运动生理学发展历史、现状与展望.ppt

运动生理学高级教程 主编：田野 研究生教学用书 指导老师：牛英鹏 教学课件制作者 石建东 河南大体育学院 运动人体科学 此课件仅供学术交流不负有其他法律责任 饮水思源请购买原版教材 第一篇 运动生理学导论 第一章 运动生理学发展历史、现状与展望 主编 田野 第一章运动生理学发展历史、现状与展望 o提要 o运动生理学是研究人体在体育运动影响下身体机 能变化规律的科学，是人体生理学的一个分支。 运动生理学常用的研究手段主要包括实验室运动 模型和运动现场测试；主要的研究领域为体育运 动对人体生理机能的影响，体育锻炼提高人体健 康水平的生理学机制和运动训练提高人体运动成 绩的生理学依据。广泛运用生物学技术、突出运 动实用性特征、加强应用基础研究将是今后运动 生理学的发展方向。 EXERCISE PHYSIOLOGY : ITS HISTORY, DEVELOPMENT ,AND FUTURE oChapter overview o Exercise physiology, a branch of the science of human physiology, studies changes in normal patterns of physiological functions resulting from physical activity. The research methods generally used in exercise physiology are mainly laboratory kinematic models and field-testing. Exercise physiology research focuses on the effect of exercise on the physiological functions of human body ,the physiological mechanisms for improving health through exercise, and the physiological basis for enchancing extensive use of biological techniques and greater emphasis on applied studies and basic research. 运动生理学的分类和概念 o运动生理学可分为体育锻炼运动生理学（ Exercise physiology）和运动训练生 理学（sport physiology）。体育锻炼 运动生理学主要研究人体在从事急性和长 期体育锻炼过程中身体形态和机能变化的 生理学规律，进而提高运动员运动能力的 生理学依据。因此，运动生理学主要研究 人体从事体育锻炼和竞技运动的生理学特 点，以及提高健康水平和运动成绩的生理 学方法。 第一节 运动生理学发展历史 o运动生理学有赖于人体生理学的发展 o 运动生理学最早起源于人体解剖学和人体生理学。在古希 腊时期就有人体形态结构与机能的研究记载，16世纪人们 开始人体形态机能的系统科学研究，而且人体解剖学的研究 先于人体生理学。1543年ANDREAS VESALIUS出版了 历史上第一本人体解剖学教科书，名为人体结构 (STRUCTUREOFHUMANBODY)，虽然这本书主要是 介绍人体各器官的组成等解剖学知识，旦同时解释了许多人 体功能方面的生理学知识，因此，这本教材不仅开始了现代 人体解剖学的研究，而且也标志着现代人体生理学领域的研 究开始。 第一节 运动生理学发展历史 o早期的解剖学由于研究条件和研究设备的限制很 难对于各器官组织进行深入的研究。例如，关于 肌肉方面的研究，主要研究肌肉的形态和体积， 却未能解释肌肉怎样收缩，为什么产生力量。 1660年，丹麦科学家ANTON XAN LEEUWENHOEK 发明了显微镜，人们才观察 到肌肉组织的单个肌纤维的形态。20世纪中叶 ，HUXLEY等提出了肌肉收缩的滑动学说。电 子显微镜的应用，使人们清楚地观察到肌节、Z 线和肌纤维中的粗肌微丝和细肌微丝，同时也可 以证实运动训练可导致肌肉超微结构发生损伤性 变化。 第一节运动生理学发展历史 二.国际运动生理学的发展过程 o运动生理学是们年轻的学科，又是体育科学中发 展较早的学科。19世纪体育运动已在西方国家 广泛开展，但没有运动对人体形态与机能影响的 研究报道。在19世纪中叶以前，人体运动的生 理学特征等问题几乎无人注意。19世纪后期， 有关肌肉活动时的能量供应问题引起了科学家的 关注，1889年法国的FERNAND LAGRANGE出版了第一本运动生理学的教科书 ，书名为人体运动生理学（ PHYSIOLOGY OF BODILY EXERCISE） ,可视为运动生理学的研究起源。 第一节运动生理学发展历史 o哈弗疲劳实验实（HARVARD FATIGUE LABORATORY,HFL）是 世界上第一个专门从事运动生理学研究的 实验室，由世界著名的化学专家 LAWRENCE J. HENDERSON 1927 年创建，在现代运动生理学的研究发展过 程中起到了至关重要的作用。 HENDERSON 早期就意识到人体运动 过程中生理机能变化特点的重要性，特别 是环境因素（热环境、高原环境）对人体 运动能力的影响。 第一节运动生理学发展历史 oHENDERSON 动仪，委托斯坦福大学的年轻 化学专家DABID BRUCE DILL 作为实验室主 任领导实验室的工作。在经历了20年的研究后 ，由于第二次世界大战爆发，需要重新组建军事 实验室，哈弗疲劳实验室关闭。在这期间，哈弗 疲劳实验室培养了来自15个国家的学者，这些 学者回到各自国家后又相继建成了自己国家的运 动生理学实验室，成为20世纪50-60年代世 界运动生理学的领头人物和著名学者，为世界运 动生理学的发展作出了重要贡献。 第一节运动生理学发展历史 o哈弗疲劳实验室主要进行了以下几个领域的研究 : o耐力性运动（如长跑）的人体生理学特征； o高原环境下人体运动过程中的生理学特征； o运动过程中的气体分析，最大摄氧量的测定; o不同年龄的最大心率和最大摄氧量变化特征。 第一节运动生理学发展历史 o斯堪的纳维亚在运动生理学的发展过程中也起到 了重要作用，20世纪30年代在哈弗疲劳试验实 从事研究的三名丹麦生理学者Erik Hohwu- Chreitensen,ErlingAsmussen ,Marirs Nielsen 回到斯堪的纳维亚后，他们分别开辟 了各自的研究领域。Asmussen ,Marirs Nielsen 成为哥本哈根大学的教授。 Asmussen 从事肌肉收缩生物力学特征的研究 ，Nielsen 重点研究运动过程的身体温度控制 。 第一节运动生理学发展历史 o1941年Erik Hohwu-Chreitensen 到斯德哥尔摩，成为体育学院的第一位生 理学教授。30年代他和Ole Hansen 发 表了一系列有关运动过程中碳水化合物和 脂肪代谢方面的文章，被认为是首次、也 是最重要的运动营养学方面的研究成果， 至今仍然被许多研究所引用。特别应该提 到是Erik Hohwu-Chreitensen 将 Per-Olof Astrand 引入到运动生理学 研究领域，后者在现代运动生理学的发展 中起到了至关重要的作用。 第一节运动生理学发展历史 oPer-Olof Astrand 在50-60 年代做 了大量运动生理学方面的研究工作，培养 了像Bengt Saltin 等一大批高水平运动 生理学人才，在国际运动生理学界享有声 誉，Per-Olof Astrand曾多次到我国 讲学，他的运动生理学专著被翻译成中文 作为研究生教材，受到国内同行的好评。 第一节运动生理学发展历史 o Mosso 是最早从事运动性疲劳研究的学者，他 采用自己设计的简单的拉力器，测定受试者肌肉 收缩过程中拉力曲线的变化，研究发现随着收缩 次数的增加和收缩时间的延长，肌肉收缩幅度逐 渐减小，收缩曲线逐渐平滑。当机体接受适宜的 兴奋性刺激后，肌肉的收缩能力增强，推迟肌肉 疲劳的出现。据此，他提出了肌肉疲劳的中枢学 说。 o 第一节运动生理学发展历史 o20世纪以来，一批有影响的人物在运动 生理学发展过程中起到了至关重要的作用 ，他们是英国的Hill（诺贝尔奖获得者） ，苏联的克列斯托夫柯哺，日本的吉田章 信和美国的Mckenzie,瑞典的Astrand 、Saltin , 芬兰的Komi,美国的Costill 、Gollnick 、 Armstrong ,加拿大的 Green, 日本的猪伺道夫，苏联的雅可哺 列夫等。 第一节运动生理学发展历史 三.中国运动生理学的发展 o我国运动生理学研究虽起步晚，但发展速度较快。1940年 我国著名生理学家蔡翘编著的首部运动生理学问世，1954 年北京体育学院首次招收运动生理学研究生，成为最早培养 运动生理学师资和科研人员的基地，1958年成立国家体委 科学研究所，运动生理学成为重要的研究领域，同时各体育 学院也相续成立运动生理学教研室，至此，我国的运动生理 学研究有了蓬勃的发展。20世纪70年代末，我国自己开始 招收并培养运动生理学硕士研究生，1987年我国首次招收 运动生理学博士学位研究生，也是我国体育科学首次招收博 士研究生的专业。 第一节运动生理学发展历史 o目前，各省市都成立了体育科学研究所， 运动生理学是各科所重要的研究领域，运 动生理学专业技术人才在优秀运动员科技 攻关和服务、全民健身理论与方法研究中 均发挥重要作用，并已经取得显著效果。 第一节运动生理学发展历史 o我国运动生理学有影响的人物应首推王义 润教授，她作为我国运动生理学界的创始 人指导并培养了一大批高水平运动生理学 专业人才，是我国首位运动生理学博士研 究生、也是我国首位体育学博士研究生导 师，为我国运动生理学的发展做出了突出 贡献。陈家奇教授作为我国运动生理学界 德高望重的专家，长期从事运动生理学教 学、研究工作，特别是在运动与气体代谢 方面取得了显著的成果。 第二节运动生理学研究方法 o运动生理学常用的研究方法主要包括实验室运动 模型和运动现场直接测试。前者包括运动跑台、 不同功率的自行车、测功计和台阶；后者包括运 动现场的遥测心率、遥测肌电图、遥测气体分析 和运动现场取样的血乳酸测定等。 o研究手段包括整体水平的无损伤分析，如运动对 心血管功能的影响；有损伤 的血液指标测定和 组织活检测定，如血液尿素氮测定、肌纤维类型 分析等。 第二节运动生理学研究方法 o除了运动生理学自身特有的研究手段和方 法外，运动生理学研究工作者还大量借鉴 和引入相关学科的研究方法，使运动生理 学研究领域不断拓宽，研究内容不断丰富 。今年来，对运动生理学研究影响较大的 研究手段主要是分子生物学、生物物理学 和计算机技术等。 第二节运动生理学研究方法 o20世纪90年代以后，分子生物学研究技 术广泛地应用于运动生理学，包括核酸分 子探针的标记、核酸分子杂交、基因克隆 等，其中应用较普遍的为多聚酶链式反应 （polymerase chain reaction,PCR)技 术。人们通过分子生物学方法可以确定运 动员所特有的基因序列，预测运动员的“ 先天素质”，以大大减少运动员的淘汰率 。 第二节运动生理学研究方法 电子自旋（ electronspineresonance,ESR也称电 子顺磁共振（EPR），可利用具有单电 子的物质在静磁场作用下吸收电磁波的 能量而完成电子在能级间跃迁的这种特 性，对上述顺磁性物质进行检测与分析 。此技术的检测对象为具有单电子的特 殊化合物，在体育科学研究中最常见的 测试指标为氧自由基。 第二节运动生理学研究方法 o核磁共振技术包括核磁共振成（ magnetic resonance imaging,MRI)、 核磁共振光谱学（magnetic resonancspectroscopy,MRS）。MRI 显示解剖结构清晰而逼真，因而可以对骨 骼肌横断面积、骨骼肌体积、心脏形态学 （如 壁厚、长短轴等）等进行精确测量。 第二节运动生理学研究方法 oMIRS可以测定活体静息态、运动过程中 、疲劳态以及恢复过程中肌肉内无机磷（ Pi）、PH、ATP、ADP、磷酸盐等指标， 从而成为研究肌肉能量代谢的有力工具。 利用MRS对肌肉代谢的分析，已经发展了 多种无创研究肌肉纤维类型分布的光谱学 方法，并观察人体在运动恢复期的糖原再 合成和血浆脂蛋白亚成分的变化。 第二节运动生理学研究方法 o计算机技术的迅速发展使它已成为运动生 理学研究工作者的有力助手，在运动生理 学研究中的应用主要有图像分析、互联网 技术等。计算机硬软件的发展，使图像处 理技术得到了长足的发展，研究者可以通 过电子扫描将原始信号输入计算机，然后 由相应的图像处理软件进行识别和处理， 使生物学图像的处理更加精确和方便。 第二节运动生理学研究方法 o互联网技术大大扩大了运动生物学工作者 的信息来源，目前运动生理学研究工作者 几乎没有不通过互联网获取运动生理学研 究资料的，拥有亿万用户的因特网以信息 查询、电子刊物、专题讨论（usenet)和 电子会议等形式为力学者们提供一个崭新 的信息交流环境，而且我国的运动生理学 工作者已经开始利用网络技术与国内外同 行及时交流信息，掌握最新的研究动态。 第三节运动生理学学术组织和信息来源 一.运动生理学学术期刊 o中国学术期刊 o中国应用生理学杂志 o中国运动医学杂志 o体育科学 o北京体育大学学报 第三节运动生理学学术组织和信息来源 o国外学术期刊 oInternational Journal of Sports Medicine oEuropean Journal of occupational and Applied Physiology oMedicine and Science in Sports and Exercise oSports Medicine oJournal of Applied Physiology oBritish Journal of Sports Medicine oThe American Journal of Sports Medicine oThe Physician and Sports Medicine oInternational Journal of Sport Nutrition 第三节运动生理学学术组织和信息来源 二.运动生理学学术组织 o国际运动医学联合会(International Federation of Sports Medicine,FIMS) o美国运动医学学会(American College of Sports Medicine,ACSM) o亚洲运动医学联合会(Asian Federation of Sports Medicine,AFSM) o中国体育科学学会运动医学专业委员会 第三节运动生理学学术组织和信息来源 三.重要的运动生理学学术会议 o奥运会前体育科学大会 o世界体育科学大会 o国际运动医学学术会议 o亚洲运动医学学术会议 o亚运会科学学术会议 o美国运动医学年会 o中国体育科学大会 o中国运动医学学术会议 第四节运动生理学研究领域 o一、体育运动对人体生理机能的影响 o体育运动对机体能产生良好的影响，大量的研究证实，运动 可以增加肌肉体积和肌肉力量，有训练的运动员肌肉力量明 显高于一般人，优秀男子健美运动员肌肉发达，充分显示了 人体形态的阳刚之气。 o正常参加体育锻炼的人肺通气量、肺容量显著高于不锻炼者 ，不仅最大摄氧量绝对值和相对值大，而且在运动过程中动 用最大摄氧量的能力强，最大摄氧量的利用率高，可以保证 机体长时间从事运动，并在比赛中创造优异成绩。 o体育锻炼可以提高心血管功能，虽然早期发现运动员出现心 动徐缓、心脏体积增大现象，而被误认为病理性变化，但随 后证实这种心脏形态、机能性改变为生理性适应变化，运动 可以增加血液中高密度脂蛋白含量，降低低密度脂蛋白含量 而降低血粘度，预防心血管疾病的发生。 第四节运动生理学研究领域 o二、体育锻炼提高人体健康水平的生理学机制研究 o 体育锻炼可以提高人体的健康水平已经被大量研究所证 实，运动生理学研究进一步揭示体育锻炼提高身体健康的生 理学基础，以便为科学地从事体育锻炼提供理论依据。 o 运动与免疫学机能是近年来运动生理学十分活跃的研究 领域，其研究的内容主要包括运动员安静状态下的免疫机能 、大运动量训练后的免疫学机能变化和体育锻炼对机体免疫 学功能的影响等方面。事实上，运动对人体免疫功能的影响 是非常复杂的，这种复杂性不仅表现在免疫学功能本身受众 多因素的影响，更在于运动本身的多样性和复杂性。 o 第四节运动生理学研究领域 o运动已成为控制体重的最重要因素，体力活动通过增加热能 消耗对能量代谢产生积极影响，限制能量摄入与有氧运动结 合，是最佳减肥方案。长时间的耐力运动可减少改变脂肪组 织沉积，而抗阻力练习加有氧运动有助于廋体重和静息代谢 率的提高。运动可以通过中枢调定点机制和神经内分泌机制 ，发挥控制体重的作用。 o 此外，运动预防骨质疏松、运动提高心肺功能、运动与衰 老等方面的研究也取得明显成果。 第四节运动生理学研究领域 o三.运动训练提高人体运动成绩的生理学依据 o随着现代竞技运动水平的提高，运动生理学在提 高人体运动成绩方面发挥着越来越重要的作用， 这主要表现在运动训练的生理学评定等方面。 o运动生理学评定已经成为我国运动生理学研究的 重要特色，在运动员的训练过程中，通过心率、 肺功能、血红蛋白等生理学指标科学地评价运动 员的身体机能，诊断运动性疲劳、促进运动能力 恢复，以便提高训练效果，为运动实践服务。 第四节运动生理学研究领域 o最大摄氧量被认为是影响耐力运动员运动成绩的 最重要因素之一，20世纪80年代，学者们在最 大摄氧量的直接和间接测定方法、影响最大摄氧 量的生理学因素、最大摄氧量在训练中的应用等 方面进行了卓有成效的工作，同时采用相关的无 氧阈、通气阈和个体乳酸阈等指标用于耐力训练 ，使训练科学化水平不断提高。 第四节运动生理学研究领域 o高原训练能否提高运动成绩是国际上一直 争论的问题，生理学研究表明，高原训练 环境可以刺激机体产生抗缺氧生理反应， 有利于提高运动员的血红蛋白含量和心血 管系统功能，提高人体运动时氧的利用率 和肌肉的耐酸能力，这为指导运动员科学 地从事高原训练提供了理论依据。 第四节运动生理学研究领域 o运动生理学工作者在运动延迟性肌肉酸痛 和运动性肌肉微损伤、骨骼肌肉纤维类型 与运动训练、运动性心脏肥大与心血管机 能适应、运动应急与免疫机能反应、无氧 耐力和有氧耐力的生理学基础、运动与内 分泌机能等也做了大量工作。 第五节 运动生理学研究热点 一.运动性疲劳机制与身体机能恢复 o运用高新技术探讨运动性疲劳产生机制仍然是今 后运动生理学的重点研究领域。研究者将继续从 整体、器官、细胞和分子水平探讨不同运动项目 的疲劳机制和疲劳特征；中枢疲劳研究在新世纪 将会有新的进展，神经分子生物学的应用将揭开 中枢疲劳的“黑箱”秘密。对兴奋剂的严厉处罚将 会使人们更加重视消除疲劳和加速身体机能恢复 的生理学研究。根据不同项目疲劳产生原因，有 针对性地采用生理学手段消除运动性疲劳的研究 将会大有作为。 第五节 运动生理学研究热点 二.身体机能评定 o 在采用生物技术深入研究疲劳机制的同 时，评定身体机能状态的指标将更趋向于 简单实用。血液指标仍然是评定身体机能 的重要参数；唾液、尿液等无创伤性方法 是评定身体机能的发展方向；遥测技术以 及数字化技术将会使身体机能评定更加简 单、科学和准确。 第五节 运动生理学研究热点 三.骨骼肌机能 o骨骼肌运动能力及代谢特征是运动生理学 研究起源，20世纪后期更进一步证明骨 骼肌在提高运动成绩中起着举足轻重的作 用。在新世纪，肌肉力量训练的内分泌调 节、核磁共振无损伤测定肌肉代谢、骨骼 肌微损伤及适应、运动过程中肌细胞的血 液供应等仍然是运动生理学的研究热点。 第五节 运动生理学研究热点 四.运动科学选材 o20世纪50年代DNA双螺旋结构模型的发 现使生命科学发生了根本变化，也为运动 科学选材提供了新的思路，DNA技术的 引入将极大地推动这一领域的研究向前发 展，优秀运动员特异的DNA片段将成为 21世纪运动选材的重要依据。 第五节 运动生理学研究热点 五.体育健身理论与方法 o新世纪，人们更加注重生活质量，体育锻 炼将成为提高大众健康水平的重要手段， 因此，运动与免疫机能、运动与衰老、运 动与身体成分、运动与心血管疾病、糖尿 病等慢性疾病的研究将在运动生理研究中 占有重要位置。 第六节 运动生理学研究进展 一、广泛应用生物技术 o 生命科学将成为21世纪科技革命的中 心，生物技术亦被公认为是21世纪的技 术。运动生理学在新世纪将广泛地应用于 生物技术，从生物大分子、生物膜和信息 传递等方面研究体育运动对人体生理机能 的影响。 第六节 运动生理学研究进展 二、运动生理学应突出“运动”特征 o运动生理学是一门应用学科，因此，只有突出运 动性特征，其研究成果才有生命力。20世纪后 期，运动生理学研究在提高运动成绩和增进人民 健康水平方面做了大量工作，在今后相当一段长 的时间内，运动生理学要更加突出应用性研究特 征。运动性疲劳与身体恢复、数字化技术评定运 动员身体机能等研究成果在竞技体育方面将大有 作为；运动与免疫机能、运动与衰老、运动与身 体成分、运动与心血管疾病、糖尿病等慢性疾病 的研究将在大众健康研究中占有重要位置。 第六节 运动生理学研究进展 三、应用基础研究重点突破 o 应用基础研究是运动生理学研究应用于体育 运动实践的先导与源泉，作为运动生理学工作者 要继续加强应用基础研究的创新探索优秀运动员 特异的DNA片段与选材、肌肉力量训练的内分 泌调节、核磁共振无损伤测定肌肉代谢、骨骼肌 微损伤及适应、运动过程中肌细胞的血液供应等 ，使研究成果及可以解决体育运动中的实际问题 ，并极大地推动运动生理学的学科发展。 第六节 运动生理学研究进展 四、加强中国特色的运动生理学研究 o我们要充分利用具有中国特色的中医药学