运动过程中人体机能变化规律

第一节 赛前状态和准备活动

    一、赛前状态

  人体参加比赛或训练前，身体的某些器官和系统会产生的一系列条件反射性变化，我们将这种特有的机能变化和生理过程称为赛前状态。 

  赛前反应的大小与比赛性质、运动员的比赛经验和心理状态有关。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。适宜的赛前反应能促进运动员在比赛中发挥出较好的运动水平，反之，则会影响运动员在比赛中正常发挥。

    赛前状态产生的机理可以用条件反射机理解释。比赛或训练过程中的场地、器材、观众、音响和对手的表现等信息不断作用于运动员，并与比赛或运动时肌肉活动的生理变化相结合。久而久之，这些信息就变成了条件刺激，只要这些信息一出现，赛前的生理变化就会表现出来，因而形成了一种条件反射。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。

 赛前状态依据其生理反应特征和对人体机能影响的程度可分为三种类型

    1.准备状态型   

    2.起赛热症型   

    3.起赛冷淡型 

    二、准备活动

知识点内容

    准备活动是指在比赛、训练和体育课的基本部分之前，为克服内脏器官生理惰性，缩短进入工作状态时程和预防运动创伤而有目的进行的身体练习，为即将来临的剧烈运动或比赛做好准备。

   （一） 准备活动的生理作用有

    (1)调整赛前状态   

    (2)为克服内脏器官生理惰性  

    (3)提高机体的代谢水平，使体温升高     

    (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

(二)做准备活动的生理负荷  

准备活动的时间、强度、内容、与正式运动或比赛的时间间隔等，都是影响准备活动生理效应的因素。一般认为，准备活动的强度以45%VO₂max强度、心率达100-120次/分、时间在10-30分钟之间为宜。此外，还应根据项目特点、个人习惯、训练水平和季节气候等因素适当加以调整，通常以微微出汗及自我感觉已活动开为宜。准备活动结束到正式练习开始时间的间隔一般不超过15分钟。在一般性教学课中准备活动以2-3分钟为宜。

第二节 进入工作状态 和稳定状态

    一、进入工作状态 

在进行体育运动时，人的机能能力并不是一开始就达到最高水平，而是在活动开始后一段时间内逐渐提高的。这个机能水平逐渐提高的生理过程和机能状态叫进入工作状态。进入工作状态的实质就是人体机能的动员。

(一)产生进入工作状态的机理   人体运动除了受物理惰性影响外，主要受生理惰性影响。

1.反射时 

    2.内脏器官的生理惰性   肌肉运动必须依赖内脏各器官的协调配合才能获得能源物质、氧气和清除代谢产物。内脏器官活动受植物性神经支配。而植物性神经机能惰性比躯体性神经大，支配内脏器官的自主神经不仅传导速度慢，而且传导途径中突触联系较多 此外，在内脏器官产生持续活动中，神经-体液调节作用更为重要。由神经系统调节内分泌腺分泌激素，激素随血液循环到达所支配的器官，改变其功能状态。这一系列的生理活动，比躯体神经调节的惰性大得多。因此，内脏器官的生理惰性是产生进入工作状态的主要原因。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

进入工作状态所需时间长短取决于工作性质、个人特点、训练水平、工作强度及当时机体的机能状态。 

    二、生理“极点”与“第二次呼吸”

在进行剧烈运动开始阶段，由于植物性神经系统的机能动员速率明显滞后于躯体神经系统，导致植物性神经与躯体神经系统机能水平的动态平衡关系失调，内脏器官的活动满足不了运动器官的需要，出现一系列的暂时性生理机能低下综合症，主要表现为呼吸困难、胸闷、肌肉酸软无力、动作迟缓不协调、心率剧增及精神低落等症状，这种机能状态称为“极点”。“极点”产生的原因主要是内脏器官的机能惰性与肌肉活动不相称，致使供氧不足，大量乳酸积累使血液pH值朝酸性方向偏移。这不仅影响神经肌肉的兴奋性，还反射性地引起呼吸和循环系统活动紊乱。这些机能的失调又使大脑皮质运动动力定型暂时遭到破坏。

    “极点”出现后，经过一定时间的调整，植物性神经与躯体神经系统机能水平达到了新的动态平衡，生理机能低下综合症症状明显减轻或消失，这时，人体的动作变得轻松有力，呼吸变得均匀自如，这种机能变化过程和状态称为“第二次呼吸”。“第二次呼吸”产生的原因主要是由于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；同时运动速度暂时下降，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。“第二次呼吸”标志着进入工作状态阶段结束，开始进入稳定工作状态。

“极点”来得迟早、反应强弱及“第二次呼吸”出现的快慢等，不仅与运动项目、运动强度和训练水平有关，还与准备活动、赛前状态及呼吸方式等因素有关。一般来说，中长跑项目“极点”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，“第一次呼吸”出现得也愈迟。良好的赛前状态和充分的准备活动可推迟“极点”的出现和减弱“极点”的反应程度。减轻“极点”反应的主要措施包括： ① 继续坚持运动； ② 适当降低运动强度； ③ 调整呼吸节奏，尤其要注意加大呼吸深度。恰当地克服“极点”反应的措施有助于促进“第二次呼吸”的出现。

    三、稳定工作状态

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动态平衡或相对稳定状态。此时，人体的生理功能与运动功率输出保持动态平衡，生理机能保持相对平衡。这种机能状态称为稳定工作状态。稳定工作状态可分为真稳定工作状态和假稳定工作状态。

    (一)真稳定工作状态   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，机体所需要的氧可以得到满足，即吸氧量和需氧量保持动态平衡，这种状态称为真稳定工作状态。在真稳定工作状态下，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。真稳定工作状态保持时间的长短取决于氧运输系统功能，该功能越强，稳定工作状态保持的时间则越长。

(二)假稳定工作状态   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，吸氧量已达到并稳定在最大吸氧量水平，但仍不能满足机体对氧的需要。此时，机体的有氧供能能力不能满足运动的需要，无氧供能系统大量参与供能，机体能够稳定工作的持续时间相对较短，很快进入疲劳状态。故称这种机能状态为假稳定工作状态。在这种状态下，由于机体以无氧供能为主，乳酸的产生率大于清除率，使血乳酸增加，pH值下降，运动不能持久。在假稳定工作状态下，与运动有关的生理功能基本达到极限，如心率、血压、肺通气量和呼吸频率等。同时肌肉的电活动亦加强，表明募集了新的运动单位以代偿肌肉的疲劳。

(三)“第一拐点”与“第二拐点”

    应用动态数学建模分析法研究表明，人体在运动过程中，心血管和呼吸系统的机能变化表现出两个明显的拐点，即标志进入工作状态(动员阶段)结束、稳定工作状态开始的“第一拐点”和标志稳定工作状态结束、人体整体工作效率明显下降、疲劳开始的“第二拐点”

    当运动达第一拐点时，人体各项机能均处于一种相对动态平衡的“高原平台”状态。在这种状态下，运动员的生理机能稳定工作时间长，说明运动潜力大，工作能力强，通常以此作为运动训练选材及评定依据。近年研究表明，用该指标的时间值、以及时间与空间相结合的积分值，更能有效地反映运动员的体能水平。

第二拐点出现时，人体内能量代谢及血液化学成分均明显高于第一拐点，即在第二拐点前由有氧供能为主过渡到无氧供能占优势。到达第二拐点时，人体机能以有氧系统供能已经不能满足机体对能量的需求，必须启动能量输出更快的无氧代谢系统供能。第二拐点后，乳酸的堆积明显增加，心肺功能指标也明显高于起始时刻，但并没达到机能的最大限度。

    第二拐点是人体机能工作水平再调整的关键之点。因此，我们把第二拐点定义为：人体整体机能发生疲劳的瞬时起始点。应用第二拐点到终点的时程和积分可以作为评价运动员耐受疲劳能力的敏感指标。同时，利用运动员的第二拐点强度，作为对运动员进行无氧耐力训练的参考强度值。

第三节  运动性疲劳及产生机理

    一、运动性疲劳概述

     (一)运动性疲劳的概念  运动性疲劳是指在运动过程中，机体的机能能力或工作效率下降，不能维持在特定水平上或不能维持预定的运动强度的生理过程。运动性疲劳是由运动引起的一种特有生理现象。这一疲劳概念的特点是： ① 把疲劳时体内组织和器官的机能水平与运动能力结合起来评定疲劳的发生和疲劳程度； ② 有助于选择客观指标评定疲劳，如心率、血乳酸、最大吸氧量和输出功率在其一特定水平工作时，单一指标或多指标同时改变都可以来判断疲劳。另外，也有人将疲劳定义为：疲劳是运动本身引起的机体工作能力暂时降低，经过适当时间休息和调整可以恢复的生理现象。

(二)疲劳的分类  运动性疲劳是由于身体活动或肌肉运动而引起的，主要表现为运动能力下降。根据疲劳发生部位可分为全身性疲劳和局部疲劳；根据疲劳发生的机理与表现，可分为中枢性疲劳、外周性疲劳和混合性疲劳。运动性疲劳常因活动的方式不同而产生不同的症状，在运动竞赛和训练中，身体疲劳和心理疲劳是密切联系的，故运动性疲劳是身心的疲劳。 

（三）运动性疲劳产生的机理

    1、“衰竭学说”  

    2、“堵塞学说” 

    3、“内环境稳定性失调学说” 

    4、“保护性抑制学说” 

    5、“突变理论” 

    6、“自由基损伤学说”  

    此外，内分泌功能异常和免疫功能下降也与运动性疲劳有关。

    二、运动性疲劳的发生部位及特征

(一)运动性疲劳的发生部位

    1.中枢性疲劳  中枢性疲劳系指发生脑至脊髓部位的疲劳。其特点是： ① 由于中枢神经系统发生功能紊乱，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。 ② 中枢内代谢功能失调，表现为大脑细胞中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  外周疲劳可能发生的部位是从神经-肌肉接点到肌纤维内部线粒体。这些部位中发生的某些变化与运动性疲劳有着密切的联系。

(1)神经肌肉接点  

(2)肌细胞膜 

    (3)肌质网  

    (4)线粒体 

    (5)收缩蛋白  

    (二)不同类型运动疲劳的特征

    运动性疲劳是一个极复杂的生理过程，由于运动的负荷和性质不同，对人体机能产生的影响也不同，疲劳产生的特征也不相同(表12-2)。不同运动项目的疲劳存在一定的规律性，短时间最大强度运动疲劳是因肌细胞代谢变化导致ATP转换速率下降；较大强度，较短时间运动所造成的疲劳往往是由于乳酸堆积所致；长时间中等强度运动的疲劳往往与肌糖原大量消耗、血糖浓度下降、体温升高脱水和无机盐丢失有关。在非周期性运动项目中，技术动作的不断变化和动作技能的复杂程度是影响运动性疲劳的重要因素。一般认为，习惯性的、自动化程度高的和节奏性强的动作不易疲劳，而要求精力高度集中以及运动中动作多变的练习，则较易产生疲劳。静力性运动疲劳的产生就其细胞代谢来讲和短时间大强度运动项目的运动性疲劳相似，但由于中枢神经系统相应部位持续兴奋，肌肉中血流量减少以及憋气引起的心血管系统功能下降更为明显。

   三、运动性疲劳的判断

科学判断运动性疲劳的出现及其程度，对合理安排体育教学和训练有很大实际意义。

    (一)测定肌力评价疲劳

    1.背肌力与握力   早晚各测一次，求出其数值差。如次日晨已恢复，可判断为正常。

    2.呼吸肌耐力   连续测5次肺活量，每次间歇30秒，疲劳时肺活量逐次下降。

    (二)测定神经系统机能判断疲劳

    1.膝跳反射阈值   疲劳时阈值升高。

    2.反应时   疲劳时反应时延长。

    3.血压体位反射   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，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。

    (三)测试感觉机能评价疲劳

    1.皮肤空间阈   运动后皮肤空间阈(两点阈)较安静时增加1.5-2倍为轻度疲劳，增加2倍以上为重度疲劳。

    2.闪光融合频率   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。疲劳时闪光融合频率减少。如轻度疲劳时约减少1.0-3.9Hz;中度疲劳时约减少4.0-7.9Hz;重度疲劳时减少8Hz以上。

    (四)用生物电评价疲劳

    1.心电图   疲劳时S-T段下移，T波倒置。

    2.肌电图    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  脑电图可作为判断疲劳的一项参考指标。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。

    (五)主观感觉判断疲劳   具体测试方法是：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。

六)测定运动中心率评定疲劳

心率(HR)是评定运动性疲劳最简易的指标，一般常用基础心率、运动后即刻心率和恢复期心率对疲劳进行诊断。

    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5-10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   按照训练-适应理论，随着训练水平的提高，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住。

    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

    一、恢复过程

    恢复过程可分为三个阶段，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：运动时能源物质的消耗占优势，恢复过程虽也在进行，但是消耗大于恢复，所以总的表现是能源物质逐渐减少，各器官系统的工作能力下降。

    第二阶段：运动停止后消耗过程减少，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：运动时消耗的能源物质及各器官系统机能状态在这段时间内不仅恢复到原来水平，甚至超过原来水平，这种现象称为“超量恢复”。超量恢复保持一段时间后又会回到原来水平。

    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，在一定范围内，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。

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，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。

    (二)肌糖原贮备的恢复   肌糖原是有氧氧化系统和乳酸能系统的供能物质。不同运动强度和持续时间，对肌糖原的恢复时间也不同。长时间运动致使肌糖原耗尽后，用高糖膳食46小时即可完全恢复；而用高脂肪与蛋白质膳食5天，肌糖原恢复仍很少。在短时间、高强度的间歇训练后，无论食用普通膳食还是高糖膳食，肌糖原完全恢复都需要24小时。

    (三)氧合肌红蛋白的恢复   氧合肌红蛋白存在于肌肉中，每千克肌肉约含11ml氧。在肌肉工作中氧合肌红蛋白能迅速解离释放氧并被利用，而运动后几秒钟可完全恢复。

    (四)乳酸再利用  乳酸是糖酵解的产物，其中蕴藏着大量的能量可以被利用。近几年的研究认为，乳酸大部分是在工作肌中被继续氧化分解。包括两种形式： ① 工作肌中乳酸穿梭。指运动过程中肌肉生成的乳酸，在不同类型的肌纤维中进行重新分配和代谢的过程。即肌肉收缩时，Ⅱb型纤维中生成的乳酸不断地“穿梭”进入Ⅱa型或Ⅰ型中被氧化利用过程。 ② 血管的乳酸穿梭。指运动时肌肉生成的乳酸不是在工作肌中进行代谢，而是穿出肌膜后弥散入毛细血管，通过血液循环将乳酸运输到体内其他器官进一步代谢的过程。乳酸经血液循环，主要到达心肌、肝和肾脏作为糖异生作用的底物。

    三、促进恢复的措施

(一)运动性手段

    1.积极性休息   运动结束后采用变换运动部位和运动类型，以及调整运动强度的方式来消除疲劳的方法称积极性休息。积极性休息生理学机理可用相互诱导理论来解释。

    2.整理活动   整理活动是指在运动之后所做的一些加速机体功能恢复的较轻松的身体练习。整理活动又称“放松练习”，剧烈运动时骨骼肌强力持续收缩，使代谢产物堆积、肌肉硬度增加并产生酸痛。运动结束后很难使肌肉自然恢复到运动前的松弛状态。另外，由于运动时血液重新分配，内脏血液大量转移到运动器官，以保证运动时能量代谢的需要，运动后若不做放松练习而突然停止不动，由于地心引力和静止的身体姿势，严重地影响静脉回流，使心输出量骤然减少，血压急剧下降，造成一时性脑贫血，产生一系列不舒适的感觉，甚至休克，即所谓重力性休克。 研究表明，剧烈运动后，进行3巧分钟的慢跑或其他动力性整理活动，使心血管、呼吸等运动后进行动力性整理活动可加速全身血液再次重新分配，促进肌乳酸的消除与利用，减少肌肉的延迟性酸痛，有助于疲劳的消除，预防重力性休克的发生。另外，做一些静力性牵张练习，使参与工作的肌肉得到牵张、伸展和放松，可有效地消除运动引起的肌肉痉挛，加速肌肉机能的恢复，预防延迟性肌肉酸疼。

    (二)睡眠

    睡眠对身体机能恢复非常重要，在睡眠状态下，人体内代谢以同化作用为主，异化作用减弱，从而使人的精力和体力均得到恢复。静卧可减少身体的能量消耗，也可加速身体机能的恢复。

    (三)物理学手段

    (四)营养学手段

1．  能源物质的补充 

    2.维生素与矿物质的补充

    (1)维生素  

    (2)矿物质    

    (3)中药补剂