高强度间歇训练在心脏康复中的应用研究进展

李广凯 张宪亮 石振国

山东大学体育学院（济南 250061）

心脏康复是急性心血管事件康复和二次预防的重要措施，适应症不断扩大，涵盖了急性心肌梗死（acutemyocardial infarction，AMI）、急性冠脉综合征（acute coronary syndrome，ACS）、稳定型心绞痛（sta⁃ble angina pectoris，SAP）、心衰（heart failure，HF）、经皮冠状动脉介入治疗（percutaneous coronary inter⁃vention，PCI）和冠状动脉旁路移植术（coronary artery bypass grafting，CABG）术后人群等。心脏康复的绝大部分健康收益取决于运动锻炼带来的体适能水平的提高[1]。心脏康复主要推荐心血管病人进行低到中等强度有氧持续运动（moderate intensity continuous train⁃ing，MICT），通常是大肌肉群的耐力运动，包括骑行、走路、慢走等，持续时间45～50 min，每周锻炼3～5次；起始运动强度推荐40%～50%峰值摄氧量（peak oxy⁃gen uptake，VO2peak），逐步提高到70%～80%VO2peak，配合抗阻训练和柔韧性训练，可使再梗死风险降低47%，心脏病死亡率降低36%，全因死亡率降低26%，同时还能提高心血管疾病患者健康相关的生活质量，降低住院率[2]。美国心脏协会、美国心脏病学会和欧洲心脏病学会均将心脏康复列为心血管疾病防治Ⅰ级推荐[3-6]。研究一致显示心脏康复对心肺功能的提高与运动强度相关。Ismail 等[7]的荟萃分析显示，高强度运动（＞85%VO2peak）、剧烈强度运动（60%～85%VO2peak）、中等强度运动（40%～59%VO2peak）和低强度运动（＜40%VO2peak）对心衰病人VO2peak的提高分别是3.33 ml/kg/min、2.27 ml/kg/min、2.17 ml/kg/min 和1.04 ml/kg/min。Uddin 等[8]的荟萃分析发现，运动强度每提高10%，冠心病和心衰人群VO2peak提高1 ml/kg/min，与运动频率、持续时间、运动形式等无关。高强度间歇训练（high intensity interval training，HIIT）是一种能有效提高心肺功能，优化身体成分，促进心血管健康的锻炼方式，形式多样的HIIT 运动享受性高，运动依从性好，小负荷的HIIT就能产生类似于传统高负荷MICT 的运动享受和运动依从性[9]，还有研究报道HIIT 的运动享受优于MICT[10]。与传统的MICT相比，HIIT可以使机体长时间处于较大生理应激下，通过反复刺激生理系统，产生更大的生理学适应，进而促进机体健康[11]。在外周，HIIT可以提高骨骼肌线粒体含量和代谢功能，增加骨骼肌毛细血管密度；在中心，HIIT可以提高心输出量和每搏输出量，增强心脏功能[12]。挪威的心脏康复团队较早地报道了HIIT 提高冠心病患者心肺功能的效果明显好于MICT[13]。2007年，美国心脏协会在冠心病患者的心脏康复中首次提到HIIT[14]，很多北美和欧洲临床工作者对HIIT 在心脏康复中的效果进行了探索，已有大量临床证据显示HIIT对冠心病和心衰患者的康复具有良好效果，可以作为一种有效的替代训练方式[15]。本文运用布尔逻辑运算组合检索Pubmed、Web of Science、Google scholar、中国知网、万方数据、维普网等数据库发表的相关文献，检索截止日期为2021年8月31日。英文检索词以high-intensity interval training，inter⁃val training，high-intensity intermittent exercise，in⁃termittent exercise，sprint interval training，cardiac rehabilitation，coronary heart diseases，heart failure 为核心关键词搜索，中文以“高强度间歇训练”、“心脏康复”、“冠心病”、“心衰”为核心关键词搜索。选取研究设计为随机对照实验或交叉设计实验。本文以上述文献资料为基础，对HIIT 在冠心病和心衰患者心脏康复中的应用效果进行系统综述，分析了HIIT 在该人群中应用的安全性、可行性，讨论其适应症和禁忌症，为促进我国基于运动的心脏康复发展和普及提供理论依据和参考。

1 高强度间歇训练在冠心病康复中的应用

冠心病HIIT 干预的研究近些年快速增加，本研究一共搜集到比较HIIT 与MICT 在冠心病中应用的相关随机对照研究26篇[13，16-39]，大部分为有监管的干预，少量为基于家庭的运动干预。纳入研究文献的冠心病患者主要为中老年人，心脏康复效果评价指标主要为运动能力或心肺功能，其次为血管内皮功能、生活质量等，大部分报道了HIIT 对冠心病患者的各项健康指标具有良好效应，且与MICT相比具有显着优势。冠心病心脏康复运动方案中HIIT 和MICT 运动锻炼周期大部分为10～12周，少数为4～8周，锻炼频率绝大部分为2～3次/周，有2项研究采用了每周5次的高频率干预方案[18，37]。HIIT 方案多数为1～4 min 中长间歇，少数为15～30 s 短间歇；运动强度大部分用摄氧量、心率监控，部分采用自觉用力程度分级（rating of perceived exer⁃tion，RPE）表示，运动形式多为跑步，少数为蹬功率车，详见表1。

表1 HIIT与MICT在冠心病康复中的应用比较

（续表1）

1.1 心肺功能

心肺功能是预测心血管疾病患者预后的重要生理指标，是指躯体摄入氧、运输氧和利用氧的能力，反映了躯体运动耐受能力[40]。挪威的研究团队在冠心病人群中开展HIIT 的干预实践最早，形成了后来独具特色的4×4 min HIIT 方案，被广泛研究和应用。该研究最早将21 名稳定型冠心病患者随机分为HIIT 组（4×4 min 80%～90%VO2peak快走，间歇3 min 50%～60%VO2peak）和中等强度运动组（50%～60%VO2peak快走），经过每周3次共10周的干预后，两组患者VO2peak均明显提高，但HIIT 组提高幅度显着高于MICT 组（17.9% vs.7.9%）[13]。2009～2021年间，比较HIIT 与MICT 对冠心病患者心脏康复效果的临床研究快速增加，出现了多中心的大样本量研究，绝大部分研究比较了HIIT 与MICT 在改善心肺功能上的效果，心肺功能主要以VO2peak表示，仅一项观察了无氧阈下摄氧量变化[17]，两种运动均能不同幅度提高VO2peak，HIIT 对VO2peak的提高幅度范围（根据VO2peak平均值变化计算）为6.4%～49.6%（1.3～7.6 ml/kg/min，平均4.55 ml/kg/min），MICT对VO2peak的提高幅度范围为0.5%～23%（0.1～4.6 ml/kg/min，平均2.66 ml/kg/min）。尽管部分研究发现HIIT在提高VO2peak方面并没有比MICT 具备明显优势[16，18，23，24，33]，但总体上HIIT 对VO2peak的提 高较MICT 平均高出1.89 ml/kg/min。这说明HIIT 对提高冠心病患者心肺功能的效果总体上优于MICT，这一结论与比较HIIT与MICT 对冠心病运动康复效果的荟萃分析一致，如Pat⁃tyn 等[41]报道HIIT 对冠心病患者VO2peak提高幅度较MICT 高1.6 ml/kg/min；Elliott 等[42]报道HIIT 后冠心病患者VO2peak提高幅度较MICT 高出1.53 ml/kg/min，在提高VO2peak方面较MICT 有显着优势。综上所述，10～12周、每周2～3次、中长间歇的HIIT对冠心病人群来说是一个较为有效的心肺功能提高方案，总体上效果比MICT更好。

1.2 血管内皮功能

肱动脉血流介导的舒张功能（flow-mediated dila⁃tion，FMD）是评价血管内皮功能的重要指标，通常FMD%＜5.5%预示FMD 受损，是预测心血管死亡或冠心病死亡的独立因子。前期有研究探索了HIIT对肥胖人群血管内皮功能的效应，如Tjonna 等[43]发现每周2次、共12周的HIIT[4×4 min 90%～95%最大心率（maxi⁃mal heart rate，HRmax）跑，间歇3 min 70%HRmax]干预后，肥胖青少年FMD 提高了5.1%，同时调节一氧化氮水平显着提高；Sawyer等[44]发现，每周3次、共8周的HI⁃IT（10×1 min 90%～95%HRmax功率车，间歇1 min 25～50 W功率车）干预后，肥胖成年人肱动脉FMD 显着提高了7.5%，MICT组没有显着变化。这些研究说明HIIT可能是改善血管内皮功能的有效锻炼方式。Moholdt等[18]首次评估了HIIT对心肌梗死患者血管内皮功能的影响，并与MICT 进行了比较，招募了107名受试者，分为常规有氧运动康复组（70%HRmax跑）和有氧间歇运动组（4×4 min 85%～95%HRmax跑，间歇3 min 70%HRmax），干预后患者FMD 均显着提高（34% vs.45%），组间无明显差异。Conraads 等[16]也比较了HIIT[4×4 min 90%～95%峰值心率（peak heart rate，HRpeak）蹬功率车，间歇3 min 70%～75%HRpeak]与MICT（70%～75%HRpeak）对冠心病患者FMD的影响，12周干预后HIIT组FMD 提高幅度显着高于MICT 组（23%% vs.19%）。Currie 等[24]发现，每周2 次、共12 周的HIIT[10×1 min 89%最大有氧功率（maximal aerobic power，MAP）蹬功率车，间歇1 min 10%MAP]和MICT（58%MAP）干预后，冠心病患者的FMD 均较训练前显着提高，但组间没有显着性差异。也有研究发现，12周的HIIT和MICT干预后，心肌梗死及PCI、CABG 术后人群的FMD 均没有明显变化，如Madessen 等[29]研究了HIIT（4×4 min 85%～95%HRpeak蹬功率车）和MICT（70%HRpeak）对心绞痛患者血管内皮功能的影响，每周3次、共12周的干预后，患者FMD 均有提高的趋势（34.5% vs 26.9%），但没有统计学意义。一项荟萃分析研究了HIIT 对肥胖、代谢综合征及冠心病患者血管内皮功能的影响，发现大多数采用了经典的4×4 min 85%～95%HRpeak，间歇3 min 60%～70%HRpeak运动方案，干预周期12～16 周，每周2～3 次，总体上，HIIT 和MICT 对肱动脉FMD 的提高分别为4.31%和2.15%，且HIIT 比MICT 有显着优势。近期对包括冠心病人群在内的健康和慢病人群的荟萃分析显示，HIIT在提高FMD上效果明显优于MICT（Cohen's d=0.54）[46]。然而，目前尚无专门针对HIIT对冠心病人群FMD 影响的研究。综上所述，12 周、每周2～3次的长间歇HIIT可明显改善冠心病患者的血管内皮功能，效果与传统的MICT相比总体上有优势。

1.3 生活质量

除了提高心肺功能，改善血管内皮功能和心血管风险因子，运动的最终目的是要提高冠心病人群的生活质量。Moholdt 等[18]除了评估HIIT 对冠心病患者心肺功能的效果，还评估了HIIT对生活质量的效应，患者在每周5 次、共4 周的HIIT（4×4 min 90% HRpeak，间歇3 min 70%HRpeak）与MICT（70% HRpeak）干预后自我报告生活质量显着提高。该研究采用了MacNew问卷，问卷评分提高0.5 在临床上具有非常重要的生理意义。该研究发现无论HIIT还是MICT干预后，评分提高都大于0.5，但无论是躯体、情感还是社交领域都没有组间差异。该团队还比较了12 周HIIT 与有氧运动对急性心肌梗死患者生活质量的影响，同样采用了MacNew问卷，发现两组患者生活质量均显着提高，组间没有显着差 异[19]。另外，Jaureguizar 等[22]和Taylor 等[33]也采用MacNew问卷评估了HIIT和MICT对冠心病患者生活质量的影响，均报告两组人群在不同方式运动干预后躯体、心理和社交领域评分显着提高，但组间无差异。这一结果也与Gomes-Neto等[47]的荟萃分析一致，纳入的4项研究中2项采用了MacNew问卷[18，22]。合并分析发现HIIT和MICT组在提高生活质量上躯体、情感和社交三个领域均没有显着差异，另两项研究分别采用了SF-12和SF-36问卷。Conraads等[16]比较了每周3次、共12周的HIIT与MICT对200名冠心病患者生活质量的影响，采用了生活质量评分简明版（SF-12）量表，归结为躯体和心理两大领域，发现患者的躯体和心理功能评分均显着提高，但同样组间没有明显差异。Jaureguizar等[22]与Abdelhalem等[31]均采用了SF-36评估患者生活质量，同样为躯体和心理两大领域，前者发现只有心理功能评分HIIT 组显着提高，MICT 组没有显着变化，且组间没有显着差异，躯体功能均没有显着变化；但后者发现HIIT和MICT均显着提高躯体和心理功能评分，且HIIT对心理功能的改善显着优于MICT组。综上所述，HIIT对冠心病人群生活质量的改善可能受到不同评估工具的影响，目前尚没有统一定论。

2 高强度间歇训练在心衰康复中的应用

心衰康复中HIIT 的研究要早于冠心病，早在上世纪90年代国外研究就发现心衰患者可以很好地耐受高强度间歇性运动，在高强度生理应激下患者心输出量更高，但心率-收缩压乘积、儿茶酚胺水平更低，并不会恶化左心室功能紊乱[48，49]。进入21 世纪，HIIT 在心衰心脏康复中被进一步研究，本研究共纳入符合条件的文献16 篇[50-65]，纳入的文献中受试者主要为中老年人，HIIT 对这一群体干预效果的评价指标主要为心肺功能，其次为左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）、心输出量、每搏输出量等反映心脏功能的指标以及生活质量；大部分为射血分数下降性心衰（（heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF）患者，大多数LVEF%＜40%，个别≤30%，少数为射血分数保留性心衰（heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF），LVEF%≥50%；大多数研究的锻炼周期为12周，运动频率为每周2～3次，部分采用了更为紧凑的干预方案，其中2项锻炼周期分别为3周和8 周，每周5 次[55，56]；干预方案多为3～4 min 中长间歇，少数为30 s～1 min短间歇；运动形式主要为跑或蹬功率车，详见表2。

表2 HIIT与MICT在心衰运动康复中的应用比较

（续表2）

2.1 心肺功能

挪威的一项研究比较了HIIT与MICT对心衰患者有氧能力的影响，招募了27 名HFrEF 患者，随机分为对照组、HIIT 组和MICT 组，HIIT 组采用了经典的4×4 min 90%～95% HRpeak，间歇3 min 50%～70% HRpeak方案；MICT组采用了70%～75%HRpeak。经过每周3次、共12周干预后，HIIT组VO2peak提高幅度显着高于MICT组（46% vs 16%）[51]。另外还有3项研究也探讨了经典4×4 min长间歇HIIT方案对心衰患者心肺功能的干预效果，如Iellamo等[52]报道每周训练次数逐渐递增（2～5次）共12周的等热量消耗的HIIT[4×4 min 90%～95%心率储备（heart rate reserve，HRR），间歇3 min 45%～50%HRR]与MICT（45%～60%HRR）干预均显着提高了HFrEF患者的VO2peak，但组间无显着差异。另一项多中心的随机对照研究招募了267 名HFrEF 患者，每周3次、共12 周的HIIT（4×4 min 90%～95%HRmax，间歇3 min）与MICT（60%～70%HRmax）干预后发现，两组患者VO2max均没有明显提高，作者认为可能与HIIT间歇期运动强度较低有关[66]。总体上，所有纳入的研究均报道了心衰患者VO2peak的变化，HIIT 对VO2peak的提高幅度为6.9%～46.2%（0.9～6.0 ml/kg/min，平均2.45 ml/kg/min），MICT 对VO2peak的提高幅度为－2.6%～22%（－0.6～4.09 ml/kg/min，平均1.16 ml/kg/min），总体上HIIT对VO2peak的提高效果更好，提高幅度较MICT 平均高1.29 ml/kg/min。其中7 项报道了HIIT 和MICT 均显着提高心衰人群VO2peak[50-52，54，55，57，65]，另有4 项报道了只有HIIT 显着提高VO2peak，MICT 组无明显变化[53，56，58，61]，还有4项报道了HIIT与MICT均没有明显提高VO2peak[60，62-64]。其中5 项研究报道了HIIT 在提高心衰患者VO2peak上较MICT 有显着优势[51，54，55，59，65]。综上所述，总体上HIIT在提高心衰患者心肺功能上效果似乎优于MICT，这一结论与近年发表的荟萃分析基本一致，如Gomes等[67]发现HIIT 在提高VO2peak上比MICT 多1.35 ml/kg/min。

2.2 心脏收缩功能

一项研究比较了经典的4×4 min HIIT方案对心衰患者左心室重塑及血流动力学的影响，12 周干预后心衰患者左心室舒张末期容积和左心室收缩末期容积分别下降18%和25%[51]。Iellamo 等[52]评估了12 周等热量消耗的4×4 min HIIT 与MICT 对HFrEF 患者LVEF、心输出量等的影响，患者在VO2peak、通气效率提高的情况下，LVEF、心输出量和每搏输出量均没有明显变化，作者认为通气效率的提高可能主要与外周适应有关，与心脏功能变化无关。但另一项研究报道了长间歇的HIIT（5×3 min 80%VO2peak，间歇3 min 40%VO2peak）可以提高HFrEF 患者每搏输出量、心输出量和LVEF，且与MICT 相比有显着优势[59]。Ellingsen 等[66]发现，尽管12周HIIT（4×4 min 90%～95% HRmax，间歇3 min 50%～70% HRmax）对HFrEF 患者VO2peak没有明显改善，但LVEF、心输出量和每搏输出量均显着提高，且与MICT组相比有显着性差异。Angadi 等[53]发现4 周HIIT 干预后HFpEF 患者LVEF 并没有显着变化，这可能与干预时间较短以及患者自身LVEF 处于相对较高水平有关。另外3 项研究比较了短间歇的HIIT 与MICT 对心衰患者LVEF 的影响，3 项研究中HIIT 组干预后患者LVEF均有不同程度的提高，MICT组LVEF均没有显着变化，组间也没有显着差异，但HIIT对LVEF的改善幅度有高于MICT 的趋势[55，58，60]。运动后即刻心率恢复（1 minute of heart rate recovery，HRR1）反映了自主神经系统活性，心衰患者自主神经系统活性显着下降。有研究发现12周短间歇的HIIT对心衰患者HRR1没有显着影响，但MICT 显着提高了HRR1[50]。另一研究结果发现，HIIT和MICT对心衰患者HRR1均没有显着影响，但HIIT具有一定的优势[63]。另外，研究还比较了HIIT和MICT对安静心率的影响，安静心率降低是对运动锻炼的积极适应，但研究结果似乎并不一致，有的报道两种运动干预对心衰患者安静心率均没有显着影响[50，51，57]，仅一项报道HIIT干预后患者安静心率显着下降[55]。综上所述，HIIT在改善心脏功能上较MICT有一定的优势，包括提高射血分数、每搏输出量和心输出量，但对安静心率、运动后心率恢复等影响尚不清楚。

3 心脏康复中HIIT的安全性、适应症和禁忌症

尽管心脏康复能大幅降低心血管事件复发风险，但HIIT能否提高急性心血管事件风险还没有定论。有研究对进行HIIT和MICT康复的4846名冠心病患者发生心血管事件的风险进行分析发现，在总共175820小时的运动时间中，进行MICT 时报道了1例致死的心脏骤停（129456 小时运动），进行HIIT 时报道了2 例非致死心脏骤停（46364 小时运动），无心肌梗死发生，结果表明两种运动发生心血管事件的风险都很低，考虑到HIIT 产生显着的心血管适应，作者建议将HIIT 应用于冠心病康复[68]。另一项研究报道了156 名临床症状稳定的心血管疾病患者HIIT 运动中和运动后24 小时内发生13例不良反应，发生率为8%，比MICT 略高，认为进行HIIT 干预的心血管病患者必须临床症状稳定，近期经常进行中等强度有氧运动锻炼，且HIIT 运动过程中及运动后需要有医生监护[69]。Wewege等[70]对心脏康复中HIIT安全性进行了系统综述研究，纳入的23项研究中14项HIIT方案采用了经典的4×4min长间歇方案，其余的均为持续30 s～3 min 不等。所有研究加起来HIIT 组一共进行了17083 次训练，累计11333 小时；MICT 组一共进行了14268 次训练，累计11213 小时。一共报道了7次不良事件，5次发生在HIIT训练过程中或训练后，2 次发生在MICT 训练过程中或训练后。7次不良事件中2次为严重但不致命的心血管事件，5次为轻微的非心血管事件。该研究认为HIIT可以作为心脏康复的一种选择，可作为传统有氧运动的附加选项。本研究发现绝大部分纳入文献没有报道产生严重的心血管事件，个别研究报道了非致死的心肌梗死[16]、脑出血[29]和心衰加剧[66]。运动中急性心血管事件风险主要与疾病类型、严重程度、病状稳定性、患者年龄、并发症、身体功能和运动锻炼史等因素有关[71]。美国心脏协会关于运动的立场声明中明确指出心血管疾病患者运动前要充分考虑临床状态和身体功能能力。Quindry 等[72]根据美国心脏康复协会标准对参与HIIT康复的冠心病患者进行了风险分级，现有研究招募的冠心病患者大部分为低风险人群，少量为低到中风险人群，只有1项为中风险人群，没有高危人群。最适合进行HIIT的患者应该是50～60岁、低风险、左心室功能正常、有氧能力＞7 METs、冠心病稳定、没有残余缺血或严重心律不齐症状。HIIT还没有应用于纽约心脏协会Ⅳ级心衰患者，没有证据表明其是安全的，不推荐这类患者进行HIIT。对于身体功能状态较差的冠心病人群，心脏康复的各个阶段必须重点考虑有氧运动，强度区间包括了轻-中等强度（40%～50%VO2peak，RPE：11～12）和中到高强度（50%～75%VO2peak，RPE:12～15）；而正常和高功能状态的冠心病人群可以在每周2～3次的运动锻炼中加入1～2 次HIIT，或完全用HIIT 取代有氧运动[73]。

综上所述，尽管HIIT确实会短暂地提高冠心病、心衰患者心血管事件的风险，但目前并没有证据表明HI⁃IT 的运动风险会超过运动的收益，运动中发生心血管事件的频率和程度并不比MICT高，但还需要更大样本量的研究以确定安全性，建议在训练干预前进行正确的运动风险筛查和运动机能监控。在心脏康复中应用HIIT，我们推荐以下步骤来优化风险与收益的平衡，首先要对患者进行心肺功能测试和心电图测试，评定风险等级，设计的HIIT 方案运动强度要根据测试结果进行规划；其次，在HIIT运动中和运动后要严密监控患者的生理反应，包括血压、心率、RPE等，对于高风险患者要加大监护力度；另外，运动训练计划要循序渐进，建议在进行HIIT前设置适应期，进行中等强度运动，提高患者基础体能水平。

4 小结与展望

HIIT 在提高以冠心病、心衰为代表的心血管疾病人群心肺功能上效果较传统的MICT 具有很明显的优势，但在改善冠心病人群心血管功能、生活质量上效果相当，似乎没有明显优势。HIIT 可以增强心衰患者的心脏功能，表现为心输出量、每搏输出量的提高和左心室射血分数的提高，与MICT 相比，效果更好。HIIT 似乎并不会提高心血管不良事件风险，可以被低风险心血管疾病患者耐受，且更受欢迎。但在HIIT 广泛应用于心血管疾病运动康复之前，仍需要高质量、大样本量的随机对照临床试验来验证HIIT的心脏康复效益及安全性。