运动生物化学(第二版)课件第七章运动人体机能的生化评定

第七章运动人体机能的生化评定学习目标理解运动人体机能评定的生化原则与意义；掌握评定运动人体机能和训练效果的生化指标、评定原理与方法及实际运用中的注意事项；学会根据所学生化指标和评定方法，结合实际对运动人体的机能状态及其运动适应能力做出综合评定。第一节运动人体机能评定的生化原则与意义一、运动人体机能评定的生化原则负荷过大，不仅不能提高运动能力，反而使之下降，并损害身体健康；负荷太小，运动能力提高不明显。运动生物化学的各项指标可以从分子水平客观地反映运动强度、负荷和运动人体的机能。（一）评定运动人体机能生化指标的选择及原理根据某些生化指标了解运动中人体机能变化规律，可对运动人体机能做出定性或定量分析。1.代谢产物指标2.功能性物质指标3.代谢调节物质指标代谢产物作为指标运动时体内物质代谢（materialmetabolism）加快，代谢产物增加，内环境发生暂时的改变，血、尿、汗以及唾液中某些成分发生相应变化。血、尿、汗或唾液中代谢产物的变化可间接反映运动时物质、能量代谢的特点和规律。如血乳酸可反映运动时糖酵解系统的供能情况，血氨、血尿素可反映运动时的蛋白质代谢状况，尿酮体可反映运动时的脂肪代谢状况。同时这些指标数值的高低在一定程度上可以反映运动员的机能状态。用功能性物质作为指标机体中有许多功能性物质。如血红蛋白(Hemoglobin，Hb)是红细胞中运输O2和CO2的重要物质。血红蛋白降低，便会影响机体运输O2的功能，影响运动耐力。因此，血红蛋白的含量可以反映运动员的机能状态。如当身体机能下降或运动负荷过大时，尿液中蛋白质就会增多，形成运动性蛋白尿。因此，尿蛋白含量的变化可反映运动员的机能状态和运动负荷的大小。血清中免疫球蛋白含量可以反映机体的免疫功能。用代谢调节物质作为指标酶和激素是调节物体新陈代谢的两类重要物质。大部分酶只有在细胞内才能行使它们的催化功能，当运动员身体机能下降或运动强度过大时，容易导致组织细胞膜通透性的增加，引起血清酶活性的升高。（二）生化指标的可测性与易测性1.可测性可用来评定运动人体机能的生化指标很多，由于机体运动主要是骨骼肌的运动，所以最直接的评定方法是测定骨骼肌中物质的变化。2.易测性评定运动人体机能的生化指标应具有易测性。3.掌握适宜的测试时间许多指标由于其生化特征不同，运动中变化的特点及规律亦不同，因此，测试时间的掌握十分重要。（三）生化评定的综合性和长期性追踪测试：测定指标运动前、后的变化值。如单独用运动后血乳酸值多少来评定负荷强度，误差较大，但同时测定运动前的安静值和近几周运动后的变化值，效果会更好。综合评定：测定多个相关指标。如同时测定血乳酸、血清CK与尿蛋白评定运动强度，同时测定血尿素、尿蛋白及血红蛋白等多个指标评定运动人体机能，其评定结果将更为客观。二、运动人体机能生化评定的意义（一）运动员科学选材的依据人体的运动机能受多方面因素的影响。遗传相关指标在近年来的研究相对较多，根据运动能力相关基因（gene）的分析，如ACE基因等作为运动员选材的依据。物质代谢相关指标也有较好的遗传度（表7-1-1）。（二）评定与监控机能状态的依据1.不同指标对运动负荷的评定特点同一运动负荷，对不同运动员其机体反应不同；同一运动负荷，在不同时间、不同环境，对同一运动员，其反应也不同。科学地调控运动负荷有效提高训练效果评定机体对运动负荷的适应性变化2.评定运动性疲劳和恢复状况运动训练就是疲劳(fatigue)—恢复(recover)—再疲劳—再恢复的过程。运动训练过程中可通过多项生化指标的测定与综合分析，准确地评定运动性疲劳的程度及机体恢复情况，对防治过度训练(excessivetraining)和运动损伤(athleticinjury)具有积极作用，同时也是实现运动训练科学化、提高训练水平的关键。（三）评价运动训练效果的依据运动员经过一阶段系统训练后，其训练效果不仅可以从运动成绩上反映，还可以从代谢能力和供能能力是否提高来反映。机体代谢能力和能量供应是运动能力（尤其是体能）的物质基础，通过训练可使相应的供能系统能力得到提高，达到预期目的。（四）评定运动者营养状态的依据运用生化指标还可以监测运动人体的营养状况。根据运动中人体内的物质消耗和代谢产物的生成，针对性地补充营养物质，可有效保证人体处于最佳机能状态。如根据人体运动后酸性物质对细胞内外环境的影响，选择相应的酸、碱性食物；根据运动中机体糖、脂肪和蛋白质的消耗量，指导运动后能源物质的摄入比例等。第二节评定运动人体机能生化指标分析一.血乳酸许多研究表明，乳酸测试能帮助我们阐明和了解训练的原理，调节和控制训练强度，评定和预测训练水平，故乳酸常被视为“训练标尺”。目前，随血乳酸(bloodlacticacid)测试方法的不断改进，血乳酸在运动中的运用越来越广泛。安静时，血乳酸浓度保持在稳态1～2mmol/L。运动时，血乳酸的变化与动用能量的系统种类有关：磷酸原系统供能为主的运动，血乳酸浓度较小，一般不超4mmol/L；糖无氧酵解系统供能为主的运动，血乳酸浓度可达15mmol/L以上；有氧氧化系统供能为主的运动，血乳酸浓度在4mmol/L左右。在训练时测定血乳酸浓度的峰值变化，可以掌握训练过程中运动员代谢能力的变化，控制运动强度。运动时血乳酸浓度的变化与运动强度有关。血乳酸浓度上升的起始运动强度约为50%～60%VＯ2max；耐力运动员的起始强度推迟至60%～70%VＯ2max左右。短时间剧烈运动（如1-3min全力跑）时,血乳酸可达到15mmol/L以上；短时间间歇运动时,血乳酸可达32mmol/L,而长时间耐力运动后，血乳酸浓度上升较少。训练水平也可影响运动后血乳酸浓度。速度性运动项目的高水平运动员血乳酸最大浓度值较高；耐力性运动项目的优秀运动员，在完成相同亚极量运动负荷时，其血乳酸浓度值就相对较低。这一特点可用以评定运动员训练水平或选材。根据运动后乳酸的消除速率来了解人体的代谢与恢复能力。不同个体参加同一项目的运动，运动中乳酸生成量不同，运动后人体内乳酸的消除速率也不同，这与运动负荷和人体代谢能力的关系非常密切。乳酸阈(lactatethreshold)，与VO2max相比，它能更客观、更好地反映运动员的有氧代谢能力。二、血尿素血尿素(BU，bloodurea)与运动人体的机能状态、疲劳程度以及运动量的大小有关。运动时，蛋白质及氨基酸的分解代谢加强，尿素生成增多。一般来说，30min以内的运动，血尿素变化较小；只有在进行长时间、较大强度的运动，血尿素的变化才较明显。所以，常用血尿素指标评定运动量。运动量的大小与运动前后的血尿素变化值有关。大运动量前后，运动员的血尿素值变化均在1～3.5mmol/L。一般来说，运动前后血尿素增加值超过3mmol/L，说明运动量偏大，运动员已达疲劳阈值；当增加值在2mmol/L左右时，则认为虽然运动量较大，但运动员能适应；当血尿素的变化值为2mmol/L时，说明其运动量偏小。应用血尿素评定运动量，除看运动前后变化值外，还应结合血尿素的疲劳阈值。当运动后血尿素达到或超过8mmol/L，且比运动前升高约2mmol/L左右时，可认为运动量大。在训练周期内测定血尿素水平的动态变化，一般有下列几种类型：在训练中血尿素含量不变；运动量小在训练期开始上升，然后逐渐恢复正常；运动量足够大，身体能适应在训练期中始终升高。运动量过大，或上一周期训练后身体还未恢复，这时就要对运动量进行控制运用血尿素评定身体对训练的适应时应选择大运动量的训练：在训练前、后及次日早晨取血测血尿素。如评定一个训练周期的情况，则可在训练周期开始、中间和结束的早晨取血测定。血尿素浓度也能评定运动训练后人体机能适应与恢复状况。蛋白质分解代谢加强，不仅发生在不适应的运动中，还会延续到运动后的休息期，所以常表现为运动后的次日或第2、3天还保持较强的分解代谢，其恢复的速度和训练程度有关。训练水平高、机能状态好的人，其恢复较快些。运动后升高，次日早晨恢复，说明身体对运动量适应；运动后次日早晨停留在高水平或持续升高，说明身体还未恢复；训练周期内先上升，后逐渐下降至开始水平，说明运动员对训练量或环境（如高原训练）逐渐适应。三、血红蛋白血红蛋白(血色素,Hb)的主要功能是运输红细胞O2和部分CO2的载体，还具有维持体液酸碱平衡的作用，故能直接影响体内物质代谢与能量代谢，从而影响人体机能及运动能力。血红蛋白与运动负荷关系密切，大运动负荷时，血红蛋白下降。因此，血红蛋白也可作为评定运动负荷的生化指标。常人血红蛋白的正常范围是：男性120～160g/L、女性110～150g/L。我国运动员安静时的Hb范围与正常人基本一致，运动员贫血诊断标准与常人也一致，男性低于120g/L、女性低于110g/L、14岁以下男女均低于120g/L，可作为贫血诊断的参考值。血红蛋白含量高，有利于输送氧气给组织器官,但并不是越高越好，因为在一定浓度内，血红蛋白增多时，血细胞压积和血液黏稠度上升，使血液流动速度减慢，外周组织获氧减少，反而对身体不利。最适宜的数值是血细胞压积45％左右，此时血红蛋白约为160g/L。运动员在大运动负荷训练开始时，由于红细胞被破坏较多，血红蛋白下降，这是大运动负荷训练早期的一种反应。经过一个阶段训练，身体对运动负荷适应后，血红蛋白又回升，这是机能改善的表现。当运动员处于过度训练状态时，血红蛋白含量下降；当训练状态好转时，血红蛋白含量又上升。在血红蛋白含量上升时，运动员参加比赛，一般成绩较好；当血红蛋白含量下降10%时，运动员比赛成绩大都不好；当血红蛋白含量下降20%时，运动成绩大幅度下降。血红蛋白指标也可用于大众健身效果的评定。例如糖化血红蛋白(HbAlc)是自身血红蛋白在高血糖作用下通过缓慢连续的非酶促糖化反应形成的产物。HbAlc的测定可反映测定前6-10周内的平均血糖水平。百分率越高，表示血糖与血红蛋白结合越多，糖尿病病情也越重。健康人群HbAlc比例为4.0％-7.7％(6.5±1.5％)未控制的Ⅱ型糖尿病患者HbAlc比例可高达10％-20％四、尿蛋白正常成人尿蛋白含量极少，浓度为2mg%左右。人每天排出的尿蛋白总量在10-150mg之间，其平均浓度不超过10mg%。运动员安静时的尿蛋白含量也很少，采用一般方法检测不到，故称为阴性尿。运动会引起尿液内蛋白质含量增多，这种现象称为运动性蛋白尿。不同于病理性蛋白尿，运动性蛋白尿在运动后能迅速地自行复原。尿蛋白(urineprotein)是评定运动个体机能与运动负荷的灵敏指标。因尿液收集对机体属无损伤法，且简便易行、便于推广，因此，尿蛋白测定及其在运动训练实践中的应用将越来越广泛。急性运动后尿蛋白含量与运动负荷有关（与运动强度关系密切），因此，可用尿蛋白含量评定运动负荷，特别是评定运动强度。运动性蛋白尿指标有较大个体差异：有些人运动后易出现，且数量较多；有些人则不易出现，出现时数量也较少。这种个体差异与训练水平关系不大，可能与遗传因素有关。个体完成相同距离比赛或相似运动负荷时，尿蛋白量则较为稳定。一旦出现尿蛋白激增，并一直延续至次日早晨或更久，即可说明机能不适应或疲劳未消除。运动强度大（糖酵解供能为主），持续时间长，尿蛋白相应增多。如果运动后4h或至次日早晨完全恢复到安静时正常范围，表示运动量和强度偏大，对身体刺激较大，但个体运动机能保持良好，能够及时恢复。例如，一名游泳运动员100m自由泳后尿蛋白为120mg%，预赛和复赛中测试结果都很接近，但决赛后尿蛋白增至150mg%，表现为身体疲劳，比赛成绩下降，但次日早晨尿蛋白在10mg%以下，说明不是病理性蛋白尿，而是机能状态下降的结果。整个训练周期中，也可用尿蛋白指标监测机体对运动负荷适应情况。大运动量训练开始时身体不适应，尿蛋白增多；继续坚持一个阶段训练后，完成相同强度训练时尿蛋白又会减少，这是身体对运动负荷的适应性表现。如果晨尿中蛋白含量较高或超出正常范围，可能是过度训练的表现，应酌情减少训练强度或训练量。在应用尿蛋白来评定训练负荷和身体适应状况时，应做到跟踪、系统观察。五、血睾酮睾酮(testosterone)是雄性激素中的一种，与运动能力的关系十分密切，它的作用如下：刺激雄性性器官发育并维持其功能加强蛋白质等的合成代谢加速体内抗体的形成刺激红细胞生成提高中枢神经系统兴奋性较高的睾酮水平、适宜的运动训练和高蛋白膳食可使人体肌肉大大增加。因为剧烈的运动可以增强肌细胞受体与睾酮的结合力，训练又可通过牵拉等作用使氨基酸进入肌细胞，高蛋白膳食为人体内蛋白质的合成提供原料，而睾酮则能激活合成蛋白质的酶系统，并刺激肌细胞受体分子，激活特殊的基因增加蛋白质的合成。（一）急性运动对血睾酮水平的影响短时间激烈运动，血睾酮变化不大，有时会出现升高的现象，其主要原因可能是血浆中的水分进入收缩的肌肉或出汗失水使血液浓缩；也可能是运动时血液重新分配，肝脏供血量减少导致睾酮在肝脏中的降解率减小。长时间、大运动负荷或力竭运动使血睾酮含量下降，从而引起人体机能下降，运动能力也随之下降。其血睾酮下降的原因可能是血睾酮生成量减少，或与靶细胞受体结合，消耗量增多，也可能是长时间应激反应使皮质醇升高，继而引发低血睾酮症等。（二）慢性训练对血睾酮水平的影响长期运动训练对运动员安静时血清睾酮水平的影响取决于运动负荷和运动员的机能状态。一般认为，在训练初期，运动引起机体分泌睾酮增多，而随着持续大负荷训练，睾酮消耗量增多，如果同时伴随下丘脑─垂体─性腺轴被抑制，就会出现运动性低血清睾酮现象，因此训练过程中监测血清睾酮可以反映运动员机能状态，血清睾酮水平的显著降低可作为机体过度训练的标志。睾酮是促进合成代谢的激素，皮质醇则是肾上腺皮质分泌的促进分解代谢的激素，它可加速糖、脂肪、蛋白质的分解，抑制睾酮分泌，有利于运动时的能量供应。测定血睾酮／皮质醇(T/C)比值，可了解体内合成代谢与分解代谢的平衡状态，是目前公认监测过度训练及疲劳恢复状态的最灵敏指标。血清T／C比值被认为是监控与运动者的机能状况的敏感指标。运动在一定程度上会引起垂体—睾丸轴的机能发生变化，运动的强度与长短有很大的关系。六、血清肌酸激酶人体骨骼肌、心肌、脑中均含有肌酸激酶，尤其骨骼肌中的含量最为丰富，占全身总量的96%之多。肌酸激酶在肌肉收缩中的作用十分重要。它催化ADP、CP生成ATP、CP的反应，以保证肌肉收缩时能量的供应以及运动后，ATP和CP的再合成。正常时，血清CK是肌酸激酶由骨骼肌或心肌细胞透过细胞膜进入血液的结果，其正常值在100IU/L以下。运动时血清肌酸激酶活性升高的原因：运动时缺氧、代谢产物堆积、供能相对不足等所引起的肌细胞膜通透性升高，或是肌细胞膜受到损伤，促使从细胞内释放加强。其中由于肌肉牵拉的机械性损伤原因较为重要。短时间激烈冲击性运动易引起血清CK活性升高。我国短跑运动员在安静时，男性的血清CK活性为78IU/L，女性的血清肌酸激酶浓度为65IU/L。在大运动负荷训练（300-400m跑，重复4-5次）或100m、200m跑比赛后，血清CK活性都显著上升，尤其在比赛后，升高更为显著，可上升至734IU/L左右。应用血清CK活性做机能评定指标时，一般认为可2～3天取血测定一次。在一般负荷运动后血清CK经常处于100～200IU/L，如果超过300IU/L，则说明运动强度过大，身体尚未恢复，这时应调整运动强度。注意显著的个体差异，其恢复程度的个体差异也很大。七、尿肌酐肌酐是磷酸肌酸的代谢产物。磷酸肌酸在体内可自行分解，它失去磷酸后生成的肌酐(creatinine,Cr)经肾随尿排出体外，即为尿肌酐(urinecreatinine,Ucr)。测定尿肌酐的含量可间接了解运动员体内磷酸肌酸的含量。七、尿肌酐尿肌酐系数是指24小时每公斤体重排出的尿肌酐的毫克数，该系数与运动能力的关系十分密切。运动员的尿肌酐含量与运动成绩高度相关，可作为力量素质评定的一项生化指标。第三节运动人体机能的生化综合评定

采用多指标、多层次、多因素的整体综合评定，才能科学地、准确地评定运动人体机能。一、运动人体机能综合评定的意义在运动人体机能的评定中，单一生化指标是很难说明问题的。每项指标都有其局限性。目前常采用血乳酸、尿蛋白、血清磷酸肌酸激酶等指标综合评定运动强度；采用血红蛋白、血尿素、尿胆原、血睾酮含量等指标综合评定运动负荷。多种指标可以组成综合评定体系，起到相互补充、扬长避短的作用，能够更科学地评定运动负荷。二、运动人体机能生化综合评定的方法评定运动人体机能明确评定目的制定相应的测定方案与评定计划选择相应的指标与评定方法等等（一）综合评定的生化指标的选择与组合评定运动人体机能时，应根据测试与评定的目的、运动员的年龄、训练水平、运动专项、运动训练的具体情况以及实验条件等选择和确定生化指标。此外，还应考虑测试对象的接受程度与科研人员操作水平。生化指标选择时应注意指标有效性，包括内容有效性及结构有效性。内容有效性指所选生化指标的属性应与运动负荷某一属性一致；结构有效性指所选生化指标应有特征的、完整的搭配。（表7-3-1常用训练监控的生理生化指标）（二）进行准备实验，确定指标测定的可靠性与客观性生化指标测试结果的可靠性与客观性常受实验者操作水平、实验仪器的精确度、样品的处理和测试药物的等级、温度、湿度等因素的影响。为了确保测试的客观性与可靠性，常需做预备实验。预备实验是综合评价前所必需的一项重要的实验，常包括重复实验和回收实验两类。（三）对测试结果做出综合分析评价运动人体机能的综合评价不同于一般测试的评价：根据测得的生化指标评价运动负荷、强度以及各运动员的适应程度；评价运动队的整体水平；根据评价结果给出下次（下周）的调整建议或意见；针对出现运动性疲劳