身体素质的生理学基础.pdf
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1、身 体 素 质 的 生 理 学 基 础人 体 的 一 切 随 意 运 动,都 是 在 神 经 系 统 支 配 下 所 实 现 的 不 同 形式 的 肌 肉 活 动。这 些 肌 肉 活 动 的 基 本 能 力 可 表 现 为 收 缩 力 量 的 大 小、收 缩 速 度 的 快 慢、持 续 时 间 的 长 短、关 节 活 动 的 范 围 以 及 迅 速 改 变体 位,转 换 动 作 的 应 变 能 力 等 等。通 常 把 人 体 在 运 动 过 程 中 所 表 现的 力 量、速 度、耐 力、柔 韧 及 灵 敏 等 机 能 能 力 称 为 身 体 素 质。身 体 素 质 的 发 展 水 平,不 仅
2、决 定 于 骨 骼 肌 本 身 的 形 态、结 构 和功 能 特 点,而 且 与 其 能 量 供 应、神 经 系 统 的 调 节 能 力 以 及 内 脏 器 官的 机 能 等 因 素 有 着 密 切 的 关 系。因 此,身 体 素 质 是 人 体 各 器 官、系统 机 能 能 力 在 肌 肉 活 动 中 的 综 合 反 映。良 好 的 身 体 素 质 是 学 习 和 掌 握 运 动 技 能、提 高 运 动 成 绩 的 基 础。但 是,身 体 素 质 的 训 练 效 果 是 可 逆 的。停 训 后 身 体 素 质 趋 于 下 降,其 下 降 速 度 和 程 度 与 训 练 水 平 及 停 训 时
3、 间 有 关。训 练 水 平 高、停 训时 间 短 者,身 体 素 质 下 降 速 度 缓 慢 且 程 度 较 小;反 之,下 降 速 度 及程 度 较 大。所 以 在 体 育 教 学 与 运 动 训 练 中 合 理 安 排 身 体 素 质 的 训 练具 有 重 要 意 义。返回本章返回本章第第 一一 节节力力 量量 素素 质质力 量 素 质 是 指 肌 肉 收 缩 对 抗 或 克 服 阻 力 的 能 力。人 体 的 所 有运 动 几 乎 都 是 对 抗 阻 力 而 产 生 的,所 以 良 好 的 力 量 素 质 是 取 得 优 异运 动 成 绩 的 重 要 基 础。例 如 跑 速、游 速 等
4、 需 要 强 大 的 肌 肉 力 量;运动 持 续 时 间 的 长 短 有 赖 于 力 量 的 大 小;柔 韧、灵 敏、协 调、平 衡 等机 能 能 力 也 与 力 量 素 质 有 着 密 切 的 关 系。因 此,力 量 素 质 是 人 体 最重 要 的 身 体 素 质,是 其 它 身 体 素 质 的 基 础,是 素 质 的 素 质。一一、力力 量量 素素 质质 的的 分分 类类力 量 素 质 的 分 类 较 为 复 杂。按 照 肌 肉 收 缩 的 形 式 可 分 为 静 力 性力 量 和 动 力 性 力 量。静 力 性 力 量 是 指 肌 肉 进 行 等 长 收 缩 时 所 产 生 的力 量
5、,其 特 点 是 从 事 力 量 练 习 时 肢 体 维 持 或 固 定 于 某 一 位 置 或 姿 势,但 无 明 显 的 位 移 运 动。例 如 体 操 运 动 中 的 十 字 支 撑、倒 立、悬 垂、耗 腿、平 衡,武 术 运 动 中 的 马 步 桩 等。动 力 性 力 量 是 指 肌 肉 进 行 等张 收 缩 时 所 产 生 的 力 量,其 特 点 是 进 行 力 量 练 习 时 肢 体 产 生 明 显 的位 移 运 动,但 不 出 现 明 显 的 停 顿 或 固 定 姿 势。例 如,田 径 运 动 中 的跑、跳、投,游 泳 运 动 中 的 蝶、仰、蛙、爬 以 及 推 举 杠 铃、引
6、体 向上 等。由 于 力 量(F)等 于 质 量(m)与 加 速 度(a)的 乘 积,即 F=m.a。因 此,动 力 性 力 量 又 可 分 为 重 量 性 力 量 和 速 度 性 力 量。其 中,重 量性 力 量 以 改 变 质 量 为 主,其 大 小 由 肌 肉 活 动 时 所 对 抗 的 器 械 重 量 来反 映,如 举 重 等;而 速 度 性 力 量 则 以 改 变 速 度 为 主,通 常 用 器 械 运动 时 所 产 生 的 加 速 度 来 评 定,如 投 掷 标 枪 等。按 照 肌 肉 力 量 的 表 现 形 式 及 构 成 成 分 可 将 其 分 为 绝 对 力 量、相对 力 量
7、、力 量 耐 力 和 快 速 力 量 等。绝 对 力 量 又 称 为 最 大 力 量,它 是指 肌 肉 做 最 大 用 力 收 缩 时 所 产 生 的 力 量,通 常 用 肌 肉 收 缩 时 所 能 克服 的 最 大 负 荷 来 表 示。绝 对 力 量 的 大 小 与 体 重 有 关,一 般 情 况 下,体 重 越 大 绝 对 力 量 也 越 大。相 对 力 量 又 称 为 比 肌 力,是 指 单 位 生 理横 断 面 积(以 1cm为 单 位)肌 肉 做 最 大 收 缩 时 所 产 生 的 力 量。由 于人 体 体 重 与 肌 肉 重 量 密 切 相 关,因 此 通 常 把 整 个 人 体
8、所 能 克 服 的 最大 阻 力 称 为 绝 对 力 量,而 把 每 公 斤 体 重 所 能 克 服 的 阻 力 称 为 相 对 力2量。力 量 耐 力 是 指 肌 肉 收 缩 对 抗 阻 力 过 程 中 抵 抗 疲 劳 的 能 力。常 用肌 肉 克 服 某 一 固 定 负 荷 的 最 多 次 数(指 动 力 性 练 习)或 最 长 时 间(指静 力 性 练 习)来 表 示。快 速 力 量 是 指 肌 肉 在 最 短 时 间 内 产 生 最 大 张力 的 能 力,或 者 肌 肉 在 极 短 的 时 间 里,通 过 迅 速 强 有 力 的 的 收 缩 产生 最 快 加 速 度 去 克 服 阻 力
9、 的 能 力,通 常 用 肌 肉 单 位 时 间 的 做 功 量 来表 示,例 如 爆 发 力 等。应 该 指 出,力 量 分 类 是 相 对 的。而 人 体 在 运 动 时 所 表 现 的 力 量素 质 往 往 是 多 种 力 量 成 分 共 同 作 用 的 结 果。因 此,在 力 量 训 练 过 程中 根 据 运 动 项 目 的 力 量 特 点,选 择 合 理 的 练 习 方 法,才 能 促 进 力 量素 质 的 全 面 发 展。二二、决决 定定 力力 量量 素素 质质 的的 生生 理理 学学 基基 础础(一一)骨骨 骼骼 肌肌 的的 形形 态态 及及 机机 能能 特特 点点肌 肉 力 量
10、 的 大 小 取 决 于 肌 肉 的 形 态、结 构、肌 纤 维 百 分 组 成 以及 生 理、生 化 特 点。1 肌 肉 的 生 理 横 断 面 积肌 肉 生 理 横 断 面 积 是 指 垂 直 通 过 某 一 块 肌 肉 所 有 肌 纤 维 的 横 断 面积,它 是 影 响 肌 肉 力 量 的 主 要 因 素。研 究 表 明,肌 肉 横 断 面 积 的 大小 取 决 于 肌 纤 维 的 数 量、肌 纤 维 的 直 径 和 肌 纤 维 的 排 列 方 向。通 常肌 肉 生 理 横 断 面 积 越 大 力 量 也 越 大。力 量 训 练 可 引 起 肌 肉 体 积 和 横 断 面 积 增 大,
11、主 要 是 由 于 肌 纤 维横 断 面 积 增 大 的 结 果。日 本 学 者 猪 饲 和 福 永(1968 年)利 用 超 声 技术 对 青 少 年 上 肢 屈 肌 肌 力 与 横 断 面 积 的 关 系 进 行 了 研 究,结 果 发 现二 者 之 间 呈 线 性 关 系。而 且 这 种 关 系 不 受 年 龄 和 性 别 的 影 响。业 已证 明,力 量 训 练 引 起 肌 纤 维 增 粗,主 要 是 肌 纤 维 内 收 缩 蛋 白 增 加 所致。收 缩 蛋 白 作 为 肌 纤 维 内 的 重 要 蛋 白,其 含 量 的 增 加 不 仅 可 使 肌原 纤 维 直 径 增 粗,而 且 能
12、 使 肌 原 纤 维 数 目 增 加,从 而 提 高 肌 肉 的 收缩 力 量。这 种 肌 原 型 功 能 肥 大 可 能 是 由 于 某 些 激 素(如 生 长 素、雄性 激 素 等)促 使 氨 基 酸 向 肌 纤 维 内 转 运 速 度 加 快、导 致 蛋 白 质 合 成增 加 的 缘 故。力 量 训 练 过 程 中,随 着 肌 肉 体 积 的 增 大 还 可 引 起 一 系 列 生 物 化学 变 化。例 如 高 强 度、慢 速 度 的 力 量 练 习 可 以 增 加 肌 红 蛋 白、肌 糖原 及 磷 酸 肌 酸 的 含 量,提 高 三 磷 酸 腺 苷 酶、磷 酸 果 糖 激 酶 的 活
13、性,使 肌 肉 活 动 时 的 能 量 供 应 速 率 得 以 提 高,从 而 导 致 肌 肉 力 量 增 加。2 肌 肉 结 缔 组 织肌 肉 结 缔 组 织 是 肌 肉 的 弹 性 成 分,主 要 包 括 肌 束 膜、韧 带 和 肌腱 三 个 部 分。结 缔 组 织 不 仅 能 产 生 一 定 的 弹 力,而 且 具 有 传 递 肌 肉收 缩 力 量 的 作 用,因 此,发 达 的 结 缔 组 织 对 于 提 高 肌 肉 力 量 具 有 重要 意 义。研 究 表 明,在 长 期 的 力 量 训 练 过 程 中 对 肌 肉 结 缔 组 织 产 生的 紧 张 与 牵 拉 刺 激,能 使 其 增
14、 厚、增 粗 而 坚 实 有 力,具 体 表 现 为 肌束 膜 增 厚,肌 腱 和 韧 带 组 织 增 粗,肌 腱 与 骨 骼 附 着 点 结 合 力 增 强,抗 牵 拉 力 量 增 大 等。3 肌 肉 长 度肌 肉 长 度 是 指 肌 肉 两 端 肌 腱 之 间 的 长 度。在 自 然 状 态 下 肌 肉 的长 度 越 长,所 含 的 肌 小 节 越 多,故 肌 肉 产 生 的 力 量 越 大。研 究 发 现,肌 肉 长 度 与 其 横 断 面 积 及 体 积 的 发 展 潜 力 有 关。例 如 两 个 人 肱 二 头肌 的 长 度 分 别 是 30cm 和 20cm,前 者 肌 肉 长 度
15、 是 后 者 的 1.5 倍。那 么前 者 肌 肉 横 断 面 发 展 潜 力 是 后 者 1.5=2.25 倍,肌 肉 力 量 发 展 潜 力 是后 者 1.5=3.375 倍。由 于 肌 肉 长 度 主 要 受 遗 传 的 影 响,因 此 肌 肉 长度 可 作 为 运 动 选 材 的 参 考 指 标。此 外,肌 纤 维 的 初 长 度 也 影 响 着 肌 肉 的 最 大 肌 力(详 见 肌 肉 章)。32通 常 肌 肉 在 收 缩 前 先 做 离 心 收 缩 而 使 其 初 长 度 增 加,从 而 产 生 较 大的 肌 肉 收 缩 力 量。例 如 跳 跃 前 先 屈 膝 以 拉 长 股 四
16、 头 肌 而 后 起 跳 等。另 外,肌 肉 被 拉 长 后 立 即 收 缩 产 生 的 力 量 远 大 于 间 隔 一 段 时 间 后 再收 缩 时 所 产 生 的 力 量。其 原 因 是 肌 肉 被 拉 长 后 快 速 收 缩,可 使 肌 肉在 获 得 最 适 初 长 度 同 时,产 生 牵 张 反 射,从 而 反 射 性 地 提 高 肌 肉 收缩 力 量。例 如 原 地 下 蹲 后 快 速 起 跳 要 比 先 下 蹲、间 隔 一 段 时 间 后 再起 跳 跳 得 更 高 或 更 远。4 肌 纤 维 类 型快 肌 纤 维 收 缩 力 量 明 显 大 于 慢 肌 纤 维,人 体 肌 肉 中
17、快 肌 纤 维 横断 面 积 及 百 分 组 成 较 高 的 个 体,其 肌 肉 收 缩 力 量 也 较 大,但 是 在 上述 两 种 因 素 中 快 肌 纤 维 的 横 断 面 积 对 力 量 影 响 更 为 明 显。两 种 肌 纤维 收 缩 力 量 的 差 异 与 本 身 的 组 成 及 支 配 它 的 神 经 元 的 兴 奋 性 有 关。由 于 快 肌 纤 维 内 具 有 更 多 的 肌 原 纤 维 和 较 快 供 能 速 率,故 快 肌 纤 维输 出 功 率 较 大。因 此,对 于 同 样 数 量 肌 纤 维 的 肌 肉 而 言,快 肌 纤 维百 分 率 越 高,其 收 缩 时 产 生
18、 的 力 量 也 越 大。此 外,由 于 支 配 慢 肌 纤维 的 运 动 神 经 元 兴 奋 阈 值 较 低,因 此 较 小 的 刺 激 即 可 使 其 兴 奋,从而 使 其 支 配 的 肌 纤 维 产 生 较 小 的 收 缩 力 量;而 支 配 快 肌 纤 维 的 运 动神 经 元 兴 奋 阈 值 较 高,所 以 需 要 较 大 的 刺 激 才 能 引 起 兴 奋,故 快 肌纤 维 收 缩 时 产 生 的 力 量 较 大。(二二)神神 经经 系系 统统 的的 调调 节节 能能 力力神 经 系 统 对 肌 肉 的 调 节 能 力 主 要 通 过 协 调 各 肌 群 活 动,以 及 增加 同
19、步 兴 奋 收 缩 运 动 单 位 的 数 量 实 现 的。长 期 从 事 力 量 训 练 可 使 神经 系 统 的 调 节 能 力 日 臻 完 善。1 中 枢 神 经 系 统 的 募 集 能 力中 枢 神 经 系 统 通 过 改 变 发 放 神 经 冲 动 的 强 度 和 频 率 来 影 响 肌 肉的 收 缩 力 量。当 中 枢 神 经 系 统 兴 奋 性 提 高 时,支 配 肌 肉 活 动 的 运 动神 经 元 同 时 兴 奋 的 数 目 增 加,因 而 参 与 收 缩 的 运 动 单 位 增 多,并 使肌 肉 中 每 一 运 动 单 位 发 生 较 大 紧 张 性 收 缩,所 以 肌 肉
20、 产 生 的 力 量 增大。研 究 表 明,当 肌 肉 克 服 相 当 于 最 大 肌 力 20%80%的 阻 力 负 荷 时,肌 肉 力 量 的 增 加 主 要 依 赖 神 经 系 统 不 断 募 集 更 多 的 运 动 单 位 来 实现;当 阻 力 负 荷 超 过 80%时,主 要 通 过 提 高 神 经 中 枢 发 放 神 经 冲 动 的频 率 来 完 成。实 验 证 明,克 服 最 大 负 荷 的 力 量 训 练 有 助 于 提 高 中 枢神 经 系 统 的 兴 奋 性,从 而 提 高 肌 肉 的 绝 对 肌 力。例 如,有 训 练 的 优秀 运 动 员,在 最 大 用 力 收 缩 时
21、,神 经 系 统 可 以 动 员 90%的 肌 纤 维 参 与收 缩,而 训 练 水 平 较 低 的 运 动 员 只 有 60%的 肌 纤 维 参 与 收 缩。可 见,运 动 训 练 可 改 善 神 经 系 统 募 集 运 动 单 位 的 能 力,增 加 参 与 收 缩 肌 纤维 的 数 目,提 高 肌 肉 的 收 缩 能 力。2.神 经 系 统 的 协 调 能 力中 枢 神 经 系 统 在 调 节 肌 肉 收 缩 活 动 时,除 主 动 肌 兴 奋 收 缩 外,还 需 协 同 肌 的 配 合 及 对 抗 肌 的 放 松。中 枢 间 良 好 的 协 调 能 力 可 减 少无 谓 的 能 量 消
22、 耗,有 助 于 主 动 肌 发 挥 更 大 的 收 缩 效 率,产 生 更 大 的收 缩 力 量。实 验 证 明,长 期 的 力 量 训 练,可 使 大 脑 皮 质 支 配 肌 肉 活动 的 神 经 中 枢 在 时 间、空 间 上 准 确 而 及 时 地 产 生 兴 奋 与 抑 制,并 在完 成 动 作 过 程 中 兴 奋 和 抑 制 能 够 适 时 转 化,使 主 动 肌、协 同 肌 及 对抗 肌 之 间 的 协 调 能 力 得 以 提 到。通 过 对 不 同 训 练 水 平 运 动 员 肌 电 图的 研 究 发 现,优 秀 运 动 员 完 成 动 作 过 程 中 肌 肉 动 作 电 位
23、集 中 发 生 在动 作 时 相,表 明 中 枢 活 动 的 协 调 及 运 动 神 经 中 枢 内 兴 奋 过 程 高 度 集中,从 而 使 动 作 更 加 协 调,力 量 增 大;而 缺 乏 训 练 者,肌 肉 动 作 电位 持 续 时 间 延 长,甚 至 延 续 到 肌 肉 的 舒 张 期,从 而 导 致 肌 肉 收 缩 力量 减 小。例 如 手 持 哑 铃 做 屈 肘 动 作,除 肱 二 头 肌 强 烈 收 缩 外,伸 肘的 肱 三 头 肌 必 须 适 时 地 放 松。假 如 对 抗 肌 不 能 及 时 放 松,必 然 会 影响 其 力 量 的 发 挥。由 此 可 见,支 配 各 肌
24、群 的 中 枢 间 良 好 的 协 调 能 力对 于 提 高 力 量 素 质 至 关 重 要,特 别 是 对 抗 肌 放 松 能 力 的 提 高,其 效果 更 加 明 显。三三、力力 量量 训训 练练 的的 原原 则则(一一)超超 负负 荷荷 原原 则则超 负 荷 是 指 练 习 时 所 采 用 的 阻 力 负 荷 超 过 本 人 已 经 适 应 的 负荷,或 超 过 平 时 训 练 的 负 荷。这 种 相 对 较 大 的 负 荷 对 肌 肉 会 产 生 较大 的 刺 激,使 肌 肉 产 生 相 应 的 适 应 性 变 化,从 而 使 肌 肉 收 缩 力 量 增强。该 训 练 原 则 的 生
25、理 机 制 是:当 负 荷 较 小 时,中 枢 只 能 募 集 兴 奋性 较 高 的 小 运 动 单 位 参 与 收 缩;当 负 荷 增 大 时,中 枢 募 集 的 运 动 单位 逐 渐 增 多,较 大 的 负 荷 会 对 中 枢 神 经 系 统 产 生 强 烈 的 刺 激,使 运动 中 枢 发 出 更 强 的 信 号,募 集 更 多、更 大 的 运 动 单 位 参 与 收 缩,从而 产 生 较 大 的 力 量。例 如,人 体 腓 肠 肌 中 最 大 运 动 单 位 的 紧 张 度 比最 小 运 动 单 位 大 200 倍,所 以,当 这 种 较 大 的 运 动 单 位 参 与 收 缩 时会
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- 关 键 词:
- 身体素质 生理学 基础
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