jù)提取包括干預(yù)后的實驗組和對照組的均值、標(biāo)準(zhǔn)差及樣本量；當(dāng)實驗組和對照組基線不一致時，提取實驗前后的變化值合并納入[9]。

1.6 納入文獻偏倚風(fēng)險評價

采用Cochrane 5.1版系統(tǒng)評價手冊中推薦的偏倚風(fēng)險評估工具，由2名研究者分別獨立對納入的研究進行質(zhì)量評價。評價內(nèi)容涉及7個層面：(1)隨機序列的產(chǎn)生；(2)分配隱藏；(3)對受試者與實驗人員實施盲法；(4)對結(jié)局評估人員實施盲法；(5)結(jié)果數(shù)據(jù)的完整性；(6)選擇性報告；(7)其他偏倚來源。每個層面以高偏倚風(fēng)險、不確定以及低偏倚風(fēng)險進行評價。若評價結(jié)果不一致，則與第3名研究人員討論一致后解決。

1.7 統(tǒng)計分析

通過Stata 16.0軟件對數(shù)據(jù)依次進行傳統(tǒng)Meta分析及網(wǎng)狀Meta分析。在傳統(tǒng)Meta分析中連續(xù)性變量合并效應(yīng)量采用均數(shù)差(MD)表示；結(jié)局指標(biāo)均值差異較大或同一指標(biāo)單位不同時，采用標(biāo)準(zhǔn)化均數(shù)差(SMD)表示。異質(zhì)性檢驗采用Q檢驗和I2檢驗，發(fā)表偏倚分析采用漏斗圖和Egger檢驗。若P>0.10，I2 < 50%，認(rèn)為存在較小異質(zhì)性，則采用固定效應(yīng)模型；若P < 0.10，I2>50%，認(rèn)為存在較大異質(zhì)性，則采用隨機效應(yīng)模型。如異質(zhì)性較大時還通過敏感性檢驗及Meta回歸的方式挖掘異質(zhì)性來源。檢驗水準(zhǔn)α=0.05。

網(wǎng)狀Meta分析過程為當(dāng)各干預(yù)措施存在閉環(huán)結(jié)構(gòu)時，進行全局及局部不一致性檢驗評估直接比較結(jié)果和間接比較結(jié)果的一致程度；間接比較結(jié)果采用效應(yīng)量(ES)及95%置信區(qū)間(95%CI)進行判讀；各干預(yù)措施的可能性大小將結(jié)合效應(yīng)量大小及優(yōu)選概率排名曲線(SUCRA)值進行排序；小樣本效應(yīng)的估計及發(fā)表偏倚，采用校正比較漏斗圖進行評價。

2. 結(jié)果

2.1 納入研究的文獻基本特征及方法學(xué)質(zhì)量評估

通過對數(shù)據(jù)庫的初步檢索共獲得7 814篇文獻，通過查重、閱讀參考文獻題目和摘要、閱讀全文及通過對文章參考文獻的追溯后共21篇文獻納入研究(圖 1)。

圖 1 文獻篩選流程

Figure 1. Flow chart of literature selection

納入的文獻中10篇為HIIT與MICT隨機對照研究；6篇以RST對比HIIT的隨機對照研究；6篇以SIT對比MICT的隨機對照研究；5篇為SIT、HIIT、RST和MICT相互對比研究。研究對象全部為久坐且缺乏鍛煉的大學(xué)生，干預(yù)措施主要為跑步和功率自行車，共含樣本728人。見表 1。

表 1 納入文獻的基本特征

Table 1. Basic characteristics of the included literature

第一作者及年份國籍年齡/歲干預(yù)措施運動形式干預(yù)時間/周實驗組對照組 Buchheit[10](2007) 挪威 24.6 跑步機 8 HIIT and RST MICT McKay[11](2009) 加拿大 25 功率自行車 8 HIIT MICT Sijie[12](2012) 中國 19~20 跑步 12 HIIT MICT 王京京[13](2015) 中國 20.8±1.1 跑臺 12 HIIT MICT Zhang[14](2015) 中國 21±1 跑步機 12 HIIT MICT Kong[15](2016) 中國 19.9±2.1 功率自行車 5 RST MICT Kong[16](2016) 中國 21.5±4.0 跑步 5 RST MICT Elmer[17](2016) 美國 21.4±1.1 跑步 8 HIIT MICT 劉洪富[18](2016) 中國 - 功率自行車 12 HIIT MICT Nie[19](2018) 中國 21.0±1.1 功率自行車 12 HIIT MICT Sun[20](2019) 中國 21.4±1.1 功率自行車 12 HIIT and SIT MICT Trapp[21](2008) 澳大利亞 20.2±2 跑步 15 RST MICT Harris[22](2014) 英國 23.6±1.8 跑步 12 SIT RST Mazurek[23](2016) 波蘭 20.9±0.94 功率自行車 8 RST MICT Obradovic[24](2016) 塞爾維亞 20.15±0.56 跑步機 4 SIT RST Marwa[25](2020) 法國 18.9±1 跑步 9 SIT MICT S?kmen[26](2018) 美國 24 跑步 10 SIT MICT Burgomaster[27](2008) 澳大利亞 23±1 跑步 6 SIT MICT Nalcakan[28](2014) 土耳其 21.7±2.2 功率自行車 7 SIT MICT Mazurek[29](2014) 波蘭 19.5±0.6 功率自行車 8 RST MICT Matsuo[30](2014) 日本 26 跑步 8 HIIT and SIT MICT注：HIIT為高強度間歇訓(xùn)練，RST為重復(fù)沖刺訓(xùn)練，SIT為短跑間歇訓(xùn)練，MICT為中等強度持續(xù)運動。2.2 傳統(tǒng)Meta分析異質(zhì)性及發(fā)表偏倚檢測

結(jié)果顯示，HIIT、SIT及RST分別對比MICT的傳統(tǒng)Meta分析異質(zhì)性較低，且均經(jīng)過Egger發(fā)表偏倚檢測后認(rèn)為不存在發(fā)表偏倚風(fēng)險，通過敏感性分析及切換效應(yīng)模型未發(fā)現(xiàn)分析結(jié)果的效應(yīng)量等統(tǒng)計學(xué)指標(biāo)有明顯的變化，由于異質(zhì)性較低，因此沒有進行亞組分析及Meta回歸。

2.3 網(wǎng)狀Meta分析證據(jù)網(wǎng)絡(luò)、一致性及發(fā)表偏倚檢驗

在傳統(tǒng)Meta分析的基礎(chǔ)上，將21項研究的27對隨機對照實驗納入網(wǎng)狀Meta分析進行HIIT、SIT、RST、MICT的直接和間接比較。將比較結(jié)果依次進行全局不一致模型檢驗、環(huán)不一致性檢驗以及通過節(jié)點劈裂法進行局部不一致檢驗，研究結(jié)果不一致性不顯著(P>0.05)，因此認(rèn)為直接比較結(jié)果和間接比較結(jié)果一致，故采用一致性模型進行分析。

通過校正-比較漏斗圖進行小樣本效應(yīng)的估計及發(fā)表偏倚檢驗。如圖 2所示，網(wǎng)狀Meta分析納入的研究基本對稱分布于零位線兩側(cè)，因此認(rèn)為存在小樣本效應(yīng)及發(fā)表偏倚的可能性較小。

圖 2 各干預(yù)措施間的校正-比較

注：HIIT為高強度間歇訓(xùn)練，RST為重復(fù)沖刺訓(xùn)練，SIT為短跑間歇訓(xùn)練，MICT為中等強度持續(xù)運動。

Figure 2. Comparison-adjusted funnel plot between interventions

2.4 Meta分析結(jié)果

傳統(tǒng)Meta分析認(rèn)為HIIT(SMD=0.35)、SIT(SMD=0.38)在提高VO2max指標(biāo)上面顯著優(yōu)于MICT(P < 0.05)，RST(SMD=-0.08)對比MICT不存在統(tǒng)計學(xué)差異，網(wǎng)狀Meta分析結(jié)果與其一致；通過間接比較認(rèn)為HIIT(SMD=0.40)、SIT(SMD=0.35)提高VO2max指標(biāo)方面優(yōu)于RST(P < 0.05)，HIIT與SIT(SMD=0.05)之間對比差異無統(tǒng)計學(xué)意義。見圖 3，4。

圖 3 間歇訓(xùn)練對改善大學(xué)生心肺適能的網(wǎng)狀Meta分析

注：HIIT為高強度間歇訓(xùn)練，RST為重復(fù)沖刺訓(xùn)練，SIT為短跑間歇訓(xùn)練，MICT為中等強度持續(xù)運動。

Figure 3. Network Meta-analysis results of forest maps

圖 4 間歇訓(xùn)練對改善大學(xué)生心肺適能的傳統(tǒng)Meta分析

注：HIIT為高強度間歇訓(xùn)練，RST為重復(fù)沖刺訓(xùn)練，SIT為短跑間歇訓(xùn)練，MICT為中等強度持續(xù)運動。

Figure 4. Meta-analysis results of forest maps

2.5 各干預(yù)措施有效性的可能性排序

通過SUCRA法結(jié)合效應(yīng)量將不同干預(yù)措施的改善VO2max的效果進行排序，HIIT(SUCRA=82.8)排第1的概率最大，為52.6%；第2位為SIT(SUCRA=79.9)，概率為48.7%；第3位為RST(SUCRA=25.1)，概率為55.7%；第4位為MICT(SUCRA=12.2)，概率為64.0%。

3. 討論

流行病學(xué)研究表明，有氧運動能力低與心血管疾病、2型糖尿病、癌癥和死亡率的升高相關(guān)，通過MICT改善心肺適能已得到大量證據(jù)支持且被大多數(shù)人所采用[31]，但由于時間因素導(dǎo)致堅持下來的很少，并且大學(xué)生對這種運動方式并不感興趣。高強度間歇訓(xùn)練主要被分為HIIT(以>95%VO2max的運動強度持續(xù)運動45 s以上，中間穿插2~4 min被動恢復(fù)期)、RST(持續(xù)3~7 s的短跑，中間穿插一般 < 60 s的恢復(fù)期)及SIT(30 s左右全力沖刺，中間穿插2~4 min被動恢復(fù)期)[32]。間歇訓(xùn)練是改善身體健康狀況的一種安全可行的方法，但要根據(jù)個人特征及所陳述的目標(biāo)進行調(diào)整，如果不將間歇訓(xùn)練進行區(qū)分，則關(guān)于其實施的可行性和有效性仍然存在很大爭議[33]。針對干預(yù)大學(xué)生體質(zhì)具體方法的研究欠缺的問題，本文以久坐不運動的大學(xué)生為研究對象，通過傳統(tǒng)Meta分析和網(wǎng)狀Meta分析相結(jié)合的方式，探討了3種不同的間歇訓(xùn)練類型與MICT對于久坐大學(xué)生心肺適能的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3種不同的間歇訓(xùn)練類型都能夠取得與MICT相同的提高VO2max的效果，并且HIIT與SIT在增益效果上優(yōu)于MICT；網(wǎng)狀Meta分析通過直接和間接比較發(fā)現(xiàn)HIIT、SIT的對比結(jié)果不存在顯著性差異，但兩者都優(yōu)于RST，結(jié)合效應(yīng)量及SUCRA法對不同干預(yù)方式改善VO2max指標(biāo)有效性的可能排序為HIIT與SIT高于RST及MICT，且HIIT高于SIT，RST高于MICT。

支持高強度間歇訓(xùn)練改善心肺適能的主要觀點認(rèn)為，間歇訓(xùn)練在鍛煉過程中能夠同時激活糖酵解供能系統(tǒng)和有氧供能系統(tǒng)，并且還能夠在肌肉中儲備高能量的磷酸鹽進而提高工作狀態(tài)[34]。相對于持續(xù)訓(xùn)練來說，間歇訓(xùn)練更能夠激活氧化酶和糖酵解酶的活性，提高最大短時功率和VO2max水平[35]。同時間歇訓(xùn)練相對于持續(xù)訓(xùn)練在改善心臟中樞性適應(yīng)(SV)的作用更大，而SV與VO2max有密切關(guān)系[36]；另外間歇訓(xùn)練還能夠引起機體外周適應(yīng)變化[6](如肌肉線粒體數(shù)目增加及氧化能力增強)，肌肉線粒體的增加可以影響動靜脈氧差，而動靜脈氧差的變化將進一步改善VO2max[37]。

本研究結(jié)果認(rèn)為SIT也可以改善久坐不運動的大學(xué)生VO2max指標(biāo)。SIT一直被認(rèn)為是改善無氧能力的一種訓(xùn)練方法[38]，其運動過程中主要依賴于無氧代謝，在一次30 s的Wingate測試中，氧化代謝僅提供了大約15%~20%的總能量[39]。但從Burgomaster等CanKaoWenXian_41 研究開始，SIT作為一種提高有氧能力的手段開始流行起來。本研究認(rèn)為SIT能夠取得與MICT一樣改善有氧能力的目的，與Sandvei等[42]的研究結(jié)果一致，但通過間接比較進一步發(fā)現(xiàn)SIT與HIIT的效果也不存在統(tǒng)計學(xué)差異。SIT的有效性可能源于無氧和有氧能量需求的結(jié)合，雖然在30 s的SIT中無氧供能占主導(dǎo)地位，但在重復(fù)的Wingate回合中，有氧供能占比逐漸增加[43]。

體育鍛煉項目可行性評估是評估過程中的一個重要環(huán)節(jié)，對于體質(zhì)的干預(yù)方案應(yīng)促進中高強度體育鍛煉及體育課參與[44]。學(xué)生的身體活動大多是通過體育課來實現(xiàn)的，但時間限制已被認(rèn)為是在學(xué)校體育課上獲得足夠的身體活動的主要障礙，并且體育課的活動強度經(jīng)常不足以產(chǎn)生健康效益，而大學(xué)生喜歡短時間的課程，并有興趣知道他們的身體狀況是否有所改善[45]。本研究中，高強度間歇訓(xùn)練具有克服這些障礙的潛力，以更少的時間達到改善VO2max的目的，并且使用HIIT的效果會更好。從骨骼肌代謝來講，在MICT運動過程中，隨著持續(xù)時間和強度的增加，乳酸將快速積累，機體將很容易疲勞；而在高強度間歇運動過程中，由于相對較短、高強度的爆發(fā)，局部代謝能力(磷酸肌酸、三磷酸腺苷和線粒體酶)能夠充分激活，而能量的損失可以在恢復(fù)期間得以恢復(fù)，即在高強度下，乳酸的積累也會較慢，疲勞的開始時間也會延長[37]。從心理層面說，高強度間歇訓(xùn)練更能帶來運動的愉悅和享受，令人愉快的感覺可以提高對規(guī)定的運動計劃的采用和堅持，針對一般人群，運動堅持和維持是確?；蚋蟪潭鹊卦鰪娪?xùn)練效果的前提[46]。

本研究對不同類型間歇訓(xùn)練與持續(xù)訓(xùn)練對久坐不運動的大學(xué)生心肺適能的干預(yù)效果采取了傳統(tǒng)Meta和網(wǎng)狀Meta相結(jié)合的系統(tǒng)評價，首次對HIIT、SIT、RST與MICT 4種訓(xùn)練手段改善VO2max的效果進行了直接和間接比較，文獻質(zhì)量較高，納入Meta分析結(jié)果異質(zhì)性及不一致性風(fēng)險較低，研究結(jié)果對于大學(xué)生健康促進的干預(yù)具有重要的指導(dǎo)價值。研究嚴(yán)格按照PRISMA指南進行，但仍存在一定局限性，即對于高強度間歇訓(xùn)練與中等強度持續(xù)訓(xùn)練的干預(yù)措施沒有統(tǒng)一，因此存在發(fā)表偏倚風(fēng)險，但經(jīng)過檢驗后并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的發(fā)表偏倚。本文的干預(yù)措施只有跑步和自行車，因此在以后的研究中，應(yīng)針對多種干預(yù)措施開展研究，以建立最佳的高強度間歇訓(xùn)練的運動處方，從而更有效地改善大學(xué)生心肺適能。

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