《Physiological Reports》：Physiological adaptations to 6?weeks of high-intensity interval and moderate-intensity continuous training in horses: A randomized crossover study
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这篇原创研究首次在总跑步距离匹配的条件下，系统比较了为期6周的高强度间歇训练（HIIT）与中等强度持续训练（MICT）对纯血赛马生理适应的影响。结果显示，HIIT在提升耐力表现（如力竭跑距）、有氧能力（速度@VO2max）、乳酸代谢（VLA10）及血红蛋白浓度（[Hbmax]）方面均显著优于MICT，而两者对最大摄氧量（VO2max）和最大心输出量（Qmax）的提升效果相似。研究强调了训练强度是驱动马匹综合生理适应的关键因素，为优化赛马训练方案提供了重要证据。
1 引言
高强度间歇训练（HIIT）作为一种高效的训练策略已在人类运动员中得到验证，其定义为以接近最大强度的运动（>80%最大摄氧量[VO2max]或最大心率）进行重复训练，中间穿插恢复期。当总工作量或能量消耗相匹配时，HIIT所引起的生理适应——包括运动表现、心肺功能和有氧代谢的改善——与中等强度持续训练（MICT）相当甚至更优，同时所需总训练时间更短。例如，在人类研究中，为期8周、工作量匹配的HIIT方案能提高最大心输出量（Qmax）、VO2动力学和骨骼肌线粒体呼吸，而MICT则不能。能引起VO2max或接近最大努力的方案被认为能强烈刺激氧运输以及有氧和糖酵解途径，从而引发增强运动表现的强大适应。
纯血马拥有卓越的运动表现、有氧能力和骨骼肌质量。在1200米比赛中，它们的峰值心率可超过210次/分钟，血乳酸浓度超过20 mmol/L。为了在比赛中取得成功，马匹必须在接近比赛速度的强度下训练，以适应巨大的机械和代谢需求。高强度运动对于激活快肌纤维也至关重要，这些纤维构成了纯血马臀中肌的80%以上。先前的研究表明，高强度训练能提高纯血马的整体运动表现和有氧能力，并改善骨骼肌中的氧化代谢、糖酵解途径和乳酸转运蛋白表达。这些发现提示，HIIT可能是一种高效的赛马训练策略。事实上，我们最近比较了中等强度持续运动（MICE；6分钟，70% VO2max）和高强度间歇运动（HIIE；6×[30秒，100% VO2max+ 30秒恢复，30% VO2max]）的急性反应，发现HIIE比MICE引发了更严重的动脉低氧血症、乳酸酸中毒和肌糖原耗竭，同时激活了AMPK信号级联并促进了线粒体生物合成。
尽管这些急性反应很有希望，但尚无研究系统性地调查HIIT是否比MICT在纯血马中产生更优越的长期训练适应。这一知识缺口很重要，因为优化赛马的训练方案直接关系到其表现、安全和训练计划的效率。因此，本研究旨在通过随机交叉设计，比较总跑步距离匹配的6周MICT和HIIT训练后纯血马的生理适应情况。我们假设HIIT在运动表现、心血管能力和乳酸代谢方面会比MICT带来更大的改善。
2 材料与方法
所有实验方案均经日本中央竞马会（JRA）马匹综合研究所动物福利与伦理委员会审查批准。为便于动脉导管插入，在七氟烷麻醉下将颈动脉从颈动脉鞘手术重新定位至皮下位置。手术后至少2个月，马匹适应在佩戴开放式面罩的跑步机上跑步。在增量运动测试开始前至少12周，马匹每天在17×22米的围场中放牧约4小时。所有马匹在早晨饲喂1公斤燕麦、1公斤颗粒饲料和3公斤提摩西干草，下午饲喂1公斤燕麦、2公斤颗粒饲料和3公斤提摩西干草。自由饮水。由经验丰富的兽医在研究前和每次增量运动测试前进行跛行评估、体格检查、心脏听诊和心电图检查。出现跛行或临床异常的马匹被排除。一匹骟马在高强度间歇训练期间（第二区块）出现右前肢跛行并被排除；因此，统计分析基于7匹马进行。
采用随机交叉设计，马匹完成为期6周、总距离匹配的跑步机训练（坡度6%，每周3天）。训练方案包括：（1）MICT：在70% VO2max（6.3–8.3 m/s）强度下持续运动6分钟；（2）HIIT：进行6组（30秒，100% VO2max[9.2–12.1 m/s] + 30秒，30% VO2max[2.8–3.6 m/s]）的间歇训练。每周其余4天，马匹每天放牧约4小时，并在遛马机中行走1小时。两个训练区块之间设有12周的洗脱期，期间马匹在遛马机中每天行走1小时和/或每天放牧约4小时。
增量运动测试在第0、3和6周进行。根据第0周和第3周的增量运动测试结果调整对应于70%和100% VO2max的训练速度。后训练增量运动测试在最后一次运动后48小时进行，以尽量减少急性运动影响并防止去训练。增量运动测试方案包括在6%坡度上以4 m/s进行3分钟热身，随后以1.7、4、6、8、10、12和13 m/s的速度进行每步2分钟的递增，直至马匹无法在人性化鼓励下维持其在跑步机上的位置（定义为力竭）。
马匹佩戴连接至鼓风机的开放式面罩。通过肺活量计和压差传感器测量气流。使用经质量流量计校准的O2和CO2分析仪测量气体浓度。信号以200 Hz的频率记录，并根据每步最后30秒的数据计算摄氧量。
在每个训练期的每周一次，运动后立即从颈静脉采集静脉血样。样品置于肝素化管中，离心后使用乳酸分析仪分析血浆乳酸浓度。
在每次增量运动测试前，将18G导管置于左颈动脉，将8-F导入器置于右颈静脉。通过导入器将Swan-Ganz导管推进至肺动脉，并通过压力波形确认位置。在每个阶梯的最后30秒以及力竭后1、3、5和10分钟采集动脉血和混合静脉血样。样品置于冰上并立即分析。随后测量血浆乳酸浓度。根据每个增量运动测试的指数速度-乳酸关系，计算引发血浆乳酸浓度10 mmol/L的速度（VLA10）。使用心输出量计算机测量肺动脉温度以校正血气测量值。连续记录心率，并在每个阶梯的最后30秒内取平均值。为获得最佳信号检测，将电极部位弄湿并置于鞍垫和弹性肚带上。
数据以平均值±标准差表示。使用混合效应模型分析生理变量，以时间、训练方案及其交互作用作为固定效应，马匹作为随机效应。当主效应或交互作用显著时，应用Tukey事后检验。统计显著性设定为p < 0.05。
3 结果
3.1 训练期间运动后的血浆乳酸浓度
观察到时间（p < 0.001）和方案（p = 0.002）的显著主效应。在整个训练期间，HIIT组的血浆乳酸浓度始终高于MICT组。第1周，MICT组的血浆乳酸浓度为11.4 ± 6.6 mmol/L，HIIT组为20.3 ± 6.3 mmol/L。随着训练进行，血浆乳酸浓度在第3周显著下降，MICT组降至4.7 ± 2.7 mmol/L，HIIT组降至11.1 ± 6.7 mmol/L。第4周，血浆乳酸浓度出现不显著增加，MICT组为6.3 ± 4.4 mmol/L，HIIT组为14.7 ± 5.3 mmol/L。到第6周，血浆乳酸浓度再次逐渐下降，MICT组为4.1 ± 2.2 mmol/L，HIIT组为10.6 ± 4.6 mmol/L。
3.2 训练后增量运动测试的生理变量
3.2.1 跑距
观察到显著的交互作用（p = 0.046）和时间主效应（p = 0.005）。HIIT组的跑距在第3周（+22%， p = 0.008）和第6周（+29%， p = 0.045）相比第0周显著增加。相比之下，MICT组未观察到显著增加（第3周，+2.8%， p = 0.706；第6周，+4.5%， p = 0.635），且在第3周或第6周均未发现显著的组间差异。
3.2.2 最大摄氧量（VO2max）
存在显著的时间主效应（p < 0.001），VO2max在两个方案中第3周（MICT：+11%， p < 0.001；HIIT：+7.6%， p = 0.017）和第6周（MICT：+13%， p = 0.005；HIIT：+13%， p = 0.001）均相似增加。未观察到交互作用（p = 0.356），表明训练后VO2max的变化在MICT和HIIT之间没有显著差异。
3.2.3 引发最大摄氧量的速度（100% VO2max速度）
存在显著的时间主效应（p = 0.007），100% VO2max速度仅在HIIT组第6周增加（+9.8%， p = 0.034），第3周未增加（+6.3%， p = 0.173），MICT组在第3周（-1.1%， p = 0.621）或第6周（+2.4%， p = 0.627）也未增加。未观察到显著的交互作用（p = 0.051），表明训练后两种方案之间没有显著差异。
3.2.4 引发最大心率的速度（VHRmax）
存在显著的交互作用（p = 0.014）和时间主效应（p < 0.001），VHRmax在HIIT组第3周（+9.5%， p = 0.007）和第6周（+15%， p = 0.021）增加，但在MICT组第3周（-1.4%， p = 0.621）或第6周（+4.3%， p = 0.252）未增加。然而，在第3周或第6周均未观察到MICT和HIIT之间的显著差异。
3.2.5 乳酸阈速度（VLA10）
存在显著的交互作用（p = 0.036）和时间主效应（p = 0.006），VLA10在HIIT组第3周（+12%， p = 0.025）和第6周（+13%， p = 0.021）增加，但在MICT组未增加（第3周，-0.6%， p = 0.874；第6周，+6.0%， p = 0.503）。在第3周或第6周均未观察到MICT和HIIT之间的显著差异。
3.2.6 体重
存在显著的时间主效应（p < 0.001），两组体重在第3周（MICT：-2.4%， p = 0.020；HIIT：-2.7%， p = 0.006）和第6周（MICT：-1.6%， p = 0.032；HIIT：-3.8%， p = 0.003）相比第0周均下降。未观察到显著的交互作用（p = 0.227），表明训练后MICT和HIIT组之间没有显著差异。
3.2.7 最大心输出量（Qmax）
存在显著的时间主效应（p < 0.001），Qmax在HIIT组第3周（+6.9%， p = 0.001）和第6周（+6.5%， p = 0.006）增加，在MICT组第6周（+7.9%， p = 0.044）增加，但在第3周未增加（+5.4%， p = 0.167）。未观察到交互作用（p = 0.502），表明训练后两组之间没有显著差异。
3.2.8 最大每搏输出量（SVmax）
存在显著的时间主效应（p = 0.006），SVmax在HIIT组第3周（+8.6%， p = 0.002）和第6周（+8.2%， p = 0.032）增加，但在MICT组未增加（第3周，+3.7%， p = 0.684；第6周，+7.4%， p = 0.230）。未观察到交互作用（p = 0.535），表明训练后两组之间没有显著差异。
3.2.9 动静脉血氧差（Ca-vO2）
未观察到显著的交互作用（p = 0.467）或时间主效应（p = 0.691），表明Ca-vO2在两组第3周（MICT：+1.5%；HIIT：-0.8%）或第6周（MICT：+2.2%；HIIT：+1.4%）均未发生变化。
3.2.10 最大血红蛋白浓度（[Hbmax]）
观察到显著的时间主效应（p = 0.022），[Hbmax]仅在HIIT组第6周显著增加（+3.9%， p = 0.018），两组在第3周均未增加（MICT：+1.2%， p = 0.808；HIIT：+0.7%， p = 0.945），MICT组在第6周也未增加（+1.6%， p = 0.245）。
2max；b）、引发VO2max的速度（c）、引发最大心率的速度（d）、引发10 mmol/L血浆乳酸浓度的速度（e）和体重（f）。">
max；a）、最大每搏输出量（SVmax；b）、动静脉血氧差（Ca-vO2；c）和最大血红蛋白浓度（d）。">
4 讨论
4.1 运动表现和心血管适应
本研究的主要发现是，当训练距离匹配时，为期6周的HIIT比MICT在纯血马中引发了更广泛、更综合的生理适应。
在人类运动员中，达到VO2max的HIIT方案被认为是最大化刺激氧运输系统并引发心血管能力和运动表现强劲改善的必要条件。我们的研究结果将这些发现扩展到了马匹运动员，表明重复的接近最大努力同样能增强马匹的中心循环功能。这一解释得到了我们先前使用相同运动方案的急性研究的支持，在该研究中，HIIE达到了比MICE更高的峰值心率（214 vs. 196 bpm）和更大的肌糖原耗竭（运动前水平的65% vs. 79%），表明更快地募集了快肌糖酵解纤维。鉴于纯血马臀中肌80%以上由II型纤维组成，高强度刺激可能在本研究中广泛激活了这些纤维并引发了代谢和心血管适应。
有趣的是，MICT和HIIT对VO2max、Qmax的改善效果相似，而反映亚最大运动表现的指标（100% VO2max速度、VLA10和VHRmax）仅在HIIT后得到改善。这种区别表明，虽然MICT和HIIT都能诱发中心适应，但与效率相关的适应，如跑步经济性和乳酸阈，更倾向于被HIIT增强。在人类中，跑步经济性传统上与耐力训练距离相关，但最近的证据表明，HIIT可以通过神经肌肉和代谢途径进一步增强这一参数。尽管生物力学适应可能起作用，但我们未在本研究中直接评估生物力学参数。HIIT后观察到的亚最大效率改善提示了代谢重塑的作用，尤其是在快肌纤维内。
4.2 最大摄氧量的决定因素
从氧运输的角度来看，根据菲克方程，VO2max由心输出量（每搏输出量×心率）和动静脉血氧差决定。在人类中，耐力训练后VO2max的增加主要由每搏输出量和红细胞质量的增加驱动，而不是外周氧摄取能力。我们的数据支持这一观点：MICT和HIIT都增加了VO2max和Qmax，而Ca-vO2没有显著变化。这一发现与人类先前报告一致，表明中心氧输送仍然是两个物种VO2max的主要限制因素。然而，之前有研究报告，HIIT改善了受过训练人类的VO2max和SVmax，而MICT没有，这表明受试者的训练状态会影响强度的相对贡献。在我们未经训练的马匹中，大多数心血管改善发生在训练的前3周，此后仅HIIT组的VO2max进一步增加。这些结果表明，MICT可能更早达到生理上限，而HIIT即使在部分适应的个体中也能继续提供足够的刺激。此外，第5周和第6周的血浆乳酸浓度远低于第1周，这表明尽管在3周后重置了训练强度，但两种方案的代谢刺激在训练期间逐渐减弱。虽然乳酸不是训练适应的唯一决定因素，但它可作为运动强度的有价值的标记物。
4.3 血液学适应
另一个发现是[Hbmax]在HIIT后增加，而在MICT后没有。尽管HIIT的血液学适应尚未被充分探索，但通常数周的耐力训练与红细胞质量和血红蛋白浓度增加相关。鉴于高原/低氧训练在精英运动员中的流行，缺氧被认为是血液学适应的关键驱动因素。在我们先前的研究中，只有HIIE引发了低氧血症并增加了骨骼肌中运动后缺氧诱导因子-1α的mRNA。综上所述，HIIE期间重复的低氧刺激可能促成了6周HIIT后[Hbmax]的增加。重要的是，血液学变化通常需要超过2-3周才能显现，这与我们的结果一致，即[Hbmax]在3周HIIT后没有增加。
4.4 乳酸代谢
HIIT组VLA10的改善表明，在高强度运动期间乳酸清除能力增强、积累延迟。乳酸代谢受糖酵解通量、氧化能力和通过单羧酸转运蛋白跨膜乳酸运输的平衡影响。MCT1在氧化纤维中表达，促进乳酸摄取，而MCT4在糖酵解纤维中表达，促进乳酸外排。在人类中，为期6周的HIIT增加了柠檬酸合酶活性、COX IV含量、MCT1和MCT4表达，从而减少了糖原分解和乳酸积累。在马匹中，为期18周的高强度训练增加了MCT1和MCT4的表达以及氧化酶活性，而去训练6周选择性地降低了MCT4而非MCT1。结合我们先前显示HIIE引发乳酸酸中毒、AMPK激活和下游线粒体生物合成的急性数据，这些发现支持了一个机制模型：重复的HIIT增强了氧化代谢，增加了乳酸转运蛋白能力，从而改善了全身乳酸动力学。
4.5 肌肉骨骼损伤风险
虽然MICT组没有发生肌肉骨骼损伤，但我们在HIIT组经历了一例悬韧带损伤。在人类运动员中，HIIT方案可能施加突然的高机械负荷和快速加速，从而增加肌肉骨骼损伤风险。赛马的流行病学研究也报告，高速运动暴露不足和过量都会增加灾难性肌肉骨骼损伤的风险。在我们的研究中，使用未经训练的马匹以及训练强度的突然增加可能促成了这一结果。此外，HIIT所固有的重复加速-减速特性可能对肌肉骨骼结构施加额外的压力，尽管这一点尚未在马匹中得到系统研究。这些观察结果强调在实践HIIT方案时需要谨慎。
4.6 局限性
相对较小的样本量（n = 7）可能限制了研究结果的普遍性。由于使用纯血马的实际和伦理限制，包括可用性、成本和福利考虑，未进行正式的预先功效分析，这限制了可实现的样本量。类似的样本量已用于先前马匹的对照生理训练研究中。关于随机交叉设计，我们已经阐明，这种方法通过让每匹马作为自身对照，增强了统计功效，从而减少了生理反应的个体间差异，提高了检测方案间训练诱导差异的敏感性。此外，我们试图平衡性别分布（4匹骟马和3匹母马）以尽量减少性别相关差异；然而，不能完全排除性别特异性的训练适应。尽管如此，先前的研究表明，马匹运动表现的性别差异与人类相比最小。另一个限制是缺乏对骨骼肌的直接机制分析（例如分子和/或组织学检测），这妨碍了从我们先前工作中推断出的机制途径的确认。最后，虽然我们的数据支持运动强度是适应的关键驱动因素，但HIIT所固有的重复加速和减速的具体贡献仍未解决。需要进一步研究直接比较高强度持续训练与HIIT以阐明其潜在机制。
5 结论
当训练距离匹配时，为期6周的HIIT在纯血马中比MICT在运动表现、有氧能力、乳酸代谢和血液学参数方面产生了更优越的改善。这些结果强调了训练强度在驱动综合适应中的重要性，并表明HIIT代表了一种对纯血马非常有效的训练策略。然而，在赛马训练计划中实施HIIT时，应仔细考虑肌肉骨骼损伤风险潜在增加的可能性。
