第十章 身体素质的生理学分析.doc

第十章 身体素质的生理学分析 教学目的与要求：1、掌握身体素质训练原则 2、在自身体育锻炼和运动训练指导中运用身体素质训练的方法教学重点：运用身体素质训练方法本章主要阐述力量、速度、耐力、灵敏和柔韧等身体素质的基本概念、生理基础以及发展各项素质的训练方法，为身体素质的发展与提高提供一定的生理学依据。 第一节 力量素质力量是指肌肉紧张或收缩时对抗阻力的能力。在很多运动项目中，力量是取得优异成绩的基础。因为人体的运动几乎都是对抗阻力而产生的，当人体进行跑、跳、投等运动时，身体各部位必须表现出很大的力量。此外，力量素质也是影响和制约其它素质的重要因素，如跑速、游速的快慢与肌肉力量大小密切相关。因此，力量素质是一项十分重要的素质。一、力量素质的生理基础（一）骨骼肌的形态及生理生化特点1肌肉的生理横断面 肌肉的生理横断面是指横切某块肌肉所有肌纤维所得的横断面积。力量训练可以使肌肉的体积增加，横断面增大，这主要是由于肌纤维增粗的结果，而肌纤维增粗的实质是肌肉中蛋白质含量的增加。2肌肉生化成分的适应变化在力量训练过程中，随着肌肉肥大还可以引起一些生物化学方面的变化，如肌红蛋白含量增加，肌肉的贮氧能力得到提高；力量训练还可以增加肌糖元、磷酸肌酸（CP）的含量，提高三磷酸腺苷（ATP）酶、磷酸果糖激酶的活性，为肌肉收缩提供更充足的能源，从而增大肌肉收缩力量。3肌纤维类型 肌纤维按照收缩的特性可分为快肌和慢肌两大类，快肌纤维较慢肌纤维能产生更大的力量。实验证明，骨骼肌中快肌纤维百分比高及其横断面积大的人，其肌肉收缩力量也大，尤以快肌纤维横断面积对力量的影响更大。 （二）神经系统对肌肉的调节能力肌肉力量除与肌肉体积大小有关外，还与神经系统对肌肉的调节机能有密切关系。 1运动中枢的机能状态 力量训练可以使运动中枢的机能得到改善，表现为运动中枢能够产生强而集中的兴奋过程，发放同步的高频率兴奋冲动，以同时募集更多的运动单位参与工作，并使每一个运动单位发生最大的紧张性变化。在一块肌肉中参与活动的运动单位数目愈多，肌肉收缩的力量则愈大。 实验证明，肌肉在最大用力收缩时，缺乏训练或训练水平低的人，只能动员肌肉中60%的肌纤维参与工作，而训练良好的肌肉则可以动员90%的肌纤维同时参与工作，从而表现出更大的力量。表明通过力量训练改善了运动中枢募集运动单位的机能能力。 2肌肉工作的协调能力 力量训练可以改善神经中枢间的协调能力，使支配各肌群的神经中枢能够准确而及时地产生兴奋或抑制过程，并能够适时互相转换，使主动肌、协同肌、对抗肌、支持肌的工作更加协调，从而增大肌肉力量。通过对肌电图的研究表明，训练有素的运动员做动作时，肌肉动作电位集中，表明肌肉收缩与放松高度协调，有利于充分发挥肌肉力量。 二、力量素质的训练 （一）力量训练的原则1超负荷原则：负荷是决定力量发展的关键因素。所谓超负荷是指负荷接近本人平时所能克服的最大阻力或超过以往已适应的负荷。超负荷训练能对肌肉产生较大刺激，使肌肉产生相应的生理学适应，导致肌肉力量增加。如果只用平时所能克服的阻力练习，肌肉力量只能保持在原有水平。因此，采用对抗最大或接近最大阻力的练习，能有效地发展肌肉力量。 2渐增阻力原则：在力量训练过程中，肌肉由于超负荷训练而使其力量增长，但随着力量的增长，应逐渐地增加负荷，以使肌肉经常保持在超负荷的条件下工作，从而有效地发展肌肉力量，直至挖掘出最大的力量潜力。 福克斯（Fox）提出了渐增负荷的适宜方法，以用8RM（RM：表示能重复的最高次数）负荷进行训练为例，当随着力量的增大，8RM的负荷逐渐可以重复8次以上，直至能够重复12次（12RM）时，就应该增加负荷，即采用负荷为8RM，训练到12RM时则开始增加负荷，使这一增加了的负荷又重新成为8RM。但对于训练水平低或力量较弱者，可采用负荷为10RM，训练到15RM的标准；若为发展绝对力量，可以采用负荷为1RM，训练到5RM；静力性练习可负荷为5s，训练到10s等方法。 3专门性原则：力量训练要有针对性，应尽量与专项力量的要求及专项技术结构特点相一致，表现为发展肌肉力量时，不仅要着重发展与运动专项相关肌群的力量，而且要使这些肌群的运动形式与正式动作在结构上极其相似。因为不同的专项练习对身体各肌群参与活动的要求不尽相同，而不同的活动部位、不同的动作结构，对神经系统协调能力、运动单位募集H1：以及局部肌肉代谢的影响都有所不同。因此，力量练习最好与正式练习结合进行。 4合理练习顺序原则：力量训练中应考虑肌群的练习顺序，一般应是先练大肌群，后练小肌群，因为小肌群在负荷中较易发生疲劳，在一定程度上会影响大肌群的工作能力，为了保证大肌群的超负荷训练，大肌群应安排在小肌群疲劳之前练习。福克斯（Fox）提出了一些主要肌群的练习顺序可供参考：（1）大腿和髋部；（2）胸和上臂；（3）背和大腿后面；（4）小腿和踝；（5）肩带和上臂后面；（6）腹部；（7）上臂前面。 此外，在安排训练计划时，注意不要在前后两个相继的练习中使用同一肌群练习，以保证肌肉在每次负荷后有足够的恢复时间。 5系统性原则：力量训练间隔频率的安排，对力量增长的效果有不同的影响。实践证明，训练频率高、力量增长急速者，停止练习后力量消退得也快；而训练频率较低训练时间较长、力量缓慢增长者，停止练习后力量保持时间则相对较长。 通过对训练间隔频率与力量消退之间关系的研究发现：通过20周训练后肌肉力量得到明显增长，以后若停止训练，30周后力量增长水平完全消退；力量增长后若每6周进行一次力量练习，可使力量消退速度大大延缓；若每2周进行一次力量训练，则基本能保持力量增长水平（图14-3G1：）。 （二）几种力量训练的方法1等张练习（动力性力量练习）：等张练习是肌肉以等张收缩H2：形式进行的抗阻力练习，包括抗体重的专门练习如引体向上和抗外部阻力的力量练习如推举杠铃、哑铃等。由于等张力量练习是肌肉收缩与放松交替进行的负重练习，不仅能有效地发展肌肉力量，而且还能改善神经肌肉的协调能力。 等张练习的效果与科学地安排负荷的大小、重复次数、动作速度以及动作的结构特点等因素有关。一般认为，重复次数少而阻力大的练习，能很快地提高肌肉力量；中等负荷强度重复次数较多的练习，能更有效地增大肌肉体积；重复次数多而阻力小的力量练习主要用于发展肌肉耐力。因此，在安排力量训练时，应根据运动项目的特点合理地选择练习内容。 2等长练习（静力性力量练习）：等长练习是肌肉以等长收缩H3：形式进行的抗阻力练习，如手倒立、直角支撑等。其生理效应是使神经细胞持续保持较长时间的兴奋，有助于提高神经细胞的工作能力，能有效地发展肌肉绝对力量和静力耐力。 肌肉做等长力量练习时，既节省时间及能量消耗，又能有效地提高力量，特别是对那些动力性练习中不易锻炼到的肌群和力量较弱的肌群，也能有目的地得到锻炼。但等长练习的不足之处是对动作速度及爆发力有不利影响，同时由于缺乏张弛交替的协调支配，对改善神经肌肉的协调性效果不明显。因此，静力性力量练习应和动力性力量练习结合进行，尤其是儿童少年不宜多采用等长练习。 3等动练习：等动练习是借助于专门的等动练习器进行力量训练的方法。等动练习器的结构是在一个离心制动器上连一条尼龙绳，由于离心制动作用，扯动绳子越快，阻力越大，所以，器械产生的阻力总是和用力大小相适应。在整个练习中，关节运动在各角度上均能受到同等的较大负荷，从而使肌肉在整个练习过程中均能产生较大的张力。 当人体任何一个关节活动时，在它整个关节活动的范围内，肌肉所表现的力量并非始终是均匀一致的。例如，游泳划水动作，在划水动作的前1/3，拉力是29.5kg，中间1/3是22.6kg，后1/3又回升到32.6kg，这说明当两臂通过胸前提肘划水时，因骨杠杆处于不利位置，使不上劲，力量最小。如果采用等张练习来发展力量，则肌肉群在整个运动过程中所受到的阻力只能是恒定的，因而不能使肌群在各关节角度上都受到同等的较大负荷。而用等动练习器进行力量练习时，能在关节活动的整个范围内都给予肌肉最大的负荷，当骨杠杆处于有利位置时，肌肉好使劲，拉动绳子快，此时器械产生的阻力也大；当骨杠杆处于不利位置时，肌肉由于不好使劲、力量小，此时器械产生的阻力也小。目前，在游泳、田径等许多项目中已广泛采用这一练习形式。由于等动练习在关节运动的各个角度均使肌肉达到最大张力，因此，力量增加较明显。实验证明等动练习能收到更好的训练效果。等长、等张、等动练习的优缺点见表14-2G2：。 4离心练习：肌肉产生离心收缩的力量练习称为离心练习。离心练习属于动力性练习形式之一，其特点是肌肉收缩产生张力的同时被拉长，如推举起杠铃后慢慢放下的动作，相关肌群做离心收缩。 研究发现，肌肉离心收缩所产生的最大离心张力比最大向心张力大40%左右，但力量增长的效果与向心练习相似。另外，同样负荷训练后，离心练习引起肌肉酸痛的程度较其他练习方法明显。 5超等长练习：肌肉在离心收缩之后紧接着进行向心收缩的力量练习称为超等长练习。如训练中常用的多级跳、“跳深”（从高处跳下，落地后再向上跳起）等练习，对于发展弹跳力和爆发力等有显著效果。肌肉的离心收缩后紧接着进行向心收缩之所以能产生更大的力量，其原因是由于肌肉弹性体产生的张力变化和肌牵张反射使肌力加强。第二节 速度素质 速度素质是指人体进行快速运动的能力或用最短时间完成某种运动的能力。按其在运动中的表现可以分为反应速度、动作速度和周期性运动的位移速度三种形式。反应速度是指人体对各种刺激发生反应的快慢，如短跑运动员从听到发令到起动的时间；动作速度是指完成单个动作时间的长短，如投掷运动员的器械出手速度；位移速度是指周期性运动中人体通过一定距离的最短时间，如跑速、游速等。一、速度素质的生理基础（一）反应速度 1反应时 反应速度的快慢取决于兴奋通过反射弧所需要的时间即反应时的长短。在构成反射弧的五个环节中，传入神经和传出神经的传导速度基本上是固定的，所以，反应时的长短主要取决于感受器的敏感程度（兴奋阈值的高低）、中枢延搁和效应器（肌组织）的兴奋性。其中，中枢延搁又是最重要的，反射活动愈复杂，历经的突触愈多，反应时愈长。 2中枢神经系统的灵活性与兴奋性 中枢神经系统的机能状态与反应速度有密切关系，良好的兴奋状态及其灵活性，能够加速机体对刺激的反应。实验证明，运动员处于良好的赛前状态时反应时缩短，如果大脑皮层的兴奋性或灵活性降低，反应时将明显延长。 3条件反射的巩固程度 随着运动技能的日益熟练，反应速度加快。研究发现，通过训练，反应速度可以缩短1125。（二）动作速度 1肌纤维类型的百分组成及其面积 肌肉中快肌纤维占优势是速度素质重要的结构基础之一，快肌纤维百分比愈高且快肌纤维愈粗，肌肉收缩速度则愈快。研究证实，优秀短跑运动员腿部肌肉中快肌纤维百分比高，并且快肌纤维出现选择性肥大。 2肌肉力量 肌力越大，越能克服肌肉内部及外部阻力完成更多的工作。因此，凡能影响肌肉力量的因素也必将影响动作速度。 3肌肉组织的兴奋性 肌肉组织兴奋性高时，刺激强度低且作用时间短就能引起肌组织兴奋。 4条件反射的巩固程度 在完成动作过程中，运动技能愈熟练，动作速度也就愈快。此外，动作速度还与神经系统对主动肌、协同肌和对抗肌的调节能力有关，并与肌肉的无氧代谢能力有密切关系。（三）位移速度 以跑为例，周期性运动的位移速度主要取决于步长和步频两个因素及其协调关系，而步长和步频又受多种生物学因素的制约（图14-4）。步长主要取决于肌力的大小、肢体的长度以及髋关节的柔韧性；而步频主要取决于大脑皮层运动中枢的灵活性和各中枢间的协调性以及快肌纤维的百分比及其肥大程度。神经过程的灵活性好，兴奋与抑制转换速度快，是肢体动作迅速交替的前提，各肌群间协调关系的改善，可以减少因对抗肌群紧张而产生的阻力，有利于更好地发挥速度，所以，在周期性运动项目中，肌肉放松能力的改善，也是提高速度的一个重要因素。 此外，速度性练习时间短，主要依靠ATP-CP系统供能，因此，肌肉中CP含量较多是速度素质重要的物质基础。研究发现，通过速度训练，肌肉中CP的贮备量随训练水平的提高而增加。二、速度素质的训练（一）提高动作速率的训练 大脑皮层神经过程的灵活性是实现高频率动作的重要因素。为了改善和提高神经过程的灵活性，可采用变换各种信号让练习者迅速做出反应的练习以及做各种高频率动作的练习，如牵引跑、在活动跑台上跑、顺风跑等借助外力提高动作频率的练习，都可使练习者在不缩短步长的情况下增加步频，以提高神经中枢兴奋与抑制快速转换的能力。（二）发展磷酸原系统供能的能力 速度性练习是强度大、时间短的无氧训练，主要依靠ATP-CP系统提供能量，因此，在发展速度训练中，应着重发展磷酸原系统供能的能力。一般常用的方法是重复训练法，如短跑运动员常采用10s以内的短距离反复疾跑，来发展磷酸原系统供能能力。（三）提高肌肉的放松能力 肌肉的协调放松能力也是速度素质提高的重要因素。肌肉放松能力的提高，不仅可以减少肌肉快速收缩时的阻力，而且有利于ATP的再合成，使肌肉收缩速度和力量增加。有人曾对肌肉放松训练与肌肉力量之间的关系进行研究，发现在力量练习后进行放松练习的实验组与无放松练习的对照组相比，经一段时期的放松训练后，用肌张力计测试表明，实验组肌肉的放松能力明显提高，同时肌肉力量和速度及100m跑成绩均较对照组明显提高（表14-3）。（四）发展腿部力量及关节的柔韧性 对短跑运动员来说，腿部力量对增加步长是十分重要的，除负重训练外，可进行一些超等长练习如连续单腿跳、蛙跳等练习来发展腿部力量。另外，改善关节柔韧性的练习也有利于速度素质的提高。第三节 耐力素质 耐力是人体长时间进行肌肉活动的能力，也可以看作是对抗疲劳的能力。耐力素质的分类及命名十分繁杂，可按运动时的外部表现划分为速度耐力、力量耐力和静力耐力等；按该项工作所涉及的主要器官划分为呼吸循环系统耐力、肌肉耐力及全身耐力等；还可按参加运动时能量供应的特点划分为有氧耐力和无氧耐力；并可按运动的性质划分为一般耐力和专项耐力等等。本节将着重从能量供应的角度介绍有氧耐力和无氧耐力的生理基础以及有氧与无氧耐力训练等问题。一、有氧耐力及其训练（一）有氧耐力的生理基础 有氧耐力是指人体长时间进行有氧工作（依靠糖、脂肪等有氧氧化供能）的能力。氧供充足是实现有氧工作的先决条件，也是制约有氧工作的关键因素。而运动中氧的供应受多种因素制约，将影响有氧耐力提高的有关因素概括如。 1心肺功能：空气中的氧通过呼吸器官的活动吸进肺，并通过物理弥散作用与肺循环毛细血管血液之间进行交换，因此，肺的通气与换气机能是影响人体吸氧能力的因素之一。优秀的耐力专项运动员肺的容积、肺活量均大于非耐力专项运动员和无训练者，肺的通气机能和弥散能力也大于一般人，其肺功能的改善为运动时氧的供给提供了先决条件。 优秀的耐力专项运动员在系统训练的影响下，使心脏的形态与机能出现一系列适应性的变化，主要表现为左心室内腔扩张，心容积增大，安静时心率减慢，每搏输出量增加，表明心脏的泵血机能和工作效率得到提高，以适应长时间持续运动的需要。 2骨骼肌特点：当毛细血管血流经组织细胞时，肌组织从血液中摄取和利用氧的能力与有氧耐力密切相关。肌组织利用氧的能力，一般用氧的利用率（即每100ml动脉血流经组织时组织利用氧的百分率）来衡量。 肌组织利用氧的能力主要与肌纤维类型及其代谢特点有关。实验证明，优秀的耐力专项运动员慢肌纤维百分比高并出现选择性肥大现象，同时还伴有肌红蛋白、线粒体及其氧化酶活性和毛细血管数量增加等方面的适应性变化。 因此，有氧耐力的好坏不仅与心肺功能或氧运输系统有关，而且与氧的利用系统即肌纤维的组成及其有氧代谢能力有密切关系。目前认为，心输出量是决定最大摄氧量（VO2max）H6：的中枢机制，而肌纤维类型的百分组成及其有氧能力是决定VO2max的外周机制。 3神经调节能力：在进行较长时间肌肉活动中，要求神经过程的相对稳定性以及各中枢间的协调性要好，表现为在大量传入冲动作用下不易转入抑制状态，从而能长时间地保持兴奋与抑制有节律地转换。 4能量供应特点：耐力性项目运动持续时间长，强度较小，其能量绝大部分由有氧代谢供给，所以，机体的有氧代谢能力与有氧耐力素质密切相关。系统的耐力训练，可以提高肌肉有氧氧化过程的效率和各种氧化酶的活性以及机体动用脂肪供能的能力。在长时间耐力练习中随着运动时间的延长，脂肪供能的比例逐渐增大。人体动员脂肪供能的能力可以从血浆中自由脂肪酸的含量来判断。二、无氧耐力及其训练（一）无氧耐力的生理基础 无氧耐力是指机体在氧供不足的情况下较长时间进行肌肉活动的能力。在长时间缺氧情况下，体内主要依靠糖无氧酵解提供能量，因此，无氧耐力的高低，主要取决于肌肉内糖无氧酵解供能的能力、缓冲乳酸的能力以及脑细胞对血液pH值变化的耐受力。 1肌肉内无氧酵解供能的能力 肌肉无氧酵解的能力，主要取决于肌糖元的含量及其无氧酵解酶的活性。柯斯蒂尔（Costill）等（1976）发现优秀赛跑运动员腿肌中乳酸脱氢酶活性和磷酸化酶活性短跑运动员最高、中跑居中、长跑最低。表明肌肉无氧酵解能力与无氧耐力素质密切相关。 2缓冲乳酸的能力 肌肉无氧酵解过程产生的乳酸进入血液后，将对血液pH值造成影响。但由于缓冲系统的缓冲作用，使血液的pH值不至于发生太大的变化。机体缓冲乳酸能力的强弱，主要取决于血液中碳酸氢钠的含量及碳酸酐酶的活性。一些研究表明，经常进行无氧耐力训练，可以提高碳酸酐酶的活性，表明血液缓冲乳酸的能力得到加强。 3脑细胞对血液pH值变化的耐受力 尽管机体有缓冲物质，能中和一部分进入血液的乳酸，减弱其强度，但由于进入血液的乳酸量大，血液的pH值还会向酸性方向发展，加上因氧供不足而导致代谢产物的堆积，都将会影响脑细胞的工作能力，促进疲劳的发展。因此，脑细胞对这些不利因素的耐受能力，也是影响无氧耐力的重要因素。经常进行无氧耐力训练的运动员，脑细胞对血液中代谢产物堆积的耐受力得到提高。（二）无氧耐力的训练 1间歇训练 间歇训练是发展无氧耐力最常用的训练方法。作为发展无氧耐力而进行的间歇训练中，要考虑练习强度、练习时间和间歇时间的组合与匹配，要以运动中能产生高浓度的乳酸为依据。因此，练习强度和密度较大，间歇时间较短，练习时间一般应长于30s，以12min为宜。以这种练习强度和时间及间歇时间的组合，能最大限度地动用糖酵解系统供能的能力，从而有效地提高无氧耐力。2缺氧训练 缺氧训练是指在憋气或减少吸气的条件下进行练习的方法，其目的是造成体内缺氧以提高无氧耐力。缺氧训练不仅可以在高原自然环境中进行，而且在平原特定环境条件下模拟高原训练，同样可以获得一定的训练效果，如低压舱（或减压舱）等。第四节 灵敏和柔韧素质一、灵敏素质 灵敏素质是指人体迅速改变体位、转换动作和随机应变的能力。它是多种运动技能和身体素质在运动中的综合表现，是一种较为复杂的素质，尤其在某些需要迅速改变体位的运动项目中显得十分重要。如球类、体操等项目中的急起、急停和快速改变方向等动作，都需要运动员具有良好的灵敏素质。（一）灵敏素质的生理基础 1大脑皮层神经过程的灵活性及其分析综合能力 2各感觉器官的机能 3掌握的运动技能及其它身体素质的水平 此外，灵敏素质还受年龄、性别、体重和疲劳等因素的影响。一般认为，少年时期灵敏素质发展最快；男孩较女孩灵活，尤其在青春期后，男孩的灵敏性更好；体重过重会影响灵敏素质的发展；身体疲劳时，灵敏素质也会显著下