运动生理学讲座

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1、运动生理学,主要参考资料,田野主编 运动生理学高级教程 高等教育出版社 2003 邓树勋 运动生理学导论北京体育大学出版社 2007 中国运动医学杂志 体育科学,目前运动生理学研究 重点、热点、难点、薄弱点、空白点,运动性疲劳研究：机制、表现、消除手段 运动与分子生物学领域：运动相关基因及蛋白表达、基因工程在运动中的应用 运动与自由基代谢 低氧训练法 运动与免疫 运动与内分泌 中医药在体育运动中的应用 运动与健康促进（科学健身的生理学指导：不同年龄、性别、身体状态、机能评定与运动处方）,运动对神经系统结构功能的影响 运动训练法的更新：强调个体训练、生理负荷训练（无氧阈训练、乳酸训练法)、高强度

2、耐力训练法、专项训练法、比赛训练法（对高水平运动员）,运动生理学研究层次,整体层次：机体与环境的关系、各系统机能的有机联系等。 系统器官层次：运动对相应器官系统机能的影响。 细胞分子层次：运动对细胞结构功能和分子表达的影响。,1 运动与肌肉系统,1.1 肌纤维超微结构 1.2 兴奋收缩偶联过程 1.3 肌纤维类型及其形态机能特征 1.4 运动对肌纤维的影响 1.5 肌电图及其应用 1.6 影响肌肉力量的主要因素 1.7 肌肉力量训练的原则,1.1 肌纤维的超微结构,肌管系统：横管（T管）、纵管（L管）、终池三联体：横管及两侧终池 肌丝系统：粗肌丝（肌球蛋白或肌凝蛋白）细肌丝（肌动蛋白或肌纤蛋白

3、、原肌球 蛋白或原肌凝蛋白、肌钙蛋白）电镜观察：A带（暗带）、I带（明带）、H带、M线、Z线肌小节：1/2I带+ A带+ 1/2I带,骨骼肌细胞的结构,安静大鼠比目鱼肌电镜照片,安静大鼠比目鱼肌电镜照片（示线粒体）,安静大鼠心肌电镜照片,肌纤维排列整齐，A带、I带、H带和Z线、M线清晰,大强度运动后24h大鼠比目鱼肌电镜照片,大强度运动后48h照片,大强度运动后72h照片,1.2 肌肉兴奋-收缩过程,兴奋收缩偶联从肌肉兴奋的电变化到肌肉收缩的机械变化这一全过程。,兴奋从神经传向肌肉的过程,兴奋-收缩耦联过程（细肌丝滑动学说）,肌膜AP横小管兴奋肌质网释放Ca2+ Ca2+与肌钙蛋白结合原肌球蛋

4、白构型改变移位肌球、肌动蛋白结合ATP分解横桥扭动细肌丝滑入（收缩）肌质网耗能回收Ca2+Ca2+与肌钙蛋白分离原肌球蛋白构型改变回位肌球、肌动蛋白分离细肌丝滑出（肌肉舒张）,肌纤维收缩过程,细肌丝滑动学说,1.3 肌纤维类型及特征,名称 主要供能 兴奋性 收缩特点红肌 慢肌 慢红肌 (SO) 有氧 高 弱、缓慢持久白肌 快肌 快红肌(FOG) a 有氧、无氧（酵解）快肌 快白肌(FG) b 无氧（ATP、CP、酵解） 低 强、快速不持久,1.4 运动对肌纤维的影响,延迟性肌肉酸痛（Delayed Onset Muscle Soreness，DOMS）机体完成不习惯高强度或/和长时间运动后一段

5、时间出现并持续加重的肌肉酸痛现象。运动性肌肉损伤（Exercise-induced muscle damage, EIMD）-机体从事不习惯高强度或/和长时间运动后发生的骨骼肌纤维微细损伤（micro-damage）。损伤具有延迟性特征，通常在运动结束后一段时间持续加重，2472小时达高峰、持续57天或更长时间后逐渐缓解消失，此期常伴随DOMS发生。,运动性肌肉肥大,肌浆型肥大 肌原纤维型肥大 肌肉肥大具有选择性速度、力量性训练：快肌纤维肥大；肌原纤维型肥大耐力性训练：慢肌纤维肥大；肌浆型肥大 后天训练对肌纤维类型影响较小，可能导致快肌向慢肌纤维的转化 后天训练基本不改变肌纤维数量,1.5 肌

6、电图（EMG）及其应用,肌电图的记录 表面电极、针电极 肌电图指标 积分肌电图（IEMG）、均方根振幅（RMS）、 平均功率频谱（MPF）、中心频率(FC)、 肌电/肌力比值（E/T比值） 肌电图在体育运动中的应用肌力分析、兴奋传导速度、动作技术诊断、肌肉状态判断,1.6 肌肉力量及其训练,肌肉力量肌肉收缩时所能产生的张力。 绝对肌力（最大肌力)、相对肌力（比肌力）、肌肉爆发力、肌肉耐力 影响肌肉力量的主要因素单根肌纤维的收缩力活化的运动单位数量肌肉收缩初长中枢神经系统机能状态肌肉收缩的力学性质、年龄、性别,1.7 力量训练的原则,超负荷原则发展最大肌力应采用最大或接近最大负荷训练。递增负荷原

7、则经常调整、增加负荷，保持肌肉训练强度，以保证最大肌力的持续增长。,递增负荷训练计划,训练目的 起始负荷（RM） 调整负荷（RM)最大肌力 1-3 3-5肌肉爆发力 5-8 8-12肌肉耐力 12-15 20-25,专门性原则所进行的肌肉练习应与相应的运动项目相适应。 负荷顺序原则先练大肌肉后练小肌肉，前后相邻运动避免使用同一肌群。,有效运动负荷原则应有足够的运动强度和运动时间，才能产生明显的运动痕迹。 靶强度导致身体产生明显运动痕迹和效果的最小运动强度。（靶心率）合理训练间隔原则两次训练之间应有适宜的间隔时间，以促使超量恢复的产生。,2 运动与氧运输系统,2.1 运动与心血管系统 2.2 最

8、大摄氧量理论 2.3 运动与呼吸系统,2.1 运动与心血管系统,心脏结构功能概述 运动时心血管功能的变化 运动员心脏结构功能特征 评价心脏功能的指标 常用无创性心血管功能检测手段,心脏结构功能概述,肌纤维排列整齐，A带、I带、H带和Z线、M线完整清晰。核质均匀。,闰盘清晰可见,（图1）,（图2）,（图3） 肌纤维排列整齐， Z线清晰、完整。肌膜完整。胞核内染色质均匀，核膜完整。,线粒体结构清晰，大小正常、包膜及嵴完整,心脏结构功能概述,闰盘的低电阻：使心肌成为“功能合胞体” 较长的有效不应期（200ms）：不产生强直收缩 肌质网不发达：对细胞外钙浓度依赖性高 几乎完全有氧供能（毛细血管与肌纤维

9、1：1、Mb多、线粒体数量最多、氧利用率高等） 心泵功能指标：心率、每搏量、心输出量、心指数、心力贮备,运动时心血管功能的变化,心率：60-100到200次以上 每搏量：60-80ml到100ml多（普通人）、200ml多（运动员） 心输出量：3-6l/min到20l/min以上（普通人）、40l/min以上（运动员） 心力贮备=最大心输出量-安静心输出量 心率贮备=最大心率-安静心率 每搏量贮备=最大每搏量-安静每搏量,运动员心脏结构功能特征,运动性心脏肥大（心腔扩大、心肌肥厚） 运动性心动过缓（最低21次/分） 每搏量增大（超过200ml） 心力贮备增加（达40l/min）以上,对运动员心

10、脏的评价： 早期：确定为病理心脏，称为“运动员心脏综合症”。（心动过缓、心杂音、心脏肥大、心电异常等） 现在：基本认定为是对运动产生良好适应的高效心脏。 与病理心脏的区别：可重塑性、高效性,关于运动性心肌顿抑,心肌顿抑（Myocardial Stunning，MS）是指当缺血心肌恢复供血后，在一段时间内(再灌注后数小时、数天或数周)常发生可逆性心脏机械功能障碍，但心肌结构并无不可逆损害，此现象称为心肌顿抑，又称缺血后心肌功能障碍。,心肌顿抑发生时心脏功能改变情况,心脏收缩功能和舒张功能降低 心电图异常： J点下移， QRS波群低电压、S-T段改变， T波倒置，一过性Q波等。,运动性心肌顿抑（e

11、xercise myocardial stunning, EMS）持续大强度运动后一段时间机体所出现的暂时性心机械功能障碍和心电异常现象。,常用心血管功能检测手段,血压计 遥测心率计 心音图 心电图（ECG) 心阻抗血流图 超声心动图(UCG) 心尖搏动图 超声多普勒图 核磁共振成像 计算机断层扫描成像（CT),常用心血管功能评定指标,1.心率（机能评定、运动强度划分） 晨脉、靶心率、无氧阈心率、最大心率、心率恢复速率 FOX1971年根据体格检查和心脏病研究资料提出：HRmax=220-年龄 极限强度（最大强度）：185b/min-最大心率 亚极限强度（次最大强度）：170-185b/min

12、 大强度： 150-170b/min 中等强度：150b/min以下 此分类主要针对竞技运动训练，保健运动强度因人而异。,2.动脉血压 正常值：舒张压50-90mmHg,收缩压90-140mmHg 临界高血压：舒张压90-94mmHg,收缩压140-159mmHg 反映血管紧张性和身体恢复情况， 中老年运动者重要监测指标,3.心电图,P波：心房肌的AP QRS：心室肌AP的0期 S-T段：心室肌AP的2期 T波：心室肌AP的复极化过程，因先后不一，故T波较宽。,4.心输出量（CO）和心指数（CI） 体表面积(m2)=0.0061身高（cm)+0.0128 体重(kg)-0.1529 5.心力贮

13、备（每搏量贮备、心率贮备）：反映心脏功能的最重要指标,血液指标,1.磷酸肌酸激酶同工酶（CK-MB） CK是血清中的一种非功能性酶,在血液中不起催化作用,只能反映有关脏器细胞被破坏或细胞通透性的情况，灵敏性高、特异性差。CK由B和M两种亚基彼此结合而构成三种不同的同工酶,分别为： CK-MB（脑型）：心肌、膈肌等。 CK-MM（肌型）：骨骼肌等 CK-BB（线粒体型）：神经细胞等,2.心肌肌钙蛋白（cTn)： 临床判断心肌微损伤的金指标。将肌钙蛋白变为标准的结果将是放弃旧的金标准CK-MB cTn有三种亚型:cTnT、cTnI和cTnC, 临床主要采用cTnT作为心肌损伤的标志物。,3. 乳酸

14、脱氢酶（LDH）：5种同工酶LD1-LD5LD1/LD2大于1，提示急性心肌梗塞（AMI),2.2 最大摄氧量理论,血红蛋白中的血红素与O2发生氧合氧离反应，1克Hb可结合1.34-1.36ml氧。,希尔（Hill）因对离体肌肉能量代谢研究获1922年诺贝尔奖。 1923年Hill通过一系列关于肌肉运动与乳酸和氧利用关系的人体实验，首次提出机体利用氧的能力存在上限的观点。认为受呼吸和循环系统的限制，摄氧量不会无限增加。1924年发表专著确立了最大摄氧量理论。,几个重要概念,需氧量机体为保证新陈代谢所需要的氧量。 摄氧量机体在代谢过程中实际摄入并利用的氧量。 最大摄氧量（VO2max)机体心肺功

15、能达到最佳匹配状态时单位时间所摄入的氧量。 峰值摄氧量（ VO2peak）-各级运动负荷最后1分钟所测摄氧量的最大值。,普通人Vo2max约2-3 l/min,运动员可超过4 l/min 影响最大摄氧量的主要因素 中枢机制：心输出量 外周机制：外周组织的氧利用率 最大摄氧量的遗传度高达70-97,无氧阈（AT)在递增运动负荷中，机体由有氧供能转为大量无氧供能的临界点。 乳酸无氧阈递增运动负荷中，血乳酸由缓慢渐增到陡增的拐点值所对应的运动负荷。 通气无氧阈递增运动负荷中，肺通气量（VE）、呼吸商、CO2产生量和氧通气量（VE/VO2)等呈非线性变化时所对应的运动负荷。,个体无氧阈（IAT）:乳酸阈个体波动在1.4-7.5mmol/l之间。 最大摄氧量利用率（）-机体由有氧供能转为大量无氧供能时，摄氧量占最大摄氧量的百分数。,氧亏(OD）机体摄氧量不能满足需氧量时所造成的体内缺氧量。 运动后过量氧耗(EPOC)运动后恢复期，为将机体代谢水平恢复到运动前状态所额外消耗的氧量。 EPOC 大于OD,