高強度間歇訓練在警院學員體能訓練中的應用研究

魏 毅

(南京森林警察學院 警務技戰術系，南京 210023)

0 引 言

警察院校的體能訓練課程不僅可以強身健體，更重要的意義在于體能訓練也是警察體育的警務實戰基礎能力培養課程，為警務搏擊、查緝戰術、攀登索降等其他實戰課程奠定基礎。然而，警院學員來自不同地域，不同的生長環境，具有不同的體質，過胖過瘦的身材也常常在班級中出現。雖然學員們在招錄考試中都達到了國家規定的標準，但是因為遺傳因素或是體育鍛煉氛圍的影響，他們的身體素質存在明顯差異。因此，在基礎體能上課過程中，如何采用科學訓練手段有效地提高學員的身體素質，教會他們掌握最基本的提高心肺機能、身體素質等科學有效的鍛煉方法，為他們走上工作崗位后終生鍛煉意識的培養奠定基礎，這成為了當前警察體能教育中迫切需要解決的任務。因此，警院體能教育要緊隨時代和運動人體科學的進步，不斷改革和拓展科學的訓練理念和方法，才能科學、安全、高效地為提高警察院校學員的體能做好服務工作。

運動專家在長期的身體素質訓練中發現HIIT對提高心肺機能和體能具有特殊的作用，特別是在青少年中具有重復、中等間歇、長時間連續訓練方法不能替代的重要作用。以往間歇訓練一直是競技體育和康復訓練中耐力提高的基本的方法。然而，研究發現競技訓練中，隨著個體機能水平、競技潛力、有氧耐力、乳酸代謝和能量利用效率不斷提升，再利用次最大強度訓練對運動員的成績和相關生理指標(最大攝氧量、氧化酶活性等)的提高作用甚少[1]。因此，科學家渴望遴選一種全新的身體素質訓練方法來提升這些競技者的競技水平。同樣，運動康復醫學也發現持續的中低強度鍛煉雖然能有效促進脂肪燃燒、改善體內血糖水平、提高有氧能力，但該鍛煉方式需要持續時間較長、單調、周期重復，人們(特別是肥胖群體)難以堅持。因此，運動康復科學家們也試圖發現一種更科學有效和便于堅持的鍛煉理念來變更原有的運動處方。在此背景下，Hans等最早提出了高強度間歇訓練理論思路[2]，但在當時該理論體系主要是應用在運動員的訓練方面[3]，還沒有在運動康復醫學領域中具體的實踐應用。隨后,不斷的科學實驗研究發現，即使對訓練多年的高水平耐力運動員來說，通過HIIT也能提高他們的運動成績。該鍛煉方式對人體影響的指標主要有氧能力、體脂、胰島素敏感性等，并可以利用相關指標來詮釋其健身的運動訓練效益[4]。最值得關注的是國內外特種兵和武警特警人員訓練中也開始了相關手段實際的應用研究，但在我國警體教育中還沒有展開應用研究。因此，探索HIIT在警體教學中的應用，研究學員對HIIT的生理反應與適應性程度，在警院學員中開展科學化訓練具有極其重要的現實意義。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

采用整群抽樣法，選取我校一年級的4個班級164名學員，按班級分成4組，各組體能考核指標、心肺機能、體脂率情況組內平衡。1組HIIT組41人，2組重復訓練組41人，3組中等強度間歇訓練組42人，4組持續訓練組為40人。因為警察女學員比例很少，所以本次研究中女學員在各組中所占人數有限。

1.2 研究方法

實驗過程中安排專門教官對各組被試進行相應的訓練。4組被試在每周1次的“基礎體能”課后，安排課后每周3次隔天訓練(基礎體能課當天不安排訓練)，每次35 min(包括5 min準備活動，5 min整理活動，25 min正式訓練過程)持續8周的實驗計劃。實驗測試指標包括學員的心率、肺活量、最大攝氧量(VO2max)、身高、體重、體質指數(BMI)、體脂率、體能(男1 500/女800 m、男懸垂舉腿/女仰臥起坐、4×10 m往返跑、1 min跳繩)。采用實驗前測、后測對比方法實施，探索4種運動鍛煉方法對警察院校學員的心肺機能、減肥情況、上述幾項警察院校基礎體能測試的影響作用。組1高強度間歇訓練組，根據個人情況區別對待，設置90%左右VO2max強度200 m跑6組，在每組高強度跑后安排6組30%～40%VO2max的200 m跑為間歇訓練。組2重復訓練組，根據個人情況區別對待，設置100%左右VO2max強度100 m跑6組，每組中間休息4 min左右。組3中等強度間歇訓練組，根據個人情況區別對待，設置70%～60%左右VO2max強度持續運動300 m跑6組，中間安排6組30%～40%VO2max的100 m跑為間歇訓練。組4持續訓練組為，根據個人情況區別對待，設置50%左右VO2max強度持續運動圍繞400 m跑道連續6圈。

實驗設備：肺活量測試儀、體脂卡鉗、秒表、體重身高計量儀、跳繩、功率自行車、Polar表、標準塑膠操場(雨天在室內場館內安排訓練)等。

2 研究結果

實驗實施中設定對4組鍛煉方式分組和警院男、女學員性別為自變量，學員心肺機能中的心率、肺活量、最大攝氧量為因變量，身體肥胖情況的體脂率和BMI指數為因變量，基礎體能的核心區域力量(男懸垂舉腿/女仰臥起坐)、無氧耐力(男1 000 m/女800 m)速度靈敏性(4×10 m)、身體協調性與下肢爆發力(跳繩個/min)為因變量進行兩因素方差分析。實驗前測發現，各因變量的比較水平P值均大于0.05，各組差異沒有達到顯著性水平，可以認為各組男、女學員的心肺機能水平、肥胖程度、基礎體能基本相同。

2.1 HIIT對警院學員心肺機能的影響

心肺機能是人體攝入、運輸和利用氧氣能力的綜合體現。人體的心肺機能主要是通過肺部吸入空氣、心臟射血和氧利用效率來衡量。因此，本研究選取心率、肺活量和VO2max為考量指標。8周實驗后，4組警院學員心肺機能變化情況見表1。

表1 4組實驗訓練安排對警院學員心肺機能的影響情況

注：表示各組與1組同性別間對比，a)P<0.05差異具有顯著性，b)P<0.01差異具有非常顯著性，c)P<0.001差異具有極其顯著性，余下表相同

由表1可見，心率方面，男學員1組與2、3和4組比較差異有顯著性P<0.05，女學員1組與4組比較差異有顯著性P<0.05；肺活量方面，男學員1組與2組比較差異有顯著性，女學員1組與2組和4組比較差異有顯著性P<0.05；VO2max方面，男學員1組與3組和4組比較差異有顯著性P<0.05，女學員1組與3組和4組比較差異有顯著性P<0.05。綜合上表統計結果可知，HIIT相對其他3組訓練方法在促進警院學員心肺機能方面效果更顯著。

2.2 HIIT對警院學員減肥效果的影響

BMI是反應人的體重與身高比例關系的數值。因為BMI與身體成分有關，所以BMI也被認為是評估身體是否肥胖的一項生理指標[5]。然而，實際在身體肥胖程度評估過程中，由于人類族群和個體體型的綜合原因會導致脂肪分布上存在差異，以至于在公認的一些身體脂肪測量部位上也存在差異，所以在實際應用中完全依據國外的BMI標準也可能誘發一定的誤差[6]。因此，本研究采用BMI結合簡易體脂率測量指標估算體脂百分比來考核體育鍛煉對警院學員的減肥效果。經過8周實驗后，4組警院學員身體肥胖變化情況見表2。

表2 4組實驗訓練安排對警院學員減肥效果的影響情況

根據上表：體脂率方面，男、女學員1組與其余3組比較差異有顯著性P<0.05；BMI指數方面，男、女學員1組與其與各組比較差異都不具有顯著性P值均大于0.05。

研究結果說明經過一段時間的訓練安排，HIIT組雖然BMI指數與其他3組基本相同，但是HIIT使得該組警員在與其他各組體質指數基本相同情況下，身體中的瘦體重所占比率增大，體脂比率降低。這說明HIIT手段能更有效的增加鍛煉者的肌肉，更有效的消耗和減少鍛煉者的脂肪。

2.3 HIIT對警院學員基礎體能的影響

警察體能訓練的目是主要有兩個方面，一是促進鍛煉者的身體健康，二是提高鍛煉者與警察實戰技能密切相關的身體運動能力[7]。因為警察學院的基礎體能考核能夠很好地評價警院學員體能鍛煉的效果，所以本研究利用我國警察院?！盎A體能”我國絕大部分警察院校通用的大學一年級第一學期基礎體能考核標準來衡量警院學員體能水平。這些體能考核的指標包括4個方面：懸垂舉腿(男)/仰臥起坐(女)；1 000 m(男)/800 m(女)；4×10 m；1 min跳繩。4組訓練手段對警院學員基礎體能的影響結果見表3。由該表可見，男學員懸臂舉腿方面，1組與其余3組比較差異有顯著性P<0.05，女學員1 min仰臥起坐方面，1組與其余3組比較差異均具有非常顯著性P<0.01；男學員1 000 m跑方面，1組與2組和3組比較差異均具有非常顯著性P<0.01，與4組比較差異具有極其顯著性P<0.001；女學員800 m跑方面，1組與其余3組比較差異均具有極其顯著性P<0.001；男學員4×10 m跑方面，1組與3組比較差異具有非常顯著性P<0.01，1組與4組比較差異具有極其顯著性P<0.001，與2組與3組比較差異具有顯著性P<0.05，2組與4組比較差異具有非常顯著性P<0.01；女學員4×10 m跑方面，1組與3組和4組比較比較差異具有顯著性P<0.05，2組與3組和4組比較差異有顯著性P<0.05；1 min跳繩，男女學員1組與其他各組比較差異均具有顯著性P<0.05。

綜合上表統計結果可知：4組鍛煉方法中，HIIT和重復訓練法都能很好的提高鍛煉者的4×10 m的速度和靈敏性，并且效果基本相同；在警察體育的核心區域力量、無氧耐力、下肢爆發力和身體協調性等其他方面HIIT組比其他組對學員的體能提高效果更明顯。

表3 4組實驗訓練安排對警院學員基礎體能的影響情況

注：表示各組與2組同性別間對比，d)P<0.05差異具有顯著性，e)P<0.01差異具有非常顯著性，f)P<0.001具有極其顯著性

3 討論與分析

3.1 HIIT對警院學員心肺機能提高的原因

心肺機能是人體呼吸和循環系統功能效率的綜合評價表達。用來評定心肺效率的指標，如VO2max%[8]、最大心率百分比(HRmax%)[9]通常也用來評分和衡量運動鍛煉的強度。并且，這些指標會伴隨機體呼吸循環系統變化而改變，因此機體VO2max%、安靜心率(HR)和肺活量也被認為是衡量人體心肺機能水平變化的重要指標。

4組被試在實驗前安靜心率、肺活量和VO2max基本相同，但經過相同訓練時間、不同訓練方式的一定時間訓練后再測發現：4組學員都比實驗前心肺機能有所提高，但是HIIT相對重復訓練、中等強度間歇訓練、持續訓練等方法更能有效的降低鍛煉者的安靜時心率，提高肺活量，增加VO2max。心肺機能水平相同的警院學員，經過一定時間鍛煉后被試心肺機能提高的原因可能主要有兩個方面：一是生長發育，二是鍛煉方法。生長發育上，這些被試者都處在年齡相仿的青春期，可以排除因生長發育引起的心肺機能變化導致的區別。因此，鍛煉方法是導致這些被試者一段時間后心肺機能產生區別的根本原因。

HIIT的目的在于通過反復高強度刺激，用運動負荷引起鍛煉者機體的呼吸和循環等相關生理系統產生最高或者更高水平的運動性生理適應。一方面，HIIT的高低訓練強度交替變換能夠對鍛煉者身體循環和呼吸系統的血管、肌肉和細胞產生更大的刺激，同時這種高低強度變換刺激既能使人在大運動強度下刺激心肺，又能使人在小強度間歇中科學緩解心肺壓力，避免心肺壓力超限；另一方面，HIIT不僅能夠增強心肺的收縮力量，改善心肺自身血流量和供氧機能，而且大小運動強度變化對身體交替刺激能夠有效改善骨骼肌舒縮功能和促進機體外周血液循環和氧利用率，最終能夠高效提高呼吸和循環系統對運動的適應能力。

前期研究也發現：HIIT比中等強度的持續耐力訓練更好的對心臟神經調節激活，使得迷走神經在人體安靜狀態下更好的發生作用，機體出現安靜時心率下降，同時使得交感神經在激烈運動時更好的激活，機體出現運動時心率更快；高強度間歇組和持續性有氧耐力組分別進行12周對比研究也發現，兩種鍛煉雖然可以使鍛煉者的肺活量指標均顯著提高，但高強度間歇組優于持續性有氧組，認為高強度間歇運動比持續性有氧運動提高女生的肺活量水平效果更明顯[10]；對男、女大學生9周的漸進性增強高強度間歇性耐力訓練，發現男女大學生的安靜心率均比訓練前下降，VO2peak及力竭時值均較訓練前提高，通氣閾值VT在女生組較訓練前明顯提高，證實了高強度間歇性耐力訓練可改善男、女大學生的心肺功能[11]；對男性特戰隊員實施8周(3-5次/周)HIIT，檢測訓練前后對比也發現被試的安靜心率、肺活量、VO2max均有顯著性改善，認為HIIT對提高特戰隊員的有氧能力顯著[12]。前期的這些研究缺乏重復訓練和中等強度間歇訓練與高強度間歇訓練對機體心肺機能影響的對比研究，本次研究不僅驗證了HIIT能夠有效地提高機體的心肺機能，而且相對于重復、中等強度間歇和持續訓練法更有效。

運動生理生化的研究揭示了HIIT的訓練效果優于中等強度間歇、重復和持續訓練的原因。如，HIIT對機體的腎臟等組織會產生交替運動性缺血的“再灌注”[13]，所以機體在高低強度交替長期刺激下對氧化應激的適應性會增強，機體的抗氧化酶活性也會提高[14]；研究也證實了長期的HIIT對氧氣運輸和肌肉代謝能力均有提升作用，并且促進作用高于中低強度的持續性運動訓練[15]；在VO2max上，HIIT對有氧供能能力的最佳時效性也被證明[16]，這種時效性可能是因為長期的高低強度刺激，提高了身體機能的氧化應激適應性[17]，使機體抗氧化酶出現適應性變化[18]；在氧利用方面，研究不僅發現鍛煉者HIIT后毛細血管密度進一步增加的可能性不大，而且最新研究還發現HIIT后肌纖維毛細血管密度有增大趨勢[19]。

3.2 HIIT對警院學員減肥效果促進的原因

體脂率和BMI指數是人體肥胖程度常用的評估指標。實驗前4組被試體脂率和BMI指數基本相同，實驗后各組體脂率和BMI指數雖然都有所下降，然而實驗后HIIT組BMI指數和體脂率低于其他各組。

該研究結果說明，HIIT比其他3組方法對警院學員脂肪分解和減肥效果更好。該研究結果與最新研究相一致。例如，最新研究發現連續12周的每周3次的HIIT不僅可以降低男性身體脂肪比例、胰島素抵抗指數、血漿血脂水平，而且還可以增加鍛煉者的瘦體重[20]。在女性的相關研究也獲得了相同的研究效果。雖然早期的運動康復研究認為，消耗能量相同的間歇訓練和持續訓練可能具有同樣的減肥效果。最新研究也發現：HIIT與中強度持續訓練均可降低體脂率、腹部內臟脂肪含量和腹部皮下脂肪，HIIT比中等強度持續訓練在減少腹部內臟和皮下脂肪的效果更顯著[21]。

此外，生理生化的相關研究也證實了HIIT可以促進和激活人體釋放胰島素因子(IGF),會使鍛煉者的身體脂肪尤其是腹部脂肪量減少[22]、空腹血糖和胰島素[23]，這為HIIT的減肥作用提供了科學的生理生化方面的證據。

3.3 HIIT對警院學員基礎體能提升的原因

根據警察體育鍛煉的目的，本研究選擇了警察學院大學一年級第一學期“基礎體能”考核項目。測試項目體現了測試和評估這些警院學員的速度靈敏性、無氧耐力、核心區域力量和有氧、無氧混合供氧能力。研究顯示，一定時期的HIIT能夠有效提高學員的速度靈敏性、無氧耐力、有氧和無氧供能能力、和核心區域力量。

研究結果與國內外相關研究一致。例如，國外研究也證實了每周2次連續6周的HIIT能夠有效的促進鍛煉者的有氧耐力和無氧耐力[24]。國內最新研究用連續4周，每周進行2次HIIT后，使用遞增負荷實驗測定有氧運動能力，30 s Wingate實驗測定無氧運動能力，近紅外光譜測定技術監測HIT股外側肌氧含量的變化，發現高強度間歇訓練改善了鍛煉者的有氧、無氧運動能力以及間歇運動時外周骨骼肌的攝氧能力[25]。總之，這些研究證實了HIIT引起骨骼肌適應性變化，包括肌纖維形態與募集、骨骼肌糖代謝、骨骼肌線粒體氧化酶活性的改變，提高了鍛煉者的最大攝氧量和氧利用效率[26]。

科學家們從生理生化因素，找到了HIIT提高鍛煉者的體能的幾個根本方面原因：①人體肌肉內的酶能夠調節陽離子泵的轉運活力，這反過來能夠增加人體肌膜的潛能，科學實驗證明了HIIT與抗阻訓練、耐力訓練和高原習服訓練一樣可以增強人體肌肉離子Na+、K+、ATP酶泵的調節能力[27]；②由于骨骼肌緩沖能力的強弱與有氧能力密切關系，所以骨骼肌[H+]濃度與緩沖能力直接相關，并且較高的[H+]濃度也可以影響氧化酶的活性(如:磷酸果糖激酶)，將有助于鍛煉者持續較長時間進行高強度的運動[28]， HIIT同時也可以提高骨骼肌緩沖能力與磷酸果糖激酶活性的增加，導致骨骼肌緩沖能力提高從而間接引起ATP生成增加，為肌肉長時運動供能提供基礎[29]；③研究已經發現耐力與高能磷酸鹽的儲備密切相關，HIIT可以提高訓練者的高能磷酸鹽儲備[30]；④有規律HIIT可以引起纖維蛋白原、反應蛋白C顯著下降，氧利用率顯著提高[31]；⑤HIIT能提高運動時糖的氧化供能效率和脂肪的氧化率對鍛煉者的運動成績的提高具有重要作用[32]；⑥運動效率是鍛煉者人體實際機械輸出功與機體代謝供能的比值，研究證實了HIIT能夠通過激活PGC-1α信號通路引起骨骼肌細胞線粒體和骨骼肌毛細血管數量增殖，降低鍛煉者在完成相同運動任務的運動輸出效率和運動能量消耗[33]。總之，HIIT已經被科學研究證實了是當今運動訓練理論和方法中提高人體基本體能素質的 “最理想的運動訓練手段”理論之一。

4 結 語

綜上所述，HIIT可以很好地提高警察院學員的心肺機能，提高減肥效果和增加體能素質。①HIIT對機體心臟組織存在多次運動缺血的“再灌注”, 這種長期的大強度氧化應激提高，對骨骼肌的代謝能力、心血管的調節作用、肌纖維毛細血管密度增大和機體的抗氧化酶都產生適應性變化，最終提高了這些鍛煉者的心肺機能。②HIIT可以提高胰島素敏感性、降低血糖比例，研究證實了該鍛煉方法比其他相同能耗的訓練方法效果更好，因此該鍛煉方法在降低警院學員鍛煉者的體脂百分比、和體脂率和BMI指數的減肥方面效果更顯著。最后，與其他訓練方法相比，HIIT對增強人體肌肉離子Na+、K+、ATP酶泵、骨骼肌毛細血管數量、高能磷酸鹽糖和脂肪的氧化供能效率、骨骼肌緩沖能力ATP生成效果更好，此外還可以引起纖維蛋白原、反應蛋白顯著的下降來提高氧利用率和降低完成相同運動任務的運動輸出效率。通過研究發現HIIT作為一種科學、高效、安全的警察體能訓練手段，應該深化展開相關應用，這可以為我國警院學員掌握科學的運動鍛煉技能，形成良好的終生鍛煉意識，塑造良好的身體素質奠定堅實的基礎。