体适能概论 III      运动过程中人体机能变化的规律

人体在运动过程中，由于受运动条件、运动负荷刺激，以及身体各器官和系统自身的生理、生化特点的影响，其生理机能会发生一系列规律性的变化，并且这种变化从正式比赛、训练或运动前就已经发生，一直持续到运动结束后的一段时间内。按其自然发生的顺序可以分为准备状态、进入工作状态、稳定状态、疲劳及恢复程五个阶段。研究和掌握各阶段身体机能的变化特点和规律，认识其生理机制和影响因素，对于增强锻炼效果、提高运动水平、促进全民健身和防止运动损伤具有重要的意义。

 一、赛前状态与准备活动

 赛前状态与准备活动是在参加正式比赛或运动训练前，身体机能提前动员的两个不同阶段。前者是受运动条件刺激而引起人体生理机能发生变化的自然条件反射；后者是人为的有目的进行的身体练习，良好的赛前状态与适宜的准备活动有益于提高人体运动能力。

（一）赛前状态

赛前状态( pre-competition state)是指在参加正式比赛或运动训练前，人体某些器官、系统产生的一系列条件反射性机能变化。赛前状态可发生在比赛前数天、数小时或数分钟，愈临近比赛表现愈明显。甚至在想象比赛时，也会出现赛前状态。良好的赛前状态可预先动员人体相应器官、系统的机能，克服内脏器官的生理惰性，为即将进行的比赛或运动训练做好准备，有利于机体快速进入高水平的赛前状态，不良的的赛前状态将会对比赛或运动训练造成负面影响。

 1.赛前状态的生理变化

 赛前状态的生理变化主要表现为中枢神经系统兴奋性提高，内脏器官功能增强，体温上升，物质代谢活动加强。例如：心率加快、收缩压升高、心输出量增加；呼吸频率加呼吸深度加大、肺通气量和吸氧量增加；紧张性出汗、尿频、血糖升高以及肌肉颤抖等。

赛前状态的反应程度与比赛性质、运动员的训练水平、运动员的机能状态以及心理素质等因素有关。比赛规模越大，离比赛时间越近，赛前状态反应越明显，如脉搏的变化；运动员情绪紧张、训练水平低、身体机能欠佳、比赛经验不足等也会使赛前状态反应增强。此外，运动强度越大，赛前机能反应也越大。

 2.赛前状态产生机制

 赛前状态产生的机理可用条件反射解释。因为比赛或训练时的运动场地、运动器械、广播声、音乐声、观众呐喊声、裁判和对手的表现等信息，通过感官经常作用于运动员的大脑皮质，与比赛或运动训练时肌肉活动所引起的生理变化相结合。两者持久而反复的结合，使运动场景的信息变成了条件刺激，尽管在比赛或训练前还没有进肌肉活动，但只要接触或想到这些刺激，就可产生与运动训练或比赛时相类似的生理反应。由此可见，赛前状态是运动场景刺激与肌肉活动多次结合后，在大脑皮质中建立暂时时性神经联系的结果。在大脑皮质的主导下，通过两个信号系统的相互作用而建立条件反射。由于这些生理变化是在日常比赛或训练的自然环境条件下形成的，因此赛前状态的生理机理是自然条件反射。

（二）准备活动

准备活动(wam-up)是指在比赛、训练和体育课的基本部分之前进行的身体练习，其目的是预先动员人体的生理机能，克服内脏器官的生理惰性，缩短进入工作状态间，为即将进行的正式比赛、训练和体育课做好机能上的准备，或是为了强化已掌握技能，以提高比赛成绩。

 1.准备活动分类

根据准备活动的目的不同，通常将准备活动分为一般性准备活动和专门性准备活动。首先，一般性准备活动是指与正式比赛或训练动作结构及生理特点不相似的活动。例如，在比赛、训练或体育课前进行的各种走、跳、跑、徒手操、压腿和游戏等身体练习，属典型的热身运动。其目的在于提高神经系统的兴奋性、升高体温增强机体的代谢水平和各器官系功能以及预防运动损伤等。其次，专门性准备活动是指与正式比赛或训练的动作结构、节奏及运动强度相似的各种身体练习。球类运动员在比赛前进行的上篮跳跃等。专门性准备活动的目的是提高参与运动有关中枢间的协调性，强化动力定型，为正式比赛或训练做好技术和机能的准备。

 在运动实践中，为了提高神经系统的兴奋性，两种准备活动缺一不可，通过完成合理的准备活动，不仅可预先动员内脏器官、骨骼肌的机能，而且还可强化运动技能而缩短进入工作状态的时间，为正式比赛或训练奠定良好的基础。

2.准备活动的生理作用和机制

（1）准备活动的生理作用

 ①提高机体的调节能力。准备活动可适度提高神经系统的兴奋性，增强参与运动中枢间的协调性和内分泌腺的活动，使神经调节与体液调节协同调控全身各脏器的机能活动，确保正式练习或比赛时的生理机能迅速达到适宜状态。

 ②提高机体的有氧工作能力。准备活动可使肺通气量、心输出量、血流量和血流加大，氧运输能力增强，心肌和骨骼肌中毛细血管扩张，供血量增加，氧合血红蛋解离加速，血液释氧变快，有利于工作肌单位时间内摄取更多的氧气，以增强机体进工作状态阶段时的有氧供能能力，降低血乳酸的产生。

  ③提高体温和代谢水平。准备活动时的身体练习，使机体耗能增加，其能耗一部分供肌肉收缩，一部分转化为热能导致体温升高。体温的适度升高进而又可提高体内代谢酶的活性，加快物质的分解速度，保证运动中肌肉活动的能量供应。据报道，体温升1℃，细胞的新陈代谢速度约增加13%。

④提高肌肉的收缩能力。由于准备活动适度提高了体温和神经系统的兴奋性，从而可使神经冲动的传导速度加快，肌肉的兴奋性增强，肌肉的黏滞性降低，使肌肉的收度加快、收缩力量增大，并能提高肌肉及韧带的弹性和伸展性，预防运动损伤。Hill发现哺乳动物的肌肉温度升高2℃时，肌肉收缩速度增加20%。研究表明，人体活动最佳温度是37.2℃，而肌肉的最佳工作温度为38℃。

⑤提高机体的散热能力。准备活动时的身体练习可增大皮肤血流量，动员汗腺分泌活动，有利于机体散热，防止或减小正式比赛或训练时体温过高对机体造成的不良影响，如热应激伤害等。

⑥调整赛前状态。准备活动可改善大脑皮质的兴奋状态，提高反应速度，减小不良的赛前反应，使机体在比赛或运动前达到或处于良好的赛前状态，为正式比赛或锻炼做好机能上的准备。适度的肌肉活动能在中枢神经系统的相关部位留下兴奋性提高的痕迹，在这一痕迹效应的基础上进行正式练习，有利于发挥最佳机能水平。

（2）准备活动的生理机制

准备活动是在比赛前进行的各种人为活动。通过预先进行的肌肉活动(即准备活动)会在神经中枢的相应部位留下兴奋性提高的“痕迹”。这一痕迹效应能使中枢神经统在正式比赛时(或训练时)处于良好的兴奋状态，从而改善神经系统的调节能力，提高内脏器官的机能，增强能量代谢，提高运动成绩等

 3.准备活动的生理负荷

 准备活动生理负荷的大小直接影响其作用效果，构成生理负荷的主要因素包括准备活动的内容、形式、时间、强度，以及与正式训练或比赛的时间间隔等。

 准备活动的强度及运动量过大往往使机体产生疲劳，降低比赛或锻炼时的运动能力。一般情况下，一般性准备活动的强度为45%O₂max，心率100-120次/分为宜，持续时间为10~30分钟；准备活动结束到正式比赛开始的时间间隔可根据“痕迹”在体内延续的时间长短来确定，通常两者之间的时间间隔不超过15分钟，在体育教学课中以2-3分钟为宜。若准备活动与正式练习之间的间隔时间过长，准备活动的痕迹效应将会消失。实验证明，准备活动后间隔45分钟其痕迹效应完全消失；准备活动的内容可因运动项目、训练内容而异。此外，准备活动还受运动参与者的年龄、训练水平、运动项目、季节气候以及赛前状态等因素的影响，如在温暖的季节里准备活动的时间可适当缩短，而在寒冷的季节里则应适当延长。

二、进入工作状态与稳定状态

 在进行运动的开始阶段，人体的运动能力并不能立刻达到最高水平，而是有一个逐步提高的过程。例如,100米赛跑在40-50米处达到最高速度，篮球比赛中的投篮命中率往往在开赛后数分钟才达到最高水平。因此，运动开始后人体机能逐步提高的过程称为进入工作状态( entering the working state)。长期的运动训练可提高内脏器官与骨骼肌运动高度协调和配合的能力，缩短进入工作状态的时间，从而使机体能够更快地进入最佳运动状态，提高运动成绩。

（一）进入工作状态产生的原因

人体机能水平的高低是决定技能能力的根本原因，而机能水平从运动前的正常状态上升至运动中的最高水平需要一个过程，它是由人体的物理惰性和生理惰性所决定的。物理惰性是指人体由静止到运动，或者由低速运动到高速运动时所必须克服的惯性；生理惰性是指人体生理机能逐步提高的特性。其中，生理惰性是影响进入工作状态的主要因素，具体表现在

1.反射时

人体所进行的各种运动都是在中枢神经系统的控制与整合下所实现的反射活动。而完成任何一种反射活动都需要一定的时间，动作越复杂、难度越大，刺激信号通过中枢的时间越长，神经系统各中枢间机能协调所需要的时间也越长，而进入工作状态的时间就越长。

2.内脏器官的生理惰性

人体运动时，内脏器官必须协调配合肌肉的收缩活动和机体代谢的需要，才能有利于发挥机体的运动能力。例如，运动时因肌肉收缩活动的加强而使机体所需氧气和能量供应加大、体内要清除的代谢产物增多，只有内脏器官功能水平的提高才能满足运动机体代谢的需要。但是内脏器官受植物性神经的支配，而肌肉活动则受躯体运动性神经的调节，内脏器官的生理惰性远比运动器官大。这主要是由于：①与躯体运动神经相比，内脏器官的植物性神经传导兴奋的速度较慢；②兴奋传导途径中突触联系较多，需时较长(神经冲动每经过一个突触需要03.-05毫秒)；③驱体运动器官的活动主要受神经调节，而内脏器官在产生持续性活动中，神经体液调节的作用更为重要，即由神经系统调节内分泌腺的活动，后者释放的激素随血液循环到达所支配的器官改变其功能状态，这一调节过程比单纯的神经调节作用慢得多。因此，在体育运动的开始阶段，内脏器官的动员及其机能水平的提高远落后于运动器官。内脏器官的生理情性是进入工作状态滞后的最主要原因。研究表明，在不做准备活动的情况下跑1500米，呼吸和循环系统的机能需要在运动开始后2-3分钟才能达到最高水平，而骨骼肌在20-30秒内就可发挥出最大工作率。

（二）稳定状态

 稳定状态 (stable state)是指进入工作状态阶段结束后，人体各器官、系统的在一段时间内保持在相对稳定的状态。此时，人体生理机能与运动输出功率保持相对稳定。如心率、心输出量、呼吸频率、每分通气量、摄氧量及血压等均出现相对稳定状态。此时根据机体对氧气的供求关系，可将稳定状态分为真稳定状态和假稳定状态。人体在进行强度较小(亚极限强度以下的运动)、持续时间较长的运动时，进入工作状态阶段结束后，机体的摄氧量能够满足需氧量的要求，各项生理、生化指标保持相对稳定状态，这种稳定状态称为真稳定状态。其特点是摄氧量能够满足需氧量，即摄氧量和需氧量保持动态平衡。在真稳定状态下，运动中以有氧代谢供能为主，乳酸和氧亏产生少，血液pH值变化小，内环境保持相对稳定。此时，肺通气量、心率、血压及其他生理指标均相对稳定，运动持续时间相对较长，可达几十分钟或几小时。可见，真稳定状态保持时间的长短主要取决于呼吸、循环和血液对氧的摄取运输功能以及肌肉对氧的利用能力。氧运输系统的功能越强，心肌、骨骼肌利用氧的水平越高，真稳定状态保持的时间就越长。例如，优秀耐力性运动员以67%Omax的强度进行运动可维持8小时；以47% VOmax的强度运动可维持24小时。在超长距离跑竟走、游泳、划船、自行车、滑雪等项目中，运动员几乎是在真稳定状态下完成整个运动过程。 人体在进行强度较大(极限强度或亚极限强度运动)、持续时间较长的运动时，进入工作状态结束后，摄氧量已经达到并稳定在最大摄氧量的水平上，但仍不能满足机体对氧的需要，氧亏不断增多，无氧酵解供能比例明显增加，乳酸的产生率大于清除率，乳酸堆积，血浆PH值下降，这种状态称为价稳定状态。乳酸堆积，血浆pH值下降，这种状态称为假稳定状态。在假稳定状态下运动时，与运动有关的生理指标基本达到并稳定在本人的极限水平，如心率可达200次/分，心输出量达30升，呼吸频率达60-80次分以上，肺通气量达120-150L/min，收缩压达200~240mmHg等。但是，由于此种状态下无氧代谢供能比例显著增加、乳酸堆积快，造成神经和骨骼肌机能下降，故运动持续间较短。

 三、疲劳与恢复

 运动性疲劳是一种正常的生理现象，由运动负荷所引起，主要表现为机体工作能力暂时性下降。运动性疲劳既是机体对运动负荷所做出的一种必然性反应，同时又是进一步引起机体产生适应性变化的有效刺激。适度的疲劳可以刺激机能水平不断提高，而过度疲劳则可能会造成各种损伤以致损害健康。因此，研究运动性疲劳的发生机制及其检测与评价对于提高运动能力、增进健康有着十分重要的理论和实践意义。

 恢复过程( recovery)是指人体在运动过程中和运动结束后，各种生理机能和运动中消耗的能源物质逐渐恢复到运动前水平的变化过程。运动过程中消耗的物质，只有在恢复期得到完全恢复，人体机能才能得以提高；反之，将会出现过度训练或过度疲劳，导致运动能力下降，甚至出现运动性损伤。应该指出，运动过程与恢复过程的合理安排及良好组合是机体对运动负荷产生最佳适应性变化的前提条件，在运动训练中，恢复过程与运动过程具有同等重要的作用，充分的机能恢复是取得良好运动效果的保障。

 竞技运动的发展给运动训练提出了更高的要求，不仅需要有科学的训练手段，而且还要有合理的恢复措施，才能使人体在“疲劳一恢复一再疲劳一再恢复”的良性过程中得到发展，才能实现人体机能状态提升的目标。因此，恢复是运动锻炼过程中亟待解决的问题之一。世界各国体育工作者做了大量的研究，提出了许多促进机能恢复的措施，概括起来有 ：

      1、运动性手段：以肌肉牵拉、泡沫滚轴放松为主的整理运动以及为了消除疲劳而采取的各种变换动作或者运动强度的练习。

      2、睡眠：睡眠是大脑皮质抑制过程的表现，睡眠时机体与外界环境之间的主动联系大大减少，全身处于放松状态，因而能量消耗较少。因此，代谢以合成代谢为主。所以，良好的睡眠是消除疲劳的重要措施之一。

      3、合理的营养膳食

      4、运用中医药手段消除疲劳

      5、1-3G/L盐水浴

      6、冷热水交替法

      7、超低温冷疗

      8、其他

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