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第8章 健身运动的生理学基础(1)

(第一节)运动与肌肉、骨骼

一、运动与肌肉

通常说的肌肉指的是骨骼肌,人体除了骨骼肌以外,还有平滑肌和心肌。骨骼肌是附着在骨骼上的肌肉,当肌肉收缩时牵动骨骼,肢体就会产生围绕关节的各种运动,因此肌肉收缩是人体活动的动力。骨骼肌约占人体体重的40%(女性为35%),是体内数量最多的一种组织,不仅能实现人的坐、立、走、说话、写字,以及作出喜怒哀乐各种表情,而且还能对环境产生反应,换句话说,运动时体内其他器官、系统机能上出现的改变,都是为保证实现肌肉活动而发生的。

1.肌肉的结构及功能

肌肉是由许多肌纤维排列成束,表面有肌束膜包绕,许多肌束聚集在一起构成一块肌肉,每块肌肉的中间部分为肌腹,两端为肌腱,肌腱直接附着在骨骼上,非常坚韧。肌肉具有伸展性、弹性和粘滞性,肌肉在牵拉或负重下可被拉伸,取消外力后又能收缩,恢复原状。肌肉还具有兴奋性和收缩性。肌肉的兴奋性和收缩性是紧密联系而又不同的两种过程,兴奋在前,收缩在后,来自中枢神经系统的神经冲动传至脊髓运动神经元,然后由脊髓的运动神经元将冲动传递至所支配的肌纤维,引起肌肉的收缩。

2.运动对肌肉的影响

肌肉收缩需要能量,肌肉中储存有多种能源物质,其中最重要的有三磷酸腺苷(ATP)、磷酸肌酸(CP)、肌糖元、脂肪等。在运动强度大、时间长、氧供应不充足时,肌糖元分解成乳酸并释放能量,糖元+ADP+PI→乳酸+ATP。在运动强度较小、氧供应充分时,肌糖元可分解成二氧化碳和水,释放能量,糖元+O2+ADP+PI→CO2+H2O+ATP。ATP的总量是十分微少的,当肌肉强烈收缩时仅能维持1~3秒,CP的含量也有限,肌肉强烈收缩时仅能维持6~8秒,因此,人体的正常运动或长时间的运动还需有其他的途径,以促使ATP再合成,为人体基本活动需要提供能量。运动可促使肌肉发展,使肌纤维的数量增加和横截面增大,有助于人体规格和比例更加匀称合理,为良好的体姿和体形打下坚实的物质基础。

二、运动与骨骼

(一)骨结构及生长

人的骨骼终身都在不断地进行破坏和建造,在生长过程中建造占优势。儿童少年时期骨膜较厚,骨外膜内的成骨细胞不断分泌骨质,增厚骨质,骨内膜内破骨细胞又不断破坏和吸收骨质,扩大骨髓腔使骨骼增粗。到成年时,这种生长活动趋于平衡,维持稳定,同时,长骨的骨骺与骨干之间的骺软骨不断增生、骨化,使骨的长度不断增加。在12~18岁期间,骺软骨生长速度较快,尤其是四肢,18岁以后,骨逐渐停止这种生长,一般女子在22岁,男子在25岁之后,骺软骨全部骨化,骨的长度不再增加,也就是说身高停止生长。这时候,虽然骨的长度不再增加,但骨内的构造却始终处于动态变化之中。

骨龄是骨骺和小骨骨化中心出现的年龄及干骺愈合的年龄,常被用来确定人体的生物年龄,一般用手、腕部呈现的年龄梯度来预测儿童、青少年的身高,也可用于判断儿童、青少年是早熟、正常,还是晚熟等的发育情况。

(二)运动对骨骼的影响

影响骨骼生长发育的因素除遗传因素外,还受激素、维生素、环境、运动等因素影响。体育锻炼能加速血液循环,增加供给肌肉、骨和关节的血液,骨获得的营养使骨的结构及性能发生变化,表现为骨密度增加,骨变粗。骨结构的排列由于受到肌肉的牵拉和外力的作用,排列更加规则,加强了骨的坚固性。经常运动使韧带的附着部位变得更粗壮,这都有利于肌肉、韧带更牢固地附着在骨骼上。使骨骼能够承受更大的外力作用,提高了骨的抗弯、抗折断和耐压的性能。同时,机械力对骨中的钙质沉积又有极其良好的作用,在青少年时期,经常参加体育锻炼不仅有助于身体长高,而且可以增加未成年骨的峰值骨量,而青少年时期提高峰值骨量是预防老年性骨质疏松的重要措施。成年人参加体育锻炼,虽然不能使身体增高,但能使骨骼练得更粗壮结实。总之,不同年龄的人只要坚持经常的、多样化的体育锻炼,都能收到增强骨骼的效果。因此,锻炼一定要持之以恒。

研究证明,影响骨生长发育的因素很多。经常在阳光下参加体育锻炼,对促进骨的生长极为有利,能增强骨质。不同的锻炼方法,对骨的影响也不同。经常做悬垂和支撑动作,能增强上肢骨承受压力和拉力的能力;经常做上肢锻炼,能使上肢骨粗壮、坚强;对长期进行下肢锻炼的人,则跟骨明显粗壮。体育运动,对儿童和青少年骨骼的生长发育影响是最大的,以跳高运动为例,成年人要经过2~3年,甚至5年的锻炼才能观察到变化,而青少年只要经过1~1.5年的锻炼,就能在X光片上看到变化。

三、运动与体能

体能是人体在肌肉活动中表现出来的能力,体能是人的各器官系统机能在人体运动中的具体体现。它包括身体素质(即人在运动时表现出来的力量、速度、耐力、柔韧等)和身体的基本活动能力(走、跑、跳、投、攀、爬和提举重物等能力)。

由于运动可促进各种器官系统机能的发展,而机能的发展与体能的表现是一致的,因此,在提高体能的过程中,为适应身体运动的需求,身体各器官系统必须强化其功能。如要发展耐力素质,就必须提高心血管系统、呼吸系统以及肌肉系统持久工作的能力。全面发展体能,能促使人体形态和机能的全面协调发展;反之人体形态和机能的全面发展,使人体的肌肉活动能力和其他基本活动能力得以全面提高。体能的提高不仅有助于人们从事各种体育运动,还可加强人们日常生活能力和工作能力。

(第二节)运动与心血管系统

目前整个人类健康运动正面临着战略大转折,从针对第一次卫生革命转到针对非传染性疾病的第二次卫生革命,这个战略转折的重点是人类的心脑血管疾病的防治。人体是一个复杂而又有高度组织的机体,如果把中枢神经系统看作是全身的指挥者,把运动器官(肌肉、骨骼和关系)看作是具体任务的执行者,那么心脏血管系统就可看作是身体的运输线,而心脏则是整个补给中心的供应站。人体的血管遍布全身各处,一方面把血液中的氧和营养物质送到全身各个角落,供给各组织的新陈代谢所需;另一方面又把组织的代谢产物(如二氧化碳和其他废物)带回心脏,然后输送到肺和肾脏排出体外。可见,心血管系统对人体具有很重要的作用。

一、关于心脏

心脏位于胸腔之内偏左,约与自身的拳头大小相当。心脏如同其他组织一样,其活动也需氧气和养料等。它是通过心脏本身的动脉——冠状动脉供给血液来保证自身的营养,如果冠状动脉出现硬化阻塞等则可引发心肌缺血坏死。

人体运动时,由于肌肉的紧张活动,心脏的工作量增加,心肌的血液供应和代谢加强,为适应运动的需要,心肌纤维增粗、心壁增厚,心脏的重量可由一般的300克增加到400~450克,因此运动可使心脏具有更大的收缩力。经常运动还能增大心腔容量,心脏在收缩前由于心腔容量增大,充血量多,使心脏每收缩一次所搏出的血量(每搏输出量)从一般人的60~80毫升增加到150~200毫升,从而使心脏每分钟搏出的血量由安静时的4.5~5.5升增加到40~47升左右。由于运动时全身血液循环加速,从心脏射出的血液量就会比安静时增加4~5倍。心脏功能增强表现为安静时脉搏频率低,一般活动时脉搏频率升高少,活动后脉搏频率恢复到安静时状态比较快。脉搏频率慢,使心脏有足够的时间休息,不易产生疲劳。假如心跳频率由每分钟70多次减少至每分钟60多次,这样心脏一天就大约可以少跳14400次,从而可使心脏多跳上数年甚至上10年。另外体育运动还能使血管在器官的分布数量增加,行程迂曲,分枝吻合丰富,这些变化都是良好的适应性反应,有利于器官的供血和机能的提高。

二、运动与血压

血压是指血液对动脉血管壁的压力。健康成人动脉收缩压为90~130mmHg,舒张压为60~85mmHg,年轻人血管好似一种优质胶管,富有弹性,耐性强,管腔大而通道畅。如病变则管壁变厚,管腔狭窄,使动脉收缩压升高。人体在运动时由于心跳加快,血量增加,收缩压增加,而运动时四肢周围血管扩张,则使血管阻力下降,舒张压下降。经常进行体育锻炼,能改善中枢神经系统对血液循环器官的调节机能,增加动脉血管弹性,减弱小动脉的紧张度,血液的外周阻力减少,可使一般成年人安静时的血压从100~120mmHg/60~80mmHg,降低到85~105mmHg/40~60mmHg。经常运动,还能加快静脉回流,有利于血液循环。

三、运动与血脂

血脂是血浆中的脂类物质总称,通常指的是胆固醇和甘油三脂。当血浆中血脂太高时,脂类物质便逐渐沉积于动脉管壁,如沉积于冠状动脉,则可造成冠状动脉缺血而引起冠心病。如果长期进行有氧运动,有助于降低血脂水平。正常人血清甘油三脂为0.22~1.7mmol/l,如大于1.7mmol/l即为高甘油三脂血症;胆固醇正常范围在2.8~6.0mmol/l,如大于6.0mmol/l则为高胆固醇血症。常吃快餐和油炸食品是引起高血脂的重要因素。

(第三节)运动与体温

一、体温

人体在不断代谢过程中释放的能量,并非都用于身体的基本活动,人体能量的有效利用率约为30%,而其余大部分能量都要转变为热能,这就是体温。体温是身体深部的温度,直肠温度较高,一般为37.47~37.5℃,口腔温度一般又比直肠温度约低0.3~0.5℃,腋窝温度又比口腔温度低0.2~0.4℃,我们习惯上称的体温是指腋窝温度。人们在锻炼时,体内产热增加,体温升高,身体通过体温调节机能,增加散热,保持了体温的相对恒定。

人的正常体温(腋窝温度)平均为36.8℃,体温的变化受年龄、性别、昼夜的影响较大。由于儿童的基础代谢率高,体温也高于成年人,而青年人则略低于成年人;性别不同的人,体温也略有差异,女性的体温略高于男性。女性的基础体温随月经周期发生有规律的波动,排卵日最低,以后逐渐回升,对经期不稳定的女性,通过连续测量体温(每日同一时间段),可判断是否处于排卵期,这样有助于提高受孕率。女子月经周期基础体温变化曲线。

人体的温度在同一天也有变化,一般来说,清晨2~6时体温最低,下午4~6时体温最高,但波动范围不超过1℃。

安静状态时,骨骼肌的产热只占全身总热量的20%左右,在剧烈运动时,骨骼肌的产热达到总产热量的90%,可比安静时高出10~15倍左右,而身体的散热绝大部分通过皮肤散发,皮肤每蒸发1克汗液可散发0.58千卡的热量,在环境温度28~30℃以下时,汗液一经泌出即蒸发,当环境温度升高到28~30℃以上时,人体汗液分泌明显加强,蒸发就成为主要散热的方式。在18~28℃环境中,安静时人体通过各种途径散发热量所占的百分比如下:

散热方式,所占比例。

由皮肤的辐射、对流和传导,约69%

由皮肤和肺的蒸发,约27%

加温吸入气和饮食,约3%

随尿和粪排出,约1%

二、体温调节

体温的相对恒定,是中枢神经系统对产热和散热两过程不断进行的精确调节。神经中枢接受内、外温度感受器传入的冲动,也接受血液温度变化的直接刺激,从而通过神经调节和神经—体液调节途径来改变有关效应器的活动,实现体温的恒定。

调节体温的中枢,分布在中枢神经系统的很多部位,从脊髓到大脑皮质几乎都有与体温调节有关的中枢。

当外界温度降低时,皮肤冷觉感受器受到刺激,传到产热中枢,然后沿运动神经和交感神经系统反射性的引起肌肉紧张,引起肾上腺髓质和皮质以及甲状腺的分泌加强,从而加强肝糖元分解和组织的氧化过程,产生大量的热能来升高体温。当外界温度升高或体内产热过多时,又可使散热中枢兴奋,反射性的引起皮肤血管舒张,泌汗量增加等反应来散热。

产热中枢与散热中枢是相互作用、密切联系的。当产热中枢兴奋时,将通过相互诱导作用使散热中枢受到抑制,于是体温升高;当体温升高后,又转过来刺激散热中枢,而产热中枢则受到抑制,这样体温才得以保持相对的恒定。

三、运动对体温的影响

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