运动生理学(研究生)

PHYSIOLOGYOFSPORTANDEXERCISE运动生理学李良鸣博士教授讲授提纲•学科概述•肌肉运动的生理学问题•肌肉运动的能量支持系统•肌肉运动的生理支持系统•肌肉运动的调节与控制系统•运动训练与健身的生理学分析•常用生理学指标在运动实践中的应用学科概述•学科定位动物和人体生理学植物生理学生理学心血管生理学呼吸生理学神经生理学内分泌生理学环境生理学运动生理学…..生理学运动生理学•EXERCISEPHYSIOLOGY–研究人体在急性和慢性运动影响下的结构和功能变化•SPORTPHYSIOLOGY–以exercisephysiology为基础，研究运动员的训练和竞赛活动的生理学问题稳态——生理学的研究主题•内环境（internalenvironment）•细胞内环境外环境•稳态（homeostasis）–内环境的相对稳定状态–不是凝固状态–稳态的维持需要完善的调节系统–反馈（正、负）、前馈反应和适应——应用生理学的主题•运动生理学是应用生理学的一个分支•反应：一次或短期的内外环境变化所引起的人体生理变化，其变化可很快消失。•适应：反复的或长期的内外环境变化所导致的人体结构和功能改变，其变化可维持较长时期，有时可伴随终生。•适应以反应为基础，是量变到质变的过程•运动反应和适应的稳态和负反馈特征反应和适应——运动训练和健身的关键•反应和适应既是目的，也是手段•反应要适度，适应才良好•运动会引起哪些反应？•何为适度？急性运动的生理反应•监测指标–心脏活动：心率、心电图–呼吸频率–通气量–耗氧量–皮肤和身体内部温度–肌电图生理监测时应考虑的因素•环境条件–温度–湿度–噪音–膳食–睡眠•时间•生理周期（月经周期）影响因素心率安静运动温度（50%湿度）21℃6016535℃70190湿度（21℃）50%6016590%65175噪音（21℃、50%湿度）低60165高70165进食（21℃、50%湿度）运动前3h少量进食60165运动前30min大量70175睡眠（21℃、50%湿度）8h或更多601656h或更少65175功量计（Ergometers）的选择•自行车功量计–优点：不受体重影响、采样与指标检测容易–缺点：需监测功率，如不习惯、易疲劳，难以达到生理峰值•跑台–优点：不需检测功率，易适应，能达峰值–缺点：花费高、笨重、需电、噪音干扰大、采样困难•其他功量计运动生理学与运动训练和身体锻炼学的联系与区别•前者研究运动为什么会以及如何引起生理反应与适应。•后者研究什么样的运动会引起理想的反应和适应。前者是后者的基础学科形成与发展•早期人们只能用肉眼观察，1574年HieronymusFabricius认为肌肉收缩的力量来自肌腱，而不是它的“flesh”•1660年Leeuwenhoek发明显微镜，使解剖学家能观察到单根肌纤维的存在•上世纪中叶，电子显微镜的出现使研究肌肉蛋白的工作成为可能•上世纪60年代，肌肉活检技术的应用，使肌肉的代谢研究进入分子水平•计算机与遥测技术的应用，使整体研究迅猛发展著名学者与研究机构•因为对肌肉及其运动的研究而获得NobelPrize的三位生理学家–A.V.Hill–AugustKrogh–OttoMeyerhof•著名研究机构与学派HarvardFatigueLaboratory（1927-47）北欧（斯堪地拉维亚尔）学派（上世纪50年代以来）学科形成与发展•[e-mail]肌肉运动的生理学问题•肌肉是如何工作的？•肌肉力量是如何产生的？受哪些因素影响？•肌肉收缩速度取决于什么？•肌肉收缩力量与速度的关系•力量与做功能力的关系•力量的测量与评价•力量训练的生理学分析•肌肉疲劳的可能原因肌肉是如何工作的？•肌肉的结构（结构决定功能）–肌肉的结缔组织•肌外膜、肌束膜、肌内膜–肌细胞的显微结构•细胞膜•肌原纤维•肌管系统•肌浆–神经-肌肉接点肌外膜肌束膜肌内膜细胞膜的结构肌原纤维粗、细肌丝的空间位置肌球蛋白单体分子肌动蛋白单体分子细丝的模式图肌丝的分子组成肌丝的分子组成肌管系统横管纵管三联管肌管系统IllustrationoftheNeuromuscularJunction神经肌肉接点图解TheSlidingFilamentModelofMuscleContraction肌丝滑行模型注意肌小节中各条带的变化•运动终板去极化（兴奋）与肌肉收缩耦联–兴奋经T-管传入细胞内，经三联管引起SR释放Ca2+–Ca++与肌钙蛋白结合，导致原肌球蛋白的位置改变，暴露肌动蛋白上的位点–横桥与位点结合，牵动细丝向粗丝中央滑行，肌肉收缩–肌浆网对Ca++再回收，肌肉舒张Excitation-ContractionCoupling兴奋-收缩耦联Cross-BridgeFormationinMuscleContraction横桥与肌动蛋白结合后的摆动兴奋-收缩耦联的步骤肌肉力量是如何产生的？•力量来源于横桥的摆动•参与摆动的横桥数目越多，力量越大–粗、细肌丝的重叠程度（初长度）–募集的运动单位数量（刺激强度）–募集的运动单位性质（肌纤维类型）–运动单位的神经刺激的频率（单收缩、强直收缩）注意：以上是对同一肌肉而言前负荷（初长度）对肌肉张力的影响刺激强度对肌肉力量的影响不同运动单位的阈值不同刺激强度越大,募集的运动单位越多，力量越大刺激频率对肌肉收缩的影响——肌肉收缩的总和IndividualFiberTypes肌纤维类型的划分Fastfibers快纤维•TypeIIbfibers-IIb型–Fast-twitchfibers–Fast-glycolyticfibers快酵解型•TypeIIafibers-IIa型–Intermediatefibers–Fast-oxidativeglycolyticfibers–快氧化酵解型Slowfibers慢纤维•TypeIfibers–Slow-twitchfibers–Slow-oxidativefibers–慢氧化型肌纤维的组织化学染色TypeIIaTypeIIbTypeI特性纤维类型慢肌快a快b肌纤维大小小大大每运动单位的纤维数10-180300-800300-800肌球蛋白ATP酶活性低高高肌浆网的发达程度差发达发达线粒体数量多多少线粒体酶活性高高低毛细血管数量高中等低糖原贮量少多多糖酵解能力低高高特性纤维类型慢肌快a快b有氧氧化能力高中等低神经元体积大小小大大神经元阈值低高高收缩速度（ms）1105050收缩力量小大大能量产生效率高中等低抗疲劳能力强中等弱肌肉弹性成分对力量的影响•串联弹性成分：取决于肌中结缔组织和它的顺应性。•并联弹性成分：存在于横桥、Z线上，肌腱中。•大多数位移运动，都是离心（拉长）和向心收缩相交替，形成牵拉-缩短环（stretch-shorteningcycle）。•弹性成分是实现肌肉收缩力的第二种机制•弹性成分的伸展可吸收一部分能量，使张力变化趋于缓和，具有保护作用。肌肉收缩能力（contractility）的影响•肌肉收缩能力指肌肉本身的功能状态•能使肌肉收缩能力下降的因素–缺氧–酸中毒–能源物质缺乏–其他因素•能提高肌肉收缩能力的因素–钙离子–咖啡因–肾上腺素肌肉收缩的张力-速度关系如何解释肌肉收缩速度与张力的关系？•张力取决于横桥联结的数目•速度取决于ATPase的活性和能量释放的速率•二者的机制不同，但为什么会呈反变关系呢？•请给出可能的解释力量与作功的关系•在相同速度下，力量大者作功多，功率高（爆发力也大）•快肌纤维比例高者力量大肌肉力量的分类•根据肌肉收缩形式可分为–静力性力量（staticstrength）–动力性力量（dynamicstrength）•向心收缩力量（concentricstrength）•离心收缩力量（eccentricstrength）•等速肌肉力量（isokineticstrength）•超等长肌肉力量（plyometricstrength）•根据表示方法可分为：绝对力量和相对力量•根据表现形式和结构特点可区分为–最大肌肉力量（maximumstrength）–快速肌肉力量（musclepower）–力量耐力（muscleendurance）肌肉力量的检测•等长肌力检测（isometricmeasurementofstrength）•等张肌力检测（isotonicmeasurementofstrength）•等速肌力检测（isokineticmeasurementofstrength）等长肌力检测（isometricmeasurementofstrength）•等长肌力的测定通常指最大等长肌力–握力、背力、臂力和腿部力量等–握力计、背力计、等速肌力测试系统、力传感器等–测2-3次，取最好成绩•优点：方便、省时、不需昂贵设备，与其他方法的结果有较好的一致性。•缺点：结果易受关节角度的影响、检测方法难以标准化。等张肌力检测（isotonicmeasurementofstrength）•最大等张肌力–检测形式：卧推（benchpress）、蹬腿（legpress）、屈臂（armcurl）、负重蹬起（squatpress）等，用1RM来表示。•肌耐力–以一定百分比（如70%）的1RM，记录重复次数。也可采用俯卧撑、仰卧起坐和引体向上等•肌肉最大功率检测–立定跳远、纵跳摸高、小球掷远、Wingate无氧功率试验、Margaria下肢功率试验等速肌力检测（isokineticmeasurementofstrength）•等速肌力于1969年由Perrine等提出•克服了等长肌力评价的“关节角度效应”和现场力量测试的“运动技术效应”•可同时获得与肌肉做功功率和工作耐力有关的多种数据•等速向心肌力测试–慢等速测试–快等速测试–其他等速向心肌力测试•等速离心肌力测试慢等速测试•关节运动角速度为30-60º/s•常被用于进行最大动态肌力检测与评价•主要检测指标：–峰力矩（peaktorque，PT）：力矩曲线所代表的力矩值。“峰力矩体重比”可作横向比较，特异性及敏感性高–曲伸肌力矩比（flexion/extension）：反映肌力平衡情况–总做功量（TW）–力矩加速能（torqueaccelerationenergy，TAE）力矩开始1/8s内的做功量，代表灵敏度或爆发力。–峰力矩角度（peaktorqueangle，PTA）：关节的最佳用力角度。快等速测试•180º/s以上，对运动员可达240或300º/s•检测和评价肌肉耐力等动态肌肉功能•输出功率（poweroutput，PO）：平均功率能敏感地反映肌肉的实际工作能力。•肌肉耐力–耐力比测定：如以180º/s连续做最大收缩25次，计末5（或10）次与首5（或10）次做功量之比。–50%衰减试验：以180º/s或240º/s做最大收缩，到有2-5次不能达到最初5次运动平均峰力矩的50%时为止，以完成的次数作为耐力评价的参数。其他等速向心肌力测试•力矩曲线分析•力量控制精度测验•峰功率测试等长肌力、等速肌力和等张肌力测试的比较等长肌力测试等张肌力测试等速肌力测试速度固定变化,不易控制1-500º/s,恒定阻力可变,顺应性阻力固定可变,顺应性阻力,与速度有关运动幅度无全幅或半幅全幅或半幅测试意义反映固定角度力矩值反映最弱关节点力矩值反映任意关节角度运动力矩值力量训练的原则的生理学分析•超负荷原则（overloadprinciple）–超过已习惯了的负荷(强度、量、频率)–应有效避免过度训练•渐增阻力原则•合理顺序原则–先大肌肉群后小肌肉群–先多关节运动、后单关节运动–大强度练习在前、小强度练习在后•专门性原则–与运动专项的部位、动作结构、用力特点相一致抗阻训练计划设计步骤•1、分析需求•2、选择练习•3、训练频率•4、练习顺序•5、训练负荷及重复次数•6、训练量•7、间歇时间第一步：需求分析•运动项目评价–运动分析：肢体的运动模式及参与肌群–生理学分析：力量、爆发力、肌肉体积、肌肉耐力哪个更为优先。–损伤分析：常见的肌肉、关节损伤部位及形成因素