运动生理学(研究生)
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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
• 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
• 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
70
175
60
165
65
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
• 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
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
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
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
• 学科定位
动物和人体生理学 生理学
植物生理学
心血管生理学 呼吸生理学 神经生理学 内分泌生理学 环境生理学 运动生理学 …..生理学
运动生理学
• EXERCISE PHYSIOLOGY
– 研究人体在急性和慢性运动影响下的结构 和功能变化
• SPORT PHYSIOLOGY
–以exercise physiology为基础，研究运动员 的训练和竞赛活动的生理学问题
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
温度（50%湿度）
湿度（21℃）
噪音（21℃、50%湿 度）
进食（21℃、50%湿 度）
睡眠（21℃、50%湿 度）
21℃ 35℃ 50% 90% 低 高 运动前3h少量进食 运动前30min大量 8h或更多 6h或更少
心率
安静 运动
60
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直收缩）
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
– 肌浆网对Ca++再回收，肌肉舒张
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
• 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
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
• 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
生理监测时应考虑的因素
• 环境条件
– 温度 – 湿度 – 噪音 – 膳食 – 睡眠
• 时间 • 生理周期（月经周期）
影响因素
• 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）
学科形成与发展
• liangming12j@126.com
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
肌丝的分子组成
肌管系统
横管 纵管 三联管
肌管系统
Hale Waihona Puke Baidu
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
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
• 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
• 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
70
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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
• 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
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
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
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
• 学科定位
动物和人体生理学 生理学
植物生理学
心血管生理学 呼吸生理学 神经生理学 内分泌生理学 环境生理学 运动生理学 …..生理学
运动生理学
• EXERCISE PHYSIOLOGY
– 研究人体在急性和慢性运动影响下的结构 和功能变化
• SPORT PHYSIOLOGY
–以exercise physiology为基础，研究运动员 的训练和竞赛活动的生理学问题
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
温度（50%湿度）
湿度（21℃）
噪音（21℃、50%湿 度）
进食（21℃、50%湿 度）
睡眠（21℃、50%湿 度）
21℃ 35℃ 50% 90% 低 高 运动前3h少量进食 运动前30min大量 8h或更多 6h或更少
心率
安静 运动
60
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直收缩）
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
– 肌浆网对Ca++再回收，肌肉舒张
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
• 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
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
• 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
生理监测时应考虑的因素
• 环境条件
– 温度 – 湿度 – 噪音 – 膳食 – 睡眠
• 时间 • 生理周期（月经周期）
影响因素
• 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）
学科形成与发展
• liangming12j@126.com
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
肌丝的分子组成
肌管系统
横管 纵管 三联管
肌管系统
Hale Waihona Puke Baidu
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