运动生理学--绪论

运动生理学绪论一、人体生理学的研究对象、任务和方法(一)生理学是生物科学的一个分支，是以生物机体的生命活动现象和机体各组成部分的功能为研究对象的一门科学。人体生理学研究：（1）正常人体各系统、器官和细胞所表现的生命活动规律；（2）各种生命现象的产生机制；（3）各系统、器官和细胞之间的相互联系和相互作用；（4）内、外环境变化对生命活动的影响。运动生理学是人体生理学的一个分支，它是研究人在体育运动中，或在长期系统的体育锻炼影响下，人体各系统功能发展变化规律的学科。它对人们合理地从事体育锻炼或科学地组织运动训练具有重要的指导意义。（二）学习运动生理学的目的任务是（1）了解人体基本生理活动的主要规律及原理，在此基础上，进一步掌握在体育锻炼过程中，以及在长期系统的锻炼下，人体生理功能所产生的反应和适应性变化及其规律；（2）掌握体育锻炼及运动训练的基本生理学原理，特别是青少年生理功能的年龄、性别特征与体育锻炼的关系，为科学地从事体育教学和青少年业余训练提供理论基础；（3）初步掌握评定人体功能能力的基本科学方法和依据人体功能变化特点从事体育教学和训练的基本原理。（三）运动生理学的基本研究方法有：（1）运动现场测定法；（2）实验性训练法；（3）功能的测试和评定。此外，运动生理学也采用动物为实验对象，特别是当某些实验需要损伤机体时。二、历史与研究现状1．运动生理学的历史希尔被誉为“运动生理学之父”。当时出版了三部运动生理学名著《肌肉活动》、《人类的肌肉运动-影响速度与疲劳的因素》和《有生命的机械》。我国的运动生理学发展可追溯到20世纪的40年代。生理学家蔡翘于1940年出版了《运动生理学》一书。1957年北京体育学院为我国首次培养出运动生理学研究生。其后，在高等学校体育东中也先后成立了运动生理学教研室。1958年成立了国家体育科学研究所，其中设置了运动生理学研究室，这是我国第一个专门研究运动生理学的科研机构。70年代末至80年代，是我国运动生理学的教学及科研工作的第二次飞跃发展时期。2．运动生理学的研究现状最大摄氧量的研究、对氧债学说的再认识、关于个体乳酸阈值、关于运动性疲劳的研究、关于运动对自由基代谢的影响、运动对骨骼肌收缩蛋白机构和代谢的影响、关于肌纤维类型的研究、运动对心脏功能影响的研究、运动与控制体重、运动与免疫机能。3.运动生理学的发展趋势（1）微观水平研究不断深入随着研究的不断深入和研究手段的不断提高，运动生理学研究从宏观水平研究深入到细胞和分子的微观水平。例如，在对骨骼肌的研究中，对骨骼肌纤维在大负荷运动后超微结构变化、蛋白代谢和细胞内离子浓度变化，以及自由基变化和酶的氧化反应等进行了较广泛的研究。而且微观水平的研究正不断向纵深发展。（2）宏观水平研究更加发展揭示在运动中人体的整体机能变化和运动对整个人体的影响是运动生理学研究的最终任务。虽然进行细胞、分子水平的优点是可直接、客观地研究分析某一生理现象的机制，但是只能得到一些零散的生理生化指标，解释一些孤立的微观生理现象，或揭示一些相互独立的生理机能的成因。因此，在运动生理学研究中，必须在宏观研究的指导下，开展深入的微观研究，然后再将微观研究的结果进行综合分析，在整体水平上分析人体的机能变化及其规律，为运动实践服务。（3）研究方法日益创新随着科学技术的发展，许多新仪器、新技术和新的研究方法应用到运动生理学的研究中。用核磁共振(NMR)光谱技术，可测定ATP、CP、Pi、H+、pH、水、脂肪和代谢物的浓度，在测定时具有无损伤、无疼痛和连续测试等特点。可用核磁共振光谱技术获得身体的某个横断面的影像。因此，核磁共振技术在对人体运动时的代谢、疲劳及身体成分等研究中将发挥重要作用。阳离子放射技术(PET)对研究局部血流和物质代谢具有较大潜力，应用阳离子放射技术不仅能获得有关组织的影像，同时可得到组织摄取、物质代谢和衰变的大量资料。此技术在体育科研中也具有广阔的应用前景。质谱分析技术可用来分析运动员运动过程中的呼出气的气体成分，研究运动时的能量代谢等。另外，放射免疫技术、高效液相色谱技术、超声诊断技术和PCR技术等也将在体育科研中发挥重要作用。计算机技术在运动生理学研究中的应用对运动生理学的发展起到了巨大的推动作用。计算机图像分析处理技术的应用，使生物学图像的处理更加精确和方便，计算机模拟技术等也为运动生理学研究提供了新方法、开辟了新领域。而且联网技术的发展更为运动生理学工作者获取信息、逆行学术交流提供了极大的方便。另外，研究简易测试方法的科学性、准确性和可重复性，也受到了运动生理学工作者的关注。例如，间接测定最大摄氧量，间接推算肌纤维类型的百分比，用运动中的心率变化推算个体无氧阈等简易的运动生理学研究测试方法将进一步改进和发展。（4）应用性研究受到重视运动生理学必须为运动实践服务。为此运动生理学的研究将在以下几个方面同运动训练紧密结合，如监测运动员的生理机能，合理安排运动负荷，探讨加速运动员机能恢复的手段等。运动生理学在为运动实践服务的同时也在积极地加强运动健身的基础理论和应用的研究。这些研究包括：运动与免疫机能、运动与抗衰老、运动与身体成分、运动与心血管疾病等将在运动健身的基础理论研究中占有重要位置。在研究运动健身基础理论的同时，研究全民健身的方法，也将是运动生理学研究的重要课题。（5）研究领域不断扩大近代自然科学的发展趋势是：一方面学科的划分有越来越细的趋向；另一方面各学科的相互渗透和交错在学科发展上相互促进。运动生理学这门年轻的学科从一诞生起就与运动医学、生理学和运动生物化学等学科有着密切的联系。在细胞、分子水平的研究中，许多生化指标被用来解释生理现象。除此之外，运动生理学还同运动解剖学、运动医学、运动生物化学、运动生物力学、运动心理学、遗传学、生物学以及其他自然学科有着密切联系。而且这种联系正在日益加强。在新的世纪，我国的运动生理学研究面向全民健身、面向运动实践、为提高我国国民的健康水平及提高运动成绩服务仍然是运动生理学工作者的神圣职责。而立足中国特色、坚持不断创新、迎接新的挑战、赶超世界水平则是我们奋斗的远大目标。三、运动生理学的若干基本概念（一）稳态与调节稳态的概念及其生理意义生物体的一切生命现象，都是以细胞为基本活动单位，整体功能的正常，需要依赖于细胞功能的正常。细胞则需要在相当严格的条件下，才能保持正常功能。在高等动物几乎所有的细胞不能直接与外界环境间进行物质交换。细胞赖以生存的物质交换过程，都必须通过细胞周围的液体进行，细胞周围的这种液体，是细胞的内在环境，称为细胞外液。浸浴细胞的液体环境被称为机体的内环境以区别于机体赖于生存的自然环境，即外环境。细胞生活于内环境之中，并不断从其中摄取营养物质、O2以及维持其正常活动所必需的物质；同时又不断排出代谢产物及过剩物质至细胞外液。细胞外液则依赖于循环系统、呼吸系统、消化系统以及排泄系统与外部环境相沟通，以保证细胞代谢在代谢过程中所必需的物质供应以及代谢产物的排出。从而保证了内环境即细胞外液的不断更新。内环境细胞外液的物理和化学特性，如酸碱度、渗透压、温度以及各种离子成分等都是影响细胞的正常生命活动的重要因素。细胞正常功能的维持，要求细胞外液中的各种物理化学因素必须在相当严格的范围内保持着动态的相对平衡，这种平衡又是依赖于机体的自身调节而实现的。故将这类平衡状态称为稳态。稳态的概念虽然最初用来描述内环境理化性质的相对稳定，实际上从细胞、器官，系统乃至整个人体，它们的功能活动通常也都是在变化着的内、外环境中保持着动态平衡，只在一定范围内波动，这些也是稳态的表现。例如，在正常情况下，人体中的动脉血压、体温均保持相对的稳定。就整个机体来说，稳态的维持是体内各细胞、器官进行正常功能活动的基础。调节的概念及其方式运动时通过机体体内调节机制维持稳态。调节是机体根据内外环境的变化实现体内活动的适应性调整。外界环境与运动引起人体发生适应性变化，必须由人体三种调节机制相应调整机体的内脏器官活动才能维持内环境的稳态和对环境的适应。这三种调节机制分别是：神经调节、体液调节及器官、组织、细胞的自身调节。（1）、神经调节概念：神经系统直接参与下所实现的生理机能调节过程结构基础：反射弧基本过程：反射调节特点：迅速、准确、持续时间短，是机体最主要的调节方式。神经调节是人体内最重要的调节机制。神经调节的基本方式是反射。所谓反射，是指在中枢神经系统的参与下，机体对内、外环境变化产生的适应性反应。实现反射所必须的结构基础称反射弧，包括感受器、传入神经、反射中枢、传出神经、效应器五个环节，缺一不可。感受器接受内、外环境的变化，即刺激，并将它转换成神经信息（这种信息通常称为神经冲动），经传入神经传到中枢。中枢分析处理传入信息，并发出传出信息（指令）由传出神经传至效应器（骨骼肌和内脏系统）使之产生适应性反应。反射分为非条件反射和条件反射两类。非条件反射是指生来就有、数量有限，比较固定和形式低级的反射活动，包括防御反射、食物反射、性反射等。非条件反射无需大脑皮质参与，通过皮质下各级中枢就可形成。它使人和动物能够初步适应环境，对个体生存具有重要的保护意义。条件反射是指通过后天学习和训练而形成的反射，是反射活动的高级形式，是人和动物在个体的生活过程中，按照所处的生活条件，在非条件反射的基础上逐步建立起来的，其数量无限，可以建立，也可以消退。条件反射的中枢在大脑皮质。2.体液调节概念：人体血液或体液中的化学物质如激素等进行的生理调节。基本过程：内分泌腺、组织等血液靶器官或细胞调节特点：缓慢、广泛、准确由内分泌腺及散在于体内某些内分泌细胞分泌的、具有生物活性的物质，如激素等或机体代谢中产生的某些化学物质均具有调节机体功能的作用，称之为体液因素。因这些因素必须借助于血液循环运送至效应器而产生作用，故称为体液性调节。另外，在整体内许多内分泌细胞本身的活动，还直接或间接的受神经系统的调节。在这种情况下，体液调节成了神经调节的一个环节，相当于反射弧上传出途径的一个延长部分或辅助部分。这种调节方式称神经－体液调节。因此，神经调节和体液调节是密切联系，相辅相成的。3.自身调节自身调节是指组织、细胞在不依赖于神经或体液调节情况下，自身对刺激发生的一种适应性反应。自身调节的特点：调节幅度比较小，灵敏性比较差，但对生理功能的调节仍有一定意义。例：肌肉活动的初长度调节（二）、兴奋与兴奋性兴奋的概念：神经、腺体、肌肉等可兴奋组织受到刺激后产生生物电反应的过程，以及由相对静止转为活动状态或者活动由弱变强的表现。组织受到刺激后产生的动作电位的过程或动作电位本身。兴奋性的概念：组织受到刺激后产生兴奋的能力（几乎所有的活组织都具有一定的兴奋性）神经、肌肉、某些腺体兴奋性较高，故称为可兴奋细胞兴奋性的高低取决于：细胞膜电位的变化速度，细胞内部新陈代谢过程的改变速度和引起这些改变所需的刺激强度。刺激：能引起可兴奋组织产生兴奋的各种环境条件的变化称为刺激引发刺激所需的条件：一定的强度一定的持续时间一定的强度—时间变化率阈强度：刚刚能引起反应所必须的最小强度阈刺激：具有这种临界强度的刺激（三）反应和适应人体与环境经常处于动态平衡之中，当内外环境发生变化时，人体的生理功能及外部表现也将发生相应地暂时变化，以保持与环境变化相平衡，这种变化称为反应。根据外部表现，反应有两种形式：一种是由相对静止转变为活动，或由活动弱变为活动强，称为兴奋；另一种是由活动状态转变为相对静止，或由活动强变为活动弱，称为抑制。而在环境长期变化的影响下，人体的功能和形态发生相应的持久性的变化，即称为适应。如长期生活在高原地区的人，其肺活量较大，血红蛋白含量较高，就是对高原生活产生适应的结果。因此，机体的这种随内、外环境的变动而相应的调整其自身活动水平的能力，称为适应性。生物体所以能迅速而精确地产生适应，是依赖于神经系统的反射活动以及内分泌系统所产生的激素等作用而实现的，并具有反馈性的自动调节的特点。运动时机体的反应和适应研究在不同运动条件（不同运动形式、强度等）下，人体功能的反应和适应特征及其规律，是运动生理学的主要任务之一。同时，从