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- High-intensity interval training for health benefits and care of cardiac diseases – The key to an efficient exercise protocol
High-intensity interval training for health benefits and care of cardiac diseases – The key to an efficient exercise protocol
www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6763680/
要旨
ピーク酸素消費量（VO2peak）で表される有酸素能力は、全死亡率と心血管予後の独立した予測因子であることはよく知られている。これは、様々な冠動脈危険因子や心血管疾患を有する人でも当てはまる。VO2peakを改善するには運動トレーニングが最適であるが、ほとんどの学会のガイドラインでは、健康上の利点を得るために、中等度または高強度の身体活動をそれぞれ150分または75分、毎週行うことが推奨されている。
一般的な健康と一次および二次的な心血管系の予防のためには、高強度インターバルトレーニング（HIIT）が短い運動セッションで効率的な運動プロトコルとして認識されている。有酸素性HIITと無酸素性HIIT[通常はスプリントインターバルトレーニング(SIT)と呼ばれる]に分類できる多数のHIITプロトコルがあることを考えると、主治医や循環器内科医を含む健康関連分野の専門家は、患者に適切なプロトコルを選択しようとするときに混乱を感じるかもしれない。
本レビューでは、有酸素的なHIITとSITの分類と、効果、対象者、適応性、作業メカニズム、安全性の面での違いについて解説する。HIITプロトコルを理解し、対象者ごとに正しいタイプを採用することで、より高いアドヒアランスとリスクの少ないVO2peakの改善につながると考えられる。
キーワード
高強度インターバルトレーニング、運動、トレーニング、冠動脈疾患、慢性心不全、予防、生活習慣、健康、ピークO2消費量、有酸素運動能力
核心となるヒント
高強度インターバルトレーニング（HIIT）のプロトコルは数多くあり、有酸素性HIITと無酸素性HIITに分類される（通常はスプリントインターバルトレーニング（SIT）と呼ばれる）。主治医や循環器内科医などの健康関連分野の専門家は、患者に適したプロトコルを選択する際に混乱することがある。
本レビューでは、有酸素的なHIITとSITの分類と、効果、対象者、適応性、作業メカニズム、安全性の面での違いを説明する。HIITプロトコルを理解し、それぞれの患者に適したタイプを採用することで、より高いアドヒアランスとリスクの少ないVO2peakの改善につながると考えられる。
はじめに
蓄積されたエビデンスは、有酸素運動能力（VO2peak）が将来の健康、全死亡率[1-3]、心血管系リスク[4,5]の最強の予測因子であることを示唆している。さらに、いくつかの研究では、冠動脈血管疾患（心血管疾患）の危険因子（高体格指数、高血圧、糖尿病など）が確立されていて、心肺機能が高い人は、心血管疾患と早期死亡のリスクが非常に減衰していることが示唆されている[4,5]。
このように、生活習慣病患者のうち、（二次予防策としての）心疾患を有する患者、あるいは（一次予防策としての）心疾患を有さない患者のVO2peakを向上させることは、医療分野での大きな目標となっている。公衆衛生の向上のためには、栄養面からのアプローチとともに、定期的な運動が不可欠である。健康な若年者や中年者は、日常生活の中でレクリエーションスポーツをはじめとした運動トレーニングの方法を多くの選択肢の中から選択することができる。対照的に、生活習慣病を患っている人や高齢者は、多くの場合、座りっぱなしで身体的に不向きである。
このように、これらの人々に十分な安全性と高いアドヒアランスで運動トレーニングを促すには、いくつかの有用な手法と限界が存在する。高強度インターバルトレーニング（HIIT）は、いくつかのガイドラインで推奨されているゴールドスタンダードである中強度連続トレーニング（MCT）よりも代替的で効率的なプロトコルとして認識されている[6-8]。
HIITとスプリントインターバルトレーニング（SIT）を6～8週間行うと，VO2peakがMCTよりも増加するか，少なくともMCTと同等の効果が得られる．この包括的なレビューでは、有酸素運動と代謝能力を向上させるためのHIITとSITの多くのプロトコルが、さまざまな患者集団に対する適切なプロトコルの推奨事項を決定するために、心疾患の有無にかかわらず、座位型の生活習慣病患者におけるその効果について評価された。一般開業医や循環器内科医は，薬物の処方よりも運動や身体活動にもっと注意を払うべきである．
EXERCISE IS MEDICINEⓇ (EIM) 運動習慣の形成を促す
循環器内科の一次予防法および二次予防法を改善するためには、医療分野での新薬開発が進んでいるにもかかわらず、身体活動を第一選択の戦略として推進する必要がある。
健康増進のための運動の価値は世界的に認められているが[9] 、運動習慣の普及は、特に自動車の使用が普及している先進国では十分には達成されていない。世界保健機関（WHO）の最近の研究[10]では、2016年の人口の約27.5%が摂食型（すなわち身体活動が不十分な状態）であると認識されている。
このような中、EIMは米国スポーツ医学会（American College of Sports Medicine）が世界的に推進しているグローバルヘルスイニシアチブである[11]。EIMはプライマリケア医やその他の医療提供者に対し、治療計画を立てる際に身体活動を含めることを奨励し、患者にエビデンスに基づいた運動プログラムを提供するか、資格のある運動専門家に患者を紹介することを奨励している。EIMは、身体活動が最適な健康を促進し、多くの病状の予防と治療に不可欠であり、健康管理の一環として定期的に評価し、取り入れるべきであるという信念を持っている。
疾患の重症度に関わらず、最適な量、頻度、強度で実施すれば、運動は有酸素運動と代謝能力、および心機能の改善をもたらすことができる。米国スポーツ医学会（American College of Sports Medicine）や関連学会による継続的な推奨が世界中で行われているにもかかわらず、そのような推奨が一般の人々の認知度に与える影響は非常に限られている。
多くの種類のウェアラブル心拍数モニターや加速度計が市販されている。これらの最先端の製品は、鎮静者のモチベーションを高め、運動トレーニングやスポーツイベントへの参加頻度を高める可能性があるが、より効率的で効果的な運動トレーニング戦略がまだ求められている。
EIMを成功させるためには、医師と患者の仲介役として、対象者に詳細な運動プロトコルに沿って計画的に運動を促すことができる専門家の存在が重要である。
ガイドライン勧告：古典的でシンプルな運動プロトコルとしてのMCT
健康のための身体活動に関する現在のガイドラインでは、成人は週に少なくとも150分の中強度の活動、または75分の高強度の活動、または同じ総エネルギー消費量に相当する活動の組み合わせに従事することが推奨されている[6,12]。同様に、心臓リハビリテーションの分野では、MCTは長年にわたり心臓疾患患者のためのゴールドスタンダードとなっている[13]。心臓リハビリテーション/エクササイズトレーニングに関する現在のガイドラインでは、心血管疾患や慢性心不全(CHF)患者に対して、ピーク心拍数や嫌気性閾値レベルの50%～85%(多くは70%～85%)の中程度の強度での持久力運動を推奨している[7,8,14]。
最新のガイドラインでは、有酸素能力と心機能を向上させるための代替プロトコルとしてHIITが提案されている。しかし、心臓リハビリテーションにおけるHIITの採用については、研究者の間ではまだ議論の余地がある。日本では、HIITの効果を記述した研究はまだ数件しか発表されていない[15-17]。
一方、HIITやSITを評価した無作為化比較試験（RCT）では、コントロール戦略としてMCTが用いられている。このように、同量のMCTについてはエビデンスが蓄積されている。ウォーキングやジョギングなどの代表的なMCTでは、各ワークアウトに時間がかかり、通常は単調で退屈である。そのため、MCTはRCTのエビデンスに基づいた古典的なプロトコルとなっているが、多くの人にとっては依然として難しく、時間の不足が共通の障害として挙げられている[18]。
高強度は効率的な運動プロトコルの重要な要素である。HIITとSIT
HIIT
運動プロトコルに「適応」された高強度（被験者の現在の身体能力との相対的な）を含めることは、運動を「薬」としてより効率的に行うための重要な要素である。MCTと比較したHIITの臨床的・生理学的効果を表1.1に示す。複数のRCTにおいて、骨格筋[19-22]、危険因子[21]、血管系[19-22]、呼吸[22,23]、自律神経機能[24]、心機能[20,22,25-27]、運動能力[26]、炎症[27]、生活の質[27]、VO2peakなどの生理的マーカー、内皮機能など、幅広い対象において、MCTよりもHIITの方が良好な改善が認められた。
表1 高強度インターバルトレーニングで改善された変数
- 骨格筋生検
- PGC1-α
- 側方広葉樹の酸素消費におけるミトコンドリア機能
- 広背筋の脂肪酸トランスポーターとFAS（重要なリポジェニック酵素
- 骨格筋のIR βサブユニット（末梢インスリン感受性） 代謝性
- Ca2+の小胞体への再取り込み
- 生理学的検査
- 運動テスト
- 換気効率の向上（PETCO2値の上昇） 呼吸機能の向上
- 第1の人工呼吸器閾値での酸素消費量 心機能
- 酸素パルス 心機能
- 副交感神経活動（HR回復） 自律神経機能
- 運動時間の持続時間 自律神経機能
- 6 分間の歩行での歩行距離 作業能力
- 超音波検査
- 心機能
- LVリモデリング（LV拡張期末期・収縮期末期容積）を逆にした心機能
- Ea
- 拡張機能（e′, E, E/ e′, E/A比＞8cm/sの割合が高い、運動時のE改善）。
- 安静時および運動時の12週間後の収縮期機能)
- Eリダクション
- 減速時間の増加
- 左心房容積
- 還元型プラズマBNP
- 血管
- 内皮機能障害（FMD） 血管機能
- 定義された冠動脈セグメントにおける冠動脈プラーク壊死性コアの縮小 血管機能
- ラボ試験
- ミエロペルオキシダーゼ抗酸化作用
- 高感度CRP 炎症
- インターロイキン-6
- インスリン感受性（HOMA指数） メタボリック
- HbA1C
- Clinico-social data
- Short Form-36の身体的/精神的要素のスコアが増加し、Minnesota Living with Heart Failureの質問紙スコアが減少した。
- メタボリックシンドロームの頻度 危険因子
HOMA：ホモエスタシスモデル評価;IR：インスリン受容体;PGC：ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体γcoactivivation;FMD：Flow mediledilation;FAS：Fattty sand synase;HOMA：ホモエスタシスモデル評価 ホモエスタシスモデル評価;IR：インスリン受容体;PGC：ペルオキシソーム-増殖因子活性化受容体γcoactivator;FMD：フローメディエイド拡張;FAS：脂肪酸合成酵素;PETCO2．潮汐末二酸化炭素;HR：心拍数;LV：左心室;BNP：脳性ナトリウム利尿ペプチド。
高強度運動は、有酸素性のHIITと無酸素性のSITからなる。
図1は、有酸素性HIITと無酸素性SITの2種類の代表的なプロトコルと、それらの強度、持続時間、頻度の比較を示す図である。これらの運動プロトコルは、中等度の強度の運動で提供されるのと同じ効果を得るためには、より短い運動時間を必要とする。
高強度の運動ワークアウトをより長い期間維持することが好ましいかもしれないが、高強度の運動は、インターバルトレーニングの形でのみ、座位のあるライフスタイル、肥満、高齢者、または心臓病を有する人々が現実的に許容することができる。
この点では、HIITは、（VO2peak未満だが、通常はVO2peakの<100%[70%-90%]またはピーク心拍数の85%-95%を含む）活動の短い、断続的なバーストで構成されている[22,28,29]一方、SITは古典的に長い完全な休息期間を挟んでウィングゲート型プロトコル（VO2peakの約350%[30]を含むすべてのアウト、精力的な強度の運動）である。
このような高強度のプロトコルは、強度が個人の有酸素能力と休息時間に合わせて調整されているにもかかわらず、被験者にとっては過酷なものである。最も人気があり、エビデンスに富んだプロトコルは、SITのためのWingateテスト[31]、およびHIITのための4×4分[28,32]または10×1分のプロトコルであるが、他の多くのプロトコルは、ワークアウト期間、休息間隔（ワーク/休息比[33]）、ワークアウト強度、およびワークアウトの頻度を変更することによって適用することができる。
HIITとSITの違いは、SITは嫌気性超極大VO2max（オールアウト）強度を指し、HIITは有酸素性亜極大VO2max強度を指する。SITのピーク出力（PPO）はVO2max時の出力の約350%である[30]。一方、2つのプロトコルに共通するのは、個人の現在の有酸素能力に適応した高作業強度であり、有酸素能力（VO2peak）と代謝能力の両方を向上させることを目的としている。
しかし、これらのプロトコルのリスクも懸念されているし、これらのプロトコルがより一般的な使用に採用される前に、より多くの研究が保証されている。参加者が強度に慣れ、ウェアラブル心拍数モニター装置を使用して身体活動中に心拍数を測定することに慣れるまで、高強度のアドヒアランスを維持するためには、監視付きのワークアウトが必須である。有名なセンターで経験豊富な管理プログラムが提供されていれば、自宅での HIIT も可能である[34]。
図1
高強度インターバルトレーニング（HIIT）プロトコルのスキーマ。伊藤 慎一EC Cardiology 6.3 (2019): 196-200より引用。HIITは、亜最大有酸素性HIITと全運動性嫌気性HIIT[スプリントインターバルトレーニング（SIT）]の2種類に分類される。低運動性HIIT（REHIT）は、SITを改良した低用量・短時間のSITであるが、オールアウト無酸素運動であることに変わりはない。
4×4分HIIT：最大心拍数の90～95%で4分間のインターバルを4回、最大心拍数の60～70%で中程度の強度の3分間のアクティブリカバリーを挟んで行う。
クラシックSIT：短時間（30秒）、VO2ピークの350%の強度で繰り返し（6～8回）、その後長い完全休息（2～5分）。REHIT：25Wで10分間のサイクリングセッションを1回（最初のセッション）または2回（残りのすべてのセッション）の間に、0.65Nm・kgの除脂肪質量-1の一定のトルクに対してウィングゲート型のサイクルスプリントを行う。スプリントは1～4回で10秒、5～12回で15秒、残りの12回で20秒である。
HIITとSITの定義
残念ながら、「HIIT」の定義は研究によって異なる。このレビューでは最近提案された定義を使用しており、HIITはピーク心拍数の85%から95%の間のサブマックスVO2maxに目標強度が存在する、有酸素的な間隔を持つ高強度運動として記述されている[35]。この定義は、低量の超最大運動（すなわち、オールアウト）を伴うSITの定義とは異なる[36]。
多くの場合、「有酸素的HIIT」という用語は、サブVO2maxの強度を持つHIITに使用される。この点、本レビューでは、SITはHIITの約3.5倍（VO2max 350%）の強度であるため、HIITとは別に評価しているが、SITは非常に負荷の高い運動プロトコルであり、これまでの研究では若年の健康な人にしか適応できないとされてきた[36,37]。高齢者、糖尿病以外の生活習慣病、心血管疾患患者はSITの対象から除外されている。
代表的なHIITプロトコル
HIITの運動時間は30秒から数分と定義されている。このタイプのHIITは、心疾患の有無にかかわらず、生活習慣病のある人に適応されている。冠動脈疾患患者（表2,2、陽性[28,38-41]、陰性[19,23,42,43]の結果）やCHF（表3,3、陽性[22,25,26,44]、陰性[24,45-47]の結果）を対象に、有酸素運動能力の向上を目的として、HIITとMCTを比較したRCTが行われている[48]。HIITのプロトコルと各プロトコルにおけるMCTに対する優位性を示す研究数を表4.4に示す。冠動脈疾患群では 70.2%、CHF 群では 75%の陽性率を示し、両群とも 4×4 分のプロトコルが最も多く使用された。運動時間を30秒、2分、3分とした他のプロトコルも、限られた数の研究では有効であった。
表2 無作為化比較試験における高強度インターバルトレーニングと中強度連続トレーニングのモード、強度、VO2peak増加量（冠動脈疾患
表4 高強度インターバルトレーニング(HIIT)のプロトコルと中強度継続トレーニングに対するHIITのVO2peak改善効果の優位性
4×4分プロトコルは、生活習慣病+心疾患の患者に広く用いられており、当初はWisløffとRognomoら[22,28]によって心疾患に適応された。Rognmo et al[28]は、臨床環境でのHIITに関する最初のRCTで、同じ総トレーニング負荷でMCTと比較してHIITの効果を評価し、安定した冠動脈疾患患者ではMCTよりもHIITの方が高いVO2peakの増加をもたらすことを発見した。
この試験では、同じグループが若いサッカー選手を対象に行ったのと同じプロトコルを用いて、初めて心疾患患者に4×4分法を適応させた[32]。第一線で活躍する研究者たちは、単施設RCTやメタアナリシスでHIITが有酸素運動や代謝能力に及ぼすプラスの効果を報告している。いくつかのRCTによると、冠動脈疾患患者の60%（6/10）、CHF患者の45.6%でHIITはVO2peakの改善に優れていた（表4）.4）。HIITの効果はワークアウト持続時間/休息比に依存する。これに対し、最新の多施設RCT [Study of Myocardial Recovery After Exercise Training in Heart Failure. (SMARTEX)]では、他の多くの研究で肯定的な結果が報告されている[22,25,26,44]にもかかわらず、左室機能障害が低下したCHF患者に対して4×4分法では否定的な結果が示された[45]。さらに、本研究では、このプロトコルの問題点が明らかになった。運動強度のアドヒアランスの低さである。HIIT群とMCT群では運動強度の重複が大きく、これがVO2peakの上昇に差がなかった主な要因と考えられる[45,49]。
4×4分の有酸素HIITプロトコルは多くの研究で使用されているが、それは一貫して良い結果を得ることができないであった。このプロトコルを推奨しない研究者もいるが、その理由は、負荷が過大であり、また運動時間が長すぎるために、鎮静/心疾患を持つ患者には臨床的に非現実的なトレーニング方法であることが示唆されているからである。
また、Gibalaらによって開発された有酸素運動10×1分HIITプロトコルは、強度を総力戦からVO2max程度に下げ、各運動時間を30秒から60秒に増やすことで、肥満や定住生活を送る人など、より幅広いターゲットを対象に開発されている[29,50]。トレーニングコース中の反復回数を4～6回から8～12回に増やした。これにより、総外部エネルギー消費量が2倍になった。このプロトコルは、Currieら[42,51]やSmart and Steeleら[47]の冠動脈疾患患者に利用されている。10×1分のHIITとMCTを比較したRCTでは、HIITの方がVO2peakの改善効果に優れていることは認められなかった。運動強度は4×4分の有酸素HIITプロトコルと同様であった。それぞれの運動時間は1分と短かったが、頻度は4×4分よりも高かった。10×1分HIITは4×4分に比べて研究数が少ない。PPO89%(80%～104%)での1分という時間は、その時間内に目標心拍数を達成できないため、むしろ短いのかもしれない[51]。
有酸素・代謝パラメータの改善における複数の異なるHIITプロトコルの優位性を比較したRCTは限られている[52,53]。そのため、研究者は経験に基づいてプロトコルを選択したり、運動パラメータ（作業時間と休息時間）を変更したりする傾向がある。この研究では、よく訓練された男性サイクリストを、異なるHIITプロトコル（PPO175%で12×30秒、PPO100%で12×1分、PPO90%で12×2分、PPO85%で8×4分、PPO80%で4×8分）を持つ5つのグループのうちの1つに無作為に割り付けた。サイクリストは、習慣的な有酸素ベーストレーニングに加えて、3週間にわたって6回のHIITセッションを行った。12×30秒と4×8分のプロトコルに従ったグループでは、スピードに関してより良い改善が見られた。
独自のHIITプロトコル
最近の運動の傾向は、最小かつ短時間の作業負荷で利益を得ることを目的としている。
いくつかのグループがHIITやSITで短時間のプロトコルを確立しようとしている。これらは、生活習慣病や高齢、心疾患を持つ対象者でも、体質や体力にメリットがあるように思われる。4×4 分プロトコルの批判を払拭するために、最初は頻度、作業量、作業時間を低レベルに設定し、トレーニングコースの途中で変更するという微調整された HIIT プロトコルが複数の研究者によって報告されている[15,54-57]。
松尾ら[15]。日本人の高強度インターバル有酸素トレーニング（J-HIAT）プログラム。2～3分のサイクリングを3セット、高強度で行う（1セット目と2セット目。85%～90% VO2peakで3分、3セット目。各セットの間に50%VO2peakで2分間のアクティブレストを挟み、80%～85%VO2maxで3分間のサイクリングを行う（健康な20～30歳の若年成人）[15]。このプロトコルは、長期宇宙ミッションに参加する宇宙飛行士のエネルギー消費を制御するために開発されたものである。
大須賀ら[58]。日本の高齢男性版高強度インターバル有酸素トレーニング（EJ-HIAT）：75%～85%VO2peakで2～3分のサイクリングを3セット（第1セット。1セット目：85%VO2peakで3分、2セット目：80%VO2peakで2分。1セット目：80%VO2peakで2分、2セット目：80%VO2peakで2分、3セット目：80%VO2peakで2分。75%VO2peakで2分）、50%VO2peakで1～2分のアクティブレスト（第1セット：2分、第2セット：1分）（60～69歳の定住型高齢男性、平均年齢67.6±1.8歳）。上記のプロトコルを目指して、2～3wkの間、負荷を徐々に減らしていくことを計画した。4×4 分間のプロトコルよりも短時間のプロトコルの方が有意な有酸素的・代謝的反応が得られ、完了率は 100%であった。
Alvarezら[54,55]。すべてのトレーニングセッションの間、患者は運動専門家からジョギング/ランニングと歩行を安定したペースで行うように指示されたが、これは知覚的労作尺度の15点評価で15～17点（ジョギング/ランニング）、9点以下（歩行）を維持することでコントロールされるべきである。目標は、ジョギング/ランニング、ウォーキングの各インターバル終了時に、それぞれ予測される予備心拍数の90%～100%、70%に到達することであった。
プログレッシブHIITプロトコルは、約30秒のジョギング/ランニングを8回、約120秒の低強度のウォーキングを交互に行う（1-2週間）ところから開始した。12週間の追跡調査期間中に改善を引き出すのに十分な負荷を与えるために、高強度のインターバル時間を7%～10%増加させ、2週間ごとにリカバリーインターバル時間を4%減少させた。
また、フォローアップの4wkごとに2つの運動間隔の増加があった。総運動時間は4分から13.5分に増加した（1～16週目）。全回復時間は18～24分であった（1～16週目）。インターバルの回数は8～14回（1～16週目）であった。対象は2型糖尿病（2型糖尿病）を有する35～55歳の過体重・肥満の成人女性であった。
SIT
クラシックSIT（ウイングエイトテスト）
SITはVO2peak以上の強度を必要とする最高強度のワークアウトプログラムであるため、プロトコルの特徴として、短時間（30秒のワークアウト）の後に長い完全休息（2～5分）を行うことが挙げられる。これにより、急激な血圧や心拍数の上昇などの急性の血行動態の変化が起こり、血流の再分配によるプラークの乱れや内臓臓器の虚血を引き起こす可能性がある。
したがって、SITは若年者の座位/再活動性の対象者にのみ適応すべきであり、古典的なSITプロトコルの下では高血圧、慢性腎臓病、および心血管疾患sを有する患者には適応されない。Allemeierら[59]は、1回のトレーニングセッションにつきWingateスプリントを3回繰り返すだけでVO2maxが約14%向上することを実証している。最大6回30秒のWingateスプリントを繰り返す古典的なSITプロトコルは、Barrnettら[60]の研究で最初に使用され、8週間のSITの後にVO2maxが8%増加し、最大クエン酸合成酵素活性が42%増加したことを報告している。
このプロトコルは、その後、古典的なSIT[36,37]に関連付けられている有酸素的適応を調査するために、マイナーな変更を加えたギバラのグループによって使用された。古典的なWingateプロトコル[31]は、「4-6 」を繰り返し30秒のスプリントを使用しているが、研究のどれもこの方法の使用のための具体的な正当化を提供しないであった。これまでのところ、どの研究も最適なSITプロトコルとして4-6×30秒のWingateスプリントを正当化しようとしていない[61]。
1980年代と1990年代の8-10×30秒のWingateスプリントの効果には、以下のような広範なパラメータが含まれていた。最大解糖・ミトコンドリア酵素活性[62,63]、プリン体代謝[64]、肺・筋ガス交換[65]、筋代謝・イオン調節[66]、筋バッファリング能力[67]、赤血球特性[68]、VO2maxの改善[63,65,66,68]である。
広範囲の定住/レクリエーション活動家への適応を目的とした「低容量/短時間」SITの考え方
それは一貫して単一の30秒ウィングエイトスプリントは、20%から30%で側方大筋の筋グリコーゲンストアを減らすことができることが示されている[61,69-72]。しかし、興味深いのは、グリコーゲン分解はスプリントの最初の15秒の間だけ活性化され、その後、最後の15秒の間に強く減衰するということである[72]。さらに、グリコゲノライシスの活性化はその後の反復スプリントで抑制される[72]。
このことは、古典的なSIT（4-6回30秒のWingateスプリントを繰り返す）は不必要に激しいものである可能性があることを示唆している[61,73,74]。ターンでは、これは、トレーニングセッションをより時間効率的に、より少ない強度、およびより多くの定住している一般的な人口に適用できるようになるだろう。
Hazellら[75]は、古典的なSITプロトコルのスプリント時間を30秒から10秒に短縮した場合の影響を直接比較し、10秒のプロトコルとVO2maxの同様の増加を報告している。同様に、Zeltら[76]は、30秒スプリントの古典的なSITプロトコル（4%）と15秒スプリントの修正プロトコル（8%）のVO2max応答に有意な差はないことを報告している。
スプリント時間の短縮と同様に、スプリントの繰り返し回数の短縮も2つの研究で評価されている。Allemeierら[59]とIjichiら[16]は、30秒のWingateスプリントを3回繰り返すプロトコルでVO2maxがしっかりと改善したことを示した。これら2つの研究のプロトコルは、それぞれ20分と10分と長めに設定されていた。
別の方法として、運動のアドヒアランスを高めることを目的として、健康指標を改善するために必要な最小運動量を定義することも考えられる。Vollaardら[77]は、持続時間が最も短く、作業量が最も少ないSITプロトコルをレビューした。また、彼らは、座位のある被験者や糖尿病患者に対して、最も時間効率が良く効果的で、高いアドヒアランスが得られるプロトコルを目指して、修正されたSITを構築した[61,74,78]。
これまでのところ、このトレーニングプロトコルは、低運動量HIIT（REHIT）（10分間のSITセッション、週3回、6週間）と名付けられており、20秒のWingateスプリントを2回行うだけで、健康にプラスの効果をもたらすことが示されている最小の運動量（1セッションあたりを考慮した場合）である。
このプロトコルは、VO2maxを10%～13%改善するのに十分であった[61,74]。Vollaardら[77]はまた、最大スプリント間隔を2回だけ実行した後、トレーニングセッションでスプリントを追加するごとに、フィットネスの全体的な改善が約5%減少することを発見した。これらの知見は、極めて高強度の運動を可能にする特殊なエクササイズバイクを必要とする超極大運動にのみ適用可能であることを覚えておくことが重要である。
この結果は、高強度運動の繰り返し回数を増やせば 心肺機能の改善がより大きくなるという、これまでの「常識的」な考えに疑問を投げかけ るものかもしれない。Ruffinoら[78]は、2型糖尿病患者の健康マーカーに対するREHITと中等度強度ウォーキングの効果を、対照クロスオーバー試験で比較した。2型糖尿病の男性16人（平均年齢：55±5歳）が8週間のREHITと8週間の中等度強度歩行（心拍数予備量の40%～55%に相当する強度で30分/週のセッションを5回）を実施し、介入間の2ヶ月間のウォッシュアウト期間を設けた。
研究者らは、REHITは有酸素運動フィットネスの改善においては、5倍の量の中等度強度ウォーキングよりも優れているが、短期的には2型糖尿病患者のインスリン感受性や血糖コントロールを改善するという点では同等の結果が得られたと結論付けている。
REHITを評価した研究では、年齢が60歳を超える被験者、コントロールされていない高血圧、肝機能障害、腎機能障害のある被験者は除外された。これらの併存疾患を有する患者に対するエビデンスは不足しているが、血行動態の変化、特に血圧の急上昇に注意を払えば、REHITプロトコルは生活習慣病を有する患者にも応用できる可能性がある。
壮年期/老年期/老年期/衰弱期の患者に対するHIITおよびSITの採用の可能性と限界
HIIT
亜最大級の有酸素性HIITを用いた運動トレーニングでも、多施設RCTでは目標強度と頻度に対する十分なアドヒアランスは達成されていない[8,45,49]。もう一つの明確な限界は、監視下運動期間後のフォローアップ期間中の脱落率が高いことである[79]。
HIITは、表4.4のプロトコルに示されているように、心疾患を持つ患者に対しても受け入れられている。目標心拍数はピーク心拍数の 90～95%と高いが、強度は個人のピーク心拍数から算出されており、これらの有酸素 HIIT プロトコルは高齢者や疾患を持つ患者を含む幅広い対象者に活用できた。
SIT
非スポーツ選手や定住者に対するSITの忍容性とアドヒアランスは低い。
SITに関するこれまでの研究では、対象となる被験者は健康な若者やレクリエーションで活動的な若者であった。各研究の被験者数が非常に少なく、研究対象者の選択に偏りがある可能性がある。年齢に関係なく、スポーツ/エクササイズトレーニングの経験がない、またはほとんどない被験者は、オールアウトエクササイズを行うことが困難であった可能性がある。
この点、REHITは、利用可能なプロトコルの中で運動量が少ないため、対象者を広げることができる。さらに、定住者、レクリエーションで活動的な人、もちろん高度な訓練を受けた人のすべての年齢層に適応できるが、定住者、60歳以上の高齢者、心血管疾患を持つ人には適応できない（Vollaard博士との個人的なコミュニケーション）。
HIITとSIT プロトコルの潜在的なリスク
HIIT
これまでに報告されたHIITに関する研究では、被験者の数が少なく、一般集団におけるこのトレーニングプロトコルの安全性と傷害リスクについての参考文献は限られていた。ノルウェーの研究グループでは、極端に太りすぎた患者の膝の損傷は2件のみであった[21]。
Levingerら[80]は、HIIT中または直後の有害事象に関するシステマティックレビューを発表した。その結果、心血管疾患患者におけるHIIT中またはHIIT後24時間の有害反応の発生率は約8%であり、これはMCT中のリスクが以前に報告されていたよりもやや高いことがわかった[80]。
Rognmoら[81]は、ノルウェーの3つの心臓リハビリテーションセンターに入院した冠動脈性心疾患患者4846人を対象に、組織的なHIITとMCTによる心血管イベントのリスクを調べた。すべての患者が両方のタイプのトレーニングを行った合計175820時間の運動トレーニングにおいて、中等度強度運動中の致死的な心停止が1回（129456時間）、HIIT中の非致死的な心停止が2回（46364時間）報告されている。心筋梗塞は報告されなかった。彼らは、心血管リハビリテーションの設定において、HIITとMCTの両方を行った後の心血管イベントのリスクは低いと結論づけた[81]。
SITと低用量/短時間のSIT
SITの安全性と傷害リスクに関する体系的なレビューは非常に限られている。Wingateプロトコルなどのプロトコルで使用される超極大スプリントは、不安定なプラークを排出するリスクをもたらす可能性がある血流の増加だけでなく、血圧の短いが急激な増加に関連付けられている。血流の再分布（筋肉の血流増加に続いて内臓の血流減少）は、心血管疾患や慢性腎臓病患者にリスクをもたらす可能性がある。
しかしながら、SITまたは短時間／低用量SITは、健康で、鎮静的で、通常は若年者においてのみ採用されてきた。これらの対象者では、高血圧および／またはアテローム性動脈硬化性疾患の発生率が低いため、心血管リスクは非常に低い可能性がある。生活習慣病および／または心血管疾患を有する個人に対しては、SIT／REHITプロトコルの潜在的なリスクは評価されていない。
したがって、現在のところ、これらの患者には採用すべきではない。Ruffinoら[78]は、2型糖尿病患者に対するREHITを調査したが、リスクも心血管イベントも報告されていない。
日常生活における活動の最適な強度／用量の紹介：個人の活動指標
有酸素運動能力の向上には、高度な運動プロトコルを用いた指導付きの運動トレーニングのほかに、指導なしの日常的なトレーニングや活動も有用であると考えられる。活動カウンセリングや身体活動の促進のためには、個人に合わせた有意義な情報をフィードバックすることが、身体活動の増加や維持の動機付けに有益であると考えられる[73,82]。1 日 10000 歩」や「1 日 30 分の活動」などの目標は、すべての人に共通するものであり、わかりやすいが、それぞれの活動に対する身体の反応を反映していない。
目標の「10000歩」は、個人によって意味合いが異なる[例：どんなスピードで、どこで（上り坂か下り坂か）]。活動に対する身体の反応を追跡して測定する最も個人に合った正確な方法は、心拍数をモニターすることである。
心拍数の変化は、活動の種類に関係なく、身体活動に対する身体の反応を反映している。心拍数をメトリックに変換する簡単な方法はこれまでなかったため、Nesら[83]は、パーソナライズド・アクティビティ・インデックス（PAI）と呼ばれる新しい単一のメトリックを開発した。
PAIは、自己評価用心拍数デバイスに組み込むことができ、身体活動中の週ごとの有益な心拍数パターンを定義することができる。さらに、ノルウェーのNord-Trøndelag郡で実施された疫学研究（HUNT）[83-85]によると、PAIは長期的に早期心血管疾患や全死亡のリスクを減少させる可能性があることが示されている。
毎週のPAIで100点以上のスコアを取得すると、健康な被験者と心血管疾患の危険因子が知られている人では、現在の身体活動の推奨事項が満たされているかどうかにかかわらず、心血管疾患早期死亡のリスクが減少することが示されている[86]。
PAIは、早期心血管疾患死亡のリスクを低減するためにはどの程度の身体活動が必要なのかを潜在的な利用者に知らせることができる[83]。また、PAI利用者は、適切な運動・身体活動を行うために効果的で効率的な運動強度や運動時間を、自身の日常の経験に基づいて把握し、フィードバックを行うことができる。
例えば、非常に強い運動強度で運動すると、現行の推奨運動時間よりもかなり短い総運動時間であっても、高いPAIスコアと高いVO2peakが得られる可能性がある[84]。単純なパターンとしては、VO2peakを改善するのに十分な運動強度であれば、週1回の運動も有効である[85]。
HIITとSITの運動メカニズム
MCTに対するHIITの優位性に関わるメカニズムは明確には解明されていない。しかし、いくつかの潜在的なメカニズムが存在する[48] （図（図2）.2）。
HIITによる有酸素運動能力の向上の第一の理由は、以下のような細胞内シグナル伝達シーケンスによって説明できる[87]。HIITによる筋肉刺激→筋肉細胞の5′-AMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）活性の増加→ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体-γcoactivator-1α（PGC-1α）のmRNAとタンパク質の増加→ミトコンドリア酸素化酵素のmRNAとタンパク質発現の増加→体力（有酸素能力）の向上[88]。
第二に、運動負荷中のHIITにおけるより高いせん断ストレスが、細胞レベルおよび分子レベルでより大きな応答を誘発し、内皮機能障害からの部分的な回復につながる可能性があると推測するのが妥当である。
第三に、Hanssenら[89]は最近、HIITの利点のもう一つの潜在的な理由を報告している。彼らは、健康な若年男性を対象に、インターバルと連続持久力トレーニングの脈波反射に対する急性効果を報告している。HIIT後の心拍数の増加指数は当初は高かったが、24時間の追跡期間中に減少し、MCT後と比較して脈波反射に良好な効果があることが示された。
このように、2回（3回以上ではなく）の反復運動を用いたREHITプロトコルのメカニズムは、Vollaardら[77,90]によって提案されている。VO2maxのためのSITへの適応は、ミトコンドリア密度のために骨格筋の酸素抽出が改善されたことに起因する末梢的なものである可能性がある[77]。
Vollaardら[77]は、血液量の増加とミトコンドリア密度の増加の両方が、超最大運動に伴う急速なグリコーゲンの枯渇によって説明できることを提案した[73]。超最大運動を繰り返している間のグリコーゲン破壊は、3回目のスプリントまでに完全に減衰することが示されている。このように、以下の2つのメカニズム[77,90]によれば、2回の反復的な超最高速スプリントを行うだけで、適応的な反応を飽和させるのに十分であることは、もっともらしいことである。
図2
高強度インターバルトレーニングによって活性化される有益な心血管系および代謝系の効果と関連メカニズムのグラフィック表示。HIITによる骨格筋のグリコーゲン顆粒の解糖、カテコラミンの放出、血管の剪断ストレスの増加、自律神経活動の増加は、有酸素運動能力と代謝能力の向上に関連している。
骨格筋細胞や動脈の活動はHIIT中に増加する。解糖によるグリコーゲン量の減少は、グリコーゲン粒子からAMP活性化プロテインキナーゼ(AMPK)の放出をもたらし、より大きな活性と局在の変化をもたらす。さらに、解糖後の低グリコーゲン状態での運動は、ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体γコアクチベーター1-α（PGC-1α）のリン酸化と活性化をもたらす。
最後に、グリコーゲン含量の急激な変化およびグルコース濃度の増加に伴う浸透圧ストレスは、p38のようなマイトジェン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）を活性化し、PGC-1をリン酸化して活性化することができる。
p38のもう一つの標的はインターロイキン6（IL-6）であり、これは潜在的な標的の一つとしてAMPKを標的とする。筋シグナル伝達におけるこれらの変化はまた、循環脂肪酸（FA）利用の改善をもたらす。カテコラミンレベルの上昇は、プロテインキナーゼAを介してヒートショックプロテインを活性化することにより、脂肪代謝の増加を促進する。HIITは、中枢神経系活動の上昇の中枢作用により、運動した筋肉および運動中にリクルートされなかった筋肉の両方において、CREBのリン酸化および活性化を増加させることができる。
CREBの標的の一つはPGC-1αである。転写因子の共活性化によりPGC-1αのmRNAとタンパク質が増加すると、ミトコンドリア酸素化酵素のmRNAとタンパク質が増加し、最終的に体力（有酸素能力）が向上する。HIITは心拍出量を増加させ、動脈の剪断ストレスにつながり、内皮機能の改善と内皮微小粒子を介した脈波反射の可能性をもたらする。
ACC：アセチルCoAカルボキシラーゼ、AMPK：AMP活性化プロテインキナーゼ、CREB：cAMP応答エレメント結合タンパク質、HIIT：高強度インターバルトレーニング、IL-6：インターロイキン6、MAPK：ミトゲン活性化プロテインキナーゼ、PGC1α。ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体γ活性化因子1-α;TF：転写因子。
第一のメカニズムは以下の通りである：超最高速スプリントの最初の15秒での最大速度のグリコーゲン分解→代謝誘導体の蓄積→高張性の細胞内環境→心筋への水の流入→わずか数分のタイムスパン内での一過性の血漿量の約15%〜20%の低下。このような循環恒常性の激しい乱れは、SITセッションの繰り返しに応じて血液量を増加させる体への刺激となる可能性がある。
第二のメカニズムは以下の通りである。グリコーゲン分解→グリコーゲン結合AMPK[91]の放出と活性化→PGC-1αが関与する下流のシグナル伝達経路→ミトコンドリア密度の増加。
未来への展望
対象者の臨床的特徴やフィットネスレベルに応じた最適なプロトコルを確立し、有酸素運動能力を向上させ、より高いアドヒアランスを確立するためには、より多くの研究が必要である。これまでのところ、有酸素的なHIIT（亜最大強度）は、生活習慣病、肥満、座りっぱなしの生活習慣、高齢者、心疾患を持つ人が個々の強度で行う場合には、実行可能であり、リスクが低いと考えられている。
対照的に、古典的なSIT(supramaximal)は、健康な若年者にのみ適用可能である。2×20秒プロトコル(REHIT)のような小用量で短いSITは、鎮静的な若年者/中年者のターゲットに利用できる可能性がある。高齢者や鎮静者、安定した虚血性心疾患やCHFの患者、慢性腎臓病の患者に対するREHITの実現可能性と安全性は評価されていない。
図3は、年齢、運動習慣、および心血管疾患で層別化された対象者に対するHIITプロトコルの個人的な提案を示している。健康・医療分野でのHIITの適用拡大が期待されているが、近い将来、その実現性と安全性をさらに評価する必要がある。
図3
年齢、運動習慣、心血管疾患で層別化された対象者を対象とした高強度インターバルトレーニング（HIIT）プロトコルの個人提案。4×4分HIIT：すべての被験者に採用可能で、個人のピーク心拍数の85～95%の強度を維持する。古典的なスプリントインターバルトレーニング（SIT）。心血管疾患を合併している患者に対する本プロトコルの実行可能性と安全性は評価されていない。
低負荷時のHIIT（REHIT）。心血管疾患を合併している患者に対するこのプロトコルの実行可能性と安全性は評価されていない。REHITは古典的なSITに比べてはるかに負荷が少ないため、難治性高血圧症や動脈硬化性プラークを有する冠動脈性心疾患などの高リスク患者以外にも、心血管疾患が安定している患者を対象とした今後の研究が期待される。
O：全ての対象者に適応可能、Δ：リスクのない対象者には適応可能な可能性あり、×：全ての対象者には禁止すべき。