第十一章-身体素质的生理学基础

第十一章身体素质

第一节力量素质

第二节速度素质

第五节灵敏和柔韧素质第三节有氧耐力第四节无氧耐力身体素质：概念：人体在肌肉活动中所表现出来的力量、速度、耐力、协调、柔韧、灵敏及平衡等机能能力。影响身体素质的发展水平的因素：肌肉本身的结构和功能特点、肌肉工作时的能量供应、内脏器官的机能以及神经调节能力。

∴身体素质是人体各器官系统的功能在肌肉工作中的综合反映。

第一节力量素质绝对肌力：指肌肉做最大收缩时所能产生的张力，通常用肌肉收缩时所能克服的最大阻力负荷来表示。相对肌力（比肌力）：指肌肉单位生理横断面积(常以1cm2为单位)肌纤维做最大收缩时所能产生的肌张力。肌肉爆发力：指肌肉在最短时间收缩时所能产生的最大张力，通常用肌肉单位时间的做功量来表示。肌肉耐力：指肌肉长时间收缩的能力，常用肌肉克服某一固定负荷的最多次数(动力性运动)或最长时间(静力性运动)来表示。通常所说的肌肉力量主要是指绝对肌力，它是上述各种肌力形式的基础。一、决定肌肉力量的生物学因素

（一）肌肉的形态和结构1．肌肉生理横断面积

①肌力与肌肉横断面积成正比。②实验：力量训练100天，上臂肌横面积↑23%，肌力↑92%。屈肌力量与肌横断面积的关系（依猪饲和福永，1968）

③运动训练引起肌肉横断面积增加的原因：a.肌纤维增粗：主要因素运动训练→激素和神经调节→蛋白质的合成↑（主要是肌凝蛋白↑）b.运动训练→肌肉结缔组织增厚、毛细血管增生、内含物（肌红蛋白、CP、肌糖原）↑c.肌纤维增殖：待研究因素实验条件肌凝蛋白含量（%）未经训练“速度性”训练“力量性”训练4.706.006.882．肌纤维类型肌纤维类型与肌力关系：快肌纤维%越高肌力越大快肌纤维内含有更多的肌原纤维，无氧供能酶活性高，供能速率快，单位时间内可完成更多的机械功。3.肌肉的结缔组织肌肉的结缔组织指肌肉的弹性成分，力量训练可使这些结缔组织变得粗厚而坚韧，弹性和抵抗力增强。（二）神经调节机能1.神经冲动的频率与运动单位的募集运动单位：指一个α-运动神经元及其所支配的骨骼肌纤维。快肌运动单位和慢肌运动单位。神经支配比：一个运动神经元所支配的肌纤维数量。神经支配比大，神经元支配的骨骼肌纤维数量多不同的运动单位所产生的肌张力亦不同。同样类型的运动单位，神经支配比大的运动单位的收缩力强于神经支配比小的运动单位的收缩力。α-运动神经元运动神经中枢通过改变其发放的神经冲动频率影响肌肉收缩的力量。慢肌运动单位神经元的兴奋性较高，快肌运动单位神经元的兴奋性较低。小阻力负荷运动时，主要由兴奋性较高的慢肌运动单位兴奋收缩完成；随着阻力负荷的增加，兴奋性较低的运动单位亦逐渐被动员，兴奋收缩的肌纤维数量也随之增多。在其他条件相同的情况下，动员的肌纤维数量多少成为影响肌力的主要因素。

水平低者：60%肌纤维参与活动

水平高者：90%肌纤维参与活动

研究证明：20-80%MVC活动，主要靠募集更多的运动单位参与活动。2.相关运动中枢之间的协调

机能提高表现：①协调各肌群活动改善主动肌、协同肌、对抗肌间的协调关系，特别是对抗肌放松能力，可显著地增加肌肉收缩的力量。②提高中枢兴奋程度

动员尽可能多的运动单位参加工作，力量大小与单个肌纤维收缩力大小有关，与参与活动的肌纤维数量多少有关。发放高频冲动增加强直收缩程度。研究证明：20-80%MVC活动，主要靠募集更多的运动单位参与活动。>80%MVC靠中枢增加冲动频率。③增加肌肉同步兴奋收缩的运动单位数量来提高肌肉最大肌力。>80%MVC活动时，同步兴奋↑肌纤维收缩时的初长度

肌节最适初长（2.0-2.2m）时，粗细肌丝重叠佳，肌缩速度、幅度和张力最大；大于最适初长时，粗、细肌丝重叠↓，肌缩速度、幅度和张力↓；小于最适初长时，粗、细肌丝重叠↓，肌缩速度、幅度和张力虽然↑，但不如最适初长时。年龄与性别

肌肉力量随年龄的增加而发生自然增长，通常在20-30岁时达最大。青春发育期前：男肌力>女肌力(不显著)青春发育期后：男肌力>女肌力（显著）原因：①雄性激素②男子经常参加一些能发展力量和爆发力的体育活动成年男子和女子的绝对与相对力量的比较体重

体重大的人一般绝对力量较大。而体重较轻的人可能具有较大的相对力量。随着体重的增加，绝对力量直线增加。当用相对力量表示总体力量时，随着体重的增加，相对力量却下降。体重大的人一般绝对力量较大。而体重较轻的人可能具有较大的相对力量。随着体重的增加，绝对力量直线增加。当用相对力量表示总体力量时，随着体重的增加，相对力量却下降。肌糖原和肌红蛋白含量和毛细血管分布密度也会影响肌肉力量。肌肉力量的可训练因素

(一)肌纤维的收缩力研究发现：经过100天的训练后，上肢屈肌的横截面积增加23%时，肌力增长92%。据推算，每1平方厘米肌肉横截面积可产生65公斤力。运动训练→肌原纤维收缩蛋白含量显著↑，肌原纤维增粗，肌细胞内的肌糖原等能量物质大量贮备，有关代谢酶的活性增加等。→肌肉的收缩能力↑。(二)神经系统的机能状态

运动训练能有效地提高中枢神经系统的机能水平，从而提高肌肉力量。研究表明：

一般人肌肉完成最大随意收缩时，最多有60%-70%的肌纤维同时参与收缩，其主要原因在于一般人的运动中枢兴奋性难以达到足够高的水平，所发出的神经冲动不能使更多的运动单位参与兴奋收缩过程。经过系统的力量训练后，运动员运动中枢同步放电的程度将大大提高，同时参与收缩的肌纤维数量可达到80%-90%甚至更高，最大肌力自然大大增加。(三)肌纤维类型

训练是否改变肌纤维类型和数量目前还有争议。早期研究：无论是速度训练还是耐力训练都不会引起肌纤维类型的改变。近期有研究表明：肌纤维间通过亚型的形式有可能出现相互转化。

耐力训练：肌纤维的琥珀酸脱氢酶等有氧代谢酶活性、毛细血管网数量和体积、肌红蛋白含量及慢肌纤维面积百分比等增加；

速度和力量训练：有关无氧代谢酶活性及快肌纤维面积百分比等增加。功能性肌肉肥大

概念：由于运动训练所引起的肌肉体积增大。主要表现：肌纤维的增粗。分类：肌浆型功能性肥大、肌原纤维型功能性肥大

(一)肌浆型功能性肥大

概念：指肌纤维非收缩蛋白成分的增加所致的肌肉体积增加。表现：肌纤维的非收缩蛋白成分含量如线粒体、肌糖原、磷酸肌酸和肌红蛋白等数量增加。对肌肉最大肌力作用不明显，但可有效地提高肌肉的有氧工作能力和收缩耐力。较小强度长期运动训练→功能性肥大部位：主要是慢红肌(Ⅰ型肌)和快红肌(Ⅱa型肌)肌纤维。(二)肌原纤维型功能性肥大概念：指肌纤维收缩蛋白成分的增加所致的肌肉体积增加。表现：肌纤维中的收缩蛋白含量增多，肌原纤维的体积明显增加。肌肉绝对肌力和相对肌力的显著提高。长期大负荷力量训练→肌原纤维型功能性肥大部位：主要在快白肌(Ⅱb型肌)纤维中。运动形式与强度对肌肉功能性肥大的类型有极为重要的影响。力量性和速度性全力运动→快肌肌原纤维型功能性肥大耐力性运动→慢肌产生肌浆型功能性肥大二、力量训练原则

(一)超负荷原则

要求：阻力应接近(至少超过肌肉最大负荷能力2/3以上)或达到甚至略超过肌肉所能承受的最大负荷。机制：由于肌肉内各运动单位的兴奋性不同，当阻力负荷较小时，中枢只能调动兴奋性高的运动单位参加收缩，随着阻力的加大，参与收缩的运动单位逐渐增多。足够大的负荷对中枢神经系统的刺激大，能使运动中枢发出更强的信号，从而调动更多的运动单位参加同步收缩，肌肉表现出更大的肌张力。通常低于最大负荷80%的力量练习对提高最大肌力的作用不明显。(二)专门性原则

概念：指所从事的肌肉力量练习应与相应的运动项目相适应。分类：身体部位的专门性和练习动作的专门性。机制：不同肌群甚至同一肌群的不同运动单位之间应具有一定的神经肌肉协调性。

意义：有利于神经系统的协调调节能力，以及肌肉内一系列适应性生理和生化变化。运动技术的专门性有时显得更为重要，如卓越的短跑运动员，往往不是优秀的马拉松运动员。在进行专门训练时，练习的动作节奏与速度也要和正式的运动相一致。(三)有序性原则

概念：指力量练习过程中应考虑前后练习动作的科学性和合理性。原则：先练大肌肉、后练小肌肉、前后相邻运动避免使用同一肌群。机制：①大肌肉在训练时运动中枢的兴奋面广，兴奋程度高，在提高自身力量的同时，由于兴奋的扩散作用，练习过程对其他肌肉也有良性刺激作用。②大肌肉相对不易疲劳，可延长练习时间，而小肌肉练习容易疲劳，将影响大肌肉练习动作的完成。渐增负荷原则

指力量训练过程中，随着训练水平的提高，肌肉所克服的阻力也应随之增加，才能保证最大肌力的持续增长。最大负荷→适应→新最大负荷→适应福克斯(Fox)：

“负荷到8，训练到12”

实践可：“负荷到10，训练到15”“负荷到15，训练20”“负荷到1，训练到5”有效运动负荷原则

概念：指要使肌肉力量获得稳定提高，应保证有足够大的运动强度和运动时间，以引起肌纤维明显的结构和生理生化改变。运动强度和运动时间太小：对身体机能将不产生明显的影响。运动强度和运动时间足够：对身体机能产生运动痕迹和效果，长期的身体机能运动变化最终将导致身体形态结构的一系列变化。靶强度：在运动生理学中，将导致身体产生运动痕迹和效果的最小运动强度。靶心率：靶强度时的心率。通常每次力量训练应有不少于三组接近或达到肌肉疲劳的力量练习，才能使肌肉力量逐渐提高。合理训练间隔原则

概念：是寻求两次训练课之间的适宜间隔时间，使下次力量训练在上次训练出现的超量恢复期内进行，从而使运动训练效果得以积累。较小的力量训练在第二天就会出现超量恢复，中等强度的力量训练应隔天进行，而大强度力竭训练一周进行1-2次即可。训练水平高者出现超量恢复的时间较早，超量恢复的幅度较小，其训练间隔应较短；同样进行力竭训练后，高水平者因完成的绝对负荷量大，故其超量恢复较晚出现，超量恢复的幅度较大，持续时间较长，训练间隔时间也应稍长。

力量训练的练习方法动力性练习（isotonic/dynamicexercise）静力性练习（isometric/staticexercise）等动练习（isokineticexercise）超等长练习（hyperisometricexercise）电刺激（electrostimulation）三、影响训练效果的因素

(一)负重练习的重量（运动强度）分类：绝对强度和相对强度。绝对强度：指机体所承受的物理负荷量(如做了多少功等)，所以又叫做物理负荷强度。

优点：简单明了

缺点：不能体现不同人之间的体能差异相对强度：根据个人最大摄氧量百分数或最大心率百分值等生理指标来反映某一负荷量对身体的刺激程度，所以叫生理负荷强度。

优点：能反映运动者的个人体能水平运动生理学中通常采用生理负荷强度衡量运动强度

。最大重复次数(RM)：概念：指肌肉收缩所能克服某一负荷的最大次数。应用：5RM→肌肉粗大、力量↑、速度↑举重、投掷

6-10RM→肌肉粗大、力量↑、速度↑100米跑、跳跃

10-15RM→力量↑、速度↑、耐力↑400和800米

16-30RM→力量↑、速度↑、耐力↑中跑

30RM→毛细血管↑、耐力↑长跑(二)练习次数和组数

研究表明：初次参加运动训练者，隔天训练的效果比每天训练效果好。每天训练10次，肌肉力量提高47%

隔天训练10次，肌肉力量提高77.6%举重等以发展肌肉最大肌力为主要目的的运动，其运动强度应足够大，一般接近或达到肌肉的最大负荷能力，练习组数至少不低于3次，训练频度则可适当减少，每周1-2次即可。以发展肌肉体积线条和爆发力为主要目的的运动如健美，其运动强度应适当降低，但练习组数和频度则相应地增多；以发展肌肉耐力和提高内脏机能水平为主要目的的运动，其运动强度更低，练习次数相应较多，练习频度亦可有所增加。运动量

运动量包括运动强度和运动时间两个因素，是二者的乘积。三者之间的关系是：

运动量=平均运动强度*运动时间在一段时间如一周或一个月训练的运动总量除了运动强度和运动时间外，还要考虑这段时间的训练频度，即：

运动总量=(平均运动强度*运动时间)*训练频度（三）间隔时间组间休息时间一般3~6min力量练习的间隔时间取决于力量训练的目的、运动员的力量水平和机体生理反应、练习动作特点等因素。（四）动作的速度动作的速度影响力量练习的效果。（五）肌肉收缩形式等长收缩向心收缩离心收缩第二节速度素质

概念：指人体进行快速运动的能力或在最短时间完成某种运动的能力。分类（按其在运动中的表现）：（一）反应速度（二）动作速度（三）周期性运动的位移速度一、速度素质的生理基础

(一)反应速度概念：指人体对各种刺激发生反应的快慢。生理基础：

1.反应时↓→反应速度↑

概念：从感受器接受刺激产生兴奋并沿反射弧传递开始，到引起效应器发生反应所需要的时间。影响因素：①感受器的敏感程度

②中枢延搁

③效应器(肌组织)的兴奋性其中，中枢延搁又是最重要的，反射活动越复杂，历经的突触越多，反应时越长。2.中枢神经系统的机能状态良好→反应速度↑

良好的兴奋状态及其灵活性，能够加速机体对刺激的反应，使效应器由相对安静状态或抑制状态迅速转入活动状态。运动员处于良好的赛前状态时，反应时缩短。反之，如果运动员大脑皮层的兴奋性降低或灵活性低，反应时将明显延长。3.运动条件反射的巩固程度↑→反应速度↑

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11%-25%。

(二)动作速度

概念：指完成单个动作时间的长短生理基础：

1.肌纤维类型快肌纤维%高→动作速度↑

2.肌肉力量大→动作速度↑

3.肌肉组织机能状态兴奋性高→动作速度↑

4.运动条件反射的巩固程度高→动作速度↑

此外，动作速度还与神经系统对主动肌、协调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

概念：指周期性运动(如跑步和游泳等)中人体在单位时间内通过的距离。生理基础：以跑为例二、速度素质的训练

(一)提高动作速率的训练改善和提高神经过程的灵活性：变换各种信号让练习者迅速作出反应的练习各种高频率动作的练习，如牵引跑、在转动跑台上跑和顺风跑等

(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10秒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

肌肉放松能力的提高不仅可以减少快速收缩时肌肉的阻力，而且有利于ATP的再合成，使肌肉收缩速度和力量增加。实验研究结果：(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。第三节有氧耐力概念：耐力是指人体长时间进行肌肉工作的运动能力，也称为抗疲劳能力。分类：

按参加运动时能量供应的特点划分：有氧耐力和无氧耐力

有氧耐力：机体依靠糖、脂肪和蛋白质氧化分解供能进行长时间运动的能力。关键因素：充分的氧供应及糖和脂肪的有氧氧化能力。CO2+H2OO2ATPCPADP能量生物合成分泌神经传导肌肉收缩热能外功>50%能量能量的转移

糖脂肪蛋白质生理学基础：

氧运输系统肌肉组织利用氧的能力耐高温能力1.氧运输系统呼吸系统：肺通气、肺换气血液系统：血量、血红蛋白含量循环系统：心输出量无效腔和肺泡通气量

生理无效腔

=解剖无效腔+肺泡无效腔

肺泡通气量

=（潮气量-无效腔)×呼吸频率平静呼吸：肺泡通气量=（500–150）×12=4.2(L/min)

深慢呼吸：肺泡通气量=（1000–150）×6=5.1(L/min)

浅快呼吸：肺泡通气量=（250–150）×24=2.4(L/min)肺换气深吸气导致呼吸膜变薄肺毛细血管大量开放肺泡与静脉间氧分压差增大促进弥散过程血液由血细胞和血浆两部分组成中性粒细胞红细胞血小板淋巴细胞全血离心后血浆白细胞和血小板红细胞血细胞血红蛋白是红细胞内的主要成分，其缩写为Hb，是一种结合蛋白质。每一血红蛋白分子由一分子的珠蛋白和四分子亚铁血红素组成，珠蛋白约占96%，血红素占4%，红细胞携带02(氧)和CO2(二氧化碳)这一机能是靠红细胞内的Hb来完成的。心输出量搏出量心率1.前负荷(异长调节)2.后负荷3.心肌收缩能力(等长调节)

(一)搏出量的调节心室舒张末期容积/压力一定范围内，心舒末期压力(容积)↑↓

搏出量↑1.前负荷２.后负荷动脉血压动脉血压↑→后负荷↑→搏出量↓３.心肌收缩能力

心肌不依赖于前、后负荷而改变其力学活动的一种内在特性影响因素：

①肾上腺素→心肌收缩能力↑②心衰→心肌收缩能力↓③[Ca2+]i④ATP酶的活性(二)心率的调节一定范围内，心率↑→心输出量↑心率＞180／min→心输出量↓

（舒张期过短）心率＜40／min→心输出量↓

（心室充盈已达极限）2.肌肉组织利用氧的能力慢肌纤维具有丰富的毛细血管分布，肌纤维中的线粒体数量多、体积大且氧化酶活性高。运动强度和时间决定神经系统所要募集的运动单位的类型及其数量。

3.耐高温能力体温过高对肌肉功能影响肌细胞中有氧氧化酶活性下降皮肤血流量肌肉血流量大量出汗内环境平衡被破坏机体有氧耐力二、评价的生理学指标（一）最大摄氧量VO2max

(Maximaloxygenconsumption)：人体在心肺功能被充分动员的情况下，单位时间里摄入并被机体利用的最大的氧气量。最大摄氧量常常用来反映运动员的有氧工作能力，以及评定训练效果。最大摄氧量有两种表示方法，即绝对值和相对值。绝对值表示为L/min；相对值表示为ml/kg体重/min，即单位体重分得的每分最大摄氧量。一般人最大摄氧量约2-3L/min（30-40ml/kg.min），运动员可达4-6L/min（70-80ml/kg.min）。限制VO2max的因素：肺通气、肺换气的能力，血液运输氧的能力，心输出量，骨骼肌的用氧能力限制VO2max的中枢因素：心输出量限制VO2max的外周因素：肌纤维类型及其有氧代谢能力。

（二）乳酸阈乳酸阈（LT，lactatethroshold）是指人体在递增强度的运动中，由有氧代谢供能转向大量动用无氧代谢供能的临界点（转折点）。通常以4mmol/L血乳酸（血乳酸拐点）对应的运动强度（无氧阈强度，%O2max）或功率（无氧阈功率）来表示。LT与VO2maxVO2max受遗传影响大，LT受训练影响大；VO2max是在极量运动时测得，而有氧代谢发生在亚极量水平及以下；LT与肌肉的用氧能力关系更密切，VO2max与呼吸-循环系统机能关系密切；LT反映了进行有氧代谢时，可利用的VO2max%，VO2max反映了有氧耐力的潜力；VO2max与LT受不同生理机制制约，但两者关系密切，r=0.85-0.95；VO2max数值较大的人，有可能在更高摄氧量水平上完成亚极量负荷，而不增加BLA。(二)发展有氧耐力的训练

1.训练方法训练方法

持续训练法

间断训练法变速训练匀速训练间歇训练重复训练

(不完全休息)(完全休息)

2.训练要素

(1)运动强度超过VO2max50%强度的运动，有氧能力显著提高。美国Cooper：发展心肺机能，心率应达150次/分；荷兰的Karvonen提出适宜强度的公式为：

安静心率+(最高心率-安静心率)*60%，训练水平较高者可乘以70%，训练水平较低者可乘以50%。近十多年来，国内外学者普遍提出，个体乳酸阈(ILAT)强度是发展有氧耐力训练的最佳强度。

(2)运动持续时间：最低限度时间为5分钟。第四节无氧耐力无氧耐力：指长时间依靠无氧代谢（糖酵解）进行肌肉活动的能力。无氧耐力不是指身体缺氧时进行肌肉运动的能力。原因：机体动员何种代谢途径为主提供能量，取决于运动强度、持续时间和机能状态。当运动时的能量需求超过有氧代谢的代谢速率，必然动员无氧代谢以满足能量需要，与供氧情况无关。乳酸堆积的不利影响抑制酶活性，如PFK、PK和脂解酶活性；H+与Ca2+竞争结合原宁蛋白结合位点，肌肉酸痛、僵硬；PH降低作用于脑组织：头晕、恶心。(一)无氧耐力的生理基础1.肌纤维能力及其糖酵解能力主要取决于肌糖原的含量及其无氧酵解酶的活性。2.缓冲乳酸的能力碱贮备与CA活性呼吸机能肾脏的排酸保碱功能3.脑细胞对酸的耐受力尽管血液中的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最大，血液的pH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，无疑也是影响无氧耐力的重要因素。经常进行无