高强度间歇训练（HIIT）频率对业余跑者心肺代谢及运动表现影响的探索性研究：周训练次数的优化策略

本研究探讨了不同周频率（1次、2次、3次）的4×4分钟高强度间歇训练（HIIT）对业余跑者最大摄氧量（VO2max）、力竭时间（TTE）及代谢指标的影响，发现每周2-3次HIIT可有效提升有氧能力，且增加至3次并未显现额外增益，为时间有限的运动者提供了高效训练方案。

　　

1 引言

高强度间歇训练（HIIT）被广泛认为是一种能有效提升心血管功能、代谢能力及肌肉功能的训练方式，其时间效率高的特点使其适用于运动员、业余运动爱好者及久坐人群。在各种HIIT方案中，4×4分钟协议因其对心肺健康的显著改善作用及跨人群适应性而成为研究重点，该协议通常包含4分钟高强度运动（达到90%–95%最大心率）和3分钟主动恢复，重复四次。尽管HIIT的益处已得到广泛认可，但训练频率这一关键因素对训练效果的影响却研究较少。调整HIIT频率可能显著影响恢复、适应及运动表现提升。有研究表明，每周进行1-2次间歇训练可能无法有效改善最大摄氧量（VO_2max），而将频率增加至每周三次则显示出对心肺健康、体脂减少和脂质代谢的进一步改善。鉴于时间限制，许多业余运动者仅能维持每周一次的训练，因此探索不同HIIT频率对VO_2max、 ventilatory threshold（VT₁）、跑步经济性（即亚最大氧耗）及力竭时间（TTE）等耐力变量的影响具有重要实践意义。本研究旨在通过评估6周内每周1、2或3次4×4分钟HIIT训练对这些变量的影响，为业余运动者提供优化训练频率的依据。

2 方法

2.1 参与者

26名参与者（14名女性；年龄：23±3岁；VO_2max：51.3±7.1 mL·kg^?1·min^?1；体重指数：24.0±2.3 kg·m^?2）完成了干预和测试程序，占初始招募的44名业余活动者的59.1%。其余参与者因时间限制或疾病（如感冒或流感）退出。所有参与者均定期进行结构化身体活动，属业余高水平活动者。研究前，所有个体均被详细告知研究流程的风险与优势，并签署书面知情同意书。所有程序均经维尔茨堡大学人类科学学院运动科学与训练伦理委员会批准（EV2024/4-1509），并遵循赫尔辛基宣言进行。

2.2 实验设计

干预设计包括6周训练计划，训练前后进行实验室测试，评估与递增跑台测试相关的心肺、代谢及表现指标。选择6周干预是基于先前研究显示该时长足以在业余跑者中引发有意义的生理和表现适应。

2.3 测试程序

所有参与者完成电动跑台递增测试，开始时进行5分钟稳态跑步（女性7 km·h^?1，男性8 km·h^?1，坡度1%），之后速度每分钟增加1 km·h^?1直至达到16 km·h^?1（女性）或17 km·h^?1（男性），随后坡度每分钟增加1%直至自愿力竭。测试后进行3分钟主动恢复（3 km·h^?1，1%坡度），并以110%最大速度进行验证试验以确认VO_2max测量。全程提供口头鼓励以确保最大努力。通过耳垂毛细血管血样测量血乳酸浓度，使用Lactate Pro 2分析仪。使用Polar Wear Link系统连续监测心率，使用Cortex Metamax 3B气体分析仪监测肺气体交换，每次测试前均使用高精度气体和3-L注射器进行校准。递增测试中评估的变量包括VO_2max、最大心率（HR_max）、力竭时间（TTE），以及在7（女性）和8（男性）km·h^?1速度下获得的亚最大变量：氧耗（跑步经济性替代变量）、心率、呼吸交换比（RER）和血乳酸浓度。 ventilatory threshold 1（VT₁）采用已有方法计算。

2.4 训练干预

参与者被随机分入三个训练频率组：每周1次（1×·week^?1）、2次（2×·week^?1）或3次（3×·week^?1）4×4分钟HIIT课程。训练强度根据基线测试中的HR_max和最大跑台速度（V_max）个体化设定。最初两次课程中，参与者以85%–90% V_max和85%–90% HR_max强度训练，随后强度逐步增加（速度增量0.2–0.5 km·h^?1），至最后一次课程时强度达到约95% V_max和HR_max。主动恢复期为3分钟4 km·h^?1步行。为确保遵循预设强度，所有课程中参与者均佩戴Polar H10心率传感器。

2.5 统计分析

所有数据以均值±标准差表示，经正态性检验无需转换。采用双因素混合设计ANOVA分析各结果变量，时间（前测vs后测）为 within-subject 因子，训练频率组（1×、2×、3×/周）为 between-subject 因子。若时间主效应显著，则进行Bonferroni校正的事后比较以识别 within-subject 变化。组间事后比较仅用于描述性目的。统计显著性设定为p<0.05。此外，计算各组前后变化的Cohen's d效应大小及其95%置信区间，阈值设为0.20（微不足道）、0.50（中等）、0.80（大），以补充显著性检验并辅助解释。本研究为探索性，未进行先验效能分析，但报告效应大小及置信区间以更全面表征数据。

3 结果

1xHIIT、2xHIIT和3xHIIT组的参与者的依从率分别为100%、96%和91%，达到目标课程数（6、12、18次）。所有训练组的均值数据及统计分析结果如表1所示。效应大小计算显示，每周训练2或3次的参与者在VO_2max、TTE和亚最大心率的前后变化中呈现中等至大效应（d>0.2）。此外，亚最大氧耗、亚最大心率和亚最大毛细血管血乳酸浓度也观察到中等效应大小。总体而言，最有利的前后效应大小出现在每周完成2或3次HIIT课程的参与者中，表明这些频率为改善耐力相关生理变量提供了更强刺激。ANOVA显示，所有组在VO_2max（d=0.09–0.61）和TTE（d=0.02–0.77）上存在显著时间主效应（p<0.05），表明整体有所改善。VO_2max的95%置信区间在1×·week^?1组为[?0.68, 0.86]，在3×·week^?1组为[?0.41, 1.63]；TTE的区间在1×·week^?1组为[?0.77, 0.77]，在3×·week^?1组为[?0.30, 1.84]。所有区间均包含零，表明统计不确定性。交互效应（时间×组）不显著，提示前后变化在训练频率间无显著差异。因此，组别特异性变化通过效应大小进行描述性呈现。各训练组的效应大小如图2所示。

4 讨论

本探索性研究评估了不同频率（每周1、2、3次）4×4分钟HIIT对业余活动成人关键耐力变量的影响。虽然所有训练组均观察到VO_2max和TTE的显著改善，但频率间无差异。这些发现表明，每周2和3次课程对心肺改善提供相似刺激，增加频率至每周三次以上则收益递减。本研究中的依从率非常高（91%–100%），表明不同频率HIIT的可行性。但3xHIIT组稍低的依从率可能反映了维持较高训练频率的实际挑战，即使在动机强的业余跑者中也是如此。这一观察支持每周两次HIIT可能在训练负荷、恢复和依从性之间取得最佳平衡的观点，与先前强调过度频率导致收益递减的研究一致。VO_2max的改善与既有研究一致，强调HIIT通过中枢（如每搏输出量增加）和外周（如线粒体生物合成）适应提升有氧能力的功效。尽管效应大小在每周训练2-3次的参与者中更明显，但缺乏显著交互效应和宽置信区间表明估计精度有限。因此，观察到的效应大小应视为描述性和假设生成性，而非确证性。TTE在所有组中的改善凸显了4×4分钟HIIT在延长耐力表现方面的有效性。这一提升可能反映了持续高强度努力中氧气输送改善和能量效率提高的结合。尽管评估了VT₁作为有氧效率指标，但各组均未观察到显著变化。因此，虽然TTE在每周2×和3×组中显著提升，这些收益不能直接归因于 ventilatory threshold 的可测量变化。跑步经济性无显著变化进一步表明干预时长可能不足以诱发生物力学或神经肌肉效率的可测量适应，这通常需要更长时间或并发训练模式。此外，由于训练强度高于评估所用的亚最大速度，参与者可能未在较低速度下花费足够时间练习特定运动模式，限制了运动学习效应和运动经济性的潜在改善。每周训练2或3次的参与者显示出亚最大心率（HR_submax）降低趋势，这与先前发现一致，表明强化耐力训练可能降低给定跑步速度下的亚最大心率，反映心血管效率改善。尽管这些变化未达统计显著性，此类趋势可能与每搏输出量增加和迷走神经张力提高相关，进一步支持HIIT在增强亚最大心血管反应中的作用。然而， ventilatory thresholds 和亚最大毛细血管血乳酸浓度的变化微不足道至中等，且在各组间变异，表明这些适应的细致性和个体化 nature。尽管如此，缺乏统计稳健性和95%置信区间与零的重叠表明这些估计精度有限，应谨慎解读。个体反应变异性值得关注。虽然平均效应大小指示中等至大改善，但个体差异明显，部分参与者对特定频率反应有限或无反应。此类变异性强调需要个性化训练方法，考虑个体恢复、基线健康和不同训练刺激反应性。未来研究应探索延长干预时长或混合训练模式（如HIIT与低强度稳态运动结合）能否减轻无反应性。

4.1 优势与局限性

本研究有多项优势，包括结构良好的设计、高依从率（91%–100%）、个体化训练强度及关键耐力变量的稳健评估。此外，其探索性设计本身即为优势，允许在生态效度条件下生成初步证据，识别有限统计效能下的有意义趋势，并 formulation 假设以供未来确证性研究 addressing。然而，也必须承认局限性。相对小样本量可能降低统计效能，增加II类错误风险，可能掩盖细微组间差异。未进行先验效能分析，因研究设计为探索性且受招募大样本进行监督干预的实际挑战限制。尽管报告了效应大小及其95%置信区间以更全面表征数据，所有置信区间包含零，强调估计精度有限，限制结论强度。此外，6周时长虽足以引发有氧改善，但可能过短无法检测亚最大变量（如跑步经济性或神经肌肉功能）的适应。参与者背景活动变异及缺乏直接力量评估进一步限制结果解读。未来研究应以更大、效能充足样本、更长干预期和更全面评估 addressing 这些议题，同时探索个体对不同训练频率反应性的变异性。

5 结论

总之，本探索性研究表明，每周2-3次4×4分钟HIIT课程可有效改善业余活动者的VO_2max和TTE，且增加频率至每周三次并无明确额外益处。这些初步发现支持每周两次HIIT作为提升关键耐力参数的一种实用且时间高效策略的潜在价值，同时承认估计精度有限。未来研究应以更大、效能充足样本和更长干预期确认这些趋势，整合饮食监测，并进一步探索 underlying 个体变异性机制以优化训练建议。