运动生物化学第六章

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1、第六章第六章 运动性疲劳及运动性疲劳及恢复过程的生化特点恢复过程的生化特点 教学目标教学目标1.掌握运动性疲劳的概念；掌握运动性疲劳的概念；2.掌握运动性疲劳的分类掌握运动性疲劳的分类 及其与运动训练的关系；及其与运动训练的关系；3.理解中枢疲劳和外周疲理解中枢疲劳和外周疲 劳的生化特点；劳的生化特点；4.理解运动后不同物质的理解运动后不同物质的 代谢恢复规律和代谢适应代谢恢复规律和代谢适应 机制，并学会应用这些知识机制，并学会应用这些知识 指导运动训指导运动训 练和体育锻炼练和体育锻炼第一节 运动性疲劳概述 一、运动性疲劳的概念一、运动性疲劳的概念 n n运动性运动性疲劳疲劳：机体生理过程不

2、能持续其机能机体生理过程不能持续其机能在一特定水平上和在一特定水平上和/ /或不能维持预定的运动强或不能维持预定的运动强度度。运运动动性性疲疲劳劳运动性外周疲劳运动性外周疲劳运动性中枢疲劳运动性中枢疲劳是是指指运运动动引引起起的的骨骨骼骼肌肌功功能能下下降降，不不能能维维持持预预定定收收缩缩强强度的现象。度的现象。是是指指由由运运动动引引起起的的、发发生生在在从从大大脑脑到到脊脊髓髓运运动动神神经经元元的的神神经经系系统统的的疲疲劳劳，即即指指由由运运动动引引起起的的中中枢枢神神经经系系统统不不能能产产生生和和维维持持足足够够的的冲冲动动给给肌肌肉肉以以满满足运动所需的现象。足运动所需的现象。

3、根根 据据发发 生生的的 部部位位 分分为为二、疲劳的分类二、疲劳的分类外周性疲劳n n可能发生的部位是可能发生的部位是可能发生的部位是可能发生的部位是从神经从神经从神经从神经- - - -肌肉接点到肌肉接点到肌肉接点到肌肉接点到肌纤维内部线粒体。肌纤维内部线粒体。肌纤维内部线粒体。肌纤维内部线粒体。n n(1)(1)(1)(1)神经肌肉接点神经肌肉接点神经肌肉接点神经肌肉接点 n n(2)(2)(2)(2)肌细胞膜肌细胞膜肌细胞膜肌细胞膜 n n(3)(3)(3)(3)肌质网肌质网肌质网肌质网 n n(4)(4)(4)(4)线粒体线粒体线粒体线粒体 n n(5)(5)(5)(5)收缩蛋白收缩

4、蛋白收缩蛋白收缩蛋白 中枢性疲劳n n概念：概念：概念：概念：指发生脑至脊髓部位的疲劳。指发生脑至脊髓部位的疲劳。指发生脑至脊髓部位的疲劳。指发生脑至脊髓部位的疲劳。n n特点：特点：特点：特点：n n功功功功能能能能紊紊紊紊乱乱乱乱，改改改改变变变变了了了了运运运运动动动动神神神神经经经经元元元元的的的的兴兴兴兴奋奋奋奋性性性性。疲疲疲疲劳劳劳劳时，神经冲动的频率减慢，使肌肉工作能力下降。时，神经冲动的频率减慢，使肌肉工作能力下降。时，神经冲动的频率减慢，使肌肉工作能力下降。时，神经冲动的频率减慢，使肌肉工作能力下降。n n代代代代谢谢谢谢功功功功能能能能失失失失调调调调，大大大大脑脑脑脑细

5、细细细胞胞胞胞中中中中ATPATPATPATP、CPCPCPCP水水水水平平平平明明明明显显显显降降降降低低低低，血血血血糖糖糖糖含含含含量量量量减减减减少少少少，r-r-r-r-氨氨氨氨基基基基丁丁丁丁酸酸酸酸含含含含量量量量升升升升高高高高，特特特特别别别别是是是是5-5-5-5-羟羟羟羟色色色色胺胺胺胺和和和和脑脑脑脑氨氨氨氨升升升升高高高高，可可可可引引引引起起起起多多多多种种种种酶酶酶酶活活活活性性性性下下下下降降降降，ATPATPATPATP再再再再合合合合成成成成速速速速率率率率下下下下降降降降，从从从从而而而而使使使使肌肌肌肌肉肉肉肉工工工工作作作作能能能能力力力力下降，导下降

6、，导下降，导下降，导致疲劳。致疲劳。 中枢性疲劳中枢性疲劳1:1:大脑大脑2:2:向心传入抑制向心传入抑制3:3:运动神经元兴奋运动神经元兴奋性下降性下降4:4:分支点兴奋衰弱分支点兴奋衰弱 5:5:神经肌肉接点抑神经肌肉接点抑制制 第二节第二节 运动性中枢疲劳运动性中枢疲劳 的生化特点的生化特点一、脑内代谢变化一、脑内代谢变化脑细胞糖氨脑细胞糖氨 疲劳前疲劳前 疲劳后疲劳后脑细胞脑细胞二、神经递质的变化二、神经递质的变化神经递质神经递质神经递质神经递质性质性质性质性质疲劳时的变化疲劳时的变化疲劳时的变化疲劳时的变化-氨基丁氨基丁氨基丁氨基丁酸酸酸酸抑制性抑制性抑制性抑制性升高升高5-5-5-

7、5-羟色胺羟色胺羟色胺羟色胺抑制性抑制性抑制性抑制性升高升高多巴胺多巴胺多巴胺多巴胺兴奋性兴奋性兴奋性兴奋性过度升高过度升高乙酰胆碱乙酰胆碱乙酰胆碱乙酰胆碱兴奋性兴奋性兴奋性兴奋性下降下降三、其他因素三、其他因素某些感染某些感染 第三节第三节 运动性外周疲劳的运动性外周疲劳的生化特点生化特点一、短时间大强度运动性外周疲劳一、短时间大强度运动性外周疲劳的生化特点的生化特点运动时间运动时间 疲劳的生化特点疲劳的生化特点0-5s 5-10s10-30s45-60s30s-15min与神经递质代谢有关与神经递质代谢有关ATP、CP浓度下降明显，快肌纤维内乳酸开始堆积浓度下降明显，快肌纤维内乳酸开始堆积

8、ATP、CP消耗达到极限，乳酸堆积量迅速增加消耗达到极限，乳酸堆积量迅速增加CP下降下降75%-90%, ATP下降下降20%-30%, ADP浓度上升浓度上升75%-90%, PH低于低于6.6肌肉和血液中的乳酸浓度值达到最大、肌肉和血液中的乳酸浓度值达到最大、PH下降，导下降，导致疲劳致疲劳二、耐力运动性外周疲劳的生化特点二、耐力运动性外周疲劳的生化特点运动时间运动时间 疲劳的生化特点疲劳的生化特点15-60min 1-5h6h以上肌肉糖原消耗最大，体温升高肌肉糖原消耗最大，体温升高糖储备大量消耗，血糖浓度下降糖储备大量消耗，血糖浓度下降体温升高，脱水体温升高，脱水体温升高，脱水，电解质代

9、谢失调体温升高，脱水，电解质代谢失调第四节第四节 运动性疲劳的产生机理 n n自自从从1919世世纪纪8080年年代代莫莫索索开开始始研研究究疲疲劳劳以以来来，人人们们对对运运动动性性疲疲劳劳产产生生的的机机理理提提出出多种假说，最具代表性的有以下几种：多种假说，最具代表性的有以下几种： ( (一一)“)“衰竭学说衰竭学说” ” ( (二二)“)“堵塞学说堵塞学说” ( (三三)“)“内环境稳定性失调学说内环境稳定性失调学说” ” ( (四四)“)“保护性抑制学说保护性抑制学说” ” ( (五五)“)“突变理论突变理论” ” （一）“衰竭学说” n n观点：观点：能源物质的耗竭能源物质的耗竭n

10、 n依据：依据：依据：依据：长时间运动产生疲劳的同时常伴有血糖浓度长时间运动产生疲劳的同时常伴有血糖浓度长时间运动产生疲劳的同时常伴有血糖浓度长时间运动产生疲劳的同时常伴有血糖浓度降低，而补充糖后工作能力有一定程度的提高现象降低，而补充糖后工作能力有一定程度的提高现象降低，而补充糖后工作能力有一定程度的提高现象降低，而补充糖后工作能力有一定程度的提高现象CPCP贮备下降程度与运动强度的关系贮备下降程度与运动强度的关系 (二)“堵塞学说”n n观点：观点： 代谢产物在肌组织中堆积代谢产物在肌组织中堆积n n依据：依据：疲劳时肌肉中乳酸等代谢产物增多，疲劳时肌肉中乳酸等代谢产物增多，由于乳酸堆积而

11、引起肌组织和血液中由于乳酸堆积而引起肌组织和血液中pHpH值值的下降，阻碍神经肌肉接点处兴奋的传递，的下降，阻碍神经肌肉接点处兴奋的传递，影响冲动传向肌肉，抑制果糖磷酸激酶活影响冲动传向肌肉，抑制果糖磷酸激酶活性，从而抑制糖酵解，使性，从而抑制糖酵解，使ATPATP合成速率减慢。合成速率减慢。另外，另外，pHpH值下降还使肌浆中值下降还使肌浆中CaCa+的浓度下降，的浓度下降，从而影响肌球蛋白和肌动蛋白的相互作用，从而影响肌球蛋白和肌动蛋白的相互作用，使肌肉收缩减弱。使肌肉收缩减弱。 (三)“内环境稳定性失调学说”n n观观点点：pHpH值值下下降降、水水盐盐代代谢谢紊紊乱乱和和血血浆浆渗渗透

12、透压改变。压改变。n n依依据据：有有人人研研究究，当当人人体体失失水水占占体体重重5%5%时时，肌肌肉肉工工作作能能力力下下降降约约20%-30%20%-30%。哈哈佛佛大大学学疲疲劳劳研研究究所所发发现现，高高湿湿作作业业工工人人因因泌泌汗汗过过多多，达达到到不不能能劳劳动动的的严严重重疲疲劳劳时时，给给予予饮饮水水仍仍不不能能缓缓解解，但但饮饮用用含含0.04%-0.14%0.04%-0.14%的的氯氯化化钠钠水水溶溶液液可使疲劳有所缓解。可使疲劳有所缓解。(四)“保护性抑制学说”n n观点：观点：大脑皮质产生了保护性抑制大脑皮质产生了保护性抑制n n依依据据：贝贝柯柯夫夫研研究究发发现

13、现，狗狗拉拉载载重重小小车车行行走走30-6030-60分分钟钟产产生生疲疲劳劳时时，一一些些条条件件反反射射量量显显著著减减少少，不不巩巩固固的的条条件件反反射射完完全全消消失失。19711971年年雅雅科科甫甫列列夫夫发发现现，小小鼠鼠在在进进行行长长时时间间工工作作(10(10小小时时游游泳泳) )引引起起严严重重疲疲劳劳时时，大大脑脑皮皮质质中中-氨氨基基丁丁酸酸水水平平明明显显增增加加，该该物物质质是是中中枢枢抑制递质。抑制递质。 此外，血糖下降、缺氧、此外，血糖下降、缺氧、pHpH值下降、盐丢失和值下降、盐丢失和渗透压升高等，也会促使皮质神经元工作能力下渗透压升高等，也会促使皮质神

14、经元工作能力下降，从而促进疲劳降，从而促进疲劳( (保护性抑制保护性抑制) )的发生和发展。的发生和发展。 (五)“突变理论” n n观点：观点：运动过程运动过程中三维空间中三维空间（能（能量消耗、肌力下量消耗、肌力下降和兴奋性改变）降和兴奋性改变）关系改变所致关系改变所致 。肌肉疲劳控制链肌肉疲劳控制链 n n代代表表人人EdwardsEdwards认认为为：在在肌肌肉肉疲疲劳劳的的发发展展过过程程中中，存存在在着着不不同同途途径径的的逐逐渐渐衰衰减减突突变变过过程程，其主要途径包括其主要途径包括: :1.1.单纯的能量消耗单纯的能量消耗2.2.在能量消耗和兴奋性衰在能量消耗和兴奋性衰减过程

15、，存在一个急剧下降减过程，存在一个急剧下降的突变峰。的突变峰。3.3.肌肉能源物质逐渐消耗，肌肉能源物质逐渐消耗，兴奋性下降，但这种变化是兴奋性下降，但这种变化是渐进的，并未发生突变。渐进的，并未发生突变。4.4.单纯的兴奋性丧失，并单纯的兴奋性丧失，并不包括肌肉能量的大量消耗。不包括肌肉能量的大量消耗。 （六）“自由基损伤学说”n n自自自自由由由由基基基基：指指指指外外外外层层层层电电电电子子子子轨轨轨轨道道道道含含含含有有有有未未未未配配配配对对对对电电电电子子子子的的的的基基基基团团团团，如如如如氧氧氧氧自自自自由由由由基基基基、烃烃烃烃自自自自由由由由基基基基、过过过过氧氧氧氧化化化

16、化氢氢氢氢及及及及单单单单线线线线态态态态氧氧氧氧等等等等物质。物质。物质。物质。n n产产产产生生生生部部部部位位位位：细细细细胞胞胞胞内内内内，线线线线粒粒粒粒体体体体、内内内内质质质质网网网网、细细细细胞胞胞胞核核核核、质膜和胞液中都可以产生。质膜和胞液中都可以产生。质膜和胞液中都可以产生。质膜和胞液中都可以产生。n n作作作作用用用用：由由由由于于于于自自自自由由由由基基基基化化化化学学学学性性性性质质质质活活活活泼泼泼泼，可可可可与与与与机机机机体体体体内内内内糖糖糖糖类类类类、蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质、核核核核酸酸酸酸及及及及脂脂脂脂类类类类等等等等物物物物质质质质发发发发生生生生

17、反反反反应应应应，因因因因而而而而造成细胞功能和结构的损伤与破坏。造成细胞功能和结构的损伤与破坏。造成细胞功能和结构的损伤与破坏。造成细胞功能和结构的损伤与破坏。七、运动性疲劳与神经七、运动性疲劳与神经-内分泌内分泌-免疫和免疫和 代谢调节网络代谢调节网络大脑（神经递质和调质）下丘脑垂体促激素内分泌腺及某些细胞激素细胞能量释放和运动能力免疫系统激素释放激素抑制激素脊髓基因调节酶调节Ca2+ K+ Zn2+代谢过程能量消耗内环境调节第五节第五节 运动后恢复过程的生化特点运动后恢复过程的生化特点n n概念：概念：恢复过程是指人体在运动过程中和运恢复过程是指人体在运动过程中和运动结束后，各种生理机能

18、和能源物质逐渐恢动结束后，各种生理机能和能源物质逐渐恢复到运动前水平的变化过程。复到运动前水平的变化过程。n n阶段：阶段：运动中恢复阶段、运动后恢复到运动运动中恢复阶段、运动后恢复到运动前水平阶段和运动后超量恢复阶段前水平阶段和运动后超量恢复阶段 一、运动后恢复的生化规律一、运动后恢复的生化规律n n恢复过程的三阶段特点：恢复过程的三阶段特点：n n第一阶段：第一阶段：消耗占优势，消耗消耗占优势，消耗 恢复恢复 能能源源物物质质逐逐渐渐减减少少，各各器器官官系系统统的的工工作作能能力下降。力下降。n n第第二二阶阶段段：恢恢复复过过程程占占优优势势，能能源源物物质质和和各各器器官系统的功能逐

19、渐恢复到原来水平。官系统的功能逐渐恢复到原来水平。n n第三阶段：第三阶段：运动时消耗的能源物质及各器官系运动时消耗的能源物质及各器官系统机能状态在这段时间内不仅恢复到原来水平，统机能状态在这段时间内不仅恢复到原来水平，甚至超过原来水平，这种现象称为甚至超过原来水平，这种现象称为“超量恢复超量恢复” （一）超量恢复原理：n n超量恢复的超量恢复的超量恢复的超量恢复的程度和出现的时间程度和出现的时间程度和出现的时间程度和出现的时间与所从事的与所从事的与所从事的与所从事的运动负荷有运动负荷有运动负荷有运动负荷有密切的关系密切的关系密切的关系密切的关系，在一定范围内，肌肉活动量越大，消耗，在一定范围

20、内，肌肉活动量越大，消耗，在一定范围内，肌肉活动量越大，消耗，在一定范围内，肌肉活动量越大，消耗过程越剧烈，超量恢复越明显。如果活动量过大，超过程越剧烈，超量恢复越明显。如果活动量过大，超过程越剧烈，超量恢复越明显。如果活动量过大，超过程越剧烈，超量恢复越明显。如果活动量过大，超过了生理范围，恢复过程就会延长。过了生理范围，恢复过程就会延长。过了生理范围，恢复过程就会延长。过了生理范围，恢复过程就会延长。 超量恢复实验：n n让两名实验对象分别站在一辆自行车的两侧同时蹬让两名实验对象分别站在一辆自行车的两侧同时蹬让两名实验对象分别站在一辆自行车的两侧同时蹬让两名实验对象分别站在一辆自行车的两侧

21、同时蹬车，其中一人用右腿蹬车左腿休息，另一人用左腿车，其中一人用右腿蹬车左腿休息，另一人用左腿车，其中一人用右腿蹬车左腿休息，另一人用左腿车，其中一人用右腿蹬车左腿休息，另一人用左腿蹬车右腿休息，当运动至力竭时，测腿股外肌的肌蹬车右腿休息，当运动至力竭时，测腿股外肌的肌蹬车右腿休息，当运动至力竭时，测腿股外肌的肌蹬车右腿休息，当运动至力竭时，测腿股外肌的肌糖原含量，结果运动后糖原含量，结果运动后糖原含量，结果运动后糖原含量，结果运动后3 3 3 3天运动腿股外肌肌糖原含天运动腿股外肌肌糖原含天运动腿股外肌肌糖原含天运动腿股外肌肌糖原含量比安静腿多量比安静腿多量比安静腿多量比安静腿多1 1 1

22、1倍。倍。倍。倍。 （二）运动应激（二）运动应激- -适应学说适应学说二、运动后物质代谢的恢复二、运动后物质代谢的恢复（一）代谢产物的消除（一）代谢产物的消除 1. 1.乳酸的消除乳酸的消除 2. 2.氨的消除氨的消除 3. 3.自由基的消除自由基的消除（二）机体能源物质的恢复 (1)(1)(1)(1)磷酸原的恢复磷酸原的恢复磷酸原的恢复磷酸原的恢复n n 磷磷磷磷酸酸酸酸原原原原的的的的恢恢恢恢复复复复很很很很快快快快，在在在在剧剧剧剧烈烈烈烈运运运运动动动动后后后后被被被被消消消消耗耗耗耗的的的的磷磷磷磷酸酸酸酸原在原在原在原在20-3020-3020-3020-30秒内合成一半，秒内合成

23、一半，秒内合成一半，秒内合成一半，2-32-32-32-3分钟可完全恢复。分钟可完全恢复。分钟可完全恢复。分钟可完全恢复。 (2)(2)肌糖原贮备的恢复肌糖原贮备的恢复 (3)(3)氧合肌红蛋白的恢复氧合肌红蛋白的恢复 氧氧合合肌肌红红蛋蛋白白存存在在于于肌肌肉肉中中，每每千千克克肌肌肉肉约约含含11ml11ml氧氧。在在肌肌肉肉工工作作中中氧氧合合肌肌红红蛋蛋白白能能迅迅速速解解离离释释放放氧氧并并被被利利用用，而而运动后几秒钟可完全恢复。运动后几秒钟可完全恢复。 (4)(4)乳酸再利用乳酸再利用 乳酸在肝脏乳酸在肝脏肝糖原（小部分）肝糖原（小部分） 乳酸在工作肌乳酸在工作肌氧化分解（大部分

24、）氧化分解（大部分） 筋疲力竭运动后可取的恢复时间 可取的恢复时间可取的恢复时间最小最小最大最大ATPATP和和CPCP的恢复的恢复2 2分钟分钟3 3分钟分钟非乳酸氧债的偿还非乳酸氧债的偿还3 3分钟分钟5 5分钟分钟氧合血红蛋白的恢复氧合血红蛋白的恢复1 1分钟分钟2 2分钟分钟肌糖元的恢复肌糖元的恢复1010小时小时4646小时（长时间运动后）小时（长时间运动后）5 5小时小时2424小时（间歇运动后）小时（间歇运动后）肌和血中乳酸的消除肌和血中乳酸的消除3030分钟分钟1 1小时（活动性恢复）小时（活动性恢复）1 1小时小时2 2小时（休息性恢复）小时（休息性恢复）乳酸氧债的偿还乳酸氧债的偿还3030分钟分钟1 1小时小时三、过度训练三、过度训练四、运动能力提高的代谢适应机制四、运动能力提高的代谢适应机制艰苦的训练艰苦的训练肌肉的适应肌肉的适应