High-intensity interval training protocols: A systematic review

Abstract

고강도 인터벌 훈련(HIIT, High-Intensity Interval Training)은 지난 20여 년간 운동과학 분야에서 가장 활발히 연구된 운동 방식 중 하나로 자리매김했다. Buchheit과 Laursen(2013)의 이 체계적 문헌고찰은 무작위대조시험과 기전 연구 결과를 종합하여 다양한 HIIT 프로토콜이 심폐기능 및 대사 적응에 미치는 효과를 평가한다. 검토 대상은 최대산소섭취량(VO2max)의 90–100% 강도에서 1–5분간 수행하는 '장시간 인터벌', 초최대(supramaximal) 강도에서 45초 미만으로 수행하는 '단시간 인터벌', 그리고 10–30초 전력(all-out) 노력으로 구성된 스프린트 인터벌 훈련(SIT)을 모두 포함한다.

핵심 결과에 따르면, 장시간 인터벌 HIIT 프로토콜, 특히 최대 심박수(HRmax)의 90–95%에서 4분씩 4회 수행하고 3분 회복을 반복하는 방식이 훈련된 개인의 VO2max 향상에 가장 효과적이었다. 작업 대 휴식 비율이 약 1:1일 때 VO2max 근처에서 보내는 시간이 극대화되며, 이것이 유산소 적응의 주된 동인으로 보인다. 단시간 및 스프린트 형식은 무산소 적응을 상당히 유도하지만, 훨씬 낮은 훈련량에도 불구하고 중강도 지속 훈련(MICT)과 유사한 미토콘드리아 생합성을 보였다. 실제 훈련 처방은 훈련 경력, 현재 체력 수준, 동시 운동 요구에 따라 개별화되어야 한다.

핵심어: 고강도 인터벌 훈련, 최대산소섭취량, 유산소 적응, 스프린트 인터벌 훈련, 작업 대 휴식 비율

Introduction

최대한의 심폐기능 효과를 시간 효율적으로 달성할 수 있는 운동 프로토콜에 대한 요구는 고강도 인터벌 훈련(HIIT) 연구의 강력한 원동력이 되어 왔다. 전통적인 가이드라인은 심혈관 건강의 기반으로서 VO2max의 60–70% 강도에서 30–60분간 중강도 지속 훈련(MICT)을 권장해 왔다 [1]. 그러나 시간, 동기 부여, 접근성이라는 현실적 장벽으로 인해 연구자들과 현장 전문가들은 짧고 강도 높은 운동이 동등하거나 더 우수한 생리적 결과를 낼 수 있는지를 탐구하기 시작했다.

HIIT는 젖산 역치(lactate threshold)를 크게 상회하는 강도에서 반복적인 운동 구간을 수행하고, 그 사이에 저강도 운동 또는 완전한 휴식을 취하는 방식으로 광범위하게 정의된다 [2]. 이 포괄적 용어는 인터벌 지속 시간, 운동 강도, 반복 횟수, 회복 특성 면에서 상당히 다양한 프로토콜을 포함한다. 한쪽 극단에는 30초 전력 윈게이트(Wingate) 방식의 스프린트 인터벌 훈련(SIT)이 있고, 다른 쪽에는 HRmax의 90–95%에서 4분씩 4–8회 반복하는 장시간 HIIT 세션이 있다.

서로 다른 HIIT 방식이 왜 다른 생리적 반응을 유발하는지 이해하려면 기전적 이해가 필요하다. VO2max는 심박출량(심박수와 1회박출량의 곱)과 동정맥 산소 차이(말초 산소 추출 능력을 반영)에 의해 결정된다 [3]. HRmax의 90% 이상을 장시간 유지하며 중추 심혈관계를 최대로 자극하는 프로토콜이 VO2max 향상에 가장 효과적인 것으로 보인다. 반면 매우 짧은 초최대 인터벌은 무산소 ATP 재합성 경로와 골격근의 산화 효소 용량을 우선적으로 자극한다.

이 문헌고찰은 세 가지 핵심 질문에 답하고자 한다. 첫째, 어떤 HIIT 프로토콜이 가장 큰 VO2max 향상을 만드는가? 둘째, 작업 대 휴식 비율은 급성 생리적 자극을 결정하는 데 어떤 역할을 하는가? 셋째, 훈련 상태와 개인차는 최적 처방에 어떤 영향을 미치는가? 이 질문에 답하는 것은 엘리트 경기력 향상뿐 아니라 심혈관 질환 예방을 위한 효율적 전략을 추구하는 임상 집단에게도 직접적인 의미를 가진다 [4].

Evidence Review

HIIT 프로토콜 분류

Buchheit과 Laursen은 인터벌 지속 시간과 강도에 따라 네 가지 범주를 제시한다.

장시간 인터벌 HIIT: VO2max 자극 극대화

노르웨이식 4×4 프로토콜(HRmax의 90–95%에서 4분간 4회 반복, 3분 능동 회복)은 VO2max 향상에 있어 가장 엄격하게 검증된 방식이다 [5]. Helgerud 등의 기념비적 연구는 이 프로토콜이 8주에 걸쳐 VO2max를 7.2% 향상시켰으며, 총 운동량을 맞춘 MICT보다 유의하게 우수하다는 것을 보였다 [6]. 그 기전은 심박출량이 최대 수준 근처에 장시간 유지됨으로써 좌심실 리모델링과 1회박출량 증가가 촉진되는 것이다.

작업 대 휴식 비율은 중요한 프로그래밍 변수다. 약 1:1 비율(예: 4분 운동: 3–4분 회복)은 모든 반복에서 높은 품질의 노력을 유지하면서도 세션당 이론적으로 최적인 10–15분의 VO2max 근처 누적 시간을 달성하게 한다 [7]. 회복이 너무 길면 누적 심혈관 자극이 줄고, 너무 짧으면 조기 피로로 후반 인터벌의 질이 저하된다.

단시간 인터벌 HIIT: VO2max 체류 시간

10–60초 구간을 VO2max의 100–130%에서 수행하는 단시간 인터벌은 휴식 시간이 동일하게 짧을 때 VO2max 근처에서 놀랍도록 높은 누적 시간을 달성할 수 있다. Billat 등이 연구한 VO2max의 120%에서 15초 온/15초 오프 방식은 4×4 프로토콜과 유사한 VO2max 체류 시간을 보였고, 주관적 노력도(RPE)는 낮으면서 세션 간 반복성은 더 높았다 [8]. 이는 4분 전력 운동을 유지하기 어려운 저훈련 개인에게 특히 유용하다.

스프린트 인터벌 훈련: 훈련량 대비 효과

SIT는 30초(윈게이트 형식) 또는 10–20초(타바타 방식)의 진정한 전력 노력을 사용한다. Gibala 등의 2006년 선구적 연구는 30초 전력 사이클링 4–6회(4분 회복)가 주 5회 VO2max 65% 강도의 MICT와 골격근 시트레이트 합성효소 활성도 및 글리코겐 이용 효율에서 비교 가능한 증가를 보였으며, 총 훈련 시간은 80% 이상 적었다고 보고했다 [9]. 활성화되는 대사 신호 경로(AMPK, PGC-1α)는 유사하지만, 중추 대 말초 적응의 상대적 기여는 다르다.

SIT는 MICT보다 더 큰 운동 후 초과 산소 소비(EPOC)를 유발하여 세션 이후에도 칼로리 소비에 기여한다. 이로 인해 체지방 감소 목적의 프로토콜로 인기를 얻었지만, 그 크기(추가 에너지 소비 약 6–15%)는 대중 매체에서 종종 과장된다 [10].

Discussion

중추 대 말초 적응 논쟁

이 문헌고찰에서 도출되는 중요한 개념적 구분은 서로 다른 HIIT 방식이 서로 다른 적응 경로를 자극한다는 점이다. 장시간 인터벌 HIIT는 주로 중추 심혈관 적응, 즉 1회박출량 증가, 좌심실 충전 개선(프랑크-스탈링 기전), 심장의 산소 공급 능력 향상을 유도한다 [11]. 반면 스프린트 인터벌 훈련은 주로 말초 골격근 적응, 즉 미토콘드리아 생합성, 지방 산화 효소 강화, 수소 이온 완충 능력 향상을 목표로 한다 [12].

이 구분은 실용적으로 중요한 의미를 가진다. 지구력 성능(예: 10km 달리기)을 향상시키려는 개인은 VO2max 이득을 위해 장시간 인터벌 HIIT를 우선시해야 한다. 저항 훈련과 병행하면서 대사 컨디셔닝 도구로 HIIT를 수행하는 사람이라면 근골격계에 잔류 피로를 덜 남기고 15–20분 이내에 완료할 수 있는 단시간 또는 스프린트 형식이 더 적합할 수 있다.

훈련 상태와 개인 반응

가장 과소평가된 발견 중 하나는 훈련 상태가 최적 HIIT 처방을 얼마나 크게 조절하는가이다. 비훈련 개인에게는 기저치가 낮고 절대 강도가 낮아도 상대적 자극이 높기 때문에 거의 모든 인터벌 형식이 상당한 VO2max 개선을 만들어 낸다 [13]. 그러나 충분히 훈련된 지구력 선수들은 VO2max의 85% 이상에서 상당한 시간을 보내지 않는 방식에서는 VO2max 반응이 미미하다.

'최소 유효 용량(minimum effective dose)' 개념은 여기서 특히 관련성이 높다. 겸손한 체력 목표를 가진 일반 운동자에게는 주 2회, 15–20분의 단시간 인터벌 또는 스프린트 HIIT만으로도 심폐 체력을 유지하기에 충분할 수 있다. 이는 경쟁 선수에게 필요한 훈련량과 뚜렷이 대조된다 [14].

저항 훈련과의 간섭

HIIT를 저항 훈련과 결합할 때 프로토콜 선택은 근비대(hypertrophy)와의 간섭 정도에 영향을 미친다. 스프린트 형식 HIIT(반복적인 짧은 최대 노력)는 근육 글리코겐을 빠르게 고갈시키고 대사성 산증을 유발하여, 저항 훈련 전후에 수행할 경우 동화 신호에 지장을 줄 수 있다. 4×4 장시간 인터벌 형식은 더 큰 심혈관 자극을 만들지만, 신경근 피로도 상당히 유발하여 이후 하체 저항 훈련의 질을 저해할 수 있다 [15].

실용적 고려사항: 준수율과 지속 가능성

일부 비교에서 우월한 생리적 성과를 보임에도 불구하고, HIIT는 준수율 측면에서 과제가 있다. 잘 실행된 HIIT에서의 주관적 노력도(RPE)는 MICT보다 상당히 높으며, 스프린트 형식 프로토콜에 대한 즐거움 평가는 종종 낮다. 운동 중재 연구의 탈락률을 검토한 메타분석들은 HIIT에 높은 준수율을 보이려면 내재적 동기나 구조화된 사회적 지지가 필요하다는 것을 일관되게 발견한다 [16]. 임상가와 코치는 훈련을 처방할 때 이러한 준수율 역학을 이론적 생리적 이점과 함께 고려해야 한다.

Practical Recommendations

목표에 맞는 프로토콜 선택

검증된 4×4 프로토콜 (장시간 인터벌)

1. 준비 운동: HRmax의 60–70%에서 10분
2. 인터벌: HRmax의 90–95%에서 4분씩 4회 반복(RPE 8–9/10)
3. 회복: 인터벌 사이에 HRmax의 60–70%에서 3분 능동 회복
4. 마무리 운동: 저강도 5분

총 세션 시간: 약 35분. 고정식 자전거, 트레드밀, 로잉 에르고미터 또는 야외에서 수행 가능하다. 각 인터벌 시작 후 90초 이내에 HRmax의 90%에 도달해야 한다.

스프린트 인터벌 훈련 (시간 부족 시 선택지)

20분 미만의 시간을 가진 사람을 위한 대사 자극 프로토콜:

1. 준비 운동: 5분 점진적 강도 증가
2. 스프린트: 30초 전력 운동을 10–15회 반복
3. 회복: 스프린트 사이에 30초 수동 또는 능동 회복
4. 마무리 운동: 저강도 3–5분

이 방식은 관성 지연이 적은 장비(사이클 에르고미터가 최적)에서 수행할 것을 권장한다. 트레드밀에서의 달리기 기반 SIT는 속도 전환 지연으로 인해 주의가 필요하다.

프로그래밍 시 주의사항

• HIIT는 주 2–3회로 제한하며, 그 이상은 부상 위험 증가 및 회복 저하를 유발한다
• 가능하면 HIIT를 하체 고중량 저항 훈련과 별도의 날에 배치한다
• 같은 날 HIIT와 저항 훈련을 함께 수행한다면 저항 훈련을 먼저 한다
• 매일 아침 안정 시 심박수(resting heart rate)를 모니터링하여, 기준치보다 5–7bpm 이상 높으면 HIIT 대신 저강도 활동으로 대체한다
• 강도를 높이기 전에 운동 시간을 늘려 노력의 질을 유지하면서 점진적으로 과부하를 가한다