运动生理学医学PPT.ppt

运动生理学 主要参考资料 田野主编 运动生理学高级教程 高等教育出版社2003邓树勋 运动生理学导论 北京体育大学出版社2007 中国运动医学杂志 体育科学 目前运动生理学研究重点 热点 难点 薄弱点 空白点 运动性疲劳研究 机制 表现 消除手段运动与分子生物学领域 运动相关基因及蛋白表达 基因工程在运动中的应用运动与自由基代谢低氧训练法运动与免疫运动与内分泌中医药在体育运动中的应用运动与健康促进 科学健身的生理学指导 不同年龄 性别 身体状态 机能评定与运动处方 运动对神经系统结构功能的影响运动训练法的更新 强调个体训练 生理负荷训练 无氧阈训练 乳酸训练法 高强度耐力训练法 专项训练法 比赛训练法 对高水平运动员 运动生理学研究层次 整体层次 机体与环境的关系 各系统机能的有机联系等 系统器官层次 运动对相应器官系统机能的影响 细胞分子层次 运动对细胞结构功能和分子表达的影响 1运动与肌肉系统 1 1肌纤维超微结构1 2兴奋收缩偶联过程1 3肌纤维类型及其形态机能特征1 4运动对肌纤维的影响1 5肌电图及其应用1 6影响肌肉力量的主要因素1 7肌肉力量训练的原则 1 1肌纤维的超微结构 肌管系统 横管 T管 纵管 L管 终池三联体 横管及两侧终池肌丝系统 粗肌丝 肌球蛋白或肌凝蛋白 细肌丝 肌动蛋白或肌纤蛋白 原肌球蛋白或原肌凝蛋白 肌钙蛋白 电镜观察 A带 暗带 I带 明带 H带 M线 Z线肌小节 1 2I带 A带 1 2I带 骨骼肌细胞的结构 安静大鼠比目鱼肌电镜照片 安静大鼠比目鱼肌电镜照片 示线粒体 安静大鼠心肌电镜照片 肌纤维排列整齐 A带 I带 H带和Z线 M线清晰 大强度运动后24h大鼠比目鱼肌电镜照片 大强度运动后48h照片 大强度运动后72h照片 1 2肌肉兴奋 收缩过程 兴奋收缩偶联 从肌肉兴奋的电变化到肌肉收缩的机械变化这一全过程 兴奋从神经传向肌肉的过程 兴奋 收缩耦联过程 细肌丝滑动学说 肌膜AP 横小管兴奋 肌质网释放Ca2 Ca2 与肌钙蛋白结合 原肌球蛋白构型改变移位 肌球 肌动蛋白结合 ATP分解横桥扭动 细肌丝滑入 收缩 肌质网耗能回收Ca2 Ca2 与肌钙蛋白分离 原肌球蛋白构型改变回位 肌球 肌动蛋白分离 细肌丝滑出 肌肉舒张 肌纤维收缩过程 细肌丝滑动学说 1 3肌纤维类型及特征 名称主要供能兴奋性收缩特点红肌慢肌慢红肌 SO 有氧高弱 缓慢持久白肌快肌快红肌 FOG a有氧 无氧 酵解 快肌快白肌 FG b无氧 ATP CP 酵解 低强 快速不持久 1 4运动对肌纤维的影响 延迟性肌肉酸痛 DelayedOnsetMuscleSoreness DOMS 机体完成不习惯高强度或 和长时间运动后一段时间出现并持续加重的肌肉酸痛现象 运动性肌肉损伤 Exercise inducedmuscledamage EIMD 机体从事不习惯高强度或 和长时间运动后发生的骨骼肌纤维微细损伤 micro damage 损伤具有延迟性特征 通常在运动结束后一段时间持续加重 24 72小时达高峰 持续5 7天或更长时间后逐渐缓解消失 此期常伴随DOMS发生 运动性肌肉肥大 肌浆型肥大肌原纤维型肥大肌肉肥大具有选择性速度 力量性训练 快肌纤维肥大 肌原纤维型肥大耐力性训练 慢肌纤维肥大 肌浆型肥大后天训练对肌纤维类型影响较小 可能导致快肌向慢肌纤维的转化后天训练基本不改变肌纤维数量 1 5肌电图 EMG 及其应用 肌电图的记录表面电极 针电极肌电图指标积分肌电图 IEMG 均方根振幅 RMS 平均功率频谱 MPF 中心频率 FC 肌电 肌力比值 E T比值 肌电图在体育运动中的应用肌力分析 兴奋传导速度 动作技术诊断 肌肉状态判断 1 6肌肉力量及其训练 肌肉力量 肌肉收缩时所能产生的张力 绝对肌力 最大肌力 相对肌力 比肌力 肌肉爆发力 肌肉耐力影响肌肉力量的主要因素单根肌纤维的收缩力活化的运动单位数量肌肉收缩初长中枢神经系统机能状态肌肉收缩的力学性质 年龄 性别 1 7力量训练的原则 超负荷原则 发展最大肌力应采用最大或接近最大负荷训练 递增负荷原则 经常调整 增加负荷 保持肌肉训练强度 以保证最大肌力的持续增长 递增负荷训练计划 训练目的起始负荷 RM 调整负荷 RM 最大肌力1 33 5肌肉爆发力5 88 12肌肉耐力12 1520 25 专门性原则 所进行的肌肉练习应与相应的运动项目相适应 负荷顺序原则 先练大肌肉后练小肌肉 前后相邻运动避免使用同一肌群 有效运动负荷原则 应有足够的运动强度和运动时间 才能产生明显的运动痕迹 靶强度 导致身体产生明显运动痕迹和效果的最小运动强度 靶心率 合理训练间隔原则 两次训练之间应有适宜的间隔时间 以促使超量恢复的产生 2运动与氧运输系统 2 1运动与心血管系统2 2最大摄氧量理论2 3运动与呼吸系统 2 1运动与心血管系统 心脏结构功能概述运动时心血管功能的变化运动员心脏结构功能特征评价心脏功能的指标常用无创性心血管功能检测手段 心脏结构功能概述 肌纤维排列整齐 A带 I带 H带和Z线 M线完整清晰 核质均匀 闰盘清晰可见 图1 图2 图3 肌纤维排列整齐 Z线清晰 完整 肌膜完整 胞核内染色质均匀 核膜完整 线粒体结构清晰 大小正常 包膜及嵴完整 心脏结构功能概述 闰盘的低电阻 使心肌成为 功能合胞体 较长的有效不应期 200ms 不产生强直收缩肌质网不发达 对细胞外钙浓度依赖性高几乎完全有氧供能 毛细血管与肌纤维1 1 Mb多 线粒体数量最多 氧利用率高等 心泵功能指标 心率 每搏量 心输出量 心指数 心力贮备 运动时心血管功能的变化 心率 60 100到200次以上每搏量 60 80ml到100ml多 普通人 200ml多 运动员 心输出量 3 6l min到20l min以上 普通人 40l min以上 运动员 心力贮备 最大心输出量 安静心输出量心率贮备 最大心率 安静心率每搏量贮备 最大每搏量 安静每搏量 运动员心脏结构功能特征 运动性心脏肥大 心腔扩大 心肌肥厚 运动性心动过缓 最低21次 分 每搏量增大 超过200ml 心力贮备增加 达40l min 以上 对运动员心脏的评价 早期 确定为病理心脏 称为 运动员心脏综合症 心动过缓 心杂音 心脏肥大 心电异常等 现在 基本认定为是对运动产生良好适应的高效心脏 与病理心脏的区别 可重塑性 高效性 关于运动性心肌顿抑 心肌顿抑 MyocardialStunning MS 是指当缺血心肌恢复供血后 在一段时间内 再灌注后数小时 数天或数周 常发生可逆性心脏机械功能障碍 但心肌结构并无不可逆损害 此现象称为心肌顿抑 又称缺血后心肌功能障碍 心肌顿抑发生时心脏功能改变情况 心脏收缩功能和舒张功能降低心电图异常 J点下移 QRS波群低电压 S T段改变 T波倒置 一过性Q波等 运动性心肌顿抑 exercisemyocardialstunning EMS 持续大强度运动后一段时间机体所出现的暂时性心机械功能障碍和心电异常现象 常用心血管功能检测手段 血压计遥测心率计心音图心电图 ECG 心阻抗血流图超声心动图 UCG 心尖搏动图超声多普勒图核磁共振成像计算机断层扫描成像 CT 常用心血管功能评定指标 1 心率 机能评定 运动强度划分 晨脉 靶心率 无氧阈心率 最大心率 心率恢复速率FOX1971年根据体格检查和心脏病研究资料提出 HRmax 220 年龄极限强度 最大强度 185b min 最大心率亚极限强度 次最大强度 170 185b min大强度 150 170b min中等强度 150b min以下此分类主要针对竞技运动训练 保健运动强度因人而异 2 动脉血压正常值 舒张压50 90mmHg 收缩压90 140mmHg临界高血压 舒张压90 94mmHg 收缩压140 159mmHg反映血管紧张性和身体恢复情况 中老年运动者重要监测指标 3 心电图 P波 心房肌的APQRS 心室肌AP的0期S T段 心室肌AP的2期T波 心室肌AP的复极化过程 因先后不一 故T波较宽 4 心输出量 CO 和心指数 CI 体表面积 m2 0 0061 身高 cm 0 0128 体重 kg 0 15295 心力贮备 每搏量贮备 心率贮备 反映心脏功能的最重要指标 血液指标 1 磷酸肌酸激酶同工酶 CK MB CK是血清中的一种非功能性酶 在血液中不起催化作用 只能反映有关脏器细胞被破坏或细胞通透性的情况 灵敏性高 特异性差 CK由B和M两种亚基彼此结合而构成三种不同的同工酶 分别为 CK MB 脑型 心肌 膈肌等 CK MM 肌型 骨骼肌等CK BB 线粒体型 神经细胞等 2 心肌肌钙蛋白 cTn 临床判断心肌微损伤的金指标 将肌钙蛋白变为标准的结果将是放弃旧的金标准CK MBcTn有三种亚型 cTnT cTnI和cTnC 临床主要采用cTnT作为心肌损伤的标志物 3 乳酸脱氢酶 LDH 5种同工酶LD1 LD5LD1 LD2大于1 提示急性心肌梗塞 AMI 2 2最大摄氧量理论 血红蛋白中的血红素与O2发生氧合氧离反应 1克Hb可结合1 34 1 36ml氧 希尔 Hill 因对离体肌肉能量代谢研究获1922年诺贝尔奖 1923年Hill通过一系列关于肌肉运动与乳酸和氧利用关系的人体实验 首次提出机体利用氧的能力存在上限的观点 认为受呼吸和循环系统的限制 摄氧量不会无限增加 1924年发表专著确立了最大摄氧量理论 几个重要概念 需氧量 机体为保证新陈代谢所需要的氧量 摄氧量 机体在代谢过程中实际摄入并利用的氧量 最大摄氧量 VO2max 机体心肺功能达到最佳匹配状态时单位时间所摄入的氧量 峰值摄氧量 VO2peak 各级运动负荷最后1分钟所测摄氧量的最大值 普通人Vo2max约2 3l min 运动员可超过4l min影响最大摄氧量的主要因素中枢机制 心输出量外周机制 外周组织的氧利用率最大摄氧量的遗传度高达70 97 无氧阈 AT 在递增运动负荷中 机体由有氧供能转为大量无氧供能的临界点 乳酸无氧阈 递增运动负荷中 血乳酸由缓慢渐增到陡增的拐点值所对应的运动负荷 通气无氧阈 递增运动负荷中 肺通气量 VE 呼吸商 CO2产生量和氧通气量 VE VO2 等呈非线性变化时所对应的运动负荷 个体无氧阈 IAT 乳酸阈个体波动在1 4 7 5mmol l之间 最大摄氧量利用率 机体由有氧供能转为大量无氧供能时 摄氧量占最大摄氧量的百分数 氧亏 OD 机体摄氧量不能满足需氧量时所造成的体内缺氧量 运动后过量氧耗 EPOC 运动后恢复期 为将机体代谢水平恢复到运动前状态所额外消耗的氧量 EPOC大于OD 关于氧债理论的质疑 EPOC大于ODEPOC与乳酸的产生和消除无直接关系麦克阿特症患者缺磷酸化酶 无法产生乳酸 但运动后仍出现EPOC 2 3运动与呼吸系统 运动可大大提高肺通气功能适当增加呼吸深度以提高呼吸效率呼吸系统机能不是影响摄氧量的主要因素 3运动与能量供应 3 1能源物质及其代谢3 2机体供能形式3 3运动与补糖3 4运动与补液 能量代谢 伴随着物质代谢所发生的能量贮存 释放 转移和利用 3 1能源物质及代谢 直接能源三磷酸腺苷 ATP 磷酸肌酸 CP 间接能源糖类单糖 葡萄糖 果糖 半乳糖等 双糖 蔗糖 麦芽糖 乳糖 多糖 淀粉 肌糖原 肝糖原脂肪 白色 棕色 棕色脂肪样细胞 蛋白质 三大营养物质能量参数 糖脂肪蛋白质生物热价 kj g 17 1539 7517 99 kcal 4 19 54 3氧热价 kj l 21 019 718 9 kcal 5 04 74 5呼吸商 co2 o2 1 000 70 8 糖 脂肪能量参数特点 糖 能量密度低 体内以糖原水合形式贮存 密度由纯量的4 1千卡 克降为2 7千卡 克 氧利用效率高 氧热价最高 供能速率快 脂肪 能量密度高 以纯脂肪形式贮存 9 5千卡 克 氧利用率低 供能速率慢 糖酵解产生的乳酸将抑制脂肪酶的动员 自由脂肪酸增多将抑制糖酵解酶活性 糖的代谢途径 构成组织细胞被细胞直接分解供能合成肝糖原食物糖单糖血糖合成肌糖原转化为脂肪和蛋白质 消化 吸收 脂肪的代谢途径 食物脂肪甘油 脂肪酸血脂组织细胞分解供能体脂糖和蛋白质 消化 吸收 蛋白质的代谢途径 食物蛋白氨基酸血液氨基酸组织细胞分解供能脂肪和糖类 消化 吸收 3 2机体供能形式 无氧供能 单糖 糖原 ADP PiATP 乳酸一克分子糖无氧酵解可生成2 3克分子ATP有氧供能 糖 脂肪 ADP PiATP CO2 H2O一克分子糖有氧氧化可生成36 38克分子ATP 机体三种供能系统 酶系 ATP CP系统 磷酸原系统 无氧供能 CP 供能十分迅速 供能量很少 短时间高强度运动无氧酵解系统 乳酸能系统 无氧供能 糖 供能较迅速 供能量较少 产物有害 1 3分钟全力运动有氧氧化系统 有氧供能 糖和脂肪 供能慢 供能量大 长时间耐力性运动 3 3运动与补糖 运动前膳食原则 多糖 少脂 少量 运动前补糖 1 前15 30min 液态单糖 多种单糖更佳 低浓度 低于10 经血液直接被组织细胞利用 2 前1 5 2 5h 单 双 多糖 固态糖 米面食等 或液态糖 20 左右 提高肌 肝糖原贮备 3 高糖膳食训练 5天 前2天大强度运动低糖膳食 后2天低强度运动高糖膳食 第5天比赛 可大幅提高糖原贮备 运动中补糖 多次 少量 50ml左右 低浓度 低于5 且与其他电解质一同补充 3 4运动与补液 运动补液的基本原则运动前补液应遵循足量足时的原则 即保证充分的液体量和足够的身体吸收 调节时间 使身体组织细胞能预先充分水合 减轻运动失水程度 要防止补液时间离开始运动时间过近 大量液体潴留在胃肠道或肾脏对水盐调节尚未完成 运动中补液应遵循低渗少量多次的原则 保证液体及时补充到位 运动后恢复期的补液以足量 等渗或低渗为度 此时的液体成份对糖物质没有明确的要求 但需保证适量的无机盐 运动补液的方法 关于运动前的补液 口渴 与 体渴 口渴 这一主观感觉反映身体对水的需求程度很不敏感 体渴 表明细胞组织一定程度脱水 出现口渴感才补液已属亡羊补牢 如果在此前经常补充一定量的液体以保证组织细胞正常水含量 则可起到防身体缺水于未然的作用 因此 运动前及时补液很有必要 运动前补液应注意补充的时间和量 运动前1小时补液有助于提高运动过程中体温调节能力 降低心率以减轻心血管系统的压力 补液量一般在300 500ml左右 避免补液过多加重胃肠道负担 运动前2小时补液则可给肾脏足够的调节时间 保持机体水平衡 延迟运动中缺水的发生 补液量在500ml以上 炎热的夏季可增至750 1000ml 此期身体可通过肾脏调整体内水和电解质平衡 将多余水盐排出体外 保证身体充分水合 关于运动中的补液 运动中补液的主要目的是缓解急性水盐丢失所引起的身体功能障碍 并适当提供能量物质 运动中补液应采取低渗少量多次的办法 以防止胃的不适 一般每15 20min补液100 200ml 每小时的补液量不超过800ml 同等强度运动中 补液量应随环境温度升高 出汗量增加而加大 关于运动后的补液 运动后补液仍以少量多次为原则 不宜暴饮 补液可持续到运动后数小时 补液总量可由体重的丢失情况而定 以运动前后体重降低量的150 补液 如体重降低1千克 至少补液1500ml以上 通常篮球运动失液900 1600ml h 足球运动失液为600 2420ml h 自行车运动失液620 1250ml h 运动补液的成分 水 脱水达体重的1 即会导致有氧耐力降低 运动成绩下降 脱水达体重的2 时 运动能力会大幅下降 可能出现热病和运动损伤 电解质 钠 钾 钙在运动中的作用尤为重要 运动失水的同时伴随上述物质的丢失 引起一系列功能障碍 糖类血糖降低将十分敏感地影响神经中枢功能 运动补液中含有一定浓度的单糖和低聚糖 如葡葡糖 果糖和蔗糖 可稳定血糖水平 保证神经中枢良好的机能状态 快速合成ATP 延长运动时间 其他成份少量的蛋白质 肽 氨基酸和抗氧化物质 如维生素C 维生素E 微量元素硒 番茄红素 辅酶Q10 红景天等 运动补液中不应含有碳酸汽 咖啡因 酒精等物质 更不能添加国际奥委会禁用的药物 运动与补液浓度 温度及口感 电解质 糖和其他成分的总浓度应控制在等渗或低渗水平 汗液是低渗液 大量出汗会引起血浆浓度增大 补充低渗液有助于快速吸收并降低血液粘度 浓度过高时 吸收速率慢 不能及时缓解组织细胞脱水状况 常用补液中糖类和Na 的浓度为4 8 和0 05 0 07 运动后多数人倾向于凉饮料 最受欢迎的液体温度为5 10 C 但凉饮料中水分子大部分处于聚合状态 渗入细胞较慢 热饮料中的水分子虽能迅速渗入细胞 但影响口感 会减小自主性饮水量 一般来说 15 22 C为补液的最佳温度 4运动性疲劳 机体运动中不能保持稳定的机能水平或不能维持特定的运动强度 4 1运动性疲劳发生机制4 2运动性疲劳发生的部位4 3运动性疲劳的评定指标4 4运动性疲劳的预防与消除 4 1运动性疲劳发生机制 能源耗竭学说疲劳时 快肌肌纤维ATP量下降至运动前的60 70 慢肌基本无变化 而CP可降至20 肌糖原降至25 血糖亦明显下降 ATP量 快肌干重27mmol kg 慢肌19mmol kg 2 代谢产物堆积学说主要代谢产物乳酸 氨 可促进酵解过程 H 增加可降低代谢酶活性 使运动能力降低 3 自由基损伤学说自由基 含有不成对电子的原子 离子或分子 主要有氧自由基 羟自由基 脂自由基 过氧化氢 单线态氧等 运动耗氧恢复期供氧 氧自由基 生物膜脂质过氧化 胞浆 线粒体钙超载等离子代谢紊乱 供能障碍 细胞微损伤 4 内环境失调学说酸性产物运动产热失水 内环境pH温度血粘度等 细胞代谢水平 疲劳 5 保护性抑制学说运动皮层兴奋性下传信号运动能力 保护性抑制 6 机能 突变 学说 运动 能量消耗兴奋性肌力 运动能力下降 4 2疲劳发生的部位 中枢疲劳 大脑皮层神经递质变化中枢神经系统内5 羟色胺 5 HT 增高 氨基丁酸增高多巴氨 DA 降低脊髓运动神经元兴奋信号降低 外周疲劳 神经 肌接头功能障碍 Ach释放减少 胆碱酯酶活性下降 突触间隙Ach堆积 肌肉兴奋收缩节律性降低 肌细胞膜结构功能改变肌纤维代谢产物堆积 H 增加抑制ATP酶活性 直接抑制横桥循环 能量供应障碍 ATP由运动前大量分布在肌丝附近变为分布在线粒体附近 降低了供能速率 4 3运动性疲劳的评定指标 主观感觉指标自我感觉 睡眠 食欲 情绪 RPE表等 运动性疲劳客观指标 生理指标 心率 晨脉 定量负荷心率 恢复速率 血压 呼吸肌耐力 心电图 反应时 视觉闪光融合阈值生化指标 血乳酸 尿蛋白 CK Hb 睾酮 皮质醇 睾酮 皮质醇比值 4 4运动性疲劳的预防与消除 预防 糖原填充训练 耐力性项目 提高机体缓冲能力 补充碳酸氢钠等 提高中枢神经系统耐酸能力 低氧训练 屏气等无氧训练 提高体内抗氧化能力 SOD GSH Px等抗氧化酶及非酶物质Vc Ve 硒等 消除 被动性休息 静息 睡眠 主动性休息 积极性休息 物理恢复手段 按摩 牵拉 水浴 桑拿 蒸气浴 盐浴 高压水枪浴 吸氧 体外反搏法营养 5训练方法的生理学机制 持续训练法匀速训练法变速训练法间断训练法间歇训练法重复训练法 5低氧训练法 5 1高原训练法 Hi Hi 5 2高住低练法 Hi Lo 5 3低住高练法 Lo Hi 5 4高住高练低练法 Hi Hi Lo 5 5间歇性低氧暴露 IHT 5 6亚高原训练法 5 1高原训练法 Hi Hi 由苏联学者20世纪50年代提出 旨在利用高原缺氧和运动训练双重刺激提高人体供氧能力 适宜高度及训练时间 2000 2500m 4 6周高原训练对机体的影响1 改善呼吸系统机能2 提高心脏的供血能力提高有氧运动能力3 刺激肾脏分泌E