人體運動能力的生理基礎和提高運動能力的方法

人體從事各種形式的體育鍛煉都必須首先具備相應的運動能力，運動能力是人體進行體育活動的基礎,而人體進行鍛煉也是為了提高包括運動能力在內(nèi)的各種身體機能.人體的運動能力可以現(xiàn)現(xiàn)在肌肉力量、運動速度、耐力、靈敏、柔韌等多方面，人們?nèi)粝胪ㄟ^科學的體育鍛煉提高自身的生理機能，就必須了解影響人體運動能力的生理基礎和發(fā)展運動能力的方法。一、力量及其鍛煉的方法力量是人體肌肉收縮產(chǎn)生的張力，人體的各種活動，包括體育鍛煉幾乎都是由肌肉收縮克服阻力產(chǎn)生的。力量被認為是一切體育活動的基礎，肌肉力量在人體生命活動和體育鍛煉過程中起十分重要的作用。（一）影響肌肉力量的生理基礎1.肌肉何積。肌肉體積與肌肉力量有著密切的關系，肌肉體積的大小可用肌肉橫斷面積的大小來表示，肌肉橫斷面積越大，肌肉的體積就越大，肌肉力量也就越大，而且這種關系不受年齡、性別的影響。體育鍛煉或體力勞動在提供肌肉力量的同時，總是伴隨著肌肉體積的增加。影響肌肉的因素主要有兩個：一是單個肌纖維的直徑，二是肌肉中肌纖維的數(shù)量。體育鍛煉，特別是有針對性的力量練習可以促進體內(nèi)蛋白質(zhì)的代謝，增加蛋白質(zhì)的合成，提高肌肉蛋白質(zhì)的含量，通過增加單個肌纖維的直徑而使肌肉體積增加，也可以通過增加肌纖維的數(shù)量，使肌肉體積增加。肌纖維類型。骨骼肌的肌纖維可分為紅肌纖維和白肌纖維兩種類型，白肌纖維收縮產(chǎn)生的力量大，紅肌纖維收縮產(chǎn)生的力量小。肌肉中肌纖維類型的比例受遺傳因素的影響，肌肉中白肌纖維的比例越大，肌肉收縮力量也就越大。力量和速度練習可以增加肌肉中白肌纖維比例。神經(jīng)調(diào)節(jié)。肌肉收縮力量，除決定于肌肉本身的形狀、機能特點外，還與神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機能有關。神經(jīng)系統(tǒng)可以通過兩種方式調(diào)節(jié)肌肉力量：一種是通過發(fā)放強而集中的興奮，動員盡量多的肌纖維參與收縮，以增大肌肉力量，有些人在肌肉最大收縮時也僅能動員60%的肌纖維參與收縮，而有些人則可動員80%以上的肌纖維參與收縮，顯然在共它條件相同的情況下，后者的肌肉力量更大；二是通過增加神經(jīng)中樞發(fā)放神經(jīng)沖動的頻率增加肌肉力量，神經(jīng)沖動頻率越高，肌肉力量越大。神經(jīng)系統(tǒng)對肌肉力量的影響作用可以解釋為什么有些人看上去雖然肌肉體積并不大，但肌肉力量卻較大的現(xiàn)象。（二）提高肌肉力量的方法提高肌內(nèi)力量的方法有很多，不同的鍛煉方法對提高肌肉力量的作用也不同，鍛煉者可根據(jù)自己的實際情況選擇力量練習方法。1.動力性力量練習。肌肉收縮時肌纖維長度發(fā)生變化，同時產(chǎn)生張力克服外界阻力的力量練習，稱動力性練習。體育鍛煉中所從事的力量練習多數(shù)是屬于動力性力量練習，如各種啞鈴練習、舉重等。動力性練習主要是通過不斷增加運動負荷（阻力）達到提高肌肉力量的效果。動力性練習時，肌肉的收縮與放松交替進行，可促進體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝，加強肌肉中蛋白質(zhì)合成，提高肌肉的橫斷面積和毛細血管數(shù)量，使肌肉體積增加。對一般體育鍛煉者來說，體育鍛煉時最好采用動力性肌肉練習方式發(fā)展肌肉力量。在動力性力量練習中，采用的負荷不同，提高肌肉力量的效果也不同。一般來說，采用相當于本人最大力量80%的運動負荷（如最大肌肉力量為50公斤，力量練習的負荷為40公斤），主要作用是發(fā)展肌肉力量和速度，使肌肉本積增加，這種負荷適用于力量型運動員和青年健美愛好者；采用60%的最大負荷，主要是改善神經(jīng)系統(tǒng)對肌肉收縮的協(xié)調(diào)作用，使肌肉力量和肌肉耐力增加，中年人可采用這種方法提高肌肉力量，效果較好；采用小負荷（相當于40%的最大負荷）練習雖對提高肌肉力量的作用不太明顯，但卻可以改善肌肉的血液循環(huán)，增加骨骼肌中毛細血管的數(shù)量，保持已經(jīng)獲得的肌肉力量，提高肌肉耐力，老年人在進行力量練習時可采用這種負荷。可風，負荷是影響力量練習效果的重要因素，鍛煉者在進行力量練習時，要有針對性地選擇運動負荷。靜力性力量練習。肌肉收縮時肌肉長度未發(fā)生變化，而是維持某一特定位置的肌肉力量練習，稱靜力性練習。靜力性練習主要是發(fā)展肌肉在特定位置的肌肉力量，如武術中的馬步站樁等。靜力性車量練習方法比較安全，一般不會出現(xiàn)急性肌肉拉傷等現(xiàn)象，因此常用于肌肉康復練習。由于靜力性肌肉練習時，肌肉收縮擠壓毛細血管，造成肌肉缺氧，而且在大強度靜力性練習時往往伴隨著憋氣動作，所以，對體育鍛煉者來說，除非特殊需要，一般不要采用靜力性車量練習，老年人和少年兒童盡量避免有負荷的靜力性練習。電刺激練習。電刺激增加肌肉力量是一種被動肌肉力量練習法，具體方法是將電極放置于要練習的肌肉群表面，通過電刺激使肌肉被動產(chǎn)生收縮。采用這種方法可以有效地增加肌肉力量，同時肌肉損傷的可能性也較小，除用于一般增加肌肉力量外，特別適用于肌肉損傷后的康復練習。電刺激增加肌肉力量需要有專門的電刺激器，用電刺激方法發(fā)展肌肉力量時，最好與動力性練習方法結(jié)合使用。（三）力量練習中應注意的問題負荷。在進行力量練習時，應根據(jù)自己的實際情況選擇合適的負荷，但無論選用什么樣的負荷，都要遵循由小至大的原則，切勿突然增加運動負荷造成運動損傷。動作速度。只要進行動力性肌肉力量練習，就存在動作速度問題，負荷和速度之間有著密切關系，負荷越大，速度就越小。鍛煉者要根據(jù)練習的要求合理安排，對于青少年來說，爆發(fā)力是非常重要的，在力量練習時，選擇適宜的負荷，盡量加快動作速度，對提高肌肉的爆發(fā)力十分有益。練習次數(shù)。對于一般體育鍛煉者來說，沒有必要每天都進行力量訓練，即使是為了專門發(fā)展肌肉力量，采用隔天力量練習，也足以取得理想效果。如果每天都進行力量練習，不僅提高肌肉力量的效果不明顯，而且還會造成整體機能的不協(xié)調(diào)發(fā)展。已經(jīng)獲得的肌肉力量，如果停止練習，也會逐漸消失，肌肉力量消失的速度相當于獲得肌肉力量速度的三分之一。也就是說，力量獲得的快，消退的也快，所以體育鍛煉切勿忽練忽停。如果為了保持已經(jīng)獲得的肌肉力量，力量練習的間隔時間可更長一些，以合將體育活動時間用于發(fā)展其它方面的運動能力，每周進行一次力量訓練，可保持已獲得的力量水平。二、速度與速度耐用力及其鍛煉的方法（一）影響速度的生理因素速度可分為反應速度、動作速度和通過一段距離的地位移速度（即短跑速度），影響速度的主要生理因素是神經(jīng)系統(tǒng)的反應能力、肌肉組織的興奮性和肌纖維類型。1.神經(jīng)系統(tǒng)的反應能力。主要是指感覺神經(jīng)的敏感程度和大腦皮層對刺激做出快速反應的能力。其中，大腦皮層對刺激的反應能力是影響速度的重要因素，大腦皮層對刺激作出反應的速度越快，表現(xiàn)為整體的反應速度就越快。肌肉的興奮性。肌肉的興奮性高，對外界環(huán)境變化作出反應的能力就強，機體的反應速度和動作速度就快。肌纖維類型。肌肉中快肌纖維數(shù)量多，體積大，體育鍛煉時的速度就快，同時，肌肉的的力量增加也會對運動速度產(chǎn)生積極的影響。（二）影響速度耐力的生理因素速度耐力是指機體長時間快速動動的能力，也稱為無氧耐力。速度耐力在田徑、籃球、足球等體育鍛煉項目中具有重要作用。影響速度耐力的主要生理因素有：1.糖的無氧代謝能力。在速度耐力性體育鍛煉中，主要靠糖的無氧代謝提供能量，因此，機體糖無氧會謝能力越強，速度耐力素質(zhì)也就越好。緩沖乳酸的能力。乳酸是糖代謝的中間產(chǎn)物，乳酸在體內(nèi)的增加會使肌肉和血液酸堿度下降，造成機體疲勞，因此，如果能及時緩沖產(chǎn)生的乳酸，可使肌肉快速工作時間延長。耐受"酸"能力。在速度耐力性運動中，往往是乳酸的生成大于乳酸的緩沖和排除，因此，體育鍛煉時乳酸在體內(nèi)逐漸堆積，造成血液的"酸"度增加，腦細胞對血液酸堿度的變化非常敏感，血液酸度增加會使大腦皮層工作能力下降，造成身體疲勞。通過速度耐力鍛煉的人，腦細胞耐受乳酸的能力明顯增加。（三）提高速度和速度耐力的方法1.提高速度的方法由于人體的運動速度可分為反應速度、動作速度和位移速度，所以，練習者應根據(jù)體育鍛煉的具體要求選擇練習方法。（1）反應速度的練習。主要是抽高神經(jīng)系統(tǒng)的靈活性和對刺激信號快速作出反應的能力。在練習時可采用不同的刺激信號，如聲音、光等，使機體接受刺激并迅速做出反應，也可結(jié)合具體的體育鍛煉項目有針對性地發(fā)展專項反應速度。（2）動作速度的練習。對體育鍛煉者來說，動作速度多表現(xiàn)在一些成套規(guī)定的練習動作，如武術、健美、扭身歌。這些練習要求一定的節(jié)奏，如果動作速度不夠，就會影響鍛煉效果。而提高成套動作的運動速度主要是通過熟悉單個動作完成，因此，發(fā)展成套動作速度的關鍵是提高每個動作的熟練程度和各個動作之間的相互連接。（3）位移速度的練習。影響位移速度的主要因素是步頻和步幅，快速小步跑、30米短距離沖刺跑等可提高肌肉的收縮速度，增加步頻，而提高步幅的主要手段是提高腿部肌肉力量和柔韌性。提高速度耐力的方法速度耐力練習主要是無氧運動練習，其目的是提高機體的糖無氧供能能力、緩沖乳酸的能力和耐受乳酸的能力。發(fā)展無氧耐力的運動強度較大，體育鍛煉時應使心率保持在160次/分以上，具體運動形式包括300-500米等不同距離的全速跑、間歇跑等，有條件的可測定體育鍛煉后的血乳酸值，一般來講，體育鍛煉后即刻血乳酸值越高，提高速度耐力的效果越好。三、有氧耐力及其鍛煉的方法（一）影響有氧耐力的生理因素有氧耐力是指長時間從事有氧運動的能力，又稱一般耐力。決定機體有氧耐力的生理因素主要是運動中氧氣的供應因素和作為能量物質(zhì)的糖原含量。1.肺的通氣功能。從呼吸系統(tǒng)看，肺的通氣量越大，吸入本內(nèi)的氧氣量就越多，在體育鍛煉中采用深呼吸的方法，可有效地提高呼吸效率，增加肺的有效氣體交換量。血液的載氧能力。吸入肺內(nèi)的氧氣是通過血液中敵國紅蛋白運送到各組織細胞的，在生理范圍內(nèi)，血液中血紅蛋白的含量越高，其攜帶氧氣的能力就越強。如果人體中血紅蛋白含量下降10%，就會明顯影響有氧耐力。心臟的射轎能力。心臟的射血能力是血液循環(huán)的動力，單位時間內(nèi)，心臟射郵的血量越多，運送氧氣的能力越強。體育鍛煉中影響心臟射血量的主要因素是心肌收縮力量和心室容積的大小，體育鍛煉時，心臟收縮力量越大，心臟的射血能力就越強。骨骼肌體的代謝能力。肌組織的有氧代謝能力是影響有氧耐力的重要因素，有氧代謝酶活性高，利用氧氣的能力強，表現(xiàn)為機體的有氧代謝能力高。而肌組織的有氧代謝能力與肌纖維類型密切相關，肌肉中紅肌纖維多，有氧代謝能力就好。現(xiàn)在普遍認為，心臟的射血能力和骨骼肌的有氧代謝能力是影響有氧耐力的最重要因素。肌糖原含量。肌糖原是肌肉進行有氧代謝的主要能源物質(zhì)它的供能特點為效率高，氧氣消耗量相對較少，代謝時產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可及時排出體外，不致在體內(nèi)堆積，對身體產(chǎn)生不利影響。所以，肌肉中糖原含量越高，有氧供能的潛力就越大。雖然脂肪也參與有氧運動的供能，但由于脂肪氧化供能時氧氣消耗量大、代謝產(chǎn)物堆積等因素，容易使身體疲勞。（二）有氧運動對身體機能的良好影響實踐證明，以有氧運動為主要形式的體育鍛煉是增強體質(zhì)，提高人體健康水平的最常用、最有效的方法。1.提高心肺功能。通過有氧運動可以提高呼吸系統(tǒng)的功能，表現(xiàn)為肺活量水平明顯增加，肺交換效率提高。對心臟功能的影響表現(xiàn)為巡靜時心率下降或不變，心臟的收縮力量增加，心臟容積增大，有人稱這種變化為"運動員心臟"，"運動員心臟"是心功能對體育鍛煉的適應性變化，是心臟力能提高的標志，這些變化可以預防并減少心血管疾病的發(fā)生。促進生長發(fā)育、延緩衰老。有氧運動由于改善身體的血液循環(huán)，加強體內(nèi)的新陳代謝，而可以促進少年兒童的生長發(fā)育。堅持體育鍛煉的青少年，其身高、體重、胸圍都較同年齡的人有不同程度的增長。老年人進行有氧運動，可以調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的功能，加強體內(nèi)的代謝功能，使老年人保持旺盛的精力和充沛的體力，從而達到延年益壽的效果。提高機體的免疫功能。人體抗疾病能力與機體的免疫系統(tǒng)功能有關，有體的免疫機能主要是通過免疫細胞完成的。采用小強度的有氧運動形式對提高機體免疫功能的效果最好，免疫功能的提高不僅可以預防和治療一些一般性疾病，而且對諸如癌癥等大病、頑癥也有積極作用。減肥。運動減肥的效果主要與體育鍛煉的時間和體育鍛煉的總工作量有關，而與運動強度關系不大。由于有氧運動的強度相對較小，不容易疲勞，可以保斑點較長的體育鍛煉時間，同時，有氧運動消耗的脂肪類物質(zhì)較多，所以減肥的效果就明顯。以減肥為主要目的體育鍛煉都應該以有氧運動為主要形式。（三）提高有氧耐力的方法1.最大攝氧量及其體育鍛煉。最大攝氧量是指身體發(fā)揮最大功能水平，每分鐘攝入并供組織細胞消耗的氧氣量，最大攝氧量是有氧代謝能力的基礎，一般人的最大攝氧量為2-3升/分，經(jīng)常參加體育鍛煉的人可達4-5升/分，在進行有氧耐力練習時，可以最大攝氧量作為參考指標確定運動強度。對于身體機能狀況較好的青壯年人來說，運動強度可相當于80%的最大攝氧量；對老年人則以采用40-60%的最大攝氧量強度發(fā)展有氧耐力較為合適。無氧閾及其體育鍛煉。無氧閾是人體在進行遞增性體育鍛煉過程中，由有氧代謝供能開始大量動用無氧代謝供能的轉(zhuǎn)折點，這一轉(zhuǎn)的點相當于一般人心率在140-150次/分時的運動強度。也就是說，體育鍛煉時心率在140/分以下，主要是發(fā)展有氧耐力，心率150次/分以上，就主要是發(fā)展機體的無氧耐力。因此，不管彩用何種體育鍛煉方式，只要是以發(fā)展有氧耐力為主要目的的練習，心率最好不要超過150次/分。常用的有氧耐力練習方法。提高有氧耐力最常用的方式為慢跑，其次還有游泳、自行車、滑雪等。如前所述，發(fā)展有氧耐力的練習強度不要太大，但要保證足夠的體育鍛煉時間，一般每天活動的時間不要低于半小時，最好每于鍛煉1小時右。四、靈敏及其鍛煉方法靈敏是指人體迅速改變體位、轉(zhuǎn)換動作和隨機應變的能力，青少年在對抗性體育活動中（如足球、籃球等），錄敏能力是非常重要的，靈敏是人體各種運動能力在體育活動中的綜合表現(xiàn)。（一）影響靈敏的生理因素由于靈敏是人體各種能力在體育活動中的綜合表現(xiàn)，所以我種因素都可以影響身體的靈敏能力，除前面提到的大腦皮層的靈敏性、肌纖維類型等因素外，影響靈敏性的生理因素還有：1.年齡和性別。在兒童少年階段，隨年齡的增加，身體的靈敏性也自然增加，到20歲左右，靈敏能力趨于穩(wěn)定，老年人的靈敏能力明顯下降。在青春發(fā)育期前，男孩的靈敏能力比女孩稍強，青春發(fā)育期后，男孩的靈敏性明顯高于女孩。體重。體重過重會使身體各部分的慣性增加，降低肌肉的速度，表現(xiàn)為身體的靈敏性下降。條件反射的鞏固程度。在學習運動技能時，條件反射建立得越鞏固，運動技術的能力就越強，表現(xiàn)為靈敏性越好。（二）提高靈敏能力的方法提高人體靈敏能力的方法主要有兩種：一種是固定的轉(zhuǎn)換體位的練習，如各種穿梭跑、8字跑和折返跑等，主要是發(fā)展人體的基本靈敏能力。另一種是給練習乾以突然的信號，練習者接受信號后，迅速做出應激反應，這種方法主要是提高人體應用靈敏的能力。五、柔韌及其鍛煉方法柔韌是指人體體育鍛煉時各關節(jié)活動的幅度或活動范圍，在健美操、武術等活動中，都要求機體具備一定的柔韌性，對于女青少年來說，柔韌性就顯得更為重要。（一）影響柔韌性的生理因素1.兩關節(jié)面積大小的差別。構成關節(jié)的兩關節(jié)面相差越大，關節(jié)活動幅度就越大，表現(xiàn)為柔韌性就越好。這一因素是限制柔韌性的先天因素，體育鍛煉時該因素的影響不大。關節(jié)周圍組織的體積。關節(jié)周圍的組織越多，限制關節(jié)運動的因素就越多，雖然并節(jié)的穩(wěn)固性增加，卻使身體的柔韌性下降?！鲫P節(jié)韌帶、肌腱和肌肉的伸展性。關節(jié)周圍韌帶、肌內(nèi)、肌腱等組織的伸展性越好，關節(jié)運動幅度就越大，柔韌性就越好。體育鍛煉主要通過增加關節(jié)周圍組織的伸展性提高關節(jié)的柔韌性。對抗肌的協(xié)調(diào)能力。關節(jié)周圍的肌肉可分為主動肌和與之作用相反的對抗肌，對抗肌的協(xié)調(diào)能力主要取決于神經(jīng)系統(tǒng)對肌肉收縮和放松能力的調(diào)節(jié)。體育鍛煉可以改善對抗肌之間的協(xié)調(diào)性，從而使柔韌性提高。（二）提高柔韌性的主要方法是做牽拉練習。牽拉練習可分為兩種，一種是動力性牽拉，一種是靜力性牽拉。動力性牽拉主要是進行節(jié)奏較快、并多次重復同一動力的練習，如連續(xù)踢腿、擺腿等。動力性練習可以提高關節(jié)在運動中的活動幅度，以適應專項體育活動的需要。靜力性牽拉主要是一些緩慢的牽拉練習，如靜力壓腿等，靜力性牽拉比較安全，一般不容易出現(xiàn)運動損傷，在提高柔韌性練習時，最好兩種方法相結(jié)合使用。專題論壇（運動人體科學）運動生理學的發(fā)展和研究領域張日輝運動生理學是運動人體科學下設的一門三級學科，作為人體生理學的一個分支，是在對人體生命活動規(guī)律有了基本認識的基礎上，專門研究人體運動能力和對運動的反應與適應過程的一門學科。運動人體科學是研究體育運動與人的機體的相互關系及其規(guī)律的學科群，包括運動解剖學、運動生理學、運動生物化學、運動生物力學、保健康復及運動醫(yī)學等學科。隨著相關學科生物學、生理學、醫(yī)學、生物力學、生物化學、體育教育訓練學等科學技術的發(fā)展，研究手段的進步，運動人體科學理論及其技術也迅猛地發(fā)展起來。在此，僅簡要介紹運動生理學的發(fā)展歷史和21世紀的研究領域。一、國內(nèi)外運動生理學發(fā)展歷史1、運動生理學的形成和發(fā)展運動生理學是一門較年輕且發(fā)展較快的學科?，F(xiàn)代奧林匹克運動開始于19世紀，但百年以前還沒有人談論什么運動生理學，直到19世紀后期，1889年F.LaGrange等出版《身體運動的生理學》第一本運動生理學教科書，運動生理學才開始浮現(xiàn)。20世紀初，1907年W.Fletcher等人注意到肌肉活動與乳酸生成之間存在著密切關系。經(jīng)過努力，1921年A.V.Hill因?qū)∪饽芰看x的發(fā)現(xiàn)獲得諾貝爾獎。但當時大工業(yè)興起和歐洲上空的火藥氣息，使其研究范圍更多的是屬于勞動衛(wèi)生和軍事醫(yī)學，具有代表性的有哈佛疲勞實驗室、斯堪的納維亞實驗室。到了20世紀中葉，運動對人體的影響和訓練提高運動成績的理論積累日益豐富，運動生理學作為一門新興學科，終于形成了獨自的科學體系。近20年來隨著細胞生物學、分子生物學、神經(jīng)科學的飛速發(fā)展，運動生理學的研究有許多新的創(chuàng)新，學科內(nèi)容越來越豐富。運動生理學走過了它的雛形期、成長期至目前的成人期，形成了具有研究范圍廣泛、研究規(guī)模擴大、研究層次深化、研究手段先進和學科交叉覆蓋的現(xiàn)代運動生理學特征。2、我國運動生理學的發(fā)展我國的運動生理學發(fā)展起步于20世紀40年代，著名生理學家蔡翹于1940年出版了“運動生理學”。我國運動生理學教學與研究的第一次飛躍性發(fā)展是50年代末，在1954年學習前蘇聯(lián)后才在體育院校中建立了生理教研組。1957年我國培養(yǎng)出第一屆運動生理學29名研究生，全國六大直屬體育院校和我國某些師范院校體育系都相繼成立了運動生理學教研室，開設了運動生理學課程，1958年國家體育科學研究所設置運動生理學研究室，初步形成運動生理學教學與科研的機構。60年代初期出版了第一本《運動生理學》教材。70年代末至80年代，我國運動生理學進入第二次飛躍發(fā)展時期，有的高校體育院系先后成立了運動生理學碩士點和博士點。半個多世紀以來，運動生理學的發(fā)展深受其他生命學科進展的影響，80年代運動生理學家應用分子生物學手段探討基因決定人體運動能力的規(guī)律。運動生理學又進入一個新的發(fā)展時期，2001年中國生理學會運動生理學專業(yè)委員會成立，從而奠定了運動生理學科發(fā)展的良好基礎。2008年北京申奧成功，給體育科學提供了千載難逢的發(fā)展機遇，作為一名運動生理學工作者，在譽為生命科學世紀的21世紀，在運動生理學新的發(fā)展良機到來時，應重新思考其研究領域和將來的發(fā)展問題。二、21世紀初期運動生理學的研究領域隨著人類物質(zhì)文明的進步與社會的發(fā)展，生活環(huán)境得到了空前的改善，壽命延長造成社會的老齡化，但醫(yī)學的發(fā)展無法延緩衰老，我們在尷尬與困惑中進入了21世紀。因此，為我們提出了很多新問題，如何延長壽命，提高生命質(zhì)量？這為我們指出了21世紀運動生理學可能的研究方向。概括起來，21世紀運動生理學研究方向主要有兩大主題，即全民健身和運動訓練科技服務。具體有：（1）（1）針對不同人群及個體進行科學健身指導的運動處方研究；（2）（2）運動效果評價；（3）（3）體育鍛煉健身防病治病機理的研究；（4）（4）運動訓練對人類各種身體素質(zhì)的影響及其生理學機制研究；（5）（5）不同訓練方法的生理學評定；（6）（6）不同訓練方法在運動實踐中訓練效果的監(jiān)控；（7）（7）運動性疲勞機理和恢復手段，及其在訓練中的指導意義等。以上研究方向為健身服務、運動隊服務的研究熱點是疲勞機理與身體機能恢復、運動與免疫、運動與內(nèi)分泌、運動與肥胖、健身運動處方、運動與環(huán)境等。因此，在新世紀，運動生理學工作者在以上幾個研究方向投入研究，在注重創(chuàng)新的同時，更應該注意發(fā)揮祖國醫(yī)學寶貴的財富，發(fā)揮中醫(yī)中藥在運動訓練體能恢復中的作用，也要注意中國實際發(fā)展的社會群眾體育的需求，形成中國的特色。國家的全民健身計劃也為運動生理學的發(fā)展提供了廣闊的空間，應當改變當前重競技輕民用的狀態(tài)，我們不僅要服務于競技體育訓練水平的提高，也要服務于人民生活質(zhì)量的提高，相信在21世紀，科學技術的飛躍發(fā)展，也一定會使運動生理學的學術理論研究更上一層樓。為揭示400m跑速度規(guī)律的生理學實質(zhì)，采用動態(tài)分析方法對參加第6、7屆世界錦標賽男子400m決賽運動員的速度參數(shù)進行分析。研究結(jié)果表明：(1)400m跑從起跑加速，達到最大速度后又逐漸降低的統(tǒng)計學規(guī)律實質(zhì)上反映了能量供應方式從磷酸原系統(tǒng)、糖酵解系統(tǒng)到動用有氧氧化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變過程。(2)400m跑加速能力的生理基礎是磷酸原系統(tǒng)的供能能力，將加速階段的速度控制在極限強度以下是延長ATP-CP供能時間、避免乳酸過是積累以及合理分配全程速度的關鍵。(3)良好的速度耐力在400m跑運動成績中起著決定性的作用，通過訓練、營養(yǎng)等手段提高機體產(chǎn)生、耐受和消除乳酸的能力是提高速度耐力的關鍵。(4)全程體力的合理分配在400m競賽中起著重要的作用，正確的做法進合理利用ATP-CP系統(tǒng)的供能能力，最大限度地延長糖酵解系統(tǒng)供能的時間，盡量降低在氧供能的比例，使400m跑逐步成為真正的無氧供能項目。(摘自《北京體育大學學報》2004年第1期作者：郭成吉等)2.不同負荷強度運動時表面肌電圖中位頻率與血乳酸濃度變化的關系采用等速運動方式，以表面肌電圖和血乳酸為指標，在10%、30%和50%MVC三種負荷條件下，對肘關節(jié)屈伸運動時的肱三頭肌、肱二頭肌和前腕骨肌的表面肌電圖和血乳酸濃度的變化進行了比較分析。結(jié)果表明：(1)肘關節(jié)屈伸運動時，伸展運動的力矩峰值下降幅度大于屈曲運動。(2)以30%和50%MVC負荷強度運動時，出現(xiàn)了兩面肌電圖的MF值逐步下降和血乳酸濃度逐漸增加的現(xiàn)象；工作肌群MF下降幅度，由大到小依次為肱三頭肌〉肱二頭肌〉前腕骨肌。(3)肱三頭肌、肱二頭肌和前腕骨肌的表面肌電圖的MF變化與血乳酸濃度變化相互比較，10%、30%和50%MVC三種運動形式都表現(xiàn)出了非常明顯的相關性。實驗結(jié)果可以說明，sEMG作為特異性良好的非損傷性檢測手段，不但能夠直觀地反映肌肉的收縮活動，還與肌肉組織代謝變化有一定的相關關系。(摘自《體育學刊》2004年第1期作者：王國祥)3.青少年女子鉛球運動員的合理滑步速度為了揭示鉛球運動員合理滑步速度，以相關文獻資料分析為基礎，運用生物力學方法對我國女子青少年鉛球運動員的合理滑步速度進行研究。得出結(jié)論為(1)滑步速度的合理性和穩(wěn)定性對運動員的運動成績有直接的影響。(2)擺動腿技術和放松用力技術是影響合理滑步速度的主要因素。(3)我國青少年運動員滑步特征有兩種：由快至慢型和由慢至快型。應根據(jù)運動員具體情況，合理掌握滑步速度，同時滑步速度、節(jié)奏要適合運動員的技術風格和類型。(4)滑步速度應當適合運動員的身體素質(zhì)特點及技術熟練程度，不能單純求速度而影響最后用力技術。并提出如下建議：(1)力求完整滑步技術動作結(jié)構的簡單化。從預備姿勢開始到左腳落地結(jié)束的整個用力過程盡量避免多余動作，后續(xù)動作盡量保持與前一個動作在動作方向上的一致性。(2)分解練習動作“邊緣”要模糊。滑步技術分解練習總量應適當控制。(3)滑步速度和最后用力速度應合理“配置”。完整技術各環(huán)節(jié)速度的變化應完全服從于提高最后出手速度的需要，絕對不允許產(chǎn)生由于高速滑步速度而破壞最后用力技術動作的現(xiàn)象。(4)身體訓練手段的選擇和要求應符合滑步和最后用力技術的加速節(jié)奏特點。（摘自《西安體育學院學報》2004年第1期作者：王衛(wèi)國等）我國耐力運動員線粒體DNA高變區(qū)I序列多態(tài)性分析為了探討人類運動能力相關的基因標記與分子機制，對mtDNA高變區(qū)I作了序列多態(tài)性分析。研究選取漢族耐力運動員95人，相應漢人對照92人，對其mtDNA高變區(qū)I特異性片段進行擴增、測序，分析其序列多態(tài)性改變。結(jié)果顯示：中國漢族耐力運動員的多態(tài)位點有83個，其中，堿基替換位點68,缺失位點5個，插入位點10個，位點16228堿基缺失及16113-16114和16335-16336堿基插入為運動員獨有；中國漢族運動員mtDNA高變區(qū)I同質(zhì)性多態(tài)主要表現(xiàn)為堿基轉(zhuǎn)換、堿基顛換、缺失及插入四種類型，其中，堿基轉(zhuǎn)換發(fā)生變最高，堿基顛換發(fā)生變次之，堿基缺失及插入頻率最低。運動員堿基顛換頻率明顯高于常人，而堿基缺失及插入頻率則顯著低于常人。運動員T-C轉(zhuǎn)換頻率顯著高于常人，運動員A-G轉(zhuǎn)換頻率則顯著低于常人。研究結(jié)果還提示，mtDNA擴增產(chǎn)物直接測序分析作為一種簡便快捷的mtDNA序列多態(tài)性和單核苷酸多態(tài)性研究方法，為運動能力遺傳標記的篩選與研究提供了有效方法，具有較好應用前景。肺通氣是指肺與外界環(huán)境之間的氣體交換過程。實現(xiàn)肺通氣的結(jié)構包括呼吸道、肺泡、胸廓和胸膜腔等。呼吸道是氣體進出肺的通道，肺泡是氣體交換的場所，而胸廓的節(jié)律性運動即呼吸運動是實現(xiàn)肺通氣的動力。呼吸運動肺通氣是胸廓運動引起的，而胸廓運動是呼吸肌在神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)下進行有節(jié)律的舒縮所造成的。因此，由呼吸肌舒縮引起呼吸運動才是肺通氣的動力。人體主要的呼吸肌為膈肌和肋間外肌。當膈肌收縮時腹部隨之起伏，肋間外肌收縮時胸壁隨之起伏。因此以膈肌運動為主的呼吸型式稱腹式呼吸，以肋間外肌運動為主的呼吸運動稱胸式呼吸。成人的呼吸一般都是混合式的。呼吸型式與年齡、生理狀態(tài)、運動專項等因素有關。在進行體育鍛煉時要根據(jù)動作的特點靈活轉(zhuǎn)變呼吸型式，有利于提高動作質(zhì)量和運動成績。如在完成胸廓需固定而便于發(fā)力的動作（如支撐懸垂、倒立）時，應以腹式呼吸為主；在完成腹肌需緊張的動作（如仰臥起坐、直角支撐）時，應以胸式呼吸為主。（插入相應的動作圖2幅）呼吸過程中肺內(nèi)壓的變化當吸氣肌收縮時，胸廓擴大，由于胸膜臟層與壁層間存在少量漿液，使兩層胸膜緊密粘著在一起(且有胸膜腔負壓加強了這種粘著)，故肺必然隨著胸廓的擴大而擴大，于是肺容積增大，肺內(nèi)壓降到低于大氣壓，這時外界空氣經(jīng)呼吸道入肺，這就是吸氣過程。參與收縮的吸氣肌越多，吸入氣量也越大。吸氣末，胸廓不再擴張，肺內(nèi)壓與大氣壓達到平衡，氣體不再入肺。隨后吸氣肌舒張，胸廓和肺回位，肺容積減少，肺內(nèi)壓升高超過大氣壓，于是氣體經(jīng)呼吸道出肺，這就是呼氣過程。用力呼氣時，呼氣肌和腹壁肌參與收縮，使肺內(nèi)壓升高更明顯，呼出氣量更大。呼吸過程中胸內(nèi)壓的變化胸內(nèi)壓是指胸膜腔內(nèi)的壓力。胸膜腔是胸膜臟層和壁層之間的腔隙，腔內(nèi)只有少量漿液。在正常情況下不論吸氣或呼氣時，胸膜腔內(nèi)的壓力總是低于大氣壓，所以一般稱胸內(nèi)負壓。胸內(nèi)負壓的成因，可以從作用于胸膜臟層的兩種力來分析(胸膜壁層受胸廓支持，可認為不再受外力作用)。一是肺內(nèi)壓，使肺泡擴張；另一是肺回縮力，使肺泡縮小。因此，胸膜腔內(nèi)的壓力實際上是兩種相反力的代數(shù)和，即：胸內(nèi)壓=肺內(nèi)壓一肺回縮力在吸氣末和呼氣末，肺內(nèi)氣體不再流動，肺內(nèi)壓就等于大氣壓，因而：胸內(nèi)壓=大氣壓一肺回縮力若以一個大氣壓為0位標準，則：胸內(nèi)壓=一肺回縮力。由此可見，胸內(nèi)負壓是肺的回縮力造成。無論是吸氣或呼氣時，肺都處于一定的擴張狀態(tài)，具有一定的回縮力。但吸氣時，肺擴張大，回縮力大，胸內(nèi)負壓也增大；而呼氣時則負壓減少。正常人平靜呼氣末胸內(nèi)壓約為-0.4-0.7kPa(-3?-5mmHg)，吸氣末約為-0.7?-1.33kPa(-5?-10mmHg)。緊閉聲門用力吸氣，胸內(nèi)壓可降至-12kPa(-90mmHg)；緊閉聲門做用力呼氣，可升高到14.7kPa(100mmHg)。(插入圖3-2胸膜腔和胸內(nèi)壓測定示意圖)胸內(nèi)負壓具有重要的生理意義：它可保持肺的擴張狀態(tài)，維持正常呼吸。此外，胸內(nèi)負壓可使胸腔內(nèi)壁薄且擴張性大的靜脈和胸導管擴張，從而促進血液和淋巴回流。吸氣后緊閉聲門用力呼氣稱憋氣。憋氣能反射性地引起肌張力加強；并能使胸廓固定，為上肢發(fā)力的運動獲得穩(wěn)定的支撐點。但憋氣時，胸內(nèi)壓呈正壓，導致靜脈血回流困難，心輸出量減少，致使心肌、腦細胞、視網(wǎng)膜供血不足，以致產(chǎn)生頭暈、惡心、耳鳴及“眼冒金花”的感覺。憋氣結(jié)束，出現(xiàn)的反射性深吸氣，使胸內(nèi)壓驟減，潴留于靜脈的血液迅速回心，血壓驟升，這些對于兒童少年的心臟發(fā)育極其不利。青少年鍛煉宜少憋氣，同時在憋氣時應注意：憋氣前的吸氣不要太深；深吸氣后的憋氣可微啟聲門，讓少量氣體有節(jié)制地從聲門擠出。此外，對憋氣的適應要遵循循序漸進的原則。肺通氣的阻力肺通氣的阻力可以分為彈性阻力和非彈性阻力兩部分。彈性阻力包括胸廓和肺的彈性阻力，它們約占總阻力的70%。非彈性阻力包括氣道阻力和組織的粘滯性阻力。肺通氣的實現(xiàn)就是肺通氣動力不斷克服肺通氣阻力的結(jié)果。訓練對肺通氣功能的影響通氣效率的提高和呼吸肌耗氧量的下降訓練導致安靜時呼吸深度增加，而呼吸頻率下降。運動時，在相同肺通氣量的情況下，運動員的呼吸頻率比無訓練者要低，即運動員肺通氣量的增長依靠呼吸深度增加來保證的程度大于無訓練者。運動中較深的呼吸，將使肺泡通氣量和氣體交換率加大，使肺通氣更有效果，同時呼吸肌的能耗量和耗氧量也隨之下降。所以在同樣的肺通氣量時，運動員呼吸肌消耗的氧量比無訓練者少，而到達工作肌的氧量卻較多。這對進行長時間的運動有利。運動新手在運動中往往呼吸節(jié)律不規(guī)則，在長時間劇烈運動中還可能因呼吸紊亂而導致呼吸肌疲勞及耗氧量增多，從而降低運動能力。氧通氣當量的下降氧通氣當量是指每分通氣量和每分吸氧量的比值(VE/VO2)。氧通氣當量是評價呼吸效率的一項重要指標，氧通氣當量小說明氧的攝取效率高。正常人安靜時氧通氣當量為24(6L/0.25L)，安靜時的氧通氣當量幾乎不因訓練而改變。運動時，在相同吸氧量情況下，運動員的通氣量比無訓練者要少；在相同肺通氣量情況下，運動員的吸氧量較無訓練者要大得多，即運動員的呼吸效率高。研究表明，呼吸效率越高者，能完成的運動強度也越大。訓練對運動時每分通氣量的影響訓練導致人體亞極量運動時的每分通氣量增加的幅度減少，但訓練者能承擔的運動強度及運動時能達到的每分通氣量的上限較無訓練者為大。運動時，運動員的最大通氣量可達180L/min，無訓練者約為120L/min。第十四章身體素質(zhì)的生理學分析第三節(jié)耐力素質(zhì)耐力是人體長時間進行肌肉活動的能力，也可以看作是對抗疲勞的能力。耐力素質(zhì)的分類及命名十分繁雜，可按運動時的外部表現(xiàn)劃分為速度耐力、力量耐力和靜力耐力等；按該項工作所涉及的主要器官劃分為呼吸循環(huán)系統(tǒng)耐力、肌肉耐力及全身耐力等；還可按參加運動時能量供應的特點劃分為有氧耐力和無氧耐力；并可按運動的性質(zhì)劃分為一般耐力和專項耐力等等。本節(jié)將著重從能量供應的角度介紹有氧耐力和無氧耐力的生理基礎以及有氧與無氧耐力訓練等問題。一、有氧耐力及其訓練（一）有氧耐力的生理基礎有氧耐力是指人體長時間進行有氧工作（依靠糖、脂肪等有氧氧化供能）的能力。氧供充足是實現(xiàn)有氧工作的先決條件，也是制約有氧工作的關鍵因素。而運動中氧的供應受多種因素制約，將影響有氧耐力提高的有關因素概括如圖14-5［G1：］。心肺功能：空氣中的氧通過呼吸器官的活動吸進肺，并通過物理彌散作用與肺循環(huán)毛細血管血液之間進行交換，因此，肺的通氣與換氣機能是影響人體吸氧能力的因素之一。優(yōu)秀的耐力專項運動員肺的容積、肺活量均大于非耐力專項運動員和無訓練者，肺的通氣機能和彌散能力也大于一般人，其肺功能的改善為運動時氧的供給提供了先決條件。經(jīng)肺換氣后，氧彌散入血液，由紅細胞中的血紅蛋白攜帶并運輸，因此，血液的載氧能力和心臟的泵血功能與有氧耐力密切相關。在運動訓練中常觀察到，如果運動員血紅蛋白含量下降10%，往往會引起有氧能力降低和運動成績下降。要實現(xiàn)肺泡氣與肺毛細血管血液間的氣體交換，除了要有一定的肺泡通氣外，還必須有相應數(shù)量的肺部血液灌流量，后者又取決于單位時間內(nèi)由心臟輸出的血量。“通氣/血流比”［H1：］在安靜時一般無明顯變化，但從安靜狀態(tài)轉(zhuǎn)入最大強度運動時，其比值可明顯增大，這是由于運動時人體增加肺通氣的能力遠遠大于增加心輸出量的能力，結(jié)果導致機能無效腔（即未得到血液灌流的肺泡）大大增加。因此，肺通氣機能并非是限制有氧能力的主要因素，而心臟的泵血機能是限制最大有氧能力提高的一個十分重要的因素。心輸出量［H2：］受每搏輸出量［H3：］和心率［H4：］的制約，許多研究已證明，運動訓練對最高心率影響不大，甚至可以降低，所以最大負荷工作時心輸出量的差異主要是由每搏輸出量造成的。因此，增加心輸出量的關鍵是每搏輸出量，后者又決定于心肌收縮力及心腔容積的大小。優(yōu)秀的耐力專項運動員在系統(tǒng)訓練的影響下，使心臟的形態(tài)與機能出現(xiàn)一系列適應性的變化，主要表現(xiàn)為左心室內(nèi)腔擴張，心容積增大，安靜時心率減慢，每搏輸出量增加，表明心臟的泵血機能和工作效率得到提高，以適應長時間持續(xù)運動的需要。骨骼肌特點：當毛細血管血流經(jīng)組織細胞時，肌組織從血液中攝取和利用氧的能力與有氧耐力［H5：］密切相關。肌組織利用氧的能力，一般用氧的利用率（即每100ml動脈血流經(jīng)組織時組織利用氧的百分率）來衡量。肌組織利用氧的能力主要與肌纖維類型及其代謝特點有關。實驗證明，優(yōu)秀的耐力專項運動員慢肌纖維百分比高并出現(xiàn)選擇性肥大現(xiàn)象，同時還伴有肌紅蛋白、線粒體及其氧化酶活性和毛細血管數(shù)量增加等方面的適應性變化。因此，有氧耐力的好壞不僅與心肺功能或氧運輸系統(tǒng)有關，而且與氧的利用系統(tǒng)即肌纖維的組成及其有氧代謝能力有密切關系。目前認為，心輸出量是決定最大攝氧量（VO2max）［H6：］的中樞機制，而肌纖維類型的百分組成及其有氧能力是決定VO2max的外周機制。神經(jīng)調(diào)節(jié)能力：在進行較長時間肌肉活動中，要求神經(jīng)過程的相對穩(wěn)定性以及各中樞間的協(xié)調(diào)性要好，表現(xiàn)為在大量傳入沖動作用下不易轉(zhuǎn)入抑制狀態(tài)，從而能長時間地保持興奮與抑制有節(jié)律地轉(zhuǎn)換。長期進行耐力訓練，不僅能夠提高大腦皮層神經(jīng)細胞對刺激的耐受力，而且能夠改善各中樞間的協(xié)調(diào)關系，表現(xiàn)為運動中樞的興奮與抑制過程更加集中，肌肉的收縮與放松更加協(xié)調(diào)；各肌群（主動肌、對抗肌、協(xié)同肌）之間的配合更趨完善；內(nèi)臟器官的活動（即氧運輸系統(tǒng)的功能）能更好地與肌肉活動相適應。由于神經(jīng)調(diào)節(jié)能力的改善，可以提高肌肉活動的機械效率，改善動力定型，節(jié)省能量消耗，從而保持長時間的肌肉活動。能量供應特點：耐力性項目運動持續(xù)時間長，強度較小，其能量絕大部分由有氧代謝供給，所以，機體的有氧代謝能力與有氧耐力素質(zhì)密切相關。系統(tǒng)的耐力訓練，可以提高肌肉有氧氧化過程的效率和各種氧化酶的活性以及機體動用脂肪供能的能力。在長時間耐