运动生理学(研究生)

力量与作功的关系
• 在相同速度下， 力量大者作功 多，功率高 （爆发力也大） • 快肌纤维比例 高者力量大
肌肉力量的分类
• 根据肌肉收缩形式可分为 – 静力性力量（static strength） – 动力性力量（dynamic strength）
• • • • 向心收缩力量（concentric strength） 离心收缩力量（eccentric strength） 等速肌肉力量（isokinetic strength） 超等长肌肉力量（plyometric strength）
Cross-Bridge Formation in Muscle Contraction
横桥与肌动蛋白结合后的摆动
兴奋-收缩耦联的步骤
肌肉力量是如何产生的？
• 力量来源于横桥的摆动 • 参与摆动的横桥数目越多，力量越大
– – – – 粗、细肌丝的重叠程度（初长度） 募集的运动单位数量（刺激强度） 募集的运动单位性质（肌纤维类型） 运动单位的神经刺激的频率（单收缩、强 直收缩）
稳态——生理学的研究主题
• 内环境（internal environment） • 细胞 内环境 外环境 • 稳态（homeostasis）
– – – – 内环境的相对稳定状态 不是凝固状态 稳态的维持需要完善的调节系统 反馈（正、负）、前馈
反应和适应—— 应用生理学的主题
• 运动生理学是应用生理学的一个分支 • 反应：一次或短期的内外环境变化所引起的 人体生理变化，其变化可很快消失。 • 适应：反复的或长期的内外环境变化所导致 的人体结构和功能改变，其变化可维持较长 时期，有时可伴随终生。
• 适应以反应为基础，是量变到质变的过 程
• 运动反应和适应的稳态和负反馈特征
反应和适应—— 运动训练和健身的关键
• 反应和适应既是目的，也是手段 • 反应要适度，适应才良好
• 运动会引起哪些反应？ • 何为适度？
急性运动的生理反应
• 监测指标
– – – – – – 心脏活动：心率、心电图 呼吸频率 通气量 耗氧量 皮肤和身体内部温度 肌电图
PHYSIOLOGY OF SPORT AND EXERCISE
运动生理学
李良鸣 博士 教授
讲授提纲
• • • • • • • 学科概述 肌肉运动的生理学问题 肌肉运动的能量支持系统 肌肉运动的生理支持系统 肌肉运动的调节与控制系统 运动训练与健身的生理学分析 常用生理学指标在运动实践中的应用
学科概述
• 肌肉最大功率检测
– 立定跳远、纵跳摸高、小球掷远、Wingate无氧功 率试验、Margaria下肢功率试验
等速肌力检测（isokinetic measurement of strength）
• 等速肌力于1969年由Perrine等提出 • 克服了等长肌力评价的“关节角度效应”和 现场力量测试的“运动技术效应” • 可同时获得与肌肉做功功率和工作耐力有关 的多种数据 • 等速向心肌力测试
著名学者与研究机构
• 因为对肌肉及其运动的研究而获得Nobel Prize 的三位生理学家
– A.V. Hill – August Krogh – Otto Meyerhof
• 著名研究机构与学派 Harvard Fatigue Laboratory（1927-47） 北欧（斯堪地拉维亚尔）学派（上世纪50年 代以来）
• 早期人们只能用肉眼观察，1574年 Hieronymus Fabricius认为肌肉收缩的力量 来自肌腱，而不是它的“flesh” • 1660年Leeuwenhoek发明显微镜，使解剖学家 能观察到单根肌纤维的存在 • 上世纪中叶，电子显微镜的出现使研究肌肉 蛋白的工作成为可能 • 上世纪60年代，肌肉活检技术的应用，使肌 肉的代谢研究进入分子水平 • 计算机与遥测技术的应用，使整体研究迅猛 发展
• 跑台
– 优点：不需检测功率，易适应，能达峰值 – 缺点：花费高、笨重、需电、噪音干扰大、采样 困难
• 其他功量计
运动生理学与运动训练和身体锻炼学 的联系与区别
• 前者研究运动为什么会以及如何引起生 理反应与适应。 • 后者研究什么样的运动会引起理想的反 应和适应。
前者是后者的基础
学科形成与发展
等长肌力检测（isometric measurement of strength）
• 等长肌力的测定通常指最大等长肌力
– 握力、背力、臂力和腿部力量等 – 握力计、背力计、等速肌力测试系统、力传感器 等 – 测2-3次，取最好成绩
• 优点：方便、省时、不需昂贵设备，与其他 方法的结果有较好的一致性。 • 缺点：结果易受关节角度的影响、检测方法 难以标准化。
纤维类型 快a 中等 大 高 50 大 快b 低 大 高 50 大
能量产生效率
抗疲劳能力
高
强
中等
中等
低
弱
肌肉弹性成分对力量的影响
• 串联弹性成分：取决于肌中结缔组织和它的 顺应性。 • 并联弹性成分：存在于横桥、Z线上，肌腱中。 • 大多数位移运动，都是离心（拉长）和le）。 • 弹性成分是实现肌肉收缩力的第二种机制 • 弹性成分的伸展可吸收一部分能量，使张力 变化趋于缓和，具有保护作用。
–慢等速测试 –快等速测试 –其他等速向心肌力测试
• 等速离心肌力测试
慢等速测试
• 关节运动角速度为30-60º /s • 常被用于进行最大动态肌力检测与评价 • 主要检测指标：
– 峰力矩（peak torque，PT）：力矩曲线所代表的力矩值。 “峰力矩体重比”可作横向比较，特异性及敏感性高 – 曲伸肌力矩比（flexion/extension）：反映肌力平衡情况 – 总做功量（TW） – 力矩加速能（torque acceleration energy，TAE）力矩开始 1/8s内的做功量，代表灵敏度或爆发力。 – 峰力矩角度（peak torque angle，PTA）：关节的最佳用力 角度。
肌丝的分子组成
肌管系统
横管 纵管 三联管
肌管系统
Illustration of the Neuromuscular Junction神经肌肉接点图解
The Sliding Filament Model of Muscle Contraction肌丝滑行模型
注 意 肌 小 节 中 各 条 带 的 变 化
70
60 65 60 70 60 70
190
165 175 165 165 165 175
进食（21℃、50%湿 度）
睡眠（21℃、50%湿 度）
8h或更多
6h或更少
60
65
165
175
功量计（Ergometers）的选择
• 自行车功量计
– 优点：不受体重影响、采样与指标检测容易 – 缺点：需监测功率，如不习惯、易疲劳，难以达 到生理峰值
Excitation-Contraction Coupling 兴奋-收缩耦联
• 运动终板去极化（兴奋）与肌肉收缩耦 联
– 兴奋经T-管传入细胞内，经三联管引起SR 释放Ca2+ – Ca++ 与肌钙蛋白结合，导致原肌球蛋白的 位置改变，暴露肌动蛋白上的位点 – 横桥与位点结合，牵动细丝向粗丝中央滑 行，肌肉收缩 – 肌浆网对Ca++再回收，肌肉舒张
– Fast-twitch fibers – Fast-glycolytic fibers 快酵解型
Slow fibers慢纤维 • Type I fibers
– Slow-twitch fibers – Slow-oxidative fibers – 慢氧化型
• Type IIa fibers-IIa型
注意：以上是对同一肌肉而言
前负荷（初长度）对肌肉张力的影响
刺激强度对肌肉力量的影响
单刺不 位激同 越强运 多度动 ，越单 力大位 量募的 越集阈 大的值 运不 动同 ,
刺激频率对肌肉收缩的影响 ——肌肉收缩的总和
Individual Fiber Types 肌纤维类型的划分
Fast fibers快纤维 • Type IIb fibers- IIb型
• 根据表示方法可分为：绝对力量和相对力量 • 根据表现形式和结构特点可区分为 – 最大肌肉力量（maximum strength） – 快速肌肉力量（muscle power） – 力量耐力（muscle endurance）
肌肉力量的检测
• 等长肌力检测（isometric measurement of strength） • 等张肌力检测（isotonic measurement of strength） • 等速肌力检测（isokinetic measurement of strength）
肌肉是如何工作的？
• 肌肉的结构（结构决定功能）
–肌肉的结缔组织
• 肌外膜、肌束膜、肌内膜
–肌细胞的显微结构
• 细胞膜 • 肌原纤维 • 肌管系统 • 肌浆
–神经-肌肉接点
肌外膜
肌束膜 肌内膜
细胞膜的结构
肌原纤维
粗、细肌丝的空间位置
肌丝的分子组成
肌球蛋白单体分子
肌动蛋白单体分子
细丝的模式图
学科形成与发展
• liangming12j@
肌肉运动的生理学问题
• • • • • • • • 肌肉是如何工作的？ 肌肉力量是如何产生的？受哪些因素影响？ 肌肉收缩速度取决于什么？ 肌肉收缩力量与速度的关系 力量与做功能力的关系 力量的测量与评价 力量训练的生理学分析 肌肉疲劳的可能原因
等张肌力检测（isotonic measurement of strength）
• 最大等张肌力
– 检测形式：卧推（bench press）、蹬腿（leg press）、屈臂（arm curl）、负重蹬起（squat press） 等，用1RM来表示。