运动生理学_14运动过程中人体机能状态的变化

第十四章运动过程中人体机能状态的变化,目的：掌握运动过程中机体机能状态及生理机制掌握运动性疲劳的概念、发生部位及可能机理掌握恢复阶段的特点及促进恢复的方法,第一节赛前状态概念：人体参加比赛或训练前某些器官系统产生的一系列条件反射性变化过程称为赛前状态。一.赛前状态的生理变化与调整（一）赛前状态的生理变化及其机制1、生理变化神经系统（+）性烦躁、肌肉颤动物质代谢体温、血糖内脏器官活动增强Bp、R、HR其表现与比赛性质、规模大小、心理因素等有关。,第一节赛前状态,比赛规模越大，离比赛时间越近，赛前反应越明显。运动员情绪紧张、训练水平低、比赛经验不足也会使赛前反应增强。,2、赛前状态产生的机理：,场地器材观众音响由于这些生理变化是在比赛或训练的自然环境下形成的，所以其生理机理属自然条件反射。,（二）赛前状态的调整,.准备状态型特点：中枢神经系统兴奋性适度提高，植物性神经系统和内脏器官的惰性得到一定的克服有利于发挥机体工作能力和运动成绩的提高常见：优秀运动员,.起赛热症型特点：中枢神经系统的兴奋性过高，表现为过度紧张，常有寝食不安、四肢无力、全身微微颤抖、喉咙发堵等不良生理反应，工作能力和运动成绩下降。常见：初次参加比赛的年轻选手，或参加特别重大的比赛，或运动员过分重视比赛结果。,.起赛冷淡型特点：赛前过度紧张，引起超限抑制，表现为对比赛淡漠、浑身无力，不能在比赛时充分发挥机体工作能力。通常是第二种类型的继发反应,2）赛前状态的调整.要求运动员不断提高心理素质，正确对待比赛；.组织运动员多参加比赛，增加比赛经验；.进行适当形式和强度的准备活动，如果运动员兴奋性过低，可做些强度大的练习，如果运动员兴奋性过高，准备活动的强度可小些或小强度按摩，安排一些轻松的和转移注意力的练习和活动。相反亦然,二、准备活动概念：指在比赛、训练和体育课的基本部分之前有目的地进行的身体练习，为即将来临的剧烈运动或比赛做好准备。,1.准备活动的生理作用(1).适当提高中枢神经系统的兴奋性,增加内分泌腺的活动，为正式练习创造条件；调整不良的赛前状态(2).预先克服内脏器官生理惰性(3).提高机体代谢水平，使体温升高；体温升高1，代谢增加13%。人活动的最佳体温是37.2，而肌肉温度为38(4).增强皮肤的血流量有利于散热，防止正式比赛时体温过高。(5).降低肌肉粘滞性，预防损伤。,2.准备活动作用的生理机理,准备活动后间隔45分钟，其痕迹效应将全部消失。,3.影响准备活动生理效应的因素.准备活动的时间安排一般认为准备活动在皮层的“痕迹”可保留45min，但也与强度、持续时间有关。准备活动的强度与时间:以体温升高为主要标志（45%VO2max强度、或HR100120次/分）业余训练，准备活动时间为1030min，中学教学可适当缩短。准备活动后与正式比赛的间隔，一般不超过15min，一般课为23min，篮球约2024min，100m跑约35min。,.内容选择与正式比赛不同提高神经系统（+）性及器官功能与正式比赛接近提高神经系统对活动的调节，强化动力定型儿童少年：内容简单易学，节奏分明，生动活泼，动作速度较快，重复次数少，变化适当的动作，且注意加强胸、背、肩、腰、大腿后部肌群的练习，培养正确姿势。女性：选择发展腹肌、盆底肌和大腿力量的练习。.准备活动的安排先一般，后专门。,三种不同情况下跑100米及400米成绩的比较,第二节进入工作状态进入工作状态：在进行运动练习时的开始阶段，人体各器官系统的工作能力不可能立刻达到最高水平，而有一个逐步提高的过程。,一、进入工作状态(一)进入工作状态产生的原因1.反射时：从刺激作用于感受器起到效应器出现反应所需的时间。动作越复杂，有关中枢之间传递延搁时间就越长，进入工作状态需要时间也就越长。,2.内脏器官的生理惰性.植物性神经机能惰性比躯体性神经大传导速度慢;突触联系较多。.神经-体液调节作用,研究表明，在不做准备活动的情况下跑1500米，呼吸循环系统的活动需要在运动开始后2-3分钟才能达到最高水平，而骨骼肌在20-30秒内就可发挥出最大工作效率。,(二)影响进入工作状态的因素1.与工作性质、运动强度、水平、个人特点、年龄及当时的功能状态有关；训练程度低进入工作状态的时间长；训练水平提高进入工作状态的时间短；工作强度越高进入工作状态的时间就越短。2.与动作的复杂程度、交换频率有关；肌肉活动越复杂进入工作状态的时间越长；3.良好的赛前状态和充分的准备活动可缩短进入工件状态的时间。此外，年龄和外界因素也能影响进入工作状态的时间。儿童少年进入工作状态的时间比成人短。场地条件好、气候、温度适宜均能缩短进入工作状态的时间。,(三)“极点”与“第二次呼吸”,1.“极点”及产生机理概念：在一定强度和一定待续时间的运动练习开始一定时间内，运动员常感到呼吸困难、胸闷、头晕、肌肉权痛无力，甚至想停止运动的主、客观变化。这种机能状态称为“极点”。,机理：内脏器官的机能惰性与肌肉活动不相称。.运动开始时供氧不足，缺氧LA;.大量乳酸积累使血液pH值朝酸性方向偏移稳态破坏,2.“第二次呼吸”及产生的机理,概念：“极点”出现后，稍减运动强度或继续运动，一段时间后，极点中出现的状态逐渐减轻或消失，动作轻松有力，呼吸自如，心率平稳。这种机能状态称为“第二次呼吸”。是进入工作状态结束的标志。机理：.运动中内脏器官惰性逐步得到克服，氧供应增加，乳酸得到逐步清除；.运动速度暂时下降，使运动时每分需氧量下降，以减少乳酸的产生，机体的内环境得到改善，被破坏了的动力定型得到恢复。,3.影响“极点”与“第二次呼吸”的因素1)影响因素：.运动项目、运动强度和训练水平有关；.准备活动、赛前状态及呼吸方式等。中长跑项目反应较明显；运动强度越大，训练水平越低，“极点”出现得越早，反应也越强烈，“第二次呼吸”出现得也愈迟。,2)减轻“极点”反应的主要措施：.继续坚持运动；.适当降低运动强度；.调整呼吸节奏，尤其要注意加大呼吸深度。,二、稳定状态,概念：在运动过程中，进入工作状态结束后，人体的机能水平和工作效率在一段时间内处于一种较高的，变化范围不大动态平衡或相对稳定状态。分类：真稳定工作状态、假稳定工作状态(一)真稳定工作状态(二)假稳定工作状态,(一)真稳定工作状态,概念：在进行强度较小、运动时间较长的运动时，进入工作状态结束后，机体吸氧量和需氧量保持动态平衡，工作能力保持在相应水平上，这种状态称为真稳定工作状态。,表现特点:.肺通气量、心率、心输出量、血压及其他生理指标保持相对稳定;.运动中的能量供应以有氧供能为主，乳酸堆积较少，血液中酸碱平衡不致受到扰乱;.运动的持续时间较长，可达几十分钟或几小时。,(二)假稳定工作状态,概念：当进行强度大、持续时间较长的运动时，进入工作状态结束后，吸氧量已达到最大，但仍不能满足机体对氧的需要,工作能力稳定在最大吸氧量水平上的机能状态为假稳定工作状态。,表现特点：.吸氧量需氧量；.乳酸的产生率大于清除率使血乳酸增加，pH值下降；.心率、血压、肺通气量和呼吸频率等生理功能基本达到极限.,附：运动负荷阈运动负荷阈：指体育课或训练课中适宜生理负荷的低限到高限的范围。负荷阈的组成.强度单位时间内所作的功。周期性运动：跑速、HR、%Vo2max等非周期性运动：可用负荷量重、单位时间内完成同一负荷的次数等表示.运动持续时间一种练习或一堂体育课、训练课的持续时间.运动密度全课实际练习时间与全课总时间之比,第三节运动性疲劳一、运动性疲劳概述(一)广义疲劳疲劳：长时间工作过程中，机体生理过程不能持续在一特定水平上的现象。有：体力疲劳、脑力疲劳、心理疲劳等（二）运动性疲劳及分类1.运动性疲劳疲劳：机体生理过程不能持续其机能在一特定水平上和/或不能维持预定的运动强度（1982年的第5届国际运动生物化学会议）。运动性疲劳：指在运动过程中，机体的机能能力或工作效率下降，不能维持在特定水平上的生理过程。,2.运动性疲劳的分类全身性疲劳局部疲劳中枢性疲劳根据疲劳发生的机理与表现外周性疲劳混合性疲劳肌肉性疲劳心血管性疲劳呼吸性疲劳等快速疲劳慢速疲劳,二、运动性疲劳的发生部位及其特点,(一)运动性疲劳的发生部位,1:大脑2:向心传入抑制3:动神经元兴奋性下降4:分支点兴奋衰弱5:神经肌肉接点抑制,1.中枢性疲劳（1）概念：指发生在从大脑至脊髓部位运动神经元的疲劳。（2）发生的机理：功能紊乱：改变了运动神经元的兴奋性。疲劳时，神经冲动的频率减慢，使肌肉工作能力下降。代谢功能失调：大脑细胞中ATP、CP水平明显降低，血糖含量减少，r-氨基丁酸含量升高，特别是5-羟色胺和脑氨升高，可引起多种酶活性下降，ATP再合成速率下降，从而使肌肉工作能力下降，导致疲劳。,2.外周性疲劳（1）概念：发生的部位是从神经-肌肉接点到肌纤维内部线粒体。（2）发生的机理：.神经-肌肉接点Ach释放量减少.肌细胞膜血中FFA和儿茶酚胺、胰岛素、自由基，可对Na+-K+ATPase活性有影响，使膜通透性改变，影响其功能，.肌质网自由基、ATP，可使终末池对Ca2+调节障碍，.线粒体使Ca2+进入线粒体，抑制氧化磷酸化，ATP生成.兴奋-收缩偶联Ca2+代谢紊乱兴奋-收缩脱偶联.收缩蛋白肌钙蛋白与Ca2+的敏感性下降。,（二）运动性疲劳特点：1.无氧代谢的运动.极量运动中枢神经和神经-肌肉接头功能下降及磷酸原耗竭，是其疲劳原因；.近极量运动除与极量运动相同外，还与肌肉和血液中LA堆积有关；.亚极量运动主要是由于肌肉和血液中LA堆积，此外有氧系统供能受限制有关。2.有氧代谢的运动.极量和近极量运动主要是氧运输系统受限，使肌肉供氧不足，此外LA有关；.亚极量运动肌肉中Gn和肝Gn消耗；.中等强度运动血糖脑ATP，保护抑制，此外散热，肌肉血流使肌肉供氧不足；,.小强度运动与中等强度相似，但主要是脂肪未完全氧化的产物入血液引起。3非周期性和混合性运动由于技术动作的不断变化，中枢、N-M接头功能，（习惯的、自动化程度高的、节奏感强的不易疲劳，而精力高度集中及运动中动作多变的易疲劳）。4静力性运动主要是中枢保护，此外肌肉供血，憋气过多，心血管功能。,三、运动性疲劳的可能机理自从19世纪80年代莫索开始研究疲劳以来，人们对运动性疲劳产生的机理提出多种假说，最具代表性的有以下几种：,(一)“衰竭学说”(二)“堵塞学说”(三)“内环境稳定性失调学说”(四)“保护性抑制学说”(五)“突变理论”(六)“离子代谢紊乱”(七)“自由基学说”(八)“神经-内分泌-免疫网络理论”(九)“中医理论”,（一）“衰竭学说”观点：能源物质的耗竭依据：长时间运动产生疲劳的同时常伴有血糖浓度降低，而补充糖后工作能力有一定程度的提高现象。,(二)“堵塞学说”观点：代谢产物在肌组织中堆积，尤其是LA依据：疲劳时肌肉中乳酸等代谢产物增多，由于乳酸堆积而引起肌组织和血液中pH值的下降，阻碍神经肌肉接点处兴奋的传递，影响冲动传向肌肉，抑制果糖磷酸激酶活性，从而抑制糖酵解，使ATP合成速率减慢。另外，pH值下降还使肌浆中Ca+的浓度下降，从而影响肌球蛋白和肌动蛋白的相互作用，使肌肉收缩减弱。,(三)“内环境稳定性失调学说”观点：pH值下降、水盐代谢紊乱和血浆渗透压改变。依据：有人研究，当人体失水占体重5%时，肌肉工作能力下降约20%30%。哈佛大学疲劳研究所发现，高湿作业工人因泌汗过多，达到不能劳动的严重疲劳时，给予饮水仍不能缓解，但饮用含0.04%0.14%的氯化钠水溶液可使疲劳有所缓解。,(四)“保护性抑制学说”观点：大脑皮质细胞产生-氨基丁酸，由（+）转为（-）起保护性抑制依据：贝柯夫研究发现，狗拉载重小车行走3060分钟产生疲劳时，一些条件反射量显著减少，不巩固的条件反射完全消失。1971年雅科甫列夫发现，小鼠在进行长时间工作(10小时游泳)引起严重疲劳时，大脑皮质中r-氨基丁酸水平明显增加，该物质是中枢抑制递质。此外，血糖下降、缺氧、pH值下降、盐丢失和渗透压升高等，也会促使皮质神经元工作能力下降，从而促进疲劳(保护性抑制)的发生和发展。,(五)“突变理论”观点：运动过程中三维空间（肌肉能量消耗、肌力下降和兴奋性改变）关系改变所致。表现：从大脑到肌肉的连接链出现断裂，是多因素的综合表现。,肌肉疲劳控制链,代表人Edwards认为：在肌肉疲劳的发展过程中，存在着不同途径的逐渐衰减突变过程，其主要途径包括:,1.单纯的能量消耗：不存在肌肉兴奋性下降，继续下去便肌肉僵直；2.在能量消耗和兴奋性衰减过程，存在一个急剧下降的突变峰。3.肌肉能源物质逐渐消耗：兴奋性下降，但这种变化是渐进的，并未发生突变。4.单纯的兴奋性丧失：并不包括肌肉能量的大量消耗。,疲劳衰减突变过程,（六）“自由基损伤学说”自由基：指外层电子轨道含有未配对电子的原子、离子或分子。如氧自由基(O2)、烃自由基(OH+)、过氧化氢(H2O2)及单线态氧(O2)等物质。产生部位：细胞内，线粒体、内质网、细胞核、质膜和胞液中都可以产生。作用：由于自由基化学性活泼，可与机体内糖类、蛋白质、核酸及脂类等物质发生反应，因而造成细胞功能和结构的损伤与破坏。,四、运动性疲劳的诊断(一)神经系统与感觉器官1.反应时判断方法：疲劳时反应时延长。,2.皮肤空间阈：安静时刺激皮肤，两点感觉的最小空间距离。判断方法：皮肤空间阈3.闪光融合频率（闪烁值）闪烁值：能引起连续光感的最低闪光频率。测定方法：受试者坐位，注视频率仪的光源，直到将光调至明显断续闪光融合频率为止，即临界闪光融合频率，测三次取平均值。,4.膝跳反射阈值判断方法：疲劳时阈值升高。,5.血压体位反射测定方法：受试者坐位静息5分钟后，测安静时血压，随即仰卧3分钟，然后将受试者扶成坐姿(推受试者背部，使其被动坐起)，立即测血压，每30秒测一次，共测2分钟。判断方法：若2分钟以内完全恢复，说明没有疲劳，恢复一半以上为轻度疲劳，完全不能恢复为重度疲劳。,(二)生物电,1.心电图判断方法：疲劳时S-T段下移，T波倒置。,2.肌电图判断方法：疲劳时肌电振幅增大，频率降低，电机械延迟(EMD)延长。积分肌电图(IEMG)和均方根振幅(RMS)均增加，中心频率(FC)和平均功率频率(MPF)降低。EMD是指从肌肉兴奋产生动作电位开始到肌肉开始收缩的这段时间，该指标延长表明神经肌肉功能下降。3.脑电图判断方法：疲劳时由于神经元抑制过程发展，可表现为慢波成分的增加。,(三)主观感觉判断测试方法：锻炼者在运动过程中根据RPE表指出自我感觉的等级，以此来判断疲劳程度。如果用RPE的等级数值乘以l0，相应的得数就是完成这种负荷的心率。,(四)肌力1.背肌力与握力测定方法：早晚各测一次，求出其数值差。判断方法：如次日晨已恢复，可判断为正常。2.呼吸肌耐力测定方法：连续测5次肺活量，每次间歇30秒判断方法：疲劳时肺活量逐次下降（五）生理与生化指标1物质能量系统代谢指标血乳酸、血尿素、尿蛋白2氧转运指标HR、Hb等3内分泌系统血睾酮、皮质醇、血睾酮/皮质醇比值等,(六)测定运动中心率评定疲劳1.基础心率基础心率正常情况下都相对稳定，如果大运动负荷训练后，经过一夜的休息，基础心率较平时增加510次/分以上，则认为有疲劳累积现象，如果连续几天持续增加，则应调整运动负荷。2.运动中心率若一段时期内从事同样强度的定量负荷，运动中心率增加，则表示身体机能状态不佳。3.运动后心率恢复人体进行定量负荷后心率恢复时间长，表明身体欠佳。如进行30秒20次深蹲的定量负荷运动，一般心率可在运动后3分钟内完全恢复，而身体疲劳时，恢复时间明显延长。,第四节恢复过程一、恢复过程的一般规律恢复过程：指人体在运动过程中和运动结束后，运动中所消耗的各种能源物质和生理机能逐渐恢复到运动前水平的变化过程。恢复规律：呈阶段性，即：运动中恢复阶段、运动后恢复到运动前水平阶段和运动后超量恢复阶段,第一阶段：运动中的恢复以消耗占优势，消耗恢复能源物质逐渐减少，各器官系统的工作能力下降。第二阶段：运动停止后的恢复恢复过程占优势，能源物质和各器官系统的功能逐渐恢复到原来水平。第三阶段：超量恢复“超量恢复”：运动中消耗的能源物质在运动后一段时间内不仅恢复到原来水平，而且超过原有水平的现象。,超量恢复实验：让两名实验对象分别站在一辆自行车的两侧同时蹬车，其中一人用右腿蹬车左腿休息，另一人用左腿蹬车右腿休息，当运动至力竭时，测腿股外肌的肌糖原含量，结果运动后3天运动腿股外肌肌糖原含量比安静腿多1倍。,超量恢复规律：超量恢复的程度和出现的时间与所从事的运动负荷有密切的关系，在生理范围内，肌肉活动量越大，消耗过程越剧烈，超量恢复越明显。如果活动量过大，超过了生理范围，恢复过程就会延长。且不出现超量恢复。,二、机体能源贮备的恢复,(一)磷酸原的恢复磷酸原的恢复很快，一般在剧烈运动后被消耗的磷酸原在20-30秒内合成一半，2-3分钟可完全恢复。（主要由糖有氧氧化供ATP，而恢复1molATP需氧3.45L）。,(二)肌糖原贮备的恢复与运动强度、持续时间和膳食有关高糖膳食46h完全恢复，且前10h最快高脂、高蛋白膳食5天内G