Теоретические основы и практические аспекты высокоинтенсивной интервальной тренировки

Данная проблема заинтересовала авторов в первую очередь, в связи с тем, что в последние годы все большее внимание привлекает и все более широко используется на практике высокоинтенсивная интервальная тренировка с отягощениями (R-HIIT), включающая упражнения со свободными весами (штанги, гантели или гири), специализированным оборудованием и весом тела. При том, что существует явный недостаток исследований, изучающих специфические сердечно-сосудистые эффекты различных режимов тренировок ВИИТ. Таким образом, это исследование было направлено на экспериментальное сравнение острых эффектов высокоинтенсивных интервальных циклических тренировок (C-HIIT) и высокоинтенсивных интервальных тренировок с отягощениями (R-HIIT) на комплекс перечисленных выше показателей у здоровых молодых мужчин (n=11) в формате перекрестного рандомизированного исследования. Оценка эффектов проводилась на основе анализа динамики комплекса показателей, включавшего: изменение среднего арифметическое правого и левого сердечно-голеностопного сосудистого индекса (Cardio ankle vascular index – CAVI), вариабельность сердечного ритма (ВСР) и систолическое артериальное давление (САД), измерявшихся до, сразу после выполнения и через 30 минут после выполнения упражнений в C-HIIT и R-HIIT с использованием системы скрининга сосудов VaSera VS-1500 (Fukuda Denshi, Beijing, China). Кроме того, до тренировки, через 5 мин и через 35 мин после нее проводился отбор образцов крови на содержание сердечного тропонина-Т (cTnT) и амино-концевого натрийуретического пептида про-B-типа (NT-proBNP), которые оценивались с помощью ИФА. В обоих видах тренировки использовался одинаковый протокол ВИИТ (интервалы высокой интенсивности 10 × 60 секунд, разделенные 60 секундами активного восстановления). Программа C-ВИИТ с использованием велоэргометра состояла из 10 60-секундных рабочих интервалов при 90 % максимальной мощности (частота педалирования 6–65 об/мин), разделенных 60-секундными интервалами активного восстановления (при 25 % максимальной мощности).

Протокол R-ВИИТ состоял из 10 рабочих интервалов по 60 секунд, разделенных 60-секундными периодами восстановления. Во время рабочих интервалов участники выполняли приседания (сгибание ног в коленях до прямого угла) со штангой с нагрузкой 20 % веса тела. Эксцентрическая фаза каждого приседания длилась 1 секунду, концентрическая фаза выполнялась максимально быстро до положения стоя. Контроль темпа движений проводился с помощью метронома (60 ударов в минуту). Основные результаты эксперимента представлены в таблице 1.5.

Согласно результатам данного исследования, R-HIIT и C-HIIT вызывали схожие острые реакции в показателях сердечной вегетативной модуляции и сердечных биомаркерах. Тем не менее, R-HIIT был более эффективен в снижении артериальной жесткости у здоровых молодых мужчин. Кроме того, было установлено, что увеличение сердечных биомаркеров (cTnT, NT-proBNP), индуцированное тренировками в обоих режимах, было обратимым и не вызывали патологических изменений в миокарде.

Результатами целого ряда научных исследований убедительно продемонстрировано, что в расчете на единицу затраченного времени ВИИТ-тренировки более эффективны в производстве необходимых изменений в биохимии мышц для фитнеса и повышения производительности, чем тренировки с постоянной нагрузкой. Так, исследование, проведенное M. J. Gibala et al. (2006) показало, что 2,5 часа спринтерских интервальных тренировок (SIT) привели к таким же биохимическим изменениям в мышцах, как и 10,5 часов традиционных тренировок на выносливость (ET), т. е. при тех же результатах общий объем тренировок был на 90 % ниже для SIT по сравнению с ET.

Таблица 1.5. Характеристика изучаемых показателей и их изменений под влиянием ВИИТ в разных режимах (T. Wang et al., 2024)

Примечание: * – различия достоверны (P < 0,05) между C-HIIT и R-HIIT, # – различия достоверны (P < 0,05) по сравнению с предыдущим измерением; C-HIIT: высокоинтенсивная интервальная велотренировка; RHIIT: высокоинтенсивная интервальная тренировка с отягощениями; ⊿CAVI: среднее арифметическое правого и левого сердечно-голеностопного сосудистого индекса; САД: систолическое артериальное давление; lnHF: переменная в частотной области была высокочастотной; lnRMSSD: среднеквадратичное значение последовательных разностей между соседними нормальными интервалами R-R; цТнТ: сердечный тропонин-Т; NT-proBNP: аминоконцевой натрийуретический пептид про-В-типа

Изучив и сравнив изменения переносимости физических нагрузок и особенности молекулярной и клеточной адаптации в скелетных мышцах после низкообъемной спринтерской интервальной тренировки (SIT – 4–6 повторений 30-секундного педалирования «на полную мощность» при 250 % Vo2peak с 4-минутным восстановлением) и высокообъемной тренировки на выносливость (ЕТ – 90–120-минутного непрерывного цикла при 65 % Vo2peak) в ходе двухнедельного эксперимента, авторы, в частности, обнаружили, что образцы биопсии, полученные до и после тренировки, свидетельствуют об одинаковом увеличении окислительной способности мышц, что отражалось максимальной активностью цитохром-с-оксидазы (COX) и содержанием белка субъединиц II и IV COX (P < 0,05), при этом COX II и IV мРНК не изменились.

Индуцированное тренировкой увеличение буферной способности мышц и содержания гликогена также было одинаковым между группами. В обоих случаях (и без различий между группами) сократилось время, необходимое участникам эксперимента на преодоление дистанций велогонок на 50 и 750 км. Учитывая столь существенную разницу в объеме тренировок, эти данные показывают, что SIT является эффективной тренировочной стратегией, позволяющей вызвать быструю адаптацию скелетных мышц и выполнение упражнений, сопоставимые с ET.

Китайские ученые (Xueqian, Zh. et al., 2023) провели сравнение эффективности использования интервальных тренировок высокой и средней интенсивности, где показали, что ВИТ позволяют повысить как функциональные показатели спортсменов, так и значительно улучшить уровень физической подготовленности, особенно в спринтерском беге, йо-йо тесте, тесте на ловкость.

Приводятся экспериментально полученные доказательства того, что ВИИТ может улучшить максимальное потребление кислорода (VO2 max – один из ключевых показателей аэробной выносливости) более эффективно, чем выполнение только традиционных длительных аэробных тренировок с постоянной равномерной нагрузкой (T. P. Smith et al, 2003; B. S. Denadai et al., 2006; R. Rozenek et al., 2007; J. Helgerud et al., 2007; F. Esfarjani et al., 2007; T. A. Astorino et al., 2018 и др.).

Положением, многократно подтверждаемым результатами исследований, является то, что даже очень небольшие объемы ВИИТ могут оказаться эффективными для повышения и поддержания уровня аэробной выносливости. Группа канадских исследователей (J.G.E.Zelt et al., 2014) изучала эффекты сокращения продолжительности рабочего интервала при ВИИТ-тренировке. В частности, оценивалось влияние уменьшения продолжительности повторов нагрузки с 30 до 15 секунд на прирост максимальной и субмаксимальной производительности по итогам 4-недельной тренировочной программы. Проводилось экспериментальное сравнение трех программ:

1. Тренировка на выносливость, состоящая из 60 минут велонагрузки постоянной интенсивности, 3 занятия в неделю в течение первых двух недель, затем продолжительность занятия увеличивалась до до 75 минут;

2. Спринтерская интервальная тренировка на велотренажере, состоящая из повторяющихся 30-секундных интервалов «all-out», начиная с 4 интервалов за занятие в течение первых недель, с последующим увеличением до 6 интервалов за тренировку;

3. Спринтерские интервалы (режим работы см. выше), но с продолжительностью интервалов всего 15 секунд.

Ключевой вывод 4-недельного эксперимента: все три группы добились одинакового улучшения показателей физической подготовленности, т. е. сокращение объема интервальной работы на 50 % по-прежнему давало те же преимущества: всего от 3 до 4,5 минут рабочих интервалов в неделю давали те же приросты физической формы, что и 180–225 минут в неделю. Авторы акцентируют внимание на необходимости учета спортивной квалификации участников данного исследования: субъекты были здоровыми и активными, но не были высококвалифицированными спортсменами.

Группой швейцарских ученых (Jacobs R et al., 2013) оценивались результаты программы HIIT-тренировок, состоявшей из шести занятий в течение 2 недель (тренировки каждые 2–3 дня). Каждая тренировка состояла из повторения 60-секундных интервалов, выполняемых с интенсивностью, соответствующей пиковой мощности, достигнутой во время велоэргометрического теста с возрастающей нагрузкой (249 ± 52 Вт). Высокоинтенсивные интервалы чередовались с 75-секундными интервалами низкоинтенсивного педалирования (30 Вт) для восстановления. Испытуемые выполнили 8 интервалов высокой интенсивности в течение первых двух тренировок, 10 интервалов во время третьей и четвертой и 12 интервалов в течение последних двух тренировок. Ежедневно перед тренировкой выполнялась 3-минутная разминка с нагрузкой 30 Вт. Время, затрачиваемое на каждую тренировку, варьировалось от 21 мин для первых двух сессий, 25 мин для 3-й и 4-й сессий и 30 мин для последних двух сессий. Общее время, затраченное на тренировку в течение 2 недель, включая разминку и восстановление, составило менее 3 часов. К концу эксперимента уровень МПК спортсменов повысился в среднем на 8 % (рисунок 1.8). То, что всего шесть коротких тренировок (каждая продолжительностью около 20 минут) привели к такому значительному увеличению аэробной мощности, свидетельствует о высокой эффективности данной ВИИТ-программы. Не менее важным является и то, что тесты показали: эти приросты были результатом улучшения потребления кислорода в мышцах в результате увеличения «митохондриальной плотности» – вида адаптации, который обычно связан с большими объемами аэробных тренировок (рисунок 1.9).

Рисунок 1.8. Изменение уровня физической подготовленности после выполнения программы высокоинтенсивной интервальной тренировки (ВИИТ) (Jacobs R et al., 2013). A: изменения МПК (V˙ O2peak) и максимальной мощности, достигнутые во время тестов с возрастающей нагрузкой, представлены на левой и правой оси Y соответственно. B: улучшения во время гонки на время (ТТ) и средняя выходная мощность во время гонки на время представлены на левой и правой оси Y соответственно. Столбцы, заполненные белым и серым цветом, представляют исходные значения измерений и измерения после ВИИТ-программы, соответственно. Значения представлены как средние ± SE. Уровень достоверности различий между пре- и пост-значениями * P <0,05, ** P <0,01

Рисунок 1.9 – Изменения в содержании и функциях митохондрий после выполнения программы высокоинтенсивной интервальной тренировки (ВИИТ) (Jacobs R et al., 2013). Масс-специфические респирометрические измерения (A), активность цитохром-с-оксидазы (COX) (B)и митохондриально-специфические респирометрические значения (C). LN – дыхание в отсутствие аденилатов; PETF – способность к окислению жирных кислот; PCI, субмаксимальное состояние Stat3 через комплекс I; P, максимальное состояние 3 дыхание – способность к окислительному фосфорилированию; LOMY – индуцированное олигомицином утечное дыхание; ETS – пропускная способность электрон-транспортной системы; PCII, субмаксимальное Stat3 дыхание через комплекс II. Столбцы, заполненные белым и серым цветом, представляют исходные значения измерений и измерения после ВИИТ-программы, соответственно. Значения представлены как средние ± SE. Разница между соответствующими измерениями до и после ВИИТ: * P < 0,05, ** P < 0,01.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют и о том, что ВИИТ также может увеличить способность мышц использовать жир (жирные кислоты) для получения энергии, что не только означает, что они могут сохранять запасы гликогена, тем самым продлевая выносливость, но также могут помочь тем, кто пытается скорректировать состав тела за счет снижения жировой массы (M. J. Gibala et al., 2012).

В то время, как большинство исследований, касающихся эффектов ВИИТ при выполнении велонагрузки, проводятся в формате экспериментов с ножным педалированием, P. Schoenmakers et al. (2016) опубликованы результаты эксперимента, в котором проводился сравнительный анализ результатов 7-недельных тренировочных программ непрерывных тренировок умеренной интенсивности (MICT) и высокоинтенсивных интервальных тренировок (HIIT) при выполнении педалирования руками. Обосновывая эффективность своего исследования, авторы отмечают, что адаптация к тренировкам на выносливость хорошо задокументирована для тренировок, включающих упражнения для нижней части тела, таких как бег и езда на велосипеде, в которых программы обоих рассматриваемых видов нагрузки приводят к увеличению физиологических показателей, функциональных возможностей спортсменов на выносливость. И хотя эти методы тренировки по-разному стимулируют митохондриальный биогенез (Gibala and McGee, 2008; Laursen, 2010), и тот, и другой приводят к увеличению способности генерировать АТФ аэробным путем, что в итоге способствует повышению выносливости. Но в тех случаях, когда спортсмены задействуют преимущественно верхнюю часть тела (например, в езде на велосипеде или гонках на инвалидных колясках), ими используется гораздо менее активная мышечная масса. Следствием этого, по гипотезе авторов, становится то, что тренировка меньшей мышечной массы может привести к различным физиологическим реакциям на тренировки на выносливость по сравнению с режимами упражнений, включающими мышечную массу более крупных нижних частей тела (Miles et al., 1989; Schneider et al., 2002). В ходе эксперимента участники HIIT-группы выполнили 14 интервальных тренировок 4 × 4 минуты с интенсивностью 85 % резерва ЧСС и семь непрерывных тренировок с 55 % ЧСС (каждая 2-я тренировка недели). Участники MICT-группы выполнили 21 тренировку по 30 мин при 55 % резерва ЧСС. Основные результаты эксперимента – в таблице 1.6. Полученные P. Schoenmakers et al. (2016) результаты показали, что, как и в тех видах спорта на выносливость, в которых основная или вся нагрузка приходится на нижнюю часть тела, ВИИТ-тренировки оказались очень эффективными в улучшении функциональных возможностей, обеспечивающих выполнение упражнений с нагрузкой на верхнюю часть тела. Хотя по сравнению с контрольной группой произошло достоверное улучшение показателей в обеих тренировочных группах, выявлена более высокая эффективность программы в группе ВИИТ: МПК и пиковая мощность улучшились в ней в большей степени, чем в группе непрерывных тренировок умеренной интенсивности, что позволило авторам рекомендовать включение HIIT в тренировочные программы спортсменов соответствующих специализаций.

Важным прикладным направлением научных исследований в спорте является также изучение эффективности использования сочетания различных методов тренировки и эргогенных добавок. В аспекте ВИИТ такое исследование было проведено T. N. Erdogmus et al. (2023), оценивавшими влияние комбинации шестинедельных высокоинтенсивных интервальных тренировок и добавок креатина на состав тела, силовые возможности нижних конечностей и анаэробную мощность у физически активных взрослых мужчин. Авторы отмечают, что, несмотря на эффективность ВИИТ в индуцировании долговременной физиологической адаптации, она истощает запасы КрФ в мышцах и снижает уровень энергообеспечения, вызывая усталость. В ранее проведенных исследованиях было замечено, что производительность высокоинтенсивных упражнений увеличивается с увеличением внутримышечного КрФ (D. G. Syrotuik et al., 2004), что являлось основой предположения о возможной эффективности приема креатина в этом процессе, а также, что синтез КрФ и скорость митохондриального переноса АТФ в цитоплазму могут увеличиваться при адекватном уровне добавок креатина (R. C. Harris et al., 1992; E. Hultman et al., 1996).

Таблица 1.6. Соотношение изменений изучаемых показателей ручного велопедалирования при разных режимах тренировки CON (n=8), MICT (n=8)И HIIT (n=8) (P. Schoenmakers et al., 2016)

Примечание: MICT-группа – программа непрерывных тренировок умеренной интенсивности, HIIT-группа – программа высокоинтенсивных интервальных тренировок, CON – контрольная группа (не тренирующиеся) *– достоверны различия с результатом «до тренировки» # – достоверно совместное влияние факторов группа*время

Участники эксперимента были разделены на две группы: группа «HIIT», выполнявшая программу ВИИТ-тренировок на основе теста Вингейта с сопротивлением, равным 7,5 % от массы тела, три раза в неделю в течение шести недель, и группа С-HIIT, сочетавшая ту же тренировочную программу с использованием добавок креатина (10 г моногидрата креатина, растворив его в 200 мл воды; креатин принимался в два приема по пять граммов, за 30 минут до и сразу после тренировки). По результатам эксперимента между группами не было существенной разницы в показателях состава тела (в т. ч., в показателях мышечной и жировой массы, общей воды в организме), независимо от приема креатина. В то же время отмечается, что в группе C-HIIT статистически достоверно улучшились итоговые показатели силы ног (p < 0,05) и параметры анаэробной мощности – пиковая мощность, средняя и минимальная мощность (p < 0,01). Основные результаты представлены в таблице 1.7.

Обсуждая итоги эксперимента, авторы указывают, что на результаты может оказывать влияние тип используемого креатина, общий объем и интенсивность нагрузки, содержание тренировки с приемом креатина, уровень физической активности участников.

Таблица 1.7. Соотношение показателей состава тела, силовых возможностей мышц ног и параметров анаэробной мощности спортсменов групп «HIIT» и «C-HIIT» (T. N. Erdogmus et al.,2023)

Примечание: *P<0,05; **P<0,01

Определенными ограничениями полученных экспериментальных результатов и основанных на них выводов остаются ряд факторов, связанных в большей степени с возможностью организации эксперимента. Так, в большинстве исследований в качестве испытуемых рассматриваются индивиды, являющиеся неспортсменами, ведущими активный образ жизни, или спортсменами-любителями, но не спортсменами высокого класса. Лишь в немногих исследованиях рассматриваются и оцениваются реальные показатели улучшения спортивного результата, вместо этого оценивается динамика косвенных показателей, например, МПК, которые хотя и влияют на спортивный результат, не являются единственными факторами, его обеспечивающими. В тех же случаях, когда рассматривается влияние ВИИТ на реальные результаты, речь в основном идет о крайне ограниченном круге соревновательных дисциплин. Кроме того, практически отсутствуют продолжительные исследования. В лучшем случае длительность эксперимента ограничивается несколькими неделями. Тем не менее, накопленный к настоящему времени немалый практический опыт проведения высокоинтенсивных интервальных тренировок в работе со спортсменами разной квалификации и в разных видах спорта, полученные результаты значительного количества научных работ, посвященных этой тематике, уже позволяют провести аналитические обзоры и подвести некоторые итоги, касающиеся как теоретического, так и практического аспектов (P. B. Laursen и D. G. Jenkins, 2002; D. Hoshino et al. 2016; Girard, J. et al., 2018; Viana, R. B.et al., 2018; F. A. Engel et al., 2018; R. N. Sultana et al., 2019; B. Kendall et al., 2020; Clemente FM et al, 2021; M. Atakan et al 2021; C. Leite et. al, 2023; A. Hall et al., 2023 и др.).

В обзоре, проведенном J. Girard et al. (2018), на основе анализа результатов 14 экспериментальных исследований показано, что результатом используемых протоколов ВИИТ стали улучшения времени преодоления дистанции: в беге на 3000 и 5000 м (p = 0,04, p < 0,05 соответственно), на спринтерских отрезках 40 м (p = 0,091), в гребле на 2000 м (p = 0,02), в велогонке на 5 миль (p < 0,05). В софтболе значительно увеличилась пиковая скорость питча (3 %), улучшился и результат в спринтерском (на 33 м) беге на коньках у хоккеистов (p < 0,05). При этом используемые протоколы тренировки не были значимыми для результатов на стайерских дистанциях в плавании (p = 0,97). Т. е., хотя ВИИТ оказывала значительное влияние на многие критерии оценки спортивных результатов, она не всегда была более эффективной, чем другие методы. Авторы подчеркивают, что несмотря на выявленные преимущества использования ВИИТ в данных видах и при данных протоколах тренировки, ее влияние варьируется и требует глубокого изучения для возможности использования в других видах спортивной деятельности.

В систематизированном обзоре F. A. Engel et al (2018) проведен мета-анализ оригинальных экспериментальных исследований о повышении выносливости и анаэробной производительности у юных спортсменов (не старше 18 лет), выполняющих высокоинтенсивные интервальные тренировки. В обзор были включены двадцать четыре исследования с участием 577 спортсменов (средний возраст: 15,5 ± 2,2 года). Среди основных выводов, сделанных авторами по итогам обзора, можно отметить такие: молодые спортсмены, выполняющие ВИИТ, могут улучшить некоторые важные переменные, связанные с аэробными, а также анаэробными показателями. При HIIT большинство переменных, связанных с выносливостью, улучшились в большей степени по сравнению с альтернативными протоколами тренировок. Однако, HIIT не показала явного превосходства над альтернативными протоколами тренировок. Тем не менее, молодые спортсмены могут извлечь выгоду из HIIT, она требует меньше времени на тренировку, оставляя больше времени для других разделов подготовки, например, технико-тактической.

Убедительные доказательства эффективности использования ВИИТ в широком диапазоне условий приведены в обзорном исследовании R. N. Sultana et al (2019), обобщившем 47 исследований, содержащих 11 485 соответствующих записей о тренировочных программах с минимальной продолжительностью 4 недели, в которых сравнивались результаты HIIT-тренировок с более длительными непрерывными тренировками умеренной интенсивности. Исследования проводились с привлечением различных контингентов испытуемых (по возрасту, двигательной активности, спортивной квалификации и т. д.). Измеряемыми результатами были улучшение сердечно-сосудистой (аэробной) физической формы и изменения состава тела. Хотя выполнение ВИИТ не оказало существенного влияния на состав тела (т. е. не значительно снизило уровень жира в организме), ключевым выводом было то, что оно улучшило показатели состояния сердечно-сосудистой системы в значительно большей степени, чем непрерывные тренировки умеренной интенсивности.

Анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований с целью оптимизации дозирования ВИТ был проведен испанскими специалистами (B. Kendall et al., 2020). В итоге были определены оптимальные параметры для протоколов ВИТ. Проведено и сравнение ВИТ с непрерывными тренировками средней интенсивности по степени негативного влияния на организм спортсменов.

Масштабный метаанализ Clemente FM et al (2021) был проведен для сравнения эффективности широко используемых в игровых видах спорта видов интервальных тренировок SSG (small-sided games – на основе игровых упражнений на малых площадках) и HIIT (на основе бега). Критериями эффективности являлись изменения (величины прироста) результатов в спринте, прыжке вверх с места и тесте на ловкость с изменением направления (COD – change of direction). Электронный поиск дал 650 статей, шесть из которых были включены в настоящее исследование. Выявлено, что HIIT на основе бега обеспечил значимо более высокие приросты результата в спринтерском беге (ES = 0,42; p = 0,012), чем интервальные тренировки на основе SSG, в то же время не было обнаружено существенных различий результатов прыжка вверх и COD-тета. Внутригрупповой анализ выявил значительный благоприятный эффект тренировочных нагрузок на основе HIIT для улучшения времени спринта (ES = 0,42; p = 0,008) и COD-теста (ES = 1,04; p = 0,005), несмотря на незначительное влияние на результат прыжка вверх (ES = 0,47; p = 0,22). По итогам проведенного анализа авторы подчеркивают, что, несмотря на сходство влияния SSG и HIIT на основе бега на улучшение аэробной производительности, при подборе тренировочных средств и методов для программы подготовки следует учитывать, что эффекты сравниваемых видов интервальной тренировки на мощностные и скоростносиловые характеристики спортсменов не одинаковы. Следовательно, нецелесообразно полностью заменять беговые интервальные ВИИТ-тренировки на упражнения, в основе которых лежат игровые SSG. Оптимальной для разносторонней подготовки спортсменов-игровиков является сбалансированная комбинация SSG и HIIT на основе бега. Еще одной альтернативой может быть тренировочный метод, включающий в себя комбинацию упражнений на основе SSG с силовыми и мощностными упражнениями.