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第六章体育锻炼有益健康的生物学基础本章主要介绍了评价体育锻炼效果的生理、生化指标，生化指标包括：血红蛋白、血尿素氮、血乳酸、血糖、血脂等血常规指标和各种酶。生理指标主要阐述了力量素质、耐力素质、灵敏素质、柔韧素质的锻炼方法及原理；分析了体育锻炼对人体免疫机能影响的主要机理。【本章提要】体育锻炼效果评价的生化指标第一节血红蛋白是红细胞的主要内含物,是一种微红色的胶体物质。主要功能是输送氧气和二氧化碳。长期坚持有氧运动能增加体内血红蛋白的数量，提高机体抵抗力，但大强度剧烈运动可导致血红蛋白的下降。剧烈运动时，乳酸在体内积蓄，使血液中pH值下降，其结果是加速了红细胞的破坏和血红蛋白的分解，导致血液中红细胞数量减少，血红蛋白下降而引起贫血,即运动性贫血。一、血红蛋白（Hb）所以健身的运动强度不宜过大，应循序渐进，尽量不超越自身的生理负荷。同时，运动过程中应加强铁营养元素的补充，预防缺铁性贫血。人体内蛋白质和氨基酸代谢的最终产物为尿素。血尿素氮是目前身体机能评定的重要生化指标。人体血尿素氮的正常值为3.2~7.1毫摩尔/升。如果运动训练强度过大且时间较长时，导致蛋白质大量分解以供应能量，引起血尿素氮上升，这是机体不适应该训练强度的一种表现，应该减小运动强度进行锻炼。二、血尿素氮乳酸是糖代谢的中间产物，乳酸在体内的增加会使肌肉和血液酸碱度下降，造成机体疲劳，因此，如果能及时缓冲产生的乳酸，可使肌肉快速工作时间延长。肌组织产生的乳酸进入血液中，形成血乳酸，运动员在安静时血乳酸水平和正常人基本无差异。血乳酸能反映骨骼肌代谢情况并能合理地制定训练方案，掌握适宜强度，评价训练效果和进行机能评定最适用的。三、血乳酸体育锻炼时乳酸在体内逐渐堆积，造成血液的“酸”度增加，而脑细胞对血液酸碱度的变化非常敏感，血液酸度增加会使大脑皮层工作能力下降，造成身体疲劳。通过速度耐力锻炼的人，脑细胞耐受乳酸的能力明显增加。血糖是指血液中的葡萄糖。血糖的来源为肠道吸收、肝糖原分解或肝内糖异生生成的葡萄糖释放入血。血糖的去路则为周围各组织以及肝脏的摄取利用。血糖水平保持恒定是糖、脂肪、氨基酸代谢协调的结果，也是肝脏、肌肉、脂肪组织等各器官组织代谢协调的结果。需要血糖的最重要的外周组织是人脑，血糖下降首先影响大脑的正常能量供应，是中枢疲劳的重要因素。四、血糖长期适宜的体育锻炼使血糖的稳定性增加，有助于预防高血糖或低血糖的发生，对相关的疾病有防治的作用。血糖的稳定有利于脑的营养供应，提高血液中血红蛋白携氧能力。运动可以增加体内糖储备，糖异生的能力得到提高，参与糖代谢的酶活性协调性改变，故体育锻炼从多方面对血糖及代谢产生有益的影响。血脂主要是指血浆中的甘油三酯和胆固醇。由于甘油三酯和胆固醇都是疏水性物质，不能以单独游离的形式存在于血浆中，必须与其他脂质如磷脂和蛋白质一起组成复合物才能在血液中被转运。这种复合物被称为脂蛋白。有氧耐力运动可抑制血脂、甘油三酯和胆固醇的升高，提高脂蛋白的浓度。而脂蛋白浓度的提高有预防动脉硬化等心血管疾病的作用。五、血脂当人处于疾病、紧张、忧愁、吸烟、过度饮酒、不健康的饮食习惯、紫外线照射、放射线照射、环境污染或激烈运动等状态时都会引起自由基产生过量。若此时人体内的抗氧化剂或自由基清除剂不足，无法清除过多的自由基，就会导致人体健康受损。以合适的运动量和强度长期运动时，可防止体内自由基和脂质过氧化产物的过量生成，使肌肉、肝脏和血液的抗氧化能力增加15％～50％。长期有氧运动可提高机体抗氧化能力，有益于健康。六、酶活性（一）抗氧化酶活性安静状态下，酶分子的催化活性受多种因素的影响，主要包括酶分子的浓度、底物浓度、产物浓度、温度、环境的酸碱度以及活化剂和抑制剂等.长时期进行运动训练后一些酶的活性也随之发生适应性的变化，以满足肌肉工作对能量的需求。运动训练能提高肌肉中酶的活性，而耐力训练会使肌肉中有氧代谢酶类的活性升高，如琥珀酸脱氢酶（AST），而速度及速度训练则可使肌肉中无氧代谢两类酶的活性升高，如乳酸脱氢酶(LDH)等。（二）肌肉组织的酶活性人血浆中有多种特异性酶，这些酶在血浆中发挥着重要的催化功能。除此之外，血浆中还存在多种非功能性酶，它们来源于机体各组织器官的细胞，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。在正常情况下，体内的各种机能处于一种相对稳定的状态，因而血清酶的浓度也相对稳定。由于运动而引起内环境的急剧变化（三）血清酶活性1.血清酶的来源运动引起血清酶活性变化与酶的种类、运动强度、运动时间和训练水平的不同而有明显差异。如在超长时间运动时，血清酶升高最明显的是肌酸激酶(CK)，提高幅度最高可达5~10倍，峰值出现在运动后24~36小时，消除速度较慢。训练水平较高者，其运动后血清酶活性提高的幅度较低。此外，在缺氧和低压环境下训练，均能使血清酶活性升高。2.影响血清酶活性的因素（三）血清酶活性机体正常的新陈代谢过程，维持着血清酶浓度的相对稳定。运动时细胞膜通透性增大，是血清酶升高的主要原因之一。剧烈运动中肌纤维收缩产生的牵力能提高细胞膜的通透性；运动时肌肉缺氧、钾离子升高、乳酸增多、血糖含量下降和ATP水平降低等均能加速细胞内酶的新陈代谢，促使酶分子释放入血，运动引起组织细胞局部损伤，也可使酶逐渐增加，引起血中酶活性增高。3.运动引起血清酶活性升高的机制（三）血清酶活性人体从事各种形式的体育锻炼都必须首先具备相应的运动能力，运动能力是人体进行体育活动的基础，而人体进行锻炼也是为了提高包括运动能力在内的各种身体功能。人体的运动能力可以表现在肌肉力量、运动速度、耐力、灵敏、柔韧等多方面，若想通过科学的体育锻炼提高自身的生理功能，就应该了解影响人体运动能力的生理基础和发展运动能力的方法。第二节体育锻炼的生理基础一、力量及其锻炼方法（一）影响肌肉力量的生理基础1．肌肉体积肌肉体积的大小可用肌肉横断面积的大小来表示，肌肉横断面积越大，肌肉的体积就越大，肌肉力量也就越大，而且这种关系不受年龄、性别的影响。体育锻炼或体力劳动在提供肌肉力量的同时，总是伴随着肌肉体积的增加。2．肌纤维类型（一）影响肌肉力量的生理基础骨骼肌的肌纤维可分为红肌纤维和白肌纤维两种类型，白肌纤维收缩产生的力量大，红肌纤维收缩产生的力量小。肌肉中肌纤维类型的比例受遗传因素的影响，肌肉中白肌纤维的比例越大，肌肉收缩力量也就越大。力量和速度练习可以增加肌肉中白肌纤维比例。（一）影响肌肉力量的生理基础3．神经调节神经系统可以通过两种方式调节肌肉力量：一种是通过发放强而集中的兴奋，动员尽量多的肌纤维参与收缩，以增大肌肉力量；二是通过增加神经中枢释放神经冲动的频率增加肌肉力量，神经冲动频率越高，肌肉力量越大。肌肉收缩时肌纤维长度发生变化，同时产生张力克服外界阻力的力量练习，称动力性练习。动力性练习主要是通过不断增加运动负荷（阻力）达到提高肌肉力量的效果。动力性练习时，肌肉的收缩与放松交替进行，可促进体内蛋白质代谢，加强肌肉中蛋白质合成，提高肌肉的横断面积和毛细血管数量，使肌肉体积增加。对一般体育锻炼者来说，体育锻炼时最好采用动力性肌肉练习方式发展肌肉力量。（二）提高肌肉力量的方法1．动力性力量练习肌肉收缩时肌肉长度未发生变化，而是维持某一特定位置的肌肉力量练习，称静力性练习。静力性练习主要是提高肌肉在特定位置的肌肉力量。静力性力量练习方法比较安全，一般不会出现急性肌肉拉伤等现象，因此常用于肌肉康复练习。除非特殊需要，一般不要采用静力性力量练习，老年人和少年儿童尽量避免有负荷的静力性练习。2．静力性力量练习（二）提高肌肉力量的方法1．负荷在进行力量练习时，应根据自己的实际情况选择合适的负荷，都要遵循由小到大的原则，切勿突然增加运动负荷造成运动损伤。2．动作速度负荷越大，速度就越小。锻炼者要根据练习的要求合理安排，对于青少年来说，爆发力是非常重要的，在力量练习时，选择适宜的负荷，尽量加快动作速度，对提高肌肉的爆发力十分有益。（三）力量练习中应注意的问题3．练习次数对于一般体育锻炼者来说，没有必要每天都进行力量训练，即使是为了专门加强肌肉力量，采用隔天力量练习，也足以取得理想效果。为了保持已经获得的肌肉力量，力量练习的间隔时间可更长一些，以便将体育活动时间用于发展其他方面的运动能力，每周进行一次力量训练，可保持已获得的力量水平。（三）力量练习中应注意的问题影响速度的主要生理因素是神经系统的反应能力、肌肉组织的兴奋性和肌纤维类型。1．神经系统的反应能力主要是指感觉神经的敏感程度和大脑皮层对刺激做出快速反应的能力。其中，大脑皮层对刺激的反应能力是影响速度的重要因素，大脑皮层对刺激作出反应的速度越快，表现为整体的反应速度就越快。二、速度与速度耐力及其锻炼方法（一）影响速度的生理因素2．肌肉的兴奋性肌肉的兴奋性高，对外界环境变化作出反应的能力就强，机体的反应速度和动作速度就快。3．肌纤维类型肌肉中快肌纤维数量多，体积大，体育锻炼时的速度就快，同时，肌肉的力量增加也会对运动速度产生积极的影响。（一）影响速度的生理因素1.糖的无氧代谢能力机体糖无氧代谢能力越强，速度耐力素质也就越好。2.缓冲乳酸的能力乳酸是糖代谢的中间产物，乳酸在体内的增加会使肌肉和血液酸碱度下降，造成机体疲劳，因此，如果能及时缓冲产生的乳酸，可使肌肉快速工作时间延长。（二）影响速度耐力的生理因素3．耐受酸的能力在速度耐力性运动中，往往是乳酸的生成大于乳酸的缓冲和排除，因此，体育锻炼时乳酸在体内逐渐堆积，造成血液的“酸”度增加，脑细胞对血液酸碱度的变化非常敏感，血液酸度增加会使大脑皮层工作能力下降，造成身体疲劳。通过速度耐力锻炼的人，脑细胞耐受乳酸的能力明显增加。（二）影响速度耐力的生理因素1．提高速度的方法（1）反应速度的练习。主要是提高神经系统的灵活性和对刺激信号快速作出反应的能力。（2）动作速度的练习。发展成套动作速度的关键是提高每个动作的熟练程度和各个动作之间的相互连接。（3）位移速度的练习。影响位移速度的主要因素是步频和步幅，快速小步跑、30米短距离冲刺跑等可提高肌肉的收缩速度，增加步频，而提高步幅的主要手段是提高腿（三）提高速度和速度耐力的方法2．提高速度耐力的方法速度耐力练习主要是无氧运动练习，其目的是提高机体的糖无氧供能能力、缓冲乳酸的能力和耐受乳酸的能力。发展无氧耐力的运动强度较大，体育锻炼时应使心率保持在160次/分钟以上，具体运动形式包括300~500米等不同距离的全速跑、间歇跑等。（三）提高速度和速度耐力的方法三、有氧耐力及其锻炼方法（一）影响有氧耐力的生理因素1．肺的通气功能从呼吸系统看，肺的通气量越大，吸入肺内的氧气量就越多，在体育锻炼中采用深呼吸的方法，可有效地提高呼吸效率，增加肺的有效气体交换量。2．血液的载氧能力吸入肺内的氧气是通过血液中血红蛋白运送到各组织细胞的，在生理范围内，血液中血红蛋白的含量越高，其携带氧气的能力就越强。如果人体中血红蛋白含量下降10%，就会明显影响有氧耐力。（一）影响有氧耐力的生理因素（一）影响有氧耐力的生理因素心脏的射血能力是血液循环的动力，单位时间内，心脏射出的血量越多，运送氧气的能力越强。体育锻炼中影响心脏射血量的主要因素是心肌收缩力量和心室容积的大小，体育锻炼时，心脏收缩力量越大，心脏的射血能力就越强。3．心脏的射血能力4．骨骼肌的代谢能力肌组织的有氧代谢能力是影响有氧耐力的重要因素，有氧代谢酶活性高，利用氧气的能力强，表现为机体的有氧代谢能力高。而肌组织的有氧代谢能力与肌纤维类型密切相关，肌肉中红肌纤维多，有氧代谢能力就好。现在普遍认为，心脏的射血能力和骨骼肌的有氧代谢能力是影响有氧耐力的最重要因素。（一）影响有氧耐力的生理因素5．肌糖原含量肌糖原是肌肉进行有氧代谢的主要能源物质，它的供能特点为效率高，氧气消耗量相对较少，代谢时产生的代谢产物可及时排出体外，不致在体内堆积，对身体产生不利影响。所以，肌肉中糖原含量越高，有氧供能的潜力就越大。虽然脂肪也参与有氧运动的供能，但由于脂肪氧化供能时氧气消耗量大、代谢产物堆积等因素，容易使身体疲劳。（