Evidence-Based Effects of High-Intensity Interval Training on Exercise Capacity and Health: A Review with Historical Perspective

www.ncbi.nlm.nih.gov/labs/pmc/articles/PMC8294064/

2021年7月5日オンライン公開

概要

定期的な運動は、年齢、性別、慢性疾患の有無に関係なく、運動能力や健康に有益な様々な生理学的適応をもたらす。しかし、時間がないことが運動の大きな障害となり、世界的に身体運動不足を引き起こしていることが、多くのエビデンスから明らかになっている。このような背景から、インターバルトレーニングは、運動量が少ないにもかかわらず、中強度連続トレーニングに匹敵する、あるいはそれ以上の適応をもたらし、高い楽しみをもたらすことが知られており、このようなトレーニングが注目されている。

高強度インターバル運動は、普遍的な定義はないが、最大酸素摂取量の90%以上または最大パワーの75%以上に相当する「最大に近い」または「全力」の努力で、休息または低強度の運動の時間を挟み、激しい活動の短いバーストを繰り返し行うことを特徴とする。

高強度インターバルトレーニングは、臨床集団と健常者（アスリート、病気や障害のない活動的な人、運動不足の人）の両方において、運動能力（最大酸素摂取量、有酸素持久力、嫌気性能力など）と代謝の健康を改善する数多くの生理学的適応を引き起こすことが研究で明らかにされている。

この論文では、1920年代初頭から今日に至るまで、運動能力と健康に関するいくつかの厳選された研究の新しい知見に基づき、高強度インターバルトレーニングの簡単な歴史が紹介されている。さらに、高強度インターバルトレーニングに反応する生理学的適応の基礎となるメカニズムの概要を説明する。

キーワード：運動、間欠的トレーニング、身体的持久力、健康効果、生理学的適応

1. はじめに

運動は、糖尿病、がん、肥満、高血圧、冠動脈疾患、心血管疾患、うつ病などの慢性疾患の一次予防の基礎となるものである[1,2,3]。何世紀にもわたって、運動は医師によって患者のための薬として処方されてきた[4]。西洋医学の父であるヒポクラテスの言葉には、次のようなものがある。西洋医学の父であるヒポクラテスは、「歩くことは人間の最良の薬である」、「食物と運動が不足すれば、身体は病気になる[5,6]」と述べている。エビデンスに基づく科学的ガイドラインでは、運動は慢性疾患の予防と管理における新規の非薬物療法であることが示唆されている[7,8,9,10,11]。このように運動の利点は十分に証明されているにもかかわらず、成人の3分の1、青年の5分の4、およそ14億人が推奨されるレベルの運動に関する公衆衛生ガイドラインを満たしておらず [7]、身体運動不足は世界的な問題となっている [12]。最近更新された身体活動と座りがちな行動に関する世界保健機関2020年ガイドライン [13] は、実質的な健康上の利益を得るために、少なくとも週に150～300分の中強度身体活動、または75～150分の強度の有酸素運動を行うことを推奨している [14]。しかし、十分な時間がないことが、定期的な運動を継続するための最も一般的な障壁となっている [15]。そのため、最近では、最大酸素摂取量（V˙O2max）の90％以上［16］または最大パワーの75％以上［17］に相当する「ほぼ最大」または「全力で」行う短時間の激しい運動からなるインターバルトレーニングモデルに注目が集まっている。中強度連続トレーニング（MICT）［17,18,19］は、一般的に酸素消費予備量の40％～60％未満で30～60分間の中強度の運動からなる［20,21］と比較すると、受動または能動回復期間を挟むことにより、同等またはさらに大きな生理学的適応を誘発することができる。インターバルトレーニングの運動能力や一般的な健康状態に対する効果については、健康な集団や診療所の集団において、また、これらの効果の根底にあるメカニズムについても、数多くの優れたレビューがある[15,18,22,23,24]。しかし、我々の知る限り、歴史的なアプローチを適用した研究は今日までない。このレビューでは、様々なインターバルトレーニングのモデルの種類を定義した後、運動能力と健康に関する新しい知見のために大きな関心を集めている、関連文献のマイルストーン研究ともいえる高強度インターバルトレーニング研究をいくつか選んでその結果を紹介している。最後に、高強度インターバルトレーニングに反応する生理学的適応の基礎となるメカニズムについて、簡単に紹介する。

2.インターバルトレーニング

インターバルトレーニングは、V˙O2maxの90％以上[16]、最大パワーの75％以上[17]、または超最大努力[16、17、18]を誘発する激しい活動を短時間で行い、回復には休止時間または低強度の運動を行うことが特徴である。インターバルトレーニングのモデルとして最も使用されているのは、以下の種類である。

(1) V˙O2max の90%以上 [16] または最大パワーの75%以上 [18,25] を引き出す亜最大努力による高強度インターバルトレーニング (HIIT) モデル;

(2) V˙O2max または最大パワーより大きい最大または超最大努力を伴うHIITのより強いバージョンであるスプリントインターバルトレーニング (SIT) モデル.これらは、インターバルトレーニングのモデルとして最もよく使用されている。

(3)反復スプリントトレーニング(RST)モデルは、SITの回復期間と比較して比較的短い回復期間（60秒未満）を挟んで10秒未満のスプリントを数多く実施することを特徴とする[26]。

インターバルトレーニングは、1世紀以上にわたってコーチやアスリートがパフォーマンスを向上させるために不可欠なトレーニングの一部であり、より少ない時間でのMICTに類似した顕著な生理学的適応と健康上の利益を誘発する能力により、かなりの科学的調査を受けている[27]。さらに、メカニズム的な観点から、インターバルトレーニングによって引き出される生理的適応は、それ自体の強度に起因するだけでなく、間欠的な運動の本質的な性質にも起因することに留意する必要がある。

HIITが中枢性心血管系の適応と代謝ストレスに対して強固な刺激を与えることはよく知られており［28］、一方、MICTは主に筋の酸素抽出と代謝効率に寄与する末梢性の適応を誘発する［29,30,31］。HIITは、オリジナル研究[32]やメタ分析[33]で報告されているように、MICTよりも高い楽しみを引き出すことが知られており、インターバルトレーニングモデルは一般的な人々にとって実用的で楽しい運動様式となっている。さらに、Reljicらによるメタ分析[34]では、HIITに基づく介入後、以前座っていた個人において従来の運動プログラムよりも脱落率が低いことが報告されており、HIITが許容可能であることを示している。しかし、高強度インターバル運動を1回だけ激しい強度で行い、休息時間を少なくすると、楽しさが減少する可能性が高く、したがって、高強度セッション間の十分な休息間隔は、長期的な運動維持のために負の感情反応を防ぐのに不可欠である。

HIITは、その時間短縮性とMICTと同様の生理的適応の誘発により、Worldwide Fitness Trends [36]で2018年に1位、2019年に3位にランクインしている。原著研究とメタアナリシス研究の両方を含むエビデンスに基づく研究が増えており、5日～12ヶ月のインターバルトレーニングプログラムは、V˙O2max [37]、持久力 [38,39] 、安静時代謝率 [40] 、基質代謝 [41,42] 、身体組成 [43] 、インシュリン感受性 [44,45] および認知機能 [46,47,48] を改善するために有効であると示されている。その上、インターバルトレーニングは、心血管疾患［15,25］、乳がん［49］、メタボリックシンドローム［50］、変形性関節症［51,52］、腰痛の原因として知られる関節リウマチ［53,54,55,56,57］のリスクを低減することが示されている（図1）。以下の小見出しでは、様々なインターバルトレーニングのモデルの定義、健康やパフォーマンスの利点が紹介されている。

図1 高強度インターバルトレーニングの健康への効果が証明されている

2.1. 高強度インターバルトレーニング

高強度インターバル運動は、V˙O2maxの90％以上[16]、最大パワーの75％以上[17]、VO2maxを引き出すのに必要な最小走行速度90％以上[16]、「ハード」から「非常にハード」の範囲の自覚的労作率（10ボルグスケールで6以上、6-20スケールで15以上）で行う高い相対作業負荷での比較的短いバーストの激しい活動によって特徴づけられる [16]．一回の努力は、運動強度にもよるが、一般的に数秒から数分続き、複数の努力の間に数分までの休息や労力の軽減が挟まれる。V˙O2maxを決定するための設備や専門知識がない場合、HRに基づいて高強度作業の運動強度を決定する研究もあるが [21,58] 、HRパフォーマンスカーブが上方偏向する可能性がある心血管系疾患の人など、心拍（HR）の不均一な性質のために一貫した信頼性はない [59]．運動強度に最大HR（HRmax）を使用すると、個々のトレーニングHRを40%まで過大評価する場合があり [60,61] 、トレッドミルやサイクルエルゴメーターでの漸増運動テストでは、脚の局所疲労により心肺エンドポイントの前にテストを早期に終了させる可能性があるので、トレーニングを受けていない被験者では真のHRmaxは得られない [62]．

様々なサブカテゴリーがあるにもかかわらず、HIITは、一般に、活動的なインターバルに費やした総時間に基づいて、15分未満の低容量と15分以上の高容量のHIITにサブカテゴリー化される［63］。これらのHIITプロトコルは、より少ない時間のコミットメントにもかかわらず、同様の、時にはより大きな、健康およびパフォーマンスの利点につながることが示されている［43,64,65,66,67］。さらに、最近のレビュー［63］とメタ分析［43］で強調されているように、1セッションあたり15分未満のアクティブな高強度トレーニングを含む低容量のHIITは、心代謝系の健康と心肺持久力を改善する時間効率のよい運動戦略であることが明らかである［63］。

必然的に、古典的なインターバルトレーニングモデルの高負荷の性質のために強い動機付けが必要となり、それは非常に疲労し、座りがちな人にはあまりにも激しいものである [19]。さらに，古典的なHIITプロトコルの総時間コミットメントは，ウォームアップ，回復インターバル，クールダウンを含み，一般的に20分以上であり，したがって時間効率を低下させる［64］．この意味で，低容量のプロトコルを含む研究の知見は，関連する健康とパフォーマンスの利点を維持しながら，現在のHIITプロトコルの労作と時間コミットメントのレベルを減らすことができるかどうかを決定するために有望である．

2.2. スプリントインターバルトレーニング

SITは、V˙O2maxまたは最大パワーを引き出すのに必要な仕事量を超える強度で行われるHIITの、より強い形態である。高強度作業の各バウトは、短時間（≤30秒）の活動で、インターバル間の比較的長い回復時間（~4分）で区切られている [68] 。SITで目標とする運動強度は、通常、V˙O2maxまたは最大パワーを引き出すペースよりも大きな仕事量で、「オールアウト」または「超最大」努力を含む [68]。SITに提案されている最小強度は、最大パワーの100％以上 [17]、最大スプリント速度の85％以上、およびVO2maxを引き出すのに必要な最小走行速度の160％以上 [16]である。最も使用されているSITプロトコルは、サイクルエルゴメーターで行われ、4×30秒の全力最大インターバル、V˙O2maxの約170％に相当する高い力に対するペダリング、休憩インターバルまたは軽い運動から構成されている [69] ．

2週間および6週間のSITは、健常者において、骨格筋の酸化能と持久力の向上、およびミトコンドリア生合成に関連する主要分子の誘導に有効であることが多くの証拠によって示されており［70，71，72］、これは、トレーニング量に大きな差があるにもかかわらず、MICT後に観察されたのと同等であった。さらに、いくつかの研究では、若い健康な男性におけるインスリン感受性の改善 [45,73]、2週間後の過体重/肥満者の安静時脂肪酸化の増加 [41]、また、正常体重および過体重の個人における12週間および15週間のSIT後の脂肪量の減少を報告している [74,75] ．しかしながら、SITは最大限の努力を必要とし、特に慢性疾患や肥満の人を含む多くの個人にとって、耐容性が低いか魅力的でない可能性があることは注目に値する。したがって、現在の知見は、健康とパフォーマンスの利点の観点から興味深いと思われるが、それは一般集団のための身体活動の推奨に簡単に翻訳されないだろう、受け入れられ、効果的なプロトコルを確立できるSITのさらなる研究の必要性を示唆している。

2.3. 反復運動トレーニング

RSTは、短い回復（60秒未満）を挟んでスプリント（10～20回の最大またはシャトルスプリント、10秒以下）を繰り返し行うことを特徴とする[76,77]。RSTに提案されている最小強度は、VO2maxを引き出すのに必要な最小走行速度の120％以上である[16]。このトレーニングモデルは、多くのスポーツのためのアスリートの身体的準備に広く利用されている [78,79,80] 。しかし、発表された文献は、RSTの研究では、SITやHIITの研究ほど豊富ではない。SITおよびHIITモデルは、スプリントパフォーマンスのほぼ完全な回復を可能にするのに十分な長さの回復期間とともに繰り返し実行されるのに対し、RST中の繰り返しスプリント間の回復期間は最小限であり、したがってRST中のパフォーマンスの低下は避けられない。研究により、RSTは健康で健康な被験者の持久力、スプリント、反復スプリント能力、および有酸素能力を改善できることが示されている [26,77]. Taylorらによるメタ分析[81]では、カウンタームーブメントジャンプ、10mスプリント、20mスプリント、30mスプリント、反復スプリント能力、高強度間欠走能力などの運動能力変数に対するRSTの効果を調査した対照試験と非対照試験をレビューし、RSTがパワー、スピード、反復スプリント能力、持久力を改善するのに効果があると立証している。

3.厳選された研究に基づくHIITの運動能力と健康への影響

このセクションでは、インターバルトレーニングを応用した初期の試みと、厳選されたHIIT研究の主な知見を要約する。2000年代初頭から、HIITの研究は勢いを増し、指数関数的に増加した。PubMedで検索すると、「high-intensity interval training」、「sprint interval training」、「repeated sprint training」、「HIIT」をタイトルに含む研究論文が年間約300件ヒットするようになった（図2）。これまでのHIIT研究の中には、健常者や臨床集団における高強度インターバル運動介入に対する生理的・分子的適応を示し、文献に大きく貢献しているものがある。このセクションに含まれるトレーニング研究をTable 1に記載する。

図2 2000年から2020年にかけて発表された高強度インターバルトレーニングの論文数

表1 いくつかのHIIT研究の説明

表1

AUC；曲線下面積、COS；チトクロームC酸化酵素、CS；クエン酸合成酵素、F；女性、GAPDH；グリセルアルデヒドリン酸脱水素酵素、The HOMA；ホメオスタシスモデル評価、HR；心拍、HRmax；最大心拍、HRpeak；最大心拍、LDL；乳酸脱水素酵素、M；男性、MDH：リンゴ酸脱水素酵素、MIT：乳酸脱水素酵素。中強度トレーニング、NEFA；非エステル化脂肪酸、NR；報告なし、NS；特定せず、PGC-1α；ペルオキシソーム増殖剤活性化受容体γコアクチベーター1α、PFK；ホスホフルクトキナーゼ、SDH；コハク酸脱水素酵素、V˙O2max；最大酸素摂取量、V˙O2peak；最大酸素摂取量、W；ワット。

3.1. インターバルトレーニングのモデルを適用した最も初期の試み

過去20年間に健康と運動パフォーマンスの改善におけるHIITの有効性を示す研究数の勢いにもかかわらず、このトレーニングモデルは100年前にさかのぼり、20世紀初頭に観察された重要なスポーツの成功の背後にある重要な戦略だったことはよく知られている [27]。この初期の期間に、Hannes KolehmainenやPaavo Nurmiを含むフィンランドのチャンピオンランナーを指導したLauri Pikhalaなどの革新的なアスリートやトレーナーの貢献によってHIITは大きく発展した [27,51]. Paavo Nurmiは、1920年から1930年にかけて世界で最も成功した長距離ランナーで、9つのオリンピック金メダルによってスポーツ史にその名を刻んだ。彼のトレーニングプログラムは、主に20×60秒の高強度のインターバルと短い休憩時間から構成されていた。

1930年代、ドイツの医師でコーチのヴォルデマール・ゲルシュラーは、心臓学者のハーバート・ラインデルと共同で、一定の強度で休息を挟むトレーニングモデルを考案した。このモデルでは、アスリートは180拍/分の目標HRで短距離走を行い、その後、HRが120拍/分に低下するまで休息期間を設けてから次の反復を開始した [102] 。Gibala and Hawley [102] がレビューしているように、Gerschler と Reindel は、高強度のトレーニングの間の休息期間がこのトレーニングモデルの最も重要な側面であり、この間に心臓は適応し、より大きく強く成長することができる、と提案した。この考え方は，彼らが行った研究によって裏付けられており，21日間のHIITの実施によって，中長距離ランナーの心臓容積が20%増加し，持久力が向上した[102]．おそらく，インターバルトレーニングのモデルを採用した歴史上最も注目すべきアスリートは，1.6km（1マイル）を初めて4分未満で走ったSir Roger Bannisterであろう．彼のトレーニングプロトコルは，10×400mを60秒以内に走り，2分の休息を挟むというものであった[102]．

3.2. 健康な集団における運動能力と健康に関する研究

20世紀初頭からトレーナーやアスリートはインターバルトレーニングの有効性を長い間知っていたが，1960年代初頭まではインターバルトレーニングモデルの人体生理学への影響は十分に注目されていなかった[103]．その後、この種の運動モデルが健康や運動パフォーマンスに与える影響について、人気が出てきた [82,83,95,104]. 例えば、1973年にBengt Saltinグループは、15秒の運動と15秒の休息、または3分の運動と3分の休息からなるインターバルトレーニングのプログラムをわずか2ヶ月（3回/週）行っただけで、若い軍人のV˙O2maxが約20％増加したと報告した[82]。1975年、Foxらは、若い健康な男性におけるV˙O2maxの向上はトレーニング強度に依存し、屋内オーバルトラックで7週間と13週間のインターバルトレーニングプログラムを行った後のストロークボリューム(SV)と動静脈酸素差(a-vO2 diff)の増加に起因すると報告した[83]。1976年、HenrikssonとReitmanは、MICTによるHIITの酸化的および解糖的酵素活動への効果が筋繊維特異的であるかどうかを明らかにすることを目的とした[84]。これに対処するために、9人の若い健康な被験者をHIIT（101％V˙O2maxで5×4分のサイクリング、2分の休息を挟む）またはMICT（79％V˙O2maxで27分の連続サイクリング）グループに分け、7-8週間行った[84]。著者らは、HIIT群でのみV˙O2maxとII型コハク酸脱水素酵素活性の増加を報告したが、MICT群ではI型コハク酸脱水素酵素活性が平均32％増加した[84]。この論文では、運動後のV˙O2maxの増強と骨格筋-繊維タイプで観察される生理的適応は、運動強度と運動中の繊維のリクルートメントに依存することが示された。これらの研究に続いて，Robertsらは，1980年初頭に，若い活動的な男性における骨格筋の無酸素性代謝に対するHIITの効果について調査した[85]．トレーニングプログラムは，200m走を最大速度の90%で5週間かけて2分間の休息を挟んで8回行うものであった[85]．彼らは、骨格筋のグリコーゲン分解と嫌気性解糖に関連する主要酵素の活性の上昇によって証明されるように、嫌気性代謝の改善を報告し［85］、短期のインターバルトレーニングプログラムが嫌気性代謝を改善する強力な刺激であることを示唆した。

1986年、Sharpらは、8×30秒のオールアウトトレーニングを含む8週間のSIT（4回/週）を行ったところ、若い健康な男性において、緩衝能とV˙O2maxがそれぞれ37％と8％増加したことを記録している[86]。この論文は、SITが筋肉のバッファリング能力を増加させることを示した最初の論文であった[86]。さらに、1996年に田畑ら[87]は、6週間のHIIT（170％PPOで8×20秒、10秒の休息を挟む、5日/週）とMICT（70％V˙O2max、60分/日、5日/週）が有酸素および無酸素運動能力に対して、活発な個人の効果を比較検討した。この新しい研究は、実施された運動プロトコル間の時間コミットメントの強固な違い（43分/週対300分/週）にもかかわらず、HIITは、酸化的および解糖的エネルギーシステムを同時にアップレギュレートし、ひいては運動する筋肉に改善されたエネルギー状態を生み出し、高エネルギーリン酸を保存するのに効果的であることを示した [87].

この研究の後、従来のMICTの代替として適用できる様々なインターバルトレーニングのモデルの潜在的な価値に対する関心が高まった。例えば、1998年のMacDougallらは、若い健康な男性において、4～10×30秒のオールアウトと2～4分の回復を含む7週間のSIT（3回/週）の後、V˙O2maxとクエン酸合成酵素（CS）、コハク酸脱水素酵素、リンゴ酸脱水素酵素などの解糖および酸化酵素活性が増加することを報告した [89]. 2006年には、Gibalaらによる画期的な研究が発表され、運動パフォーマンスと骨格筋の適応について、SITと従来のMICTを比較した[71]。630kJに対して6500kJと90％少ないトレーニング量にもかかわらず、6回のSIT（30秒×4-6回）により、タイムトライアルのパフォーマンスはMICT後に観察されたものと同様の改善がみられた[71]。骨格筋サンプルの分析では，筋酸化能，筋緩衝能，グリコーゲン量が両群間で同様に増加した[71]．したがって，著者らは，SITは，運動パフォーマンスと骨格筋の迅速な適応のための時間効率の良い戦略であると結論付け［71］，SITは，より少ない時間拘束にもかかわらず，心肺フィットネス，筋緩衝能，グリコーゲン量の改善においてMICTと同様に有効であることが示された．

注目すべきは、2007年にHelgerudらが、若い健康な男性を対象に、異なる強度で実施した4つのトレーニング方法（インターバルトレーニング2種対連続トレーニング2種）を、総労力と頻度を一致させて比較した（3日/週、8週間）[90]。インターバル群では、15/15インターバル走（90-95%HRmaxで15秒走行後、70%HRmaxで15秒の活動的休息）または4×4分のインターバル走を90-95%HRmaxで実施後、3分の70%HRmaxの活動的休息を実施した。連続トレーニングは、70％HRmaxで長距離をゆっくり走るか、85％HRmaxで乳酸閾値走を行うものであった。著者らは、2つのHIITグループでV˙O2maxと左心室SVの増加を報告したが、継続的なランニンググループでは変化がなかった[90]。したがって、著者らは、HIITは、乳酸閾値または70%HRmaxのいずれかで同じ総仕事を行うよりも、V˙O2maxとSVを改善するのに効果的であると結論づけた[90]。この論文は、インターバルトレーニングに応じたV˙O2maxの増加がSVの変化に対応することを初めて明らかにし、両者の間に密接な関係があることを示すものであった。

一方、Littleらの研究[91]まで、HIIT研究の大半は、実用的でなく、特定の個人によって忍容性の低い「オールアウト」プロトコルを適用していた。したがって、一般集団に対して古典的なHIITモデルと同様の適応を誘導できるより実用的で達成しやすいプロトコルを設計する必要性があった。これに対処するために、2010年にLittleら［91］は、低容量の高強度インターバル運動（PPOの～100％での8～12×60秒インターバル、75秒の回復で分離）の実用的なモデルを設計した［91］。これまでの研究と同様に、彼らはこの新しいトレーニングモデルを2週間にわたって実施することで、サイクリングタイムトライアルパフォーマンスの改善によって示されるように、運動能力が向上することを報告した[91]。さらに、骨格筋のCSとチトクロームCオキシダーゼのタンパク質量と最大活性は、ミトコンドリア転写因子Aとサーチュイン1のタンパク質量と同様に、骨格筋のミトコンドリア適応を仲介するペルオキシソーム増殖剤活性化受容体ガンマコアクティブ1アルファ（PGC-1α）の核存在量とともに増加した[91]。これは、この新しい運動モデルが、持久力、骨格筋ミトコンドリア容量、サーチュイン1、ミトコンドリア転写因子A、および核PGC-1αを改善する強力な刺激であることを証明した最初の研究で、これらは以前の研究の反復SITプロトコルに応じて増加すると報告されていた[76,77,99,100]。

その後、筋生検によるメカニズ ム的な検討を含むいくつかの新しい研究が行われた。これらの研究により、研究者は、ミトコンドリア呼吸およびミトコンドリア生合成に対する異なるタイプのインターバルトレーニングモデルの効果を調査すると同時に、トレーニング量およびトレーニング強度の効果を区別することができるようになった。例えば、2016年、GranataらによるこれらのいくつかのHIIT研究の1つは、骨格筋ミトコンドリア量およびミトコンドリア呼吸に対する3つの異なるトレーニング方法を比較した。SIT（〜200％PPOで4〜10×30秒オールアウトバウト）、HIIT（〜90％PPOで4〜7×4分インターバル）、または乳酸閾下連続トレーニング（〜65％PPOで20〜36分））を3セッション/週、4週間実施した[92]。既報のデータとは異なり、PPOはHIIT群とSIT群で改善したが、タイムトライアルの成績は乳酸閾下連続トレーニング群とHIIT群でのみ改善し、SIT後は変化がなかった[92]。SITのみが骨格筋の質量特異的ミトコンドリア呼吸を増加させ、ミトコンドリア生合成を調節するPGC-1α、タンパク質p53、植物ホメオドメイン指含有タンパク質20のタンパク質量も増加した[92][105]。著者らは、トレーニング強度がミトコンドリア呼吸の変化を決定する重要な因子であると結論付け、SITが骨格筋においてより大きく、より速いミトコンドリア適応を促進することを示唆した。さらに、異なるトレーニング量がミトコンドリア呼吸およびミトコンドリア生合成のマーカーにどのように影響するかを確認するために、同じグループによるエレガントなフォローアップ研究が行われた [93]。これに取り組むために、10人の健康な男性が、4週間の通常ボリュームトレーニング（3日/週）、その後20日間の高ボリュームトレーニング（2セッション/日）、2週間の低ボリュームトレーニング（5セッション）の3連続トレーニングフェーズで高強度インターバルサイクリングを行った [93]。この研究の主な発見は、ミトコンドリアパラメータは通常のボリュームトレーニング後に変化しなかったが、高ボリュームトレーニング後にはミトコンドリア呼吸、CSの最大活性、およびPGC-1αに改善が見られたことであった[93]。同様に、ミトコンドリア複合体I、II、III、IV、およびVのタンパク質含量、および質量特異的ミトコンドリア呼吸は、高ボリュームトレーニング後に上昇したが、2週間の低ボリュームトレーニング後に急速に低下した[93]。著者らは、トレーニング量の減少に対してヒトの骨格筋の適応が急速に逆転すること、そして、トレーニング量がトレーニングによるミトコンドリア適応に重要な役割を果たすと結論付けている。

最後に、増加するHIITの文献において、健康とパフォーマンスに対するHIITの効果を検討するほとんどの研究は、1日1回、様々な期間で実施される高強度インターバル運動が含まれていた[106,107,108,109,110,111,112,113,114]。このことから、Andrade-Souzaらは、ミトコンドリア生合成に対する「1日2回」と「1日1回」のHIITの効果が同じであるかどうかを疑問に思った。これに対処するために，この研究グループは，最初の筋グリコーゲン枯渇運動と2回目の運動セッションの間の回復時間を，最初の運動セッションの後2時間（1日2回）または15時間（1日1回）のいずれかで操作できる新規プロトコルを設計した［115］．どちらのアプローチでも、2回目の運動セッション（乳酸閾値とPPOの差の20％の強度に相当する10×2分間隔）は、筋グリコーゲン量が減少した状態で開始された[115]。著者らは、1日2回の高強度インターバル運動後に、PGC-1α、ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体、ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体δのmRNA発現が大きく、PGC-1αおよびタンパク質p53の核存在量が大きくなると報告した[115]．一方、筋グリコーゲンは2つの運動アプローチ間で同様に減少した[115]。この研究の注目すべき点は，短い回復期間を挟んで2回の運動を行う方が，1日1回の運動よりもミトコンドリア生合成と脂肪酸化に関する適応を誘発し，その結果，持久力の向上に役立つかもしれないということである．

2020年に発表されたStensvoldらによる画期的な研究では、HIITやMICTを含む指導付き運動トレーニングを5年間行った場合と、身体活動の推奨が高齢者の死亡率に与える影響を比較している[94]。合計1567人の高齢者を、週2回の高強度インターバル運動セッション（85～95％のピークHR（HRpeak）で4×4分、3分のアクティブリカバリー60～70％HRpeak）、週2回のMICTセッション（70％HRpeakで50分の連続サイクリング）、および、中程度の身体活動をほぼ毎日30分監督なしで推奨するノルウェー身体活動ガイドラインに従う一般的に活動的な人の対照群、のいずれかにランダムに割り付けた[94]。5年間の追跡調査後、推奨される身体活動レベルと比較して、MICTとHIITの全死因死亡率に対する優れた効果はみられなかった。さらに、1567人の参加者のほぼ全員が、年齢層で予想される死亡率（10％）よりも大幅に低い死亡率（5％程度）であり［94］、運動が長寿に不可欠であることが示された。さらに、HIITグループは、一般的に活動的なグループ（4.7％）、中程度の運動グループ（5.9％）と比較して、最も低い死亡率（3％）を示し、グループ間の差はなかった[94]。この研究は、その年齢層を対象とした無作為化運動研究としては、これまでで最大かつ最長のものである。まとめて言えば、この研究はHIITが長寿を改善することを評価できるほど証明していないが、特に、定期的な運動が人口の大部分に恩恵を与えることができる比較的安価でアクセス可能な治療法であることを考えると、保健当局は高齢者に定期的な運動を推奨するよう奨励されるべきである。

3.3. 臨床集団における運動能力と健康に関する研究

健康な人を対象にした研究でHIITの文献が増える一方で、インターバルトレーニングのモデルが様々な病気の人に安全に適用できるかどうかを調査した基礎研究もある。これらの研究では、研究者は、このようなインターバル運動が、さまざまな健康上の問題を抱える個人の代謝異常の克服に役立つかどうかを問うている。例えば、1975年のKavanaghとShephardによる初期の研究では、運動誘発性狭心症発作を頻繁に起こし、数ヶ月の継続的なトレーニングに対して以前の反応が悪かった冠動脈疾患後の患者において、ランニングまたはジョギングのインターバル（1/2から1分）と、その後の1分から1/2の遅い歩行からなるインターバルトレーニングを1年行った結果、有酸素能力が大幅に増加したことを報告した[95]．

1990年代半ば、Katharina Meyerらは、心不全患者に対して異なるHIITプロトコルを取り入れ、初めて、慢性うっ血性心不全患者の心機能と身体能力の改善にはインターバルトレーニングモデルがより適していると推奨した[88,116,117]。同様に、2004年にRognmoらは、冠動脈疾患患者において、10週間のHIITを行った場合、MICTと比較してV˙O2maxが同等以上に増加するかを明らかにすることを目的とし、HIIT群では平均17.9%、MICT群では7.9%の増加であると報告している[96]。この論文では、これまで訓練された健康な被験者で報告されていた心疾患患者の有酸素運動能力の上昇にHIITがより効果的であることを示し、インターバル運動がリハビリテーションプログラムの運動要素を最適化することができることを示した。Helgerudらの知見を支持するWisløffらによる別の研究が2008年に発表された。この研究は、MICTとHIIT（3セッション/週、12週間）が、心筋梗塞後の心不全患者の心血管機能と予後に関する変数に及ぼす影響を確認することを目的としたものである[97]。75.5±11.1歳の患者をHIIT群（HRpeakの90％～95％の運動を4×4分、その間にHRpeakの50％～70％の軽い運動を3分）またはMICT群（HRpeakの70％で47分）にランダムに割り付けた[97]。この研究の主な結果は、ピーク酸素摂取量（V˙O2peak）がHIIT群とMICT群でそれぞれ46％と14％増加したが、PGC-1αはHIIT群で47％しか増加せず、V˙O2peakの増加に関連していたことである[97]。その上，左心室出口管の標準ドップラーで評価したSVとピーク駆出速度は，HIIT群でのみそれぞれ17%と19%増加したが，MICT群では収縮機能に変化は起こらなかった[97]．さらに、肥大と心不全の重症度のマーカーであるプロB型ナトリウム利尿ペプチドレベルは、HIIT群で40％減少したが、MICT群では変化がなかった[97]。全体として，この研究は，高齢心不全患者の左心室収縮性能と有酸素能力の改善において，HIITがMICTモデルよりも効果的であることを示した．

2010年、Whyteらによる研究では、2週間の「オールアウト」プロトコルを実施し[41]、得られた知見は、SITが過体重および肥満男性のV˙O2maxおよびPPOの増加に有効であることを示した。その上、ウエスト周囲径、収縮期血圧、空腹時インスリン、安静時炭水化物酸化の減少が報告され［41］、一方、安静時脂肪酸化は2週間のSITの後に高くなった［41］。これらの知見に基づき、SITは、座りがちな過体重/肥満の集団における血管および代謝の健康を改善するための潜在的な運動モデルとして初めて示唆された。さらに、高強度の運動は冠動脈疾患の発症リスクの低下と関連していることは注目に値する。しかし、ノルウェーの研究グループが冠動脈疾患患者においてHIITと中強度の有酸素運動を比較した画期的な研究［98］までは、高強度のインターバル運動の安全性は疑問視されていた。著者らは、両方のタイプの運動を行うことによるリスクが低いことを報告し（高強度インターバル運動46,364時間あたり非致死的心停止2件に対して、中強度運動129,456時間あたり致死的心停止1件）、この集団における高強度インターバル運動の安全性を証明した[98]．

まとめると、HIITの生理学的適応と健康上の利益を考えると、冠動脈性心疾患と肥満の患者は、そのような運動を行うよう奨励することができる。しかしながら、インターバル運動の超強度モデルが臨床集団に広く推奨されても安全であるかどうかを確認するためには、さらなる研究が必要であることに留意する必要がある。したがって、運動中の致死的および非致死的な心イベントについて、このプロトコルと最大下限のHIITおよびMICTを比較できる研究は、体重過多/肥満患者の運動戦略として「全力」プロトコルを活用するための重要な第一歩となるであろう。

3.4. 耐糖能とインスリン感受性に対するHIITの効果に関する研究

定期的な運動はインスリンに対する組織の感受性を高めるが、運動不足はこのプロセスを逆転させ、その結果、血糖コントロールの障害、膵β細胞不全のリスク、T2Dの発症を引き起こすことはよく知られている[118]。これらのエビデンスに基づくインスリン感受性に対する運動の治療効果は、この研究分野への大きな関心につながっている。この文脈では、「時間不足」が様々な集団において運動に対する最も一般的に挙げられる障害であることを考えると［119］、HIIT、特に低容量のHIITは、代謝の健康およびインスリン感受性を改善するためのMICTに代わるものと考えられてきた［120］。例えば、Babrajら[45]は、SITプログラムに基づく6セッションの全力運動が、血漿グルコース、インスリン、非エステル化脂肪酸濃度時間曲線の減少をもたらしたことを初めて報告し；さらに、健康な若年男性においてインスリン感受性に23％の改善が見られたことから［45］、非常に短期のHIITは座りがちな若年成人の血糖コントロールの改善に十分な刺激を与えるようであることが示された。しかし、この研究［45］や他の研究［121,122］で採用された運動プロトコルは、非常に負荷が高く、個人によっては実用的ではないため、Littleら［99］は、同じ研究グループが考案した低容量のHIITがT2D患者における高血糖を改善するかどうかを調査した。彼らは、60秒の休息時間を伴う〜90％HRmaxを誘発する10×60秒のサイクリングバウトからなる低容量HIITの2週間後に、高血糖の減少およびグルコーストランスポーター4型タンパク質量の増加を報告し［99］、インスリン感受性が改善したことを示した。さらに、Gillenらによる2016年の別の研究[100]では、肥満成人における運動能力、インスリン感受性、および骨格筋ミトコンドリア適応に対する12週間のSIT（1セッション10分）とMICT（1セッション50分）の効果が比較された。トレーニング介入終了時には、2群間で拘束時間に5倍の差があったにもかかわらず、V˙O2peak、インスリン感受性、CSの最大活動量に同様の改善がみられた[100]。これは、最長時間のSITとMICTの比較であり、生理学的適応と心代謝系健康の指標に対する短時間で強い運動の有効性を証明した。実際、これらの研究の知見は、健康な人とT2D患者における血糖コントロールとインスリン感受性に対するHIITの有効性を評価的に証明したメタアナリシス［44,123,124,125］によって支持されている。実際、2020年にSanerらは、1回の高強度インターバル運動が、睡眠損失による耐糖能、ミトコンドリア呼吸機能、筋小胞体タンパク質合成の減少を緩和するかどうかを疑問視した[126]。合計24人の若い男性が、3つのグループのうちの1つにランダムに割り当てられた：通常の睡眠グループ（夜間8時間、5日間就寝）、睡眠制限グループ（夜間4時間、5日間就寝）、睡眠制限と運動グループ（夜間4時間、5日間就寝と高強度のインターバル運動3セッション）［126］。運動プロトコルは、10×60秒の90％PPOと、60Wでの75秒の活動的回復で構成された（活動期、休息期、ウォームアップ期を含め、1セッションあたり約25分）。著者らは、耐糖能、最大結合ミトコンドリア呼吸、筋小胞体タンパク質合成が睡眠制限群で有意に減少したが、これらの障害は睡眠制限および運動群では観察されなかったと報告した[126]。この研究は、睡眠不足による糖代謝とミトコンドリア機能および耐糖能への有害な影響が、高強度インターバル運動を1回行うことで克服できることを初めて示している。しかし、この研究では、睡眠制限による代謝の悪影響を克服するための高強度インターバル運動の寄与を解明できたはずの正常睡眠・運動群が含まれていないことに留意する必要がある。さらに、この研究で観察された高強度インターバル運動に対する効果が、25分間の中強度および高強度の連続運動後に観察されるかどうかは、まだ不明である。注目すべきは、Flockhartらによる最近の研究 [101] で、健康なボランティア（女性6名、男性5名）において、4週間にわたる14回の過剰なHIITセッション（V˙O2maxの95％で5×4-8分のサイクリング、3分間の非ペダリング休息）がミトコンドリアおよびグルコース耐性に及ぼす影響について調査したことだ。トレーニング負荷は、4週目まで徐々に増加させ、4週目以降は回復のため負荷を減らした。3週目（最も高いトレーニング負荷）の終わりに、内在性ミトコンドリア呼吸は著しく減少し、それは耐糖能とインスリン分泌の減少と一致した。トレーニング負荷に関係なく、研究期間を通して身体的パフォーマンスとV˙O2maxに有意な増加が見られた[101]。この研究は、ミトコンドリア機能と全身の代謝ホメオスタシスに混乱が生じる前に、代謝の健康を改善するために必要なHIITの量の上限に関する我々の現在の理解におけるギャップを露呈するものである。

まとめると、オールアウト、低容量および高容量のHIITプロトコルからなるインターバルトレーニングプログラムは、インスリン感受性と耐糖能を改善するための時間効率の良い運動戦略であることが示されている。しかし、健康の観点から、運動トレーニングプログラムは、運動のしすぎが悪影響を及ぼす可能性があるため、トレーニング反応をモニターできるように、慎重に実施する必要がある。また、耐糖能のような侵襲的な方法やグルコースホメオスタシスを注意深く追跡することは、最大の効果をもたらす運動量を最適化するための容易なアプローチとなるかもしれない。

4.HIITによる適応に関連する生理学的メカニズム

4.1. V˙O2max と持久力における適応

運動プログラム後の有酸素能力の増加は、中枢神経系の運動単位の動員能力の増加、SVの増加、最大心拍出量、血流、骨格筋ミトコンドリア量、毛細血管密度などの中枢および末梢の適応に依存している [127,128]。これらの適応の大きさは、運動の強度、持続時間、頻度に依存する。

4.1.1. V˙O2max への影響

メタアナリシス研究により、青年、健康な成人、肥満、がん、メタボリックシンドロームの人を含む異なる集団において、トレーニング量が少ないにもかかわらず、HIITはMICTと比較してV˙O2maxにおいて同等［129］またはさらに大きな増加［25，130，131，132］をもたらし、HIITはMICTと比較して有酸素能力を改善する時間効率の良い介入であることが示された。このように観察されたV˙O2maxの増加は、通常、SV [113]、最大心拍出量 [29,133] 、最大a-vO2差 [127,134] 、骨格筋酸化酵素能 [70,122] 、毛管密度 [134] 、赤血球量の増加、ヘモグロビン量 [135] に起因し、結果として高い酸素運搬能力をもたらす（図 3）。

図3 運動トレーニングによる中枢および末梢の適応

13の研究をレビューしたSlothらによるメタ分析では、有酸素性パフォーマンスとV˙O2maxの向上は、SIT後の末梢適応、すなわち筋肉の酸化能力の向上と関連していると報告されたが、中枢適応に関する現在の証拠はあいまいである [136] ．Vollaardらによる別のメタアナリシス [137] では、SIT後のV˙O2maxの改善は、スプリントの反復回数が少なくても減衰しなかったと報告しており、反復回数の少ないSIT介入を設計すれば、運動量が少なく、負荷が低いため健康上のメリットが得られる可能性があることを明確に示している。

様々な研究により、異なるHIITおよびSITプログラムに対する末梢適応を伴うV˙O2maxの向上が記録されているが［40,44,75,98,125］、インターバルトレーニングに対する心血管適応はほとんど研究されておらず［133,134,138,139］、まだ十分に理解されていない。例えば、Raleighらの研究[134]では、V˙O2maxの170%で8×20秒のペダリングを行い、10秒の休息を挟んだ（4日/週、6週間）。Macphersonらは、2000m走のタイムトライアル成績、V˙O2max、最大心拍出量に対するSITとMICT（3回/週、6週間）の効果を評価し、タイムトライアル成績とV˙O2maxは両群で同様の改善を報告したが［134］、最大心拍出量はMICTでのみ増加し［140］、MICT後の生理適応は主に中枢由来であり、SITのそれはより末梢由来であると示した［140］。これら2つの研究［134,140］の知見は、筋酸化酵素、毛細血管密度、最大a-vO2差などの末梢適応が、インターバルトレーニング後のV˙O2maxの向上に不可欠な役割を果たすことを示唆している。一方、Astorinoら[133]は、高強度インターバル運動セッション（90％～110％PPOで8～10×60秒）を10回行い、その後の10回はSIT、高強度インターバル運動、またはピリオデッドインターバルトレーニングで構成するHIITを6週間行ったところ、最大心拍出量は増加したがHRmaxやa-vO2 diffは増加しないことを実証している。すべてのトレーニング群では、SVの増加を介したV˙O2maxの増加が認められた[133]。この知見を支持するものとして、Warburtonらは、12週間のHIIT後のV˙O2maxの増加は、SVの増加と血管体積の増加によって媒介されることを示した[141]。また、中枢と末梢の両方の適応に起因するV˙O2maxの改善を記録した者もいる[29,142]。De Revereら[142]は、3週間にわたる9回のHIITセッションが、心拍出量の増加、それに伴うV˙O2maxの増加に十分なレベルの刺激を提供することを示した。著者らはまた、a-vO2 diffのわずかな増加を報告し、a-vO2 diffが運動後のV˙O2maxの増加において重要な役割を果たす可能性を示唆した。同様に、Daussinらは、不活発な成人において、8週間のインターバルトレーニングが、末梢筋と中枢の両方の適応の増加とともに、V˙O2maxの改善をもたらしたと報告している[29]。発表された文献におけるこれらの相違は、トレーニングプロトコル、研究期間と集団、または行われた総仕事の違いによるものと思われる。

4.1.2. 持久力に対する効果について

HIITを様々な期間実施することは、運動パフォーマンスを向上させる効果的な方法であることは、十分に立証されている[38,70,122,143]。ほとんどの場合、疲労困憊までの時間またはタイムトライアルを用いて決定されるが、HIITによる持久力の向上は、最大CS活動の増加［128］、骨格筋の血流および血管コンダクタンス［144］、活性筋からの乳酸運搬能力と水素イオン放出能力［145］、小胞体機能［146］などの分子および生理的要因に起因している。その上，HIIT後の骨格筋のV˙O2maxと酸化能力の向上は，運動パフォーマンスの向上に大きな役割を果たし［91,127］，トレーニング介入後に同じ運動強度をより長く実施できるようにする．また、運動パフォーマンスに影響を与えるSITまたはHIITプログラム後の特徴的な適応の1つは、運動中の脂肪酸化が増加し、細胞内代謝物（乳酸、水素イオン、無機リン酸、アデノシン二リン酸、アデノシン一リン酸）の蓄積が少なく、グリコーゲン貯蔵量が温存されることである[18,22]。

4.2. HIITに対する骨格筋の適応について

運動は、伝統的に有酸素／持久力と筋力／抵抗力のどちらかに分類される [147] 。運動に対する生理学的適応の性質は、適用される運動プロトコルと関連しており、異なる分子経路を活性化する。例えば、HIITを含む持久力トレーニングモデルは、ミトコンドリア生合成に生理学的刺激を与え、その結果、グリコーゲンの使用と乳酸産生を減らし、乳酸閾値を上昇させ、個人が与えられた強度でより長く運動できるようにする [148,149]. 一方、筋力トレーニングは、筋原繊維のタンパク質合成を刺激し、筋肥大と最大筋力の増加をもたらす。この文脈では、HIITの興味深い点は、このタイプのトレーニングがMICTによって誘導されることが知られている生理学的適応を促進することであり、しかも、軽い運動で区切られた短い、激しい反復のパターンはレジスタンス運動と同様であることだ。

HIITがどのようにMICTと同等以上の適応をより短時間でもたらすかについて研究されているが［72,87,100］、インターバルトレーニングによって引き起こされる生理学的メカニズムや、細胞内の代謝経路間のコミュニケーションに関する知識はまだ限られている。1時間の中強度運動では、酸素供給は十分であり、活動的な筋肉の基質需要は、炭水化物と脂肪の酸化によってほぼ満たされている。I 型筋繊維が主に使用され、全身の定常状態の変化率は些細なもので維持される。一方、閾値刺激を超える高強度の連続運動やインターバル運動では、局所的（筋）および全身的（心血管、呼吸器、神経、ホルモン）な定常状態に広範な障害が発生する。ほとんどがII型筋繊維が活発に使用され、筋のエネルギー需要の増加に対応するためにATP産生が100倍まで増加する [147,148] 。続いて、細胞内の乳酸、ホスホクレアチン、アデノシン一リン酸、アデノシン二リン酸の蓄積が増加し、アデノシン一リン酸活性化プロテインキナーゼとカルモデュリン依存性プロテインキナーゼⅡの活性も上昇する。これらのキナーゼの活性化の増加は，ミトコンドリア生合成のマスターレギュレーターと考えられているPGC-1αのメッセンジャーRNA（mRNA）の高発現を誘導する[150]．持久的運動の強度に比例して生じるこれらの生理的過程と細胞ストレスの結果として，ミトコンドリアタンパク質合成，ミトコンドリア生合成が観察される [17,93,151,152,153,154]（図 4）．

図4 高強度運動が低強度運動に比べてより大きなミトコンドリア適応を引き出す主なシグナル伝達経路の模式図

高強度運動では、アデノシン三リン酸の代謝が促進され（A）、筋小胞体からのカルシウム放出が増加する。（B）糖質の酸化、特に筋グリコーゲンからの酸化は、低強度の運動と比較して高強度運動で優位になる。(C）その結果、アデノシン二リン酸、アデノシン一リン酸、乳酸、無機リン酸、クレアチン、カルシウム、水素イオン、アデノシン一リン酸活性化プロテインキナーゼ、カルシウム／カルモジュリン依存性プロテインキナーゼIIなどの代謝物の蓄積が大きくなり、（D）遺伝子発現率が大きくなり、（E）ミトコンドリアタンパク質合成率が大きく、ミトコンドリア含有量が大きくなることを促進する。(F）ADP、アデノシン二リン酸；AMP、アデノシン一リン酸；AMPK、アデノシン一リン酸活性化タンパク質キナーゼ；ATP、アデノシン三リン酸；Ca2、カルシウム；CaMPKII、カルシウム/カルモジュリン依存性タンパク質キナーゼII；Cr、クレアチン；H+、水素イオン；Pi、無機リン；SR、筋小胞体。

インターバルトレーニングに対する生理学的適応は、運動強度だけでなく、その後の休息間隔にも依存する [19] 。この考え方を裏付ける研究として、30分間の中強度の間欠的運動（30×1分間のインターバル、1分間の回復で区切る）は、30分間の連続的運動を1回行った場合と比較して、PGC-1αを制御するAMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）の高い（約2.9倍）活性化を誘導することが示されている[155]。この知見は、間欠的な運動プロトコルは、急性中強度の連続的な運動よりも大きなミトコンドリア適応を誘発する可能性があることを示している［17,19］。しかし、本研究には、結果を解釈する際に考慮すべきいくつかの限界がある。まず、努力時間は同じでも、高強度インターバル運動を1回行うと、セッション時間が長くなり（60分対30分）、時間効率が良いという考えに反した。さらに、筋生検はサイクリング終了時、つまり連続運動開始後30分、高強度インターバル運動開始後60分に行われた。さらに、シグナル伝達タンパク質の活性化の時間経過が提供されていないため、この処置の侵襲性のために行うことが困難であり、これがこの研究の知見を制限する紛らわしい要因となっている可能性がある。これらの制限を考慮すると、30分対60分ではなく、30分と60分の両条件で比較した場合、AMPKの活性化が同じになるかどうかという疑問が残る。この文脈では、高強度インターバル運動1回に反応してシグナル伝達パターンに観察されるこれらの急性変化が、異なる慢性的効果につながるかどうかを明らかにすることは、明らかに肥沃な研究分野であると言えるだろう。

4.3. 1日1回または2回行うHIITへの適応

文献に存在するほとんどの研究は、1日1回、1日おきに実施されたHIITプロトコルで構成されている[44,47,75,98,100,125]。しかし、いくつかの研究では、1日2回実施されたHIITの生理学的効果も調査されている[93]。例えば、最近、わずか5日間で1日2回実施した6回の高強度インターバル運動セッションが、V˙O2max、持久力、および最大下運動脂肪酸化を顕著に改善したことが示されている[38]。この研究は、HIITレジームに対するこのような適応に十分な刺激を与えた最も短いHIIT研究であり、1週間未満で運動ストレスに適応する人体の驚くべき能力を実証し、トレーニング処方に対する重要な概念の進歩を示すものである。1日1回の運動アプローチとは対照的に、1日2回のHIITのパフォーマンス変数、エネルギー代謝、および考えられる分子メカニズムへの影響に関する発表論文の数は限られている [93,156,157,158,159,160,161] ．一部の研究者は、ミトコンドリア生合成とミトコンドリア効率を測定し、ミトコンドリア適応に対する1日2回のアプローチの生理学的効果を調査している[93,158]。これらの研究は、1日2回の運動セッション（2回目のセッションは筋グリコーゲン貯蔵量が減少した状態で開始される）がエネルギー代謝を改善し、ミトコンドリアおよび基質代謝を制御する骨格筋細胞シグナル伝達経路を誘導すると報告した［159,160,161,162］。限られた研究の中で、1日2回のアプローチは、最大下運動中の基質酸化、持久力、およびV˙O2maxに関連する適応を誘導するために「1日1回」の運動よりも有効であることも示されている[3,156,160,161]。これらの研究では、最初の運動セッションは一般的に筋グリコーゲン貯蔵量を枯渇させる運動であり、2回目の運動セッションは、ミトコンドリア生合成および代謝に関連する遺伝子の運動誘発性増加を増強する低筋グリコーゲン貯蔵量で行われた [156,160,161,163,164,165]．これらの研究の主な結果は、筋グリコーゲンを枯渇させる運動セッションの後に行った1回の高強度インターバル運動が、ミトコンドリア適応、持久力（時間-疲労度またはタイムトライアルパフォーマンスで測定）、および全身の基質酸化をより大きく誘導したことを示唆している [156,160,161]．関与すると思われるメカニズムは、定義するのが困難である。しかし、利用可能な証拠に照らし合わせると、これらの適応はグリコーゲンの利用可能性の低さとは無関係であると推測することが魅力的である。むしろ、グリコーゲン貯蔵量が少ない状態でのHIITは、通常のグリコーゲン貯蔵量でのHIITと比較して、定常状態での高い摂動およびミトコンドリア容量の高い増加を引き起こし［161］、高いトレーニング適応および持久力性能をもたらす可能性がある。さらに、Hansenら[166]は、筋グリコーゲン貯蔵量が低い状態で行ったHIITは、筋グリコーゲン貯蔵量が高い状態で行った運動よりもカテコールアミン反応が高く、筋グリコーゲンが低いときにストレス反応が高いことを報告し、一方Hulstonら[163]は、すでに十分にトレーニングされたアスリートにおいて、筋グリコーゲンが高い状態で運動するよりトレーニング適応に有効でなかったと報告している。これらを総合すると、2回の運動を近接して行い、2回目の運動を低い筋グリコーゲン量で行うことは、特に未トレーニング者にとっては、トレーニング適応とパフォーマンスを維持するための時間効率の良い方法であると思われる。しかし、筋グリコーゲン含量が高い状態でトレーニングを行えば、より長い時間トレーニングを行うことができ、その結果、より良い結果を得ることができることに留意する必要がある。さらに、筋グリコーゲンの減少を目的としたトレーニングプログラムは、いわゆるオーバートレーニング症候群のリスクや免疫機能の低下を招き、パフォーマンスの向上を阻害する可能性がある。

5. 結論

この論文では、1920年代初頭から今日に至るまで、運動能力と健康に関するいくつかの厳選された研究の新しい知見に基づき、インターバルトレーニングの簡単な歴史を紹介した。さらに、インターバルトレーニングに対応する生理学的適応の基礎となるメカニズムについて概観した。

健康な生活のためには定期的な運動が不可欠であることはよく知られているが、運動する時間が十分でないことは、運動を継続する上での最も大きな障壁の1つであるように思われる。インターバルトレーニングのモデルは、より少ない時間にもかかわらず、MICTと同様の健康とパフォーマンスのメリットを提供できることが、かなりの証拠によって示されている。また、HIITやSITを含む異なるインターバルトレーニングのモデルは、健康やパフォーマンスを向上させる効果的な運動戦略であることが明らかになっている。さらに、いくつかの高強度インターバル運動モデルと継続的な運動に必要な時間は同様であるにもかかわらず、現在のエビデンスでは、高強度インターバル運動はMICTよりも高い楽しさと大きな生理学的適応を引き出すことができ、HIITは通常の運動習慣に有効な戦略であることが示されている。また、最近報告されたように、過度のHIIT介入は有害な代謝効果をもたらすかもしれないことを考えると、このタイプの運動の上記の利点のために、運動強度を注意深く監視することが第一に重要である。健康な人および慢性運動関連疾患のリスクのある人において、低容量のHIITがMICTおよび高容量のHIITと比較して、健康およびパフォーマンスの利益を同等またはそれ以上にもたらすかどうかを判断するために、長期介入（12週間以上）を含むさらなる無作為化対照試験が必要である。また、ほとんどの研究は男性や健康な人を対象としているため、これらの研究の知見を女性や異なる慢性疾患を持つ患者に適用することはできないことに留意する必要がある。さらに、健康な人と比較して激しい運動中に突然の心停止を起こすリスクが高い心疾患患者における超大型インターバルモデルの実行可能性と安全性は、まだ検討されていない [167] 。したがって、臨床的特徴や体力レベルに基づくSITの実行可能性と安全性を調査するために、さらなる研究が必要である。定期的な身体活動を行っていない人は、労作中または労作直後の心筋梗塞のリスクが高く [168] 、さまざまな活動での突然の心停止の発生率は、偶然だけで予想されるものと同様であるが [167] 、臨床集団におけるSITの安全性を評価するためにはさらなる研究が必要である。さらに、1日2回の高強度インターバル運動介入は、より短いトレーニングプログラム期間による心肺体力の改善の基礎となる可能性のある生理学的メカニズムを明らかにするために、依然として有益な研究領域である。発表された研究結果とともに、さらなる研究が進めば、日常生活やトレーニングプログラムにHIITをより多く取り入れることができるようになるだろう。また、これらの研究は、この種の運動モデルを一般人向けの身体活動推奨に反映させるための新たな道を切り開くものである。