高强度间歇训练与中等强度持续训练对肥胖儿童身体成分和心血管功能影响的作用相似

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.1344

中国组织工程研究 ›› 2019, Vol. 23 ›› Issue (35): 5732-5740.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.1344

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高强度间歇训练与中等强度持续训练对肥胖儿童身体成分和心血管功能影响的作用相似

曹甍1，全明辉1，庄洁2

(上海体育学院，1体育教育与运动训练学院，2运动科学学院，上海市 200438)

收稿日期:2019-05-16 出版日期:2019-12-18 发布日期:2019-12-18
通讯作者: 庄洁，博士，教授，博士生导师，上海体育学院运动科学学院，上海市 200438
作者简介:曹甍，男，1986年生，安徽省宣城市人，汉族，上海体育学院在读博士，主要从事体育教育训练理论与方法方面的研究。
基金资助:
国家社会科学基金项目(18BTY095)，项目负责人：庄洁

Similar effect of high-intensity interval training with moderate-intensity continuous training on body composition and cardiovascular health of obesity children

Cao Meng1, Quan Minghui1, Zhuang Jie2

(1School of Physical Education and Sport Training, 2School of Sports Science, Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China)

Received:2019-05-16 Online:2019-12-18 Published:2019-12-18
Contact: Zhuang Jie, PhD, Professor, Doctoral supervisor, School of Sports Science, Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China
About author:Cao Meng, Doctoral candidate, School of Physical Education and Sport Training, Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China
Supported by:
the National Social Science Foundation of China, No. 18BTY095 (to ZJ)

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：
高强度间歇训练：更符合儿童的这一活动特征，它是由短时间高强度活动的负荷期和较低强度活动或静止休息的恢复期交替进行的一种间歇运动。近年来，成年人高强度间歇训练得到了广泛的推广和认可，但对于儿童，特别是肥胖儿童的相关研究较少，对于适合儿童的高强度间歇训练的干预形式、执行方案仍需进一步探讨。
Meta分析：指的是一个科学的临床研究活动，指全面收集所有相关研究并逐个进行严格评价和分析，再用定量合成的方法对资料进行统计学处理得出综合结论的整个过程。

摘要
背景：高强度间歇训练对肥胖儿童的干预研究逐年增加，但文献中对于提供高强度间歇训练干预的最有效手段仍未达成共识。儿童肥胖正成为影响全球的健康问题，确定有效的干预策略势在必行。
目的：通过Meta分析的方法来定量的比较高强度间歇训练和中等强度持续训练对肥胖儿童身体成分和心血管健康的改善效果，并探讨较为合适的高强度间歇训练方案。
方法：利用肥胖及健康相关的关键词，对5个数据库(MEDLINE，PubMed，Web of Science，CNKI和Google Scholar)进行文献检索。分析2种训练对身体成分和心血管健康指标混合效应的差异。
结果与结论：总共纳入了11个研究共295名受试者。结果显示，高强度间歇训练对于收缩压的改善效果显著优于中等强度持续训练(SMD=-0.60，95%CI：-1.02，-0.18，P=0.01)，2种运动形式对于其他身体成分和心血管健康指标的改善效果无显著差异。而负荷休息比值为0.33，负荷强度≥100%最大有氧速度，间隔低强度的积极性恢复(强度为50%最大有氧速度)，每周2或3次，每次>6回合，干预持续时间≥12周的跑步高强度间歇训练可以作为参考的干预方案。提示高强度间歇训练在改善肥胖儿童身体健康方面具有和中等强度持续训练相类似的效果，且更具有时间高效性，使今后在校园内开展针对肥胖学生的运动干预成为可能。今后的研究需要进一步完善高强度间歇训练干预方案，以提高对儿童健康改善的效果。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

ORCID: 0000-0002-4726-1203(曹甍)

关键词: 强度间歇训练, 持续训练, 肥胖, 儿童, 身体成分, 心肺适能, 健康, Meta分析

Abstract:

BACKGROUND: High-intensity interval training intervention in obesity children is gradually increasing, but there remains inconformity within the literature regarding the most effective means for delivering a high-intensity interval training intervention. Childhood obesity is becoming a global health issues, and the identification of effective intervention strategies is imperative.
OBJECTIVE: To perform a meta-analysis to compare the improvement effects between high-intensity interval training and moderate-intensity continuous training on body composition and cardiovascular health in obesity children, and to explore the optimal high-intensity interval training protocol.
METHODS: Five databases (MEDLINE, PubMed, Web of Science, CNKI and Google Scholar) were searched for original research articles. A search of the literature was conducted using the key words about obesity and health. The effects of two training methods on body composition and cardiovascular health were compared.
RESULTS AND CONCLUSION: A total of 295 subjects from 11 studies were identified. The pooled effect size on systolic blood pressure was -0.60 (95% CI: -1.02, -0.18, P=0.01) comparing high-intensity interval training to moderate-intensity continuous training. There was no significant difference between high-intensity interval training and moderate-intensity continuous training on other biomarkers. Elements of reference intervention include: running high-intensity interval training with 0.33 work rest ratio, work intensity ≥ 100% maximal aerobic speed, activity recovery (50% maximal aerobic speed), 6 bouts per session and two or three times weekly and more than 12 weeks. Compared with endurance training, high-intensity interval training has similar improvements on body composition and cardiovascular health of obesity children, and has more time-efficiency. It is possible to carry out exercise interventions for obesity students in the future. Further recommendations as to optimal exercise protocol are needed to improve the intervention effects.

Key words: high-intensity interval training, continuous training, obesity, children, body composition, cardiorespiratory fitness, health, meta-analysis

中图分类号:

曹甍, 全明辉, 庄洁. 高强度间歇训练与中等强度持续训练对肥胖儿童身体成分和心血管功能影响的作用相似[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(35): 5732-5740.

Cao Meng, Quan Minghui, Zhuang Jie. Similar effect of high-intensity interval training with moderate-intensity continuous training on body composition and cardiovascular health of obesity children[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2019, 23(35): 5732-5740.

图/表（结果） 7

2.1 文献纳入结果通过数据库总共检索了581篇文献，经过题目/摘要初筛后的33篇文献进行全文评估，最终纳入符合标准的文献11篇^[25，29-38]，筛选流程见图1。共纳入295名受试者，纳入文献详见表1。

2.2 质量评价结果纳入研究的质量评价结果见表2。纳入的研究中有9个被认为具有中等偏倚风险^[29，31-38]，另外2个被认为具有高偏倚风险^[25，30]。

2.3 Meta分析结果

2.3.1 体质量和身体成分纳入的11个研究，分别比较了高强度间歇训练与中等强度持续训练组在体质量指数(n=11)、体脂百分比(n=9)、瘦体质量(n=5)或腰围(n=5)上的差异。结果显示，高强度间歇训练与中等强度持续训练在改善身体成分的效果上差异无显著意义，见表3，4，图2，且高强度间歇训练与中等强度持续训练相比，反而增加了体质量指数(SMD=0.74，95%CI：0.09，1.40；P=0.03)。

值得注意的是，尽管多数研究都未显示高强度间歇训练在体质量或身体成分上有显著改善，但高强度间歇训练组在降低体脂百分比(SMD=-0.07，95%CI：-0.38，0.25；P=0.68)和腰围(SMD=-0.15，95%CI：-0.49，0.19；P=0.38)，以及增加瘦体质量(SMD=0.29，95%CI：-0.20，0.78；P=0.24)的总体趋势上比中等强度持续训练组有更大的变化，尽管这种变化不具有显著性意义，见表3。

2.3.2 血压总共有7个研究调查了高强度间歇训练和中等强度持续训练对收缩压和舒张压的干预效果，见表3，5，图3。合并的结果显示，高强度间歇训练与中等强度持续训练相比，降低收缩压的效果更为显著(SMD=-0.60，95%CI：-1.02，-0.18；P=0.01)，对舒张压的改善效果接近(SMD= -0.10，95%CI：-0.83，0.62；P=0.78)，尽管有研究认为高强度间歇训练降血压的效果均比中等强度持续训练要好^[31]，但也有研究结论与之相反，认为中等强度持续训练使舒张压的下降幅度更大^[38]。由于受试者的发育程度和性别差异等数据不充分，因而无法进一步寻找差异的来源。

2.3.3 心血管疾病指标 5个研究包含了心血管疾病指标，分别为血糖(n=4)、胰岛素(n=4)、胰岛素抵抗指数(n=5)、总胆固醇(n=5)、甘油三酯(n=5)、高密度脂蛋白胆固醇(n=4)和低密度脂蛋白胆固醇(n=4)。从表6中可以看到，高强度间歇训练是改善心血管疾病指标的有效手段，与基础值或无训练对照组相比，高强度间歇训练能够显著降低甘油三酯^{[25，29-30，36，38]}，胰岛素^[29-30]，并提高高密度脂蛋白胆固醇水平^[25，30]，但对于降低总胆固醇和血糖则没有明显的效果。尽管一些研究结果表明高强度间歇训练对于改善心血管疾病指标的效果优于中等强度持续训练^{[25，30，36]}，但拟合后的整体效应则显示，这种差异不具有显著性，见表3，图4。

2.3.4 高强度间歇训练干预方案纳入的所有研究均详细的描述了干预方案，包括训练课结构、持续时间、运动强度和频率以及干预的总时间等要素。总结的相关细节详见表1。基于3个对肥胖儿童青少年身体成分和心血管健康改善效果较为显著的研究认为，负荷休息比值为0.33，负荷强度≥100%最大有氧速度，间隔低强度的积极性恢复(强度为50%最大有氧速度)，每周2或3次，每次>6回合，干预持续时间≥12周的跑步高强度间歇训练可以作为参考的干预方案^[29-31]。然而，每次训练课时间的长短和间歇等要素仍然比较模糊，需要通过进一步研究探讨^[39]。

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引言

肥胖已成为严重威胁健康的全球流行疾病之一^[1]。世界卫生组织指出，全球5-17岁的儿童中，每10个中就有1个属于超重或肥胖^[2-3]。中国儿童的肥胖发生率也在持续上升^[4]。最新的2016年全国中小学生体质健康测试全国学生体质健康测试结果显示，中国9-17岁儿童的超重和肥胖的发生率分别达到了14.4%和11.9%^[5]。由于肥胖的危害巨大，超过50%的肥胖儿童会延续至成年，且与成年期高血压、冠状动脉粥样硬化性心脏病、2型糖尿病、代谢综合征等慢性非传染疾病密切相关^[6]，还会增加早亡的风险^[7]。此外，各国政府每年还要为治疗与肥胖相关的疾病花费大量资金，极大地增加了公共卫生和医疗保健系统的负担^[8]。虽然肥胖的成因复杂，但低身体活动水平和长时间的静坐是公认的导致肥胖的关键因素。国内最近的统计数据显示，9-17岁的学生仅有22.7%每日达到60 min中高强度体力活动的推荐量^[9]。因此，必须采取有效的干预措施提高儿童的身体活动水平。

中等强度持续训练是提高身体活动水平和改善健康的常用方式，研究表明中等强度持续训练能够有效改善身体成分(如体脂百分比、瘦体质量等)、血压，胰岛素抵抗和血脂等健康相关指标^[10-12]，但鉴于自然状态下，儿童更习惯于零散的、高强度的活动^[13]，因此，高强度间歇训练可能更符合儿童的这一活动特征。高强度间歇训练是以较高强度进行的短到中等时间(10 s-5 min)的重复回合训练，回合间以低强度运动或静止的休息为间隔的一种间歇运动^[14-15]。近年来，研究人员尝试将高强度间歇训练作为肥胖儿童的一种身体活动干预方式和健康促进手段，并获得了不同程度的成功^[16-18]，但高强度间歇训练的最佳运动强度、频率和持续时间等要素仍存在较大争议。尽管最近的几篇系统综述认为高强度间歇训练会对肥胖儿童的健康相关指标(如体脂率、血脂、血压、血糖等)带来更多的益处^[19-20]，但高强度间歇训练能否替代中等强度持续训练，成为肥胖儿童健康的有效干预手段，以及何种高强度间歇训练干预方案的效果更好有待进一步探讨。

因此，此次研究拟整合有关肥胖儿童的高强度间歇训练干预研究，定量地比较分析高强度间歇训练与中等强度持续训练对身体成分和心血管健康指标的影响，从训练课形式，负荷/恢复强度、频率和持续时间等要素入手，探讨高强度间歇训练的最佳方案。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1 资料和方法 Data and methods

1.1 检索策略研究结果根据系统综述和荟萃分析有限报告的条目(Preferred reporting items for systematic reviews and meta-analysis，PRISMA)的规定流程进行^[21]，针对高强度间歇训练干预身体成分和心血管健康的随机对照试验和非随机对照试验进行文献检索。通过PubMed，MEDLINE，Web of Science，CNKI和Google Scholar等5个数据库，研究术语包含“高强度间歇训练”“中等强度持续训练”“身体成分”“心血管”或“健康”等，利用以下关键词“高强度间歇训练”“高强度间歇”“冲刺间歇训练(Sprint interval training，SIT)”“有氧间歇”“持续训练”“连续训练”“有氧训练”“体重”“体脂”“体成分”“心血管”“健康”“血压”“血糖”“血脂”“胰岛素”“儿童”“青少年”“青年”“学生”“男孩”和“女孩”等组合对文献进行检索，日期截至2018-10-12。另外通过一些文章的参考文献纳入额外的相关研究。文献检索，质量评估和数据提取由2位作者独立进行(M.C.和M.Q.)。使用预先确定的纳入和排除标准评估所有文献的标题和摘要，删除明显不相关的研究。出现任何分歧则通过协商，或与第3位审核人以小组讨论的形式解决。

1.2 纳入及排除标准

纳入标准：①研究包含随机和非随机对照试验，有持续训练对照组；②受试者为健康的、非运动员的儿童，年龄为6-17周岁，没有任何急性或慢性疾病，且必须为肥胖的受试者，是否肥胖根据WHO制定的标准，按年龄和性别曲线进行界定^[22]；③干预的持续时间≥2周，试验组至少包括高强度间歇训练组和中等强度持续训练组。中等强度定义为55%-69%最大心率(Heart rate，HR_max)或40%- 59%VO_2max，高强度定义为“全力(All-out)”“≥90% VO_2peak”“>80% VO_2max”“85%-95% HR_max”或“≥100%最大有氧速度”^[23-27]；④结局指标为身体成分和心血管健康相关变量，如体质量指数、体脂百分比、瘦体质量、腰围、收缩压、舒张压、甘油三酯、总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、血糖、胰岛素和胰岛素抵抗指数等；⑤使用语言为英语或中文。

排除标准：①非对照试验和横断面研究；②不包含持续运动对照组；③结局指标不包含身体成分或心血管健康相关指标。

1.3 数据提取及质量评价根据Cochrane评论小组的数据提取协议提取受试者信息，包括样本大小、年龄、性别和健康状况，以及干预特征(包括运动强度、频率、持续时间和运动形式)、研究设计和研究结果。相关结局指标数据的提取包括训练前后的均值和标准差。

2名研究者用“√”(有明确描述)；“×”(无)；“？”(未知或未充分描述)对每篇纳入文献偏倚的风险进行评估。该方法根据PRISMA声明修订设计的8个评价项目进行评分：①明确的纳入标准；②随机分组；③组间基础值无显著差异；④对主要指标的评定者实施盲法；⑤所有受试者均按方案接受干预，或对主要结果进行“意向性分析”；⑥描述退出或缺失情况，退出比例<20%；⑦受试者人数满足计算的样本量；⑧报告每组结果、效应量及精确度。最后通过累计得分将文献分为低风险(7-8个)、中度风险(4-6个)和高风险(0-3个)3个等级^[21]。

因为研究特征的多样性，例如干预措施、结局指标测量和样本人群等，因此不适合将它们全部合并后进行Meta分析。因此，仅对此次研究的结果进行描述。

1.4 统计学分析数据处理软件为Stata(Stata v.15.0, Computer Resource Center, Corp., Texas, USA)和Excel(Office v.2013, Microsoft Corp., California, USA)通过Excel整理归纳数据，文中数据在没有特别说明的情况下均以均值±标准差的形式表达。通过Stata软件进行发表偏倚的评估、异质性检验、数据合并和绘制漏斗图和森林图；本研究采用随机效应模型(Random-effects Model)对纳入研究进行Meta分析。处理数据为连续型数据，采用标准化均数差进行处理。效应量中采用0.05为临界点。采用I²和Cochran’s Q检验验证纳入研究的异质性，I²分别为<25%、25%-50%、50%-75%和>75%时，分别判定为异质性程度不存在、低、中和高^[28]。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

讨论

作者综合以往对肥胖儿童青少年进行的高强度间歇训练干预研究，比较高强度间歇训练和中等强度持续训练对身体成分、心血管健康指标的潜在影响。结果显示，高强度间歇训练对肥胖儿童青少年收缩压的改善效果优于中等强度持续训练，而对身体成分指标和其他心血管健康指标的改善效果相同，但高强度间歇训练能节约更多的时间。此外，从训练课形式、负荷/恢复强度、频率和持续时间等要素入手，总结了可能对肥胖儿童青少年最优的高强度间歇训练干预方案。这些发现对未来儿童青少年肥胖干预措施的优化都有重要的意义。

身体成分的改善是肥胖干预的主要目标。尽管研究结果显示高强度间歇训练改善身体成分效果与中等强度持续训练相比并无统计学差异，可其仍然能够有效改善儿童青少年的身体成分，包括降低体脂率，增加瘦体质量含量和减小腰围等，进一步探讨高强度间歇训练减脂的潜在机制可能包括：儿茶酚胺类化合物的增加，引起脂肪氧化和内脏脂肪释放的增加，降低锻炼后的食欲，以及运动后过量氧耗的增加等引起脂肪减少^[4-41]。还有研究指出，由于高强度运动使主要存在脂肪组织中的β-肾上腺素受体敏感性增加^[42]，从而对超重/肥胖人群的减脂更加有效。另外，高强度间歇训练能募集更多的Ⅱ型肌纤维，引起肌肉的肥大和肌肉质量的增加，进而改善身体成分^[43-44]。

血压是评价心血管健康的常用指标。本研究结果表明，高强度间歇训练比中等强度持续训练降低收缩压的效果更好，但二者对于舒张压的效果接近。高强度间歇训练对血压的改善效果较好，可能是由于较高的运动强度引起血流速度增加，从而导致内皮细胞一氧化氮水平增加引起的^[45-46]。内皮细胞一氧化氮利用率和生物活性的增加改善了脉管系统中一氧化氮依赖性血管舒张，从而改善了外周顺应性并降低了血压^[47]。

血脂、血糖和胰岛素水平也是心血管健康的重要评价指标。虽然合并的结果显示高强度间歇训练与中等强度持续训练对这些指标的改善效果无显著差异，但高强度间歇训练有更大的改善趋势。尽管确切的原因仍不清楚，但有研究认为高强度间歇训练引起腺苷一磷酸活化蛋白激酶活性的增加，使葡萄糖转运蛋白易位，从而增加骨骼肌中葡萄糖的摄取^[48-49]，是改善血糖和胰岛素敏感性的可能原因。此外，高强度运动后，较高的血浆儿茶酚胺浓度使α2-肾上腺素能受体介导的脂肪组织中血流减小，导致循环中脂肪酸的释放减少，进而降低血脂水平^[50-51]。该领域需要进一步研究。

局限性：①结局指标证据的局限性主要在于测量方法的差异较大(如通过双能X射线吸收法测量和皮褶厚度测量的差异)，但作者试图以最佳的方式处理这种情况，尽可能降低对整体的结果影响；②由于纳入的研究数较少，各指标归类后的研究多数少于5篇，因此，根据考科兰手册建议，未能进行漏斗图进一步分析异质性产生的原因，而Egger’s检验是漏斗图对称与否的定量检验，研究过少的情况下检验效能小，因此同样不适用；③通过纳入较新的和较全面的文献，一定程度上降低了偏倚的风险，但未能进行敏感性分析和探讨异质性来源，也是本研究的不足之一；④由于未纳入其他语言发表的文章和灰色文献(如学位论文等)而引起潜在的发表偏倚。

研究结果表明高强度间歇训练与中等强度持续训练相比，在改善肥胖儿童青少年身体成分和心血管健康指标方面效果相当，鉴于其时间高效性的特点，高强度间歇训练使今后在校园内开展针对肥胖学生的运动干预成为可能。而负荷休息比值为0.33，负荷强度≥100%最大有氧速度，间隔低强度的积极性恢复(强度为50%最大有氧速度)，每周2或3次，每次>6回合，干预持续时间≥12周的跑步高强度间歇训练可以作为参考的干预方案。今后的研究需要进一步完善高强度间歇训练干预方案，以提高对儿童青少年健康改善的效果。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

高强度间歇训练与中等强度持续训练对肥胖儿童身体成分和心血管功能影响的作用相似

Similar effect of high-intensity interval training with moderate-intensity continuous training on body composition and cardiovascular health of obesity children

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