体育与健康紧密相连，人体运动的生理学基础涵盖骨骼、关节、肌肉和心肺功能等多方面。人体骨骼系统由206块骨构成，骨的形态各异，有长骨、短骨、扁骨和不规则骨，其结构包括骨膜、骨质和骨髓，有机物和无机物的结合使骨具有弹性和硬度，运动对骨骼生长发育有重要作用，不同人生阶段运动影响各异。关节结构精巧，包括关节面、关节软骨、关节囊等，运动可增强关节稳固性和灵活性。骨骼肌是运动的动力源，由肌腹和肌腱构成，其收缩与舒张带动骨骼运动，肌肉的物理特性影响运动表现。心肺功能关乎人体摄氧和氧运输能力，是健康的关键指标，多种运动方式可有效提升心肺功能。这些生理学基础相互关联，共同支撑人体运动，了解它们对科学运动、促进健康意义重大。
一、骨
（一）骨的形态与结构
1.数目与形态
正常人有206块骨，形态有长骨、短骨、扁骨与不规则骨。
2.结构与功能
骨由骨膜、骨质与骨髓构成。骨膜有营养感觉功能，骨质有骨密质和骨松质，骨髓分红骨髓、黄骨髓，红骨髓有造血功能。
（二）骨的理化特性
1.有机物
主要成分是骨胶原纤维和黏多糖蛋白，使骨具有一定的弹性和韧性。
2.无机物
主要成分是磷酸钙和碳酸钙，沉积在骨胶原纤维的周围，使骨具有很大的硬度。
3.功能
骨在运动中充当杠杆的角色，具有支持体重、保护器官、造血等功能。
（三）运动与骨骼
1.运动对骨骼的影响
骨的生长受遗传、营养、激素、运动等多种因素的影响。
（1）儿童少年时期，长骨的生长发育受纵向机械压力的影响，适宜的冲击性运动（以对抗自身体重为宜）有利于刺激长骨两端骺软骨的增生，促进骨骼生长。
（2）青年时期，各种力量练习可以有效地提高骨中钙的含量，增加骨的密度。
（3）中老年时期，通过科学的运动可延缓骨量丢失的速度，防止骨质疏松。
2.促进骨的生长发育
（1）在运动过程中，骨承受各种运动负荷的刺激，可促使骺软骨细胞的正常增殖，有利于骨的增长。
（2）进行体育活动时，血液循环加快，能保证骨的营养供给，促进新陈代谢，从而促进骨的生长发育。
（3）进行户外运动时，由于阳光中紫外线的照射，可使人体皮肤内的部分胆固醇转化为维生素D，有助于人体对钙的吸收，对儿童少年骨骼的生长发育特别有益。
3.使骨增粗
经常参加体育锻炼的人，骨表面的隆起更为显著，骨密质增厚，管状骨增粗，骨小梁分布更符合力学规律。
4.提高骨的机械性能
骨在形态结构方面获得的良好变化，使骨的抗压、抗弯、抗折断和抗扭转等机械性能得到提高，如一般人股骨仅能承受236—400千克的压力，而运动员的股骨能承受700千克以上的压力。
5.不良运动的负面影响
持续的、过量的运动负荷，可能会使骨骼疲劳，形成疲劳性骨折；过早地从事大强度负重练习，可能会使骨过早钙化，影响骨长度的正常发育。
6.运动注意事项
（1）合理休息：由于运动刺激的效应需要在运动后的休息期间来完成，因此，在剧烈活动之后，必须有足够的休息。
（2）间歇压力：固定不变的压力，会导致骨的萎缩，只有间歇压力才有利于促进骨的生长。
（3）负荷：过长时间的负荷或过度训练可引起骺软骨过早愈合，导致骨化过程提早完成，影响骨的继续增长。单侧负荷过多、过久，易引起身体两侧骨的生长发育不均衡而导致畸形。
（4）经常化与多样化：当体育锻炼停止后，骨所获得的变化就会慢慢消失，因此需经常坚持运动，而且体育锻炼项目的选择要多样化。
二、关节
（一）关节的结构
关节包括关节面与关节软骨、关节囊与关节腔等基本结构，还有关节内外的韧带（如膝关节前面的髌韧带）、关节内软骨（如半月板）等各种辅助结构。
（二）运动对关节的影响
1.增强关节的稳固性
经常运动，可使关节周围的肌肉力量增强，关节软骨和关节囊增厚，韧带增粗，增强关节的稳固性。
2.增大关节的运动幅度和灵活性
体育锻炼使肌肉力量增强的同时，也可使肌肉的伸展性得到提高，从而使关节的运动幅度增大、灵活性提高。
3.不良运动的负面影响
冲击性过大、持续时间过长的运动，可能会造成关节软骨的损伤。运动幅度过大、准备活动不充分或动作不合理，也可能会造成关节周围软组织的损伤。
4.运动注意事项
（1）进行柔韧性练习之前，注意做好热身运动，使体温升高，防止肌肉被拉伤。
（2）由于关节周围软组织伸展性的变化具有时间效应，练习时应该先进行动力性的拉伸（如踢腿），然后进行静力性的拉伸（如压腿时，当处于感受到胀、酸的位置时，可保持该姿势10秒以上）。
（3）持之以恒，坚持经常性地练习。
（4）注意全身性不同方向的拉伸，包括躯干、上肢与下肢等不同部位。
三、骨骼肌
（一）骨骼肌的结构与功能
1.结构
骨骼肌由中部的肌腹（骨骼肌细胞）与两端的肌腱（排列致密的胶原纤维）构成，有丰富的血管与运动、感觉神经分布。
2.功能
骨骼肌是人体运动的主要动力来源，通过骨骼肌的收缩与舒张，引起其附着的骨以关节为支点进行运动；骨骼肌进行收缩与舒张时，可以促进血液循环，骨骼肌除具有一般感觉功能外，还具有本体感觉功能，能感受肌肉收缩时长度与力量的变化，及时调整运动动作。人体骨骼肌中每平方毫米约有3000条毛细血管，全身肌肉中毛细血管的长度约为100000千米，其总表面积约为6300平方米。安静时，肌肉中毛细血管并不全部开放，每平方毫米仅有100条开放；运动时，毛细血管可全部开放以保证运动时肌肉对血液的需求。
3.肌肉的物理特性
（1）伸展性与弹性
肌肉伸展性越好，关节运动幅度越大。肌肉弹性好，收缩时的弹性回缩力越大，肌肉的力量越大。
（2）黏滞性
肌肉的黏滞性大，工作时易拉伤，且妨碍肌肉的快速收缩与舒张。黏滞性受温度影响较大，温度高，黏滞性降低，肌肉的收缩速度快，且不易拉伤。
不同程度的筋膜沾黏
（二）发展肌肉力量与伸展性
1.发展肌肉力量的方法
（1）大小肌肉群结合练习：体育动作多由大肌肉群启动，依赖小肌肉群发力，训练需两者结合。
（2）全幅度练习法：先大幅拉长肌肉再迅速收缩，如斜板仰卧起坐，可同时发展力量与伸展性。
（3）抗阻练习：对抗器械或自身阻力训练，阻力方向与肌肉拉力相反。
（4）动力性练习：肌肉拉长与缩短交替进行，如引体向上。
（5）静力性练习：肌肉持续收缩（长度不变）对抗阻力，可增加肌肉横断面积，适合健美或体瘦人群。
2.发展肌肉伸展性的方法
（1）动力拉伸法：通过自身有节奏、多次重复的动作拉伸肌肉。
（2）静力拉伸法：缓慢拉伸并长时间固定姿势，能量消耗少，不易拉伤软组织。
3.运动注意事项
（1）动静结合：无特殊要求时，力量与伸展性练习交替进行。
（2）循序渐进：能力提升需逐步推进，不可急于求成。
（3）适宜强度：每次练习需保证一定负荷强度。
（4）超量恢复：机体适应负荷后，及时增加重量或次数以促进新适应。
（5）练习频度：合理安排每周或阶段练习次数，避免效果消退。
四、心肺功能
心肺功能是指人摄氧和氧运输的能力，是把氧气和营养物质运送到组织，同时把代谢废物(如二氧化碳等)排出体外的能力。心肺功能直接关系到人体代谢功能的强弱和健身锻炼后机体功能恢复的快慢，是与健康密切相关的最重要的生理指标之一。
（一）评定心肺功能的简易方法——Ruffier测试
将休息时1分钟内的脉搏数（把拇指放在手腕的桡动脉上，计算血管脉搏跳动次数）记作P0；站立双腿分开（同肩宽），双臂前伸，在45秒内要双腿弯曲至90度做30次，然后再计脉搏数（P1）；休息1分钟后再计脉搏数（P2）。计算公式为：Ruffier指数=[(P0+P1+P2)-200]/10。
根据以下图表判定心肺功能：
（二）有效提升心肺功能的方式
（1）对于促进循环系统和锻炼心肺功能来说，快走与慢跑是一种最简单有效和最经济的方法。长时间、慢速度、远距离的有氧运动能使锻炼者的耗氧能力处于较佳的水平。
（2）跳绳是锻炼心血管功能简便易行的方法之一。从运动量来说，持续跳绳10分钟，与慢跑30分钟或跳健身舞20分钟相差无几。
（3）经常爬楼梯的人比习惯乘电梯的人心脏病的发病率要少1/4，每天上下六层楼3—5次的人，比那些不运动的人死亡率低1/3。
（4）骑自行车也能提高心肺功能，增强身体免疫力。它与跑步、步行、游泳一样可以达到锻炼心肺耐力的效果。
（5）在水中步行常作为运动康复训练的一种手段，它不仅是一种适度的运动，而且还可以减缓重力对关节的冲击力。
（6）此外对于有一定运动基础的人群，可以尝试TaBaTa训练来进一步提升心肺功能。
五、能量供给与运动
（一）三大运动供给系统及其特点
1.磷酸原系统（ATP-CP系统）
特点：不需氧参与，供能迅速，持续时间短（10秒以内）。
代表项目：短跑（如100米）、举重、跳远起跳等爆发性项目。
生理过程：肌肉中的磷酸肌酸（CP）可再合成ATP。
在100米短跑中，运动员起跑和冲刺阶段主要依赖磷酸原系统供能。这一过程不产生乳酸，输出效率高，但能量储备极为有限。
2.无氧糖酵解系统
特点：不需氧气，速度快但效率低于磷酸原系统，代谢产物为乳酸，易产生疲劳。
供能时间：30秒～2分钟。
代表项目：400米跑、800米跑、100米和200米游泳。
生理过程：糖原或葡萄糖在无氧条件下分解成乳酸，同时产生ATP。
拳击比赛每回合2—3分钟，氧的供应不足时，无氧糖酵解系统成为主要供能途径。运动员常在比赛后感觉肌肉酸痛，即因乳酸积累。
3.有氧氧化系统
特点：供能效率高、时间长，但启动慢，需氧气参与。
供能时间：2分钟以上，尤其适用于耐力运动。
代表项目：马拉松、自行车长距离赛、健步走。
生理过程：糖、脂肪、蛋白质（极端情况）有氧氧化产生ATP。
马拉松选手在比赛中的能量供应大部分来自有氧氧化系统，随着运动时间延长，脂肪代谢的比例上升。
（二）维持生命的基本营养素
1.三大营养素功能
营养素 | 核心作用 | 食物来源 | 每日供能比 |
糖类 | 主要能量源、合成重要功能物质、保肝解毒 | 谷类、薯类、根茎类食物等 | 60%—65% |
脂肪 | 储备能量、保护脏器、促进维生素吸收 | 肉类、鱼类、坚果、植物油等 | 20%—30% |
蛋白质 | 构成和修补人体组织、维持免疫和体液平衡、传递遗传信息 | 肉类、鱼类、蛋类、乳制品等 | 11%—14% |
2.维生素与矿物质
维生素也称维他命，是维持人的生命与健康所必需的有机化合物。它们存在于食物中，需要量甚微，但每种维生素都各有其特殊生理作用。矿物质是构成人体组织的重要原料，是维持正常生理功能不可缺少的重要元素，可帮助调节体内酸碱平衡、肌肉收缩、神经反应等。
3.水
水是人体内含量最多的一种化学物质，人们对水的需求仅次于氧气。水可以促进体内的一切化学反应。健康的成年人每天的水需要量为每千克体重125—150毫升。当进行健身运动，特别是剧烈运动时，大量的水分和电解质流失，所以，运动后及时补充水分和电解质非常重要，补充水分的方式以少量多次为宜，不宜一次饮用大量的水。
（三）运动疲劳与恢复
运动疲劳是指机体在持续运动过程中，机能或效率下降，不能维持预定运动强度的生理过程。表现为肌肉无力、反应迟钝、注意力不集中等。
1.运动疲劳的常见原因
原因类型 | 主要过程 |
能量消耗 | 肌糖原储备耗尽，ATP转换速率下降 |
代谢产物积累 | 乳酸、H﹢导致pH下降 |
电解质紊乱 | 机体脱水和无机盐丢失 |
神经系统抑制 | 大脑皮层活动减弱，反应变慢 |
2.运动疲劳的判断
（1）心率监测：晨起心率比平日高5—10次/分，提示疲劳累积。
（2）自觉疲劳分级表(RPE)：借助分级表指出自我疲劳感觉的等级，以此来判断疲劳程度。用RPE等级数值乘以10，相应的得数就是完成这种负荷的心率。
3.运动疲劳的恢复手段
（1）主动恢复（如低强度慢跑、拉伸）：有利于代谢废物清除。
（2）睡眠：完全放松、恢复体力。
（3）按摩：减轻神经调节紊乱、促进血液循环。
（4）膳食补充：补充能量和维生素，多吃碱性食物，维持酸碱平衡。
