高强度循环训练超重人群身体成分、心肺功能及代谢指标的变化

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.1105

摘要/Abstract

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文题释义：
高强度循环训练(high-intensity circuit training, HICT)：是基于HIT的训练概念进行，高强度循环训练属于自主最大努力，其为以徒手方式，结合有氧及阻力训练，持续约7 min，并且在任何地方都可以进行。一个有效率的高强度循环训练需要包含动作顺序、动作个数、动作时间、动作之间的休息以及总训练时间5个要素。
台阶测试：就是左右腿轮换在台阶上踏跳以测试心肺功能适应水平，它的优越性在于：可以在室内进行，能适合不同程度身体条件的人，且不需要昂贵的设施，并可以在很短的时间内完成。

摘要
背景：如何利用科学规律的身体活动来降低肥胖率及避免代谢疾病的发生是长时间以来相关学者研究的重点课题之一。
目的：12周高强度循环训练对于超重肥胖男性的身体组成、心肺功能及代谢症候指标的影响。
方法：23位中年超重男性随机分配至高强度循环训练组或控制组。接受3 min台阶测验以取得受试者的体力指数。高强度循环训练组进行每周6次，为期12周共72次的高强度循环训练，即最大努力完成12个动作，运动30 s，休息15 s；控制组则维持日常身体活动。运动干预前、后受试者接受各项指标测量。
结果与结论：①与运动前和控制组比较，运动干预后高强度循环训练组的体脂肪百分比、脂肪量、腰围、臀围、收缩压、舒张压、空腹血糖、血浆三酰甘油、胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇均显著下降(P < 0.05)；体力指数、高密度脂蛋白胆固醇显著上升(P < 0.05)；②结果表明，每周运动时间约60 min，为期12周共72次的高强度循环训练可有效改善中年超重肥胖男性的身体成分、心肺功能、代谢症候指标。

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: 0000-0002-2938-7996(余宏)

关键词: 台阶测验, 体脂肪百分比, 腰围, 血压, 高强度循环训练, 超重人群, 心肺功能, 代谢指数

Abstract:

BACKGROUND: How to reduce the obesity rate and the incidence of metabolic disorders by regular physical activity is a hotspot.
OBJECTIVE: To investigate the effects of 12-week high-intensity circuit training on body composition, cardiorespiratory fitness and metabolic syndrome markers in overweight or obese males.
METHODS: Twenty-three middle-aged overweight or obese males were randomly assigned to high-intensity circuit training or control groups. All participants underwent 3-minute step test to obtain the fitness index. The high-intensity circuit training was maximal effort to complete 12 exercises, with each workout of 30 seconds and rest interval for 15 seconds, 6 times weekly for 12 weeks (72 times in total). The control group underwent daily activity. All the variables were measured pre- and post-intervention.
RESULTS AND CONCLUSION: Compared with baseline and control group, high-intensity circuit training significantly decreased the body fat percentage, fat mass, waist circumference, hip circumference, systolic pressure, diastolic pressure, fasting blood-glucose, serum triacylglycerol, cholesterol, and low-density lipoprotein cholesterin cholesterol (P < 0.05). The fitness index and high-density lipoprotein cholesterin cholesterol were significantly increased (P < 0.05). Therefore, 12 weeks of high-intensity circuit training, around 60 minutes each week, can improve body composition, cardiorespiratory fitness and metabolic syndrome markers in overweight or obese males.

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

Key words: Adiposity, Waist Circumference, Blood Pressure, Cholesterol, Triglycerides, Tissue Engineering

中图分类号:

R496

余宏，刘琰，李波. 高强度循环训练超重人群身体成分、心肺功能及代谢指标的变化[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(11): 1738-1742.

Yu Hong, Liu Yan, Li Bo. Effects of high-intensity circuit training on body composition, cardiopulmonary fitness and metabolic syndrome markers in an overweight population[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2019, 23(11): 1738-1742.

图/表（结果） 3

2.1 参与者数量分析纳入受试者23人，分为2组，试验过程无脱落，全部进入结果分析。

2.2 受试者基本情况及运动干预前测试结果见表1。

由表1可知，高强度循环训练组与控制组在身高、体质量、体脂百分比、肌肉量、脂肪量、臀围、腰围、体力指数、收缩压、舒张压、空腹血糖、血浆三酰甘油、胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇浓度前测的数值皆无显著差异。

2.3 试验干预前后身体成分和心肺功能比较见表2。

由表2可知：经过12周的高强度循环训练后，以单因素方差分析，将前测资料列为共变量后，发现：①运动组在身体组成方面，体质量、体脂肪百分比、脂肪质量显著下降(P < 0.05)，肌肉量没有显著改善(P > 0.05)，控制组在身体组成指标方面没有显著变化(P > 0.05)；②运动组在后测的身体组成方面相较于控制组，体质量、体脂肪百分比、脂肪质量显著下降(P < 0.05)，肌肉量则没有显著改善(P > 0.05)；③在心肺功能部分，运动组的体力指数的后测结果相较于前测有显著上升(P < 0.05)；④运动组的体力指数相较于控制组则有显著上升 (P < 0.05)。

2.4 试验干预前后代谢指标比较见表3。

由表3可知：代谢症候指标用单因素方差分析，将前测资料列为共变量后，发现：①高强度循环训练组在腰围、臀围、收缩压、舒张压、空腹血糖、血浆三酰甘油、胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇有显著下降(P < 0.05)，高密度脂蛋白胆固醇则有显著上升(P < 0.05)；控制组在干预前后代谢症候指标无显著变化(P > 0.05)；②高强度循环训练组腰围、臀围、收缩压、舒张压、空腹血糖、血浆三酰甘油、胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇后测数值显著低于控制组 (P < 0.05)，而高强度循环训练组高密度脂蛋白胆固醇后测数值则显著高于控制组(P < 0.05)。

2.5 不良反应经过高强度循环训练者均未发生运动损伤等不良反应。

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引言

随着时代变迁及人们生活型态的改变，肥胖俨然已成为全球性的流行病，世界卫生组织(World Health Organization, WHO)表示全球约有3亿的肥胖成人，且于某些国家肥胖已变成严重的公共健康问题，在中国随着社会经济改变，静态的生活模式造成中年肥胖引发代谢症候群的问题日益严重。研究显示心肺功能较差、肥胖、葡萄糖耐受不良、高血压及动脉硬化都是造成男性慢性疾病的因素，而缺乏身体活动除了会增加非正常死亡的风险外，还会增加上述慢性疾病因子的发生率^[1]。

流行病学的横断或纵向研究都显示长时间的有氧训练如慢跑、快走或骑自行车都有助于降低代谢疾病的风险,美国运动医学会也建议每周150-250 min的中等强度身体活动可以避免体质量增加，因此规律的身体活动确实可以降低肥胖率及避免代谢疾病的发生。然而，现今社会中缺乏时间一向是无法从事规律中等强度持续运动的理由，因此如何有效率的运动来达到与中等强度持续运动相同的效果成为热门的研究课题。

过去研究显示高强度间歇训练(high-intensity interval training, HIIT)可以增强高强度时的运动表现、提升脂肪代谢的速率以及有氧耐力^[2-3]。高强度循环训练(high-intensity circuittraining, HICT)是基于HIT的训练概念进行，高强度循环训练属于自主最大努力，其为以徒手方式，结合有氧及阻力训练，持续约7 min，并且在任何地方都可以进行^[4]。一个有效率的高强度循环训练需要包含下列5个要素：①动作顺序，使上下半身的肌肉群可以交替使用以及心跳率的高低交替有效的刺激心肺系统；②动作个数，一般循环训练的建议是9-12个动作，强调每个肌肉都可以在合适的强度下进行训练；③动作时间，基于HIT的短时间冲刺概念，30 s的最大努力完成次数将可以对身体代谢的影响极大化；④动作之间的休息，基于HIT不完全休息的概念，15- 30 s的休息可以使身体代谢产生最大的效益；⑤总训练时间，一般建议运动15-20 min，也就是两三组的高强度循环训练。在现今分秒必争的社会，对于讲求时间观念的民众来说，特别是中年男性，采用可以在家里进行，每次只要 7 min左右的高强度循环训练是一种有效率的运动方式。Klika等^[5]研究证实高强度循环训练可以提升个人的VO₂ _max以及降低胰岛素抗性，但对于中年肥胖男性的运动效果仍未确认，虽然高强度循环训练与高强度间歇训练的训练概念一致，但高强度循环训练的训练属于自主最大努力，且为非结构式的训练模式，因此研究的目的为探讨12周高强度循环训练对于中年超重肥胖男性的身体成分、心肺功能及代谢症候指标的影响，为采用高强度循环训练健身的人群提供合客观的参考标准。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 对象和方法 Subjects and methods

1.1 设计分组对照观察。

1.2 时间及地点试验于2017年6月至2017年9月在四川省广汉市完成。

1.3 对象招募25位没有规律运动习惯，体质量指数大于25 kg/m²的健康超重男性，年龄为35-45岁。受试者均为自愿参与并填写知情同意书。随机将受试者分配至高强度循环训练组13人与控制组12人。然而控制组在过程中有2位因受伤退出研究，因此最后完成试验者为高强度循环训练组13人，控制组10人。

纳入标准：①体质量指数大于25 kg/m²的超重男性；②年龄为35-45岁。

排除标准：①有规律运动习惯；②体质量指数 < 25 kg/m²；③心肺功能异常者；④非自愿参与者。

1.4 方法

1.4.1 试验设计受试者接受试验的前、后测前3 d内没有接受任何高强度耐力训练及阻力训练。受试者于研究前晚空腹8 h以上，并于隔日早晨7：00-9：00，先测量血压、体脂肪百分比、肌肉质量、体脂肪、身高、体质量、腰围和臀围。之后由合格护理人员执行手肘静脉采血，血液标本置于4 ℃冷藏并尽快进行分析。分析项目包含血糖、血浆三酰甘油、胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇浓度^[6]。基础测量后，受试者接受3 min台阶测验以取得受试者的体力指数。

运动干预的部分高强度循环训练组的受试者在前测后，每次训练由研究者指导高强度循环训练的动作型态及要点，说明每个动作的动作特点及训练目的，并强调每个动作在进行时皆须以最大努力完成最大反复次数，之后要进行训练记录，受试者完成每周6次训练，每次进行12个动作，每个动作以最大努力进行30 s，动作之间休息15 s，每次训练总时间约10 min的高强度循环训练。因试验属非结构生活型态式运动干预，因此参与者可自行决定每天进行2次训练，每周进行3 d或每天进行1次训练，每周进行6 d的方式从事高强度循环训练。控制组则不从事任何规律运动并且维持正常的生活形态。2组在经过12周后接受与前测相同的测试。

1.4.2 身体组成指标测试受试者穿着轻便的衣裤，脱鞋后以电子身高体质量计测量身高(最小单位为1 mm)及体质量(最小单位为0.1 kg)。腰围与臀围的测量使用皮尺测量躯干的最窄腰围，范围介于剑突下方至肚脐上方(最小单位为 1 mm)；臀围则测量最大臀围，但位置不可低于臀部皱折(最小单位为1 mm)。体脂肪率使用生物电阻分析来测量，受试者皆于早上9：00前并维持空腹状态下，去除身上所有金属物后以身体组成分析仪(InBody 720, Biospace, Korea)测量体脂肪率，取得全身肌肉质量与脂肪质量。

1.4.3 血液采集与分析采用内含heparin抗凝剂的真空试管采集血液8 mL后均匀摇晃后将其置于冰上。待所有受试者的血液标本收集完后，送往广汉人民医院健康检查中心，以Dimension ^® RxLMax ^® integrated chemistry system (SiemensHealthineers, Inc, DE)仪器进行分析，分析指标包括血糖(正常范围：4.11-5.89 mmol/L)、血浆三酰甘油(正常范围：1.94-8.33 mmol/L)、胆固醇(正常范围：7.22- 11.1 mmol/L)、高密度脂蛋白胆固醇(正常范围：2.22- 3.33 mmol/L)及低密度脂蛋白胆固醇(正常范围：3.61- 5.55 mmol/L)等浓度。

1.4.4 三分钟登台阶测验 3 min登台阶测试是利用受试者测试后心率算出心肺指数，并与常模比较以了解受测者的心肺功能表现，试验以3 min登阶测试仪评估并取得体力指数(运动持续时间[s]×100/2×[心率1 min至1 min 30 s + 心率2 min至2 min 30 s +心率3 min至3 min 30 s])。

1.4.5 高强度循环训练的训练方式其动作顺序见图1。由动作①进行至动作?，次序为①开合跳；②太空椅；③俯卧撑；④仰卧起坐；⑤登阶；⑥深蹲；⑦屈臂撑体；⑧棒式；⑨原地提膝跑步；⑩弓步；?俯卧撑后转体；?侧向平板支撑。

1.5 主要观察指标受试者身高、体质量、体脂百分比、肌肉量、脂肪量、臀围、腰围、体力指数、收缩压、舒张压、空腹血糖、血浆三酰甘油、胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇。

1.6 统计学分析利用美国IBM公司SPSS 22.0统计软件进行数理统计分析，对研究中各项参数行描述性分析、独立样本t 检验、单因素方差分析，显著性为α=0.05。

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

3.1 高强度循环训练对于超重人群身体成分和心肺功能的影响高强度循环训练是以徒手方式，结合有氧及阻力训练，持续约7 min，并且在任何地方都可以进行。过去基于有氧运动的建议是每周要累积150 min，每次运动要持续30-60 min，45%-65% VO_{2 max}中等强度或者每周累积 75 min进行65%-90% VO_{2 max}中高强度，每次运动持续进行20-60 min。然而这样的每周150或75 min的运动时间对于生活压力较大的中年男性来说相当难以实现^[7]，而且在家里进行有氧运动往往需要搭配器材如原地跑步机或脚踏车，对于没有这些器材的中年男性很难在家里进行有氧运动。基于可以在家里进行且不需特殊器材的运动模式，此次研究设计让中年男性从事高强度循环训练，其可以每天只花约10 min做1次训练，或间隔1天每天花约20 min做2次训练，每周累积运动时间约60 min即可，相当具有时间效益^[8-9]。Klika等^[5]通过文献搜集认为高强度循环训练的运动模式可有效降低体质量及体脂肪质量，并且有效提升个人的最大摄氧量^[10]。基于上述的推论，研究针对中年男性进行实证研究显示每周约60 min，经过12周共72次的高强度循环训练，可显著降低中年男性的体质量，且相较于控制组可显著降低约2%的体脂肪百分比以及约2 kg的脂肪。

Edge等^[11]的研究，进行高强度循环训练运动干预，训练模式为运动2 min、休息1 min，每次进行10-18回合，结果显示受试者的VO_{2 peak}与LT都有明显的增进效果。Talanian以90%VO_{2 max}的强度，进行运动4 min、休息 2 min，共10回合，为期12周的高强度循环训练隔天进行，结果显示12周高强度循环训练亦有显著提升年轻女性的VO_{2 peak}、降低固定强度运动时血乳酸及提升脂肪代谢比例的效果^[12]。而跑步与高强度循环训练结合干预、每次运动 2 min、休息1 min、共12回合，持续12周、每周3次训练，结果显示可以提升男性篮球运动员的有氧及无氧能力^[13]。有研究认为高强度循环训练可以提升有氧耐力的原因在于：间歇的方式减少了无氧ATP的利用，进而增加了有氧代谢部分的能量需求；而穿插在高强度运动期之间的恢复期促进了乳酸氧化及磷酸肌酸的再合成，进而提升了有氧能量代谢系统的能力^[14]。此次研究中高强度循环训练干预除了改善身体组成外，亦显著提升了中年男性的心肺功能，这与先前的研究结果基本一致，但此次研究因为研究对象为超重中年人故而采用了3 min登台阶测试，干预期结束后，受试者提高登阶测验体力指数约13.3%，反观控制组的体力指数则略有下降。高强度循环训练的训练效益类似高强度间歇训练的效果，如提升脂肪代谢的速率以及有氧耐力^[11]，高强度循环训练是一种时间短效果好的运动，有研究显示高强度循环训练过程中强度基本在80%的最大摄氧量强度，最大努力完成情况下，可以达到100%最大摄氧量强度^[2]。10 min能够强烈刺激心肺能力，促进循环系统能力提升^[11]。而高强度循环运动后产生过氧消耗提高身体基础代谢促进脂肪代谢，有效改善身体成分^[12]。因此此次研究认为每周6次的高强度循环训练，每周总运动时间约60 min，对于改善中年超重男性的身体组成与心肺功能是一种有效率的运动方式。

3.2 高强度循环训练对于超重人群代谢症候指标的影响代谢症候指标亦被称为心血管疾病风险因子，是步入中年男性需要关注的健康指标，其包括腰臀围、安静血压、空腹血糖、血浆三酰甘油、胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇及低密度脂蛋白胆固醇等。Paoli等^[15]针对中年男性进行12周，每周3次，每次50 min的高强度循环训练(强度50%-75%最大心率，5项阻力训练动作，同一动作连续做3组，每一动作需作至接近衰竭)、传统的耐力训练(功率车车，强度50%最大心跳率，30-40 min)和低强度循环训练(强度50%最大心跳率，5项阻力训练动作循环，组间休息 60 s)，其结果发现高强度循环训练的相较于其他两种训练方式可以更显著降低体质量、脂肪质量、舒张压、血浆三酰甘油、胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇，并显著提高瘦体质量及高密度脂蛋白胆固醇^[15]；此次研究针对高强度循环训练对于中年超重肥胖男性的效果中代谢症候指标对取得明显的改善，但改善幅度明显小于Paoli等的研究。相较于Paoli等试验设计中每周的训练时间达150 min，此次研究为考虑对于中年男性的运动效率，仅设计了约60 min，这可能是造成代谢症候指标变化幅度差异的原因，高强度循环训练组在训练后改善腰围及血压改善效果显著，相信只要增加训练量将有机会进一步改善代谢症候指标。

Ekkekakis等^[14]研究发现持续8周以上的高强度循环训练训练能够降低血浆三酰甘油、胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇。Miller等^[16]针对8位静坐式生活的肥胖男性干预为期4周，每周3次，每次30 min，总运动时间约为6 h的高强度循环训练后发现安静心率下降、收缩压下降、体脂肪质量下降、肌肉质量上升且在代谢症候指标的血浆三酰甘油与胆固醇皆有明显改善，在心肺功能与身体组成的改善效果也此次研究相似。此外，该研究是以超重及肥胖女学生为对象，年轻超重肥胖女性较通常都排斥高强度运动，训练刺激不足可能也是造成该研究未产生效果的原因，此次研究在训练过程中皆有要求参与者每个动作都必须尽力完成，根据受试者从事此运动的反馈，都认为高强度循环训练可以在短时间内增加肌肉的挑战及负荷，这可能也是此次研究的运动干预可以改善身体组成的原因^[17-19]。此外，此次研究属于生活型态式的运动干预，并未控制受试者的日常饮食，若能控制日常饮食，代谢症候指标没改变应当更加显著的原因，不过在实际研究进行中要控制受试者的日常饮食确实有相当的困难度^[20-23]，此为这类型研究的主要限制。

简言之，高强度循环训练对于中年男性具有改善代谢症候指标的效果，但若要产生进一步效果，每周的训练量可能需要提高，且热量和脂类食物的摄入需进行适当控制。

3.3 结论 ①每周运动时间约60 min，为期12周共72次的高强度循环训练可有效改善中年超重肥胖男性的身体组成与心肺适能；②每周运动时间约60 min，为期12周共72次的高强度循环训练可有效改善中年超重肥胖男性的对于代谢症候指标有明显改善。代谢症候指标部分若要有进一步改善，可能需要额外增加运动时间或进一步控制饮食。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