间歇训练改善大学生心肺适能效果的Meta分析

近三十年来我国大学生体质水平呈现持续下降的局面[1]，而体质的核心要素是心肺适能(Cardiorespiratory fitness, CRF)[2]，最大摄氧量(VO2max)是评价CRF最直接的指标[3]。国际成人身体活动指南建议每周通过≥150 min的中等强度持续运动(moderate-intensity continuous training, MICT)发展CRF[4]，但大学生难以达到该指导标准[5]。近期研究表明，以高强度无氧运动为主，低强度有氧恢复或休息为间隔的高强度间歇训练(high-intensity interval training, HIIT)同样具有改善CRF的作用且更省时[6]。通过运动强度、运动时长和休息时间3个关键影响因素可以将其分为传统高强度间歇训练、重复冲刺训练(repeated-sprint training, RST)及短跑间歇训练(sprint-interval training, SIT)[7]。目前鲜有文献将3种间歇方式对大学生CRF的干预效果进行直接对比研究，因此本文结合前人的实验成果，通过传统和网状Meta分析相结合的方式对HIIT、SIT、RST与MICT干预大学生CRF的效果进行系统评价，为今后大学生的运动实践、健康干预和科学锻炼方法的普及提供参考。

1.  资料来源和方法

1.1  方法

研究严格按照系统综述及Meta分析优先报告条目(PRISMA)[8]的规定流程进行。根据单个研究所包含的研究对象(P)、干预措施(I)、对照措施(C)、结局指标(O)及研究设计(S)5项规范的基础上制定文献的检索、纳入、筛选与排除标准。

1.2  文献检索

在Web of science、PubMed、ScienceDirect、Scopus、the Cochrane Library和CNKI数据库以(“大学生”或“学生”或“青年”)和(“高强度间歇训练”或“短跑间歇训练”或“反复冲刺训练”或“间歇训练”或“有氧训练”或“中等强度持续训练”)为中文主题词进行布尔逻辑检索；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")为英文主题词进行布尔逻辑检索。语种限制为中文或英文，检索日期为数据库建库至2020年4月1日，其中中文文献限制为中文核心，同时对相关文献的参考文献进行追溯。

1.3  纳入标准

(1) 研究对象为久坐且不经常运动的大学生；(2)干预措施和比较干预措施为MICT、HIIT、SIT及RST；(3)结局指标为VO2max；(4)研究设计为随机对照实验(randomized controlled trial, RCT)。

1.4  排除标准

(1) 重复发表的文献；(2)综述类及二次研究文献(Meta分析等)；(3)研究设计非RCT实验；(4)结局数据无法提取或未报道与本研究相关的指标；(5)研究对象不是久坐不运动的大学生；(6)研究过程中有通过药物及饮食干预；(7)被试有其他疾病。

1.5  文献筛选及数据提取

由2名研究者分别对文献进行筛选和数据提取，最后进行交叉核对。核对一致纳入研究，核对不一致由第3名研究人员进入协商，讨论一致后纳入研究。提取的信息包括第一作者姓名、年份、实验组和对照组的干预措施以及结局指标和结果信息。数据提取包括干预后的实验组和对照组的均值、标准差及样本量；当实验组和对照组基线不一致时，提取实验前后的变化值合并纳入[9]。

1.6  纳入文献偏倚风险评价

采用Cochrane 5.1版系统评价手册中推荐的偏倚风险评估工具，由2名研究者分别独立对纳入的研究进行质量评价。评价内容涉及7个层面：(1)随机序列的产生；(2)分配隐藏；(3)对受试者与实验人员实施盲法；(4)对结局评估人员实施盲法；(5)结果数据的完整性；(6)选择性报告；(7)其他偏倚来源。每个层面以高偏倚风险、不确定以及低偏倚风险进行评价。若评价结果不一致，则与第3名研究人员讨论一致后解决。

1.7  统计分析

通过Stata 16.0软件对数据依次进行传统Meta分析及网状Meta分析。在传统Meta分析中连续性变量合并效应量采用均数差(MD)表示；结局指标均值差异较大或同一指标单位不同时，采用标准化均数差(SMD)表示。异质性检验采用Q检验和I2检验，发表偏倚分析采用漏斗图和Egger检验。若P>0.10，I2 < 50%，认为存在较小异质性，则采用固定效应模型；若P < 0.10，I2>50%，认为存在较大异质性，则采用随机效应模型。如异质性较大时还通过敏感性检验及Meta回归的方式挖掘异质性来源。检验水准α=0.05。

网状Meta分析过程为当各干预措施存在闭环结构时，进行全局及局部不一致性检验评估直接比较结果和间接比较结果的一致程度；间接比较结果采用效应量(ES)及95%置信区间(95%CI)进行判读；各干预措施的可能性大小将结合效应量大小及优选概率排名曲线(SUCRA)值进行排序；小样本效应的估计及发表偏倚，采用校正比较漏斗图进行评价。

2.  结果

2.1  纳入研究的文献基本特征及方法学质量评估

通过对数据库的初步检索共获得7 814篇文献，通过查重、阅读参考文献题目和摘要、阅读全文及通过对文章参考文献的追溯后共21篇文献纳入研究(图 1)。

图 1 文献筛选流程

Figure 1. Flow chart of literature selection

纳入的文献中10篇为HIIT与MICT随机对照研究；6篇以RST对比HIIT的随机对照研究；6篇以SIT对比MICT的随机对照研究；5篇为SIT、HIIT、RST和MICT相互对比研究。研究对象全部为久坐且缺乏锻炼的大学生，干预措施主要为跑步和功率自行车，共含样本728人。见表 1。

表 1 纳入文献的基本特征

Table 1. Basic characteristics of the included literature

第一作者及年份 国籍 年龄/岁 干预措施 运动形式 干预时间/周 实验组 对照组 Buchheit[10](2007) 挪威 24.6 跑步机 8 HIIT and RST MICT McKay[11](2009) 加拿大 25 功率自行车 8 HIIT MICT Sijie[12](2012) 中国 19~20 跑步 12 HIIT MICT 王京京[13](2015) 中国 20.8±1.1 跑台 12 HIIT MICT Zhang[14](2015) 中国 21±1 跑步机 12 HIIT MICT Kong[15](2016) 中国 19.9±2.1 功率自行车 5 RST MICT Kong[16](2016) 中国 21.5±4.0 跑步 5 RST MICT Elmer[17](2016) 美国 21.4±1.1 跑步 8 HIIT MICT 刘洪富[18](2016) 中国 - 功率自行车 12 HIIT MICT Nie[19](2018) 中国 21.0±1.1 功率自行车 12 HIIT MICT Sun[20](2019) 中国 21.4±1.1 功率自行车 12 HIIT and SIT MICT Trapp[21](2008) 澳大利亚 20.2±2 跑步 15 RST MICT Harris[22](2014) 英国 23.6±1.8 跑步 12 SIT RST Mazurek[23](2016) 波兰 20.9±0.94 功率自行车 8 RST MICT Obradovic[24](2016) 塞尔维亚 20.15±0.56 跑步机 4 SIT RST Marwa[25](2020) 法国 18.9±1 跑步 9 SIT MICT Sökmen[26](2018) 美国 24 跑步 10 SIT MICT Burgomaster[27](2008) 澳大利亚 23±1 跑步 6 SIT MICT Nalcakan[28](2014) 土耳其 21.7±2.2 功率自行车 7 SIT MICT Mazurek[29](2014) 波兰 19.5±0.6 功率自行车 8 RST MICT Matsuo[30](2014) 日本 26 跑步 8 HIIT and SIT MICT注：HIIT为高强度间歇训练，RST为重复冲刺训练，SIT为短跑间歇训练，MICT为中等强度持续运动。2.2  传统Meta分析异质性及发表偏倚检测

结果显示，HIIT、SIT及RST分别对比MICT的传统Meta分析异质性较低，且均经过Egger发表偏倚检测后认为不存在发表偏倚风险，通过敏感性分析及切换效应模型未发现分析结果的效应量等统计学指标有明显的变化，由于异质性较低，因此没有进行亚组分析及Meta回归。

2.3  网状Meta分析证据网络、一致性及发表偏倚检验

在传统Meta分析的基础上，将21项研究的27对随机对照实验纳入网状Meta分析进行HIIT、SIT、RST、MICT的直接和间接比较。将比较结果依次进行全局不一致模型检验、环不一致性检验以及通过节点劈裂法进行局部不一致检验，研究结果不一致性不显著(P>0.05)，因此认为直接比较结果和间接比较结果一致，故采用一致性模型进行分析。

通过校正-比较漏斗图进行小样本效应的估计及发表偏倚检验。如图 2所示，网状Meta分析纳入的研究基本对称分布于零位线两侧，因此认为存在小样本效应及发表偏倚的可能性较小。

图 2 各干预措施间的校正-比较

注：HIIT为高强度间歇训练，RST为重复冲刺训练，SIT为短跑间歇训练，MICT为中等强度持续运动。

Figure 2. Comparison-adjusted funnel plot between interventions

2.4  Meta分析结果

传统Meta分析认为HIIT(SMD=0.35)、SIT(SMD=0.38)在提高VO2max指标上面显著优于MICT(P < 0.05)，RST(SMD=-0.08)对比MICT不存在统计学差异，网状Meta分析结果与其一致；通过间接比较认为HIIT(SMD=0.40)、SIT(SMD=0.35)提高VO2max指标方面优于RST(P < 0.05)，HIIT与SIT(SMD=0.05)之间对比差异无统计学意义。见图 3，4。

图 3 间歇训练对改善大学生心肺适能的网状Meta分析

注：HIIT为高强度间歇训练，RST为重复冲刺训练，SIT为短跑间歇训练，MICT为中等强度持续运动。

Figure 3. Network Meta-analysis results of forest maps

图 4 间歇训练对改善大学生心肺适能的传统Meta分析

注：HIIT为高强度间歇训练，RST为重复冲刺训练，SIT为短跑间歇训练，MICT为中等强度持续运动。

Figure 4. Meta-analysis results of forest maps

2.5  各干预措施有效性的可能性排序

通过SUCRA法结合效应量将不同干预措施的改善VO2max的效果进行排序，HIIT(SUCRA=82.8)排第1的概率最大，为52.6%；第2位为SIT(SUCRA=79.9)，概率为48.7%；第3位为RST(SUCRA=25.1)，概率为55.7%；第4位为MICT(SUCRA=12.2)，概率为64.0%。

3.  讨论

流行病学研究表明，有氧运动能力低与心血管疾病、2型糖尿病、癌症和死亡率的升高相关，通过MICT改善心肺适能已得到大量证据支持且被大多数人所采用[31]，但由于时间因素导致坚持下来的很少，并且大学生对这种运动方式并不感兴趣。高强度间歇训练主要被分为HIIT(以>95%VO2max的运动强度持续运动45 s以上，中间穿插2~4 min被动恢复期)、RST(持续3~7 s的短跑，中间穿插一般 < 60 s的恢复期)及SIT(30 s左右全力冲刺，中间穿插2~4 min被动恢复期)[32]。间歇训练是改善身体健康状况的一种安全可行的方法，但要根据个人特征及所陈述的目标进行调整，如果不将间歇训练进行区分，则关于其实施的可行性和有效性仍然存在很大争议[33]。针对干预大学生体质具体方法的研究欠缺的问题，本文以久坐不运动的大学生为研究对象，通过传统Meta分析和网状Meta分析相结合的方式，探讨了3种不同的间歇训练类型与MICT对于久坐大学生心肺适能的影响。研究结果发现，3种不同的间歇训练类型都能够取得与MICT相同的提高VO2max的效果，并且HIIT与SIT在增益效果上优于MICT；网状Meta分析通过直接和间接比较发现HIIT、SIT的对比结果不存在显著性差异，但两者都优于RST，结合效应量及SUCRA法对不同干预方式改善VO2max指标有效性的可能排序为HIIT与SIT高于RST及MICT，且HIIT高于SIT，RST高于MICT。

支持高强度间歇训练改善心肺适能的主要观点认为，间歇训练在锻炼过程中能够同时激活糖酵解供能系统和有氧供能系统，并且还能够在肌肉中储备高能量的磷酸盐进而提高工作状态[34]。相对于持续训练来说，间歇训练更能够激活氧化酶和糖酵解酶的活性，提高最大短时功率和VO2max水平[35]。同时间歇训练相对于持续训练在改善心脏中枢性适应(SV)的作用更大，而SV与VO2max有密切关系[36]；另外间歇训练还能够引起机体外周适应变化[6](如肌肉线粒体数目增加及氧化能力增强)，肌肉线粒体的增加可以影响动静脉氧差，而动静脉氧差的变化将进一步改善VO2max[37]。

本研究结果认为SIT也可以改善久坐不运动的大学生VO2max指标。SIT一直被认为是改善无氧能力的一种训练方法[38]，其运动过程中主要依赖于无氧代谢，在一次30 s的Wingate测试中，氧化代谢仅提供了大约15%~20%的总能量[39]。但从Burgomaster等CanKaoWenXian_41 研究开始，SIT作为一种提高有氧能力的手段开始流行起来。本研究认为SIT能够取得与MICT一样改善有氧能力的目的，与Sandvei等[42]的研究结果一致，但通过间接比较进一步发现SIT与HIIT的效果也不存在统计学差异。SIT的有效性可能源于无氧和有氧能量需求的结合，虽然在30 s的SIT中无氧供能占主导地位，但在重复的Wingate回合中，有氧供能占比逐渐增加[43]。

体育锻炼项目可行性评估是评估过程中的一个重要环节，对于体质的干预方案应促进中高强度体育锻炼及体育课参与[44]。学生的身体活动大多是通过体育课来实现的，但时间限制已被认为是在学校体育课上获得足够的身体活动的主要障碍，并且体育课的活动强度经常不足以产生健康效益，而大学生喜欢短时间的课程，并有兴趣知道他们的身体状况是否有所改善[45]。本研究中，高强度间歇训练具有克服这些障碍的潜力，以更少的时间达到改善VO2max的目的，并且使用HIIT的效果会更好。从骨骼肌代谢来讲，在MICT运动过程中，随着持续时间和强度的增加，乳酸将快速积累，机体将很容易疲劳；而在高强度间歇运动过程中，由于相对较短、高强度的爆发，局部代谢能力(磷酸肌酸、三磷酸腺苷和线粒体酶)能够充分激活，而能量的损失可以在恢复期间得以恢复，即在高强度下，乳酸的积累也会较慢，疲劳的开始时间也会延长[37]。从心理层面说，高强度间歇训练更能带来运动的愉悦和享受，令人愉快的感觉可以提高对规定的运动计划的采用和坚持，针对一般人群，运动坚持和维持是确保或更大程度地增强训练效果的前提[46]。

本研究对不同类型间歇训练与持续训练对久坐不运动的大学生心肺适能的干预效果采取了传统Meta和网状Meta相结合的系统评价，首次对HIIT、SIT、RST与MICT 4种训练手段改善VO2max的效果进行了直接和间接比较，文献质量较高，纳入Meta分析结果异质性及不一致性风险较低，研究结果对于大学生健康促进的干预具有重要的指导价值。研究严格按照PRISMA指南进行，但仍存在一定局限性，即对于高强度间歇训练与中等强度持续训练的干预措施没有统一，因此存在发表偏倚风险，但经过检验后并没有发现明显的发表偏倚。本文的干预措施只有跑步和自行车，因此在以后的研究中，应针对多种干预措施开展研究，以建立最佳的高强度间歇训练的运动处方，从而更有效地改善大学生心肺适能。

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