运动对机体的影响.ppt

第三章运动对机体的影响 赣医三附院骨科胡超华 学习目的 了解和掌握运动对人体各系统功能产生影响的基本原理和规律掌握科学的运动方式 充分利用运动刺激对机体的良好影响 尽量减少对机体的不良影响 运动是生命的标志 不仅表现为物体的物理性位移 而且也表现为生物体内部结构的动态变化 它是人类最常见的生理性刺激 对多个系统和器官的功能具有明显的调节作用 第一节运动对骨骼 关节软骨 肌肉的影响 一 运动对骨骼的影响 一 骨的结构和基础生理 骨的主要构造 骨膜 骨质 骨髓骨的发生和生长发育 增粗 加长 二 运动对骨的影响和作用 运动对骨形态的影响运动对儿童骨骼生长发育的影响运动对骨折康复的影响运动对骨质疏松的影响 骨关节 Wolf氏定律 骨骼的密度和形态取决于施加在骨上的力 骨骼 肌肉系统 制动 骨质疏松 骨骼的凸起部位都是受力部位骨骼应力降低 导致骨质疏松骨密度越高的骨骼 制动后骨质疏散越明 跟骨 脊柱骨质疏松的后果 疼痛 微小系列骨折 血钙代谢异常及后遗症 骨骼 肌肉系统 骨骼 肌肉系统 骨骼 肌肉系统 骨骼 肌肉系统 骨骼 肌肉系统 骨骼 肌肉系统 中国首位航天员杨利伟 骨骼 肌肉系统 运动对骨代谢的影响 我国健康人群尺骨骨密度值变化 根据刘忠厚1998年资料制作 骨量变化6个时期 1 骨量增长期从出生至20岁 该期男性增长速度快于女性 年均增长率分别为2 2 和1 9 2 骨量缓慢增长期从20 30岁 年增长率为0 5 1 3 骨量峰值相对稳定期从30 40岁 骨密度处于一生的峰值期 女性骨峰值低于男性 4 骨量丢失前期女性从40 49岁 男性从40 64岁 女性年丢失率为0 4 0 6 男性0 3 0 5 5 骨量快速丢失期主要见于绝经后女性 绝经后1 10年 骨量丢失速率明显加快 年丢失率为1 5 2 5 男性不存在快速骨丢失期 6 骨量缓慢丢失期65岁以后 骨量年丢失率约为0 5 1 另外 部分学者观察到80岁以后的女性骨量呈现一缓慢回升的趋势 其原因尚不清楚 运动因素运动方式 运动种类 运动时间等都对骨量产生不同影响 研究认为 运动对骨量的影响主要有机械负荷对骨的直接刺激作用和肌肉收缩对骨骼的拉力 挤压力和剪切力的间接刺激作用 另外还有运动使营养及钙摄入量增加 日光照射使体内维生素D浓度增高等因素 因此 适宜运动配以合理营养可能是提高骨质量的最佳途径 运动训练或体育锻炼对骨密度 bonemineraldensity BMD 的影响 1 力量性运动项目的骨密度最高 耐力性运动项目的骨密度最低 男女运动员呈现同类变化2 耐力性项目运动员的骨密度低于正常人 最大摄氧量与BMD呈负相关关系 3 肌力与骨密度密切相关 出现这种现象的原因 对于女运动员可能是过量的耐力运动 通过下丘脑 垂体 性腺轴间接地抑制卵巢产生和释放雌激素 从而降低血液中雌激素浓度 使骨代谢过程的骨吸收大于骨形成 导致骨密度下降 同样 过量的耐力运动也能使男性下丘脑 垂体 性腺轴功能受到干扰 导致血睾浓度和精子数量下降 雄激素水平低下或缺乏可引起成骨细胞和破骨细胞活性平衡失调 使骨吸收大于骨形成 从而导致骨密度下降 骨钙代谢 骨钙负平衡在卧床早期即可发生 尿钙分泌在制动7周时达到高峰 骨钙降低与制动程度有关 完全性脊髓损伤6个月的患者跟骨密度降低67 而健康人卧床同样时间仅降低1 5 年轻者的骨质丢失更为明显 骨骼 肌肉系统 二 运动对关节软骨的影响 关节软骨的营养运动对关节软骨的影响 运动对关节代谢的影响 关节骨的代谢主要依赖于日常活动时的加压和牵伸 站立位的重力使关节骨受压 肌腱的作用在于牵伸 以上两力直接影响关节骨的形态和密度 关节功能障碍 制动造成关节功能障碍肌纤维纵向挛缩关节内粘连关节囊挛缩关节软骨退行性变 骨骼 肌肉系统 关节挛缩1 制动可导致关节周围的软组织 韧带和关节囊的病变 使关节活动范围严重受限 产生关节挛缩 2 下肢骨关节挛缩的典型改变是髋关节和膝关节的屈曲畸形 踝关节跖屈畸形 3 上肢骨关节挛缩的典型改变是指间关节 肘关节和腕关节屈曲畸形 肩关节内旋畸形 关节退行性变1 主要与骨承重应力改变而引起的关节囊挛缩 关节软骨面受压 关节软骨含水量下降 透明质酸盐和硫酸软骨素减少等一系列改变有关 2 由于关节周围韧带的刚度降低 强度下降 能量吸收减少 韧带附着点处变得脆弱 易于发生韧带断裂 三 运动对肌肉的影响 肌肉的解剖结构 基础生理肌肉与运动的关系运动对肌肉的影响 人类骨骼肌纤维的类型 早在1673年Loranzini发现动物骨骼肌的颜色有的较红 有的较白 并且肌肉的色泽与运动能力有着密切的关系 1883年 仑威尔进一步用电刺激肌肉的方法发现红色肌纤维收缩速度慢 不易疲劳 白色肌纤维收缩速度快 易疲劳 1962年 瑞典生理学家Bergstrom创建了肌组织针刺活检技术 使直接进行人类肌纤维类型的研究成为可能 运动对肌纤维的影响 人类肌纤维分为两种类型 一是收缩速度较慢的 称慢肌 ST 或I型肌 二是收缩速度快的 称为快肌 FT 或II型肌 肌纤维类型的检测 快肌中包括三种亚型 快A 快B和快C快B是典型的快肌纤维快A在收缩速度方面同快肌 但代谢特征兼有快肌和慢肌特征快C为过渡性纤维 具有未完全分化特征 其数量较少 形态特征 1 快肌纤维 直径较粗 呈苍白色 线粒体容积密度小 肌质网发达 接受脊髓前角大运动神经元支配 神经元所支配的肌纤维数量多 2 慢肌纤维 直径较细 呈红色 线粒体容积密度大 毛细血管网发达 支配慢肌纤维脊髓前角小运动神经元 一个运动神经元所支配的肌纤维数量少 代谢特征 1 快肌纤维无氧氧化能力较高表现为快肌纤维中参与无氧氧化过程的酶活性较慢肌纤维高 糖酵解的底物肌糖原含量也较慢肌高 2 慢肌纤维有氧氧化能力较高表现为线粒体数量多 体积大 容积密度高 氧化酶活性较快肌纤维高 慢肌纤维毛细血管丰富 肌红蛋白含量较高 都使其有氧氧化能力高于快肌纤维 生理特性 1 收缩速度快肌纤维收缩速度快于慢肌 2 收缩力量快肌纤维收缩时产生的力量大于慢肌纤维 3 抗疲劳能力慢肌纤维抗疲劳能力比快肌强 人的快肌纤维的百分组成与收缩速度 A 和最大力量 B 的关系 人的快肌纤维的百分组成与易疲劳性的关系 两类肌纤维最大收缩速度对比 不同类型肌纤维的分布 人类同一块肌肉中既有快肌纤维 又有慢肌纤维 不同肌纤维在同一块肌肉中所占的数量百分比 称肌纤维类型的百分组成 肌纤维的组成还受肌肉的功能特征 人的性别 年龄以及遗传等因素影响功能上 以维持身体姿势或紧张性工作为主的肌肉中 慢肌百分组成较高以快速位相性工作为主的肌肉 其中快肌的百分组成较高 肌纤维类型与运动能力 从两类肌纤维的形态 机能和代谢特征看 两类肌纤维的百分组成与某些基本素质具有密切关系 对优秀运动员肌纤维百分组成的调查表明 肌纤维类型的配布和专项运动能力高度相关 并认为 这是影响乃至决定运动员专项成绩的重要条件 符合专项要求的肌纤维配布只是取得良好成绩的诸多因素中的一个因素 而不是唯一因素 快肌百分组成与速度 爆发力素质有关慢肌百分组成与一般耐力和力量耐力有关 马拉松 长跑运动员 短跑运动员 竞走运动员 800米跑运动员 举重运动员 越野滑雪 自行车运动员 无训练者 1009080706050403020100 0102030405060708090100 慢肌纤维百分比 快肌纤维百分比 优秀运动员肌纤维构成 训练能否引起两类肌纤维互变 两种观点 早期研究者认为 肌纤维的百分比组成是由遗传决定而不能随训练互变 但近年来的研究证明 肌纤维类型可随专项训练而产生适应性变化 运动时两类肌纤维的募集 许多运动中 快肌纤维和慢肌纤维两者都可动用在强度低的耐力性运动中 优先动用慢肌在大强度运动中 优先动用快肌 低强度运动显著消耗 型纤维内的糖原 而对 型纤维内的糖原影响甚微 高强度的运动消耗 型和 型纤维内的糖原 尤以后者更为明显 50 训练对肌纤维代谢能力的影响 实验证明 耐力训练可使慢肌纤维中线粒体数目增多 体积增大 有氧氧化酶的活性提高 从而提高慢肌纤维的有氧氧化能力 研究认为 耐力训练可使快肌纤维中琥珀酸脱氢酶的活性提高 运动对骨骼肌的影响 力量训练大力量和少重复次数的训练可增加肌肉力量肌肉变得更强壮 体积增大肌肉横截面积增加耐力训练结果是肌肉产生适应性变化主要是肌肉能量供应的改变 爆发力训练 又称无氧训练 持续数秒至2分钟的高强度训练主要依赖于无氧代谢途径供能 52 不同运动形式对骨骼肌代谢和功能的影响 骨折后 骨折固定期 肌肉等长收缩运动和未制动关节的运动 骨折固定拆除后 运动锻炼是最主要的措施 包括肌力训练 关节活动训练 全身活动能力训练 临床举例 骨折的早期康复 肱骨近段骨折固定术后立即开始运动治疗组与制动三周以后开始运动组术后1年时两组患者患侧肩关节功能障碍的比例分别是42 8 和72 5 2年时功能障碍比例分别为43 2 和59 5 早期运动治疗可以加速功能的恢复 尤其在术后一年内功能改善更加明显 临床举例 骨折的早期康复 股骨囊内骨折经患肢站立和行走训练为主的早期运动治疗 FIM评分 疼痛分级和髋关节评分接受积极治疗的13位患者中有12位能独立行走 而对照组无一例患者恢复行走功能JonesGR JAgingandPhysActivity2006 14 439 55 临床举例 骨折康复实例 周士枋教授 78岁2007年5月20日跌倒股骨粗隆间骨折 临床实例 5月23日手术术后一直低热 卧床 临床实例 5月27日 床边坐 临床实例 6月1日开始下地床边站立 临床实例 6月2号室内无负重行走 5米 临床实例 运动恢复过程 6月3号行走至病房大厅 约20米 6月4号继续行走 低热消退 6月5号 7号 患肢部分承重 20 30 步行40 50米9月1号恢复查房和专家门诊 临床实例 制动与运动的对立与统一 制动与运动是对立统一的矛盾体两者都是临床和康复医疗必要的手段 过分强调任何一方都会导致临床问题 合理处理两者关系是临床和康复治疗的艺术体现 高水平的医疗不仅是技术的表现 而且是艺术的体现 是具有创造性的艺术 谢谢 肌肉改变的可逆性 康复训练可部分逆转制动作用恢复肌力的肌肉质量所需的时间以及超微结构的改变是否能完全恢复 骨骼 肌肉系统 第二节运动对心血管系统的影响 血液循环 一 心血管系统的基础生理 心脏的结构心动周期的概念血管的基础生理 68 心动周期心动周期 心房或心室每收缩和舒张一次 时程 T 1 f 60s 75 0 8s特点 心房收缩期约为0 1秒 舒张期约为0 7秒 心室收缩期约为0 35秒 舒张期约为0 45秒 舒张期时间 收缩期时间 心率快慢主要影响舒张期 二 心脏泵血功能的评价 心排血量的测量方法博出量和射血分数 70 概念 每分钟左心室射入主动脉的血量 影响因素 1 心率和每搏输出量2 心肌收缩力3 静脉回流量 心输出量 三 运动对心血管系统的影响 心排血量的增加各个器官血液重新分配窦性心动徐缓运动性心脏增大增加心脏冠状动脉侧支循环 肌肉运动时循环系统的适应性变化就是提高心输出量以增加血流供应 运动时心输出量的增加与运动量或耗氧量成正比 一次运动时血液循环功能的变化 一 肌肉运动时心输出量的变化 73 运动开始 心输出量就急剧增加 通常一分钟达到高峰 并维持在该水平 运动时心输出量的增加与运动量或耗氧量成正比 运动时 由于肌肉的节律性舒缩和呼吸运动加强 回心血量大大增加 这是增加心输出量的保证 另外 运动时交感缩血管中枢兴奋 使容量血管收缩 体循环平均充盈压升高 也有利于增加静脉回流 二 肌肉运动时各器官血液量的变化 运动时各器官的血流量将进行重新分配 其结果是使心脏和进行运动的肌肉的血流量明显增加 不参与运动的骨骼肌及内脏的血流量减少 皮肤血管舒张 血流增加 以增加皮肤散热 长期运动训练对心血管系统的良性影响 窦性心动徐缓 运动训练 特别是耐力训练可使安静时心率减慢 某些优秀的耐力运动员安静时心率可低至40 60次 分 这种现象称为窦性心动徐缓 一般认为 运动员的窦性心动徐缓是经过长期训练后心功能改善的良好反应 运动性心脏增大 研究发现 运动训练可使心脏增大 运动性心脏增大是对长时间运动负荷的良好适应 近年来超声心动图的研究结果表明 运动性心脏增大对不同性质的动训练具有专一性 以静力及力量性运动为主的投掷 摔跤和举重运动员心脏的运动性增大是以心肌增厚为主 而游冰 长跑等耐力性运动员的心脏增大却以心室腔增大为主 心血管机能改善 有训练者在进行定量工作时 心血管机能动员快 潜力大 恢复快 运动开始后 能迅速动员心血管系统功能 以适应运动活动的需要 进行最大强度运动时 在神经和体液的调节下可发挥心血管系统的最大机能潜力 充分动员心力贮备 运动后恢复期短 也就是说运动时机能变化很大 但运动一停止就能很快恢复到安静时水平 在安静和运动时均表现出能量的 节省化 78 安静时一般人 50OOml min 71ml 次x70次 min运动员 50OOml min lOOml次x5O次 min最大运动时一般人 220OOml min 113ml次xl95次 min运动员 350OOml min l79ml次xl95次 min运动训练不仅使心脏在形态和机能上产生良好适应 而且也可使调节机能得到改善 有训练者在进行定量工作时 心血管机能动员快 潜力大 恢复快 测定心率在运动实践中的意义 基础心率是指清晨起床前静卧时的心率 评定心脏功能及身体机能状况控制运动强度 在耐力训练中 使用心率控制运动强度最为普遍 常用的公式为 最大心率 运动前安静心率 2 运动前心率 所测定的心率可为教学 训练及健身锻炼提供生理学依据 成年人健身跑可用170减去年龄所得的心率数值来控制运动强度 测定血压在运动实践中的意义 清晨卧床时血压和一般安静时血压较为稳定 测定清晨卧床血压和一般安静时血压对训练程度和运动疲劳的判定有重要参考价值 运动训练时 可根据血压变化了解心血管机能对运动负荷的适应情况 第三节运动对呼吸系统的影响 一 呼吸运动 平静呼吸用力呼吸呼吸形式 二 肺通气功能 解剖无效腔肺泡无效腔 84 肺通气量概念 单位时间内吸入 或呼出 的气量 肺通气量 潮气量 呼吸频率安静时 6 8L 剧烈运动时 80 15OL或更多 180 200L 肺泡通气量概念 每分钟吸入肺泡的实际能与血液进行气体交换的有效通气量 肺泡通气量 呼吸深度 生理无效腔 呼吸频率 85 深慢的呼吸与浅快的呼吸效果的比较 三 运动对呼吸功能的影响 运动时肺通气量增加运动对肺部血流量及换气功能的影响运动时肌肉组织换气功能的变化 87 运动时通气机能的变化 运动时随着强度的增大 机体为适应代谢的需求 需要消耗更多的O2和排出更多的CO2 为此 通气机能将发生相应的变化 具体表现 呼吸加深加快 肺通气量增加 潮气量可从安静时的500ml上升到2000ml以上 呼吸频率随运动强度而增加 可由每分钟12 18次增加到每分钟40 60次 结合潮气量与呼吸频率的变化 运动时的每分通气量可从安静时的每分钟6 8L增加到80 150L 较安静时可增大10 12倍 88 不同强度运动时 潮气量和呼吸频率的变化 89 运动过程中肺通气量的时相性变化 运动开始后 通气量立即快速上升 随后在前一时相升高的基础上 出现持续的缓慢的上升 运动结束时 肺通气量同样是先出现快速下降 随后缓慢地恢复到安静时的水平 中等强度运动 主要是靠呼吸深度的增加剧烈运动 主要是靠呼吸频率的增多 90 运动时换气机能的变化 1 肺换气的具体变化 人体各器官组织代谢的加强 使流向肺部的静脉血中PO2比安静时低 从而使呼吸膜两侧的PO2差增大 O2在肺部的扩散速率增大 血液中儿茶酚胺含量增多 导致呼吸细支气管扩张 使通气肺泡的数量增多 肺泡毛细血管前括约肌扩张 开放的肺毛细血管增多 从而使呼吸膜的表面积增大 右心室泵血量的增加也使肺血量增多 使得通气血流比值仍维持在0 84左右 91 由于活动的肌肉组织需利用较多的O2来氧化能量物质以重新合成ATP 所以活动的肌肉组织耗氧量增加 组织的PO2下降迅速 使组织和血液间的PO2差增大 O2在肌肉组织部位的扩散速率增大 活动组只毛细血管开放数量增多 增大了组织血流量 增大了气体交换的面积 组织中由CO2积累PCO2的升高和局部温度的升高使氧离曲线发生右移 促使HbO2解离进一步加强 运动时组织的这些变化 促使肌肉的氧利用率的提高 肌肉的代谢率可较安静时增高达100倍 2 组织换气的具体变化 健康人运动前后呼吸各指标的变化 第四节运动对代谢的影响 新陈代谢 合成和分解代谢 能量代谢 一 人体主要营养物质 三大能源物质 糖 脂肪 蛋白质 水 无机盐及维生素的生理意义 二 运动对体内主要营养物质代谢的影响 运动与糖代谢的关系 无氧酵解和有氧氧化 补糖 运动与减脂肪运动与蛋白质补充运动脱水及复水运动与补盐 运动与脂代谢 高脂血症 肥胖 糖尿病 脂肪肝 冠心病 胆石症 肥胖 阻塞性睡眠呼吸暂停综合症 体内过度的脂肪积累成为影响健康 导致死亡的重要因素 脂类的分类 含量 分布及生理功能 脂肪的分解代谢 当长时间运动引起肌糖原储量下降时 人体仍能保持亚极量强度 60 65 最大摄氧量 运动 这一现象表明在中低强度运动中 脂肪分解能够提供运动肌所需的大部分能量 运动时脂代谢的特点 第五节运动对消化系统的影响 消化系统基础生理运动对消化功能的影响 103 肌肉运动可以产生骨骼肌血管扩张 血流量增加 内脏血管收缩 血流量减少的效应 导致胃肠道血流量明显减少 约较安静时减少2 3左右 消化腺分泌消化液量下降 运动应激亦可致胃肠道机械运动减弱 使消化能力受到抑制 运动对消化系统的影响 104 为了解决运动与消化机能的矛盾 一定要注意运动与进餐之间的间隔时间 饱餐后 胃肠道需要血液量较多 此时立即运动 将会影响消化 甚至可能因食物滞留造成胃膨胀 出现腹痛 恶心及呕吐等运动性胃肠道综合征 剧烈运动结束后 亦应经过适当休息 待胃肠道供血量基本恢复后再进餐 以免影响消化吸收机能 运动对消化系统的影响 第六节运动对泌尿系统的影响 肾的结构和基础生理运动对泌尿系统影响1 运动后尿量的变化2 大强度运动后尿中乳酸含量增加 106 运动对肾脏机能的影响 一 尿量运动后尿量主要受气温 运动强度 运动持续时间 泌汗和饮水量等因素影响 如果在夏季进行强度较大 持续时间较长的运动 或强度虽不大但时间长的运动时 由于大量泌汗 故尿量减少 107 二 运动性蛋