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实用运动生理学
〔美〕R.A.
周石周安
伯杰著
周佳音译校
人
版社
内容简介
本书介绍了运功和劳动时，人体一些重要器官、系统
的结构和机能的变化及其活动的相互联系。作者根据运动
生理学的基本理论紧密联系实际，提出了对运动员的训练
原则和对身体素质的评定。全书共分7章，即((1)劳动和运
动时骨骼肌的结构、机能和力量;(2)肌肉耐力与能量;③肌
肉活动的控制;(4)劳动和运动中的心脏;(5)劳动和运动中
的循环系统;(6)劳动和运动中的呼吸系统;(7)反映生理机
能的身体素质评定。可供体育工作者、运动员和教练员、
医学和生物学有关专业的师生参考。
Richard A.Berger
APPLIED EXERCISE PHYSIOLOGY
Lea&Febiger Philadelphia 1982
实用运动生理学
〔美〕R. A.伯杰著
周石周安周佳音译校
人民卫生出版社出版
(北京市崇文区天坛西里10号)
北京顺义寺上印刷厂印刷
新华书店北京发行所发行
787 x 1092毫米1.6,开本15十印张’3‘40千字
1985年4月第1版.1985年4月第l.版第1 J}印M
r' M.一00,001- 9，,;C0}
统一书号:140魄-4911定价:3.20元
〔科技新书身一89一6'2〕
译者序
《实用运动生理学》是由美国坦普尔大学体育系生物力学研究室的运动生理学R. A.
伯杰教授编著的。鉴于国内有关这方面的中文书籍甚少，而需求的读者很多，因而促使
我们翻译了这本书。
这本书属于基础运动生理学一类的参考书。它的特点是，内容较新颖，重点突出，
理论结合实际，文字通俗易懂。在每章结尾都以训练原则的方式对该章加以概括讨论，
并且附有较新的文献以资参考。本书的前三章主要介绍了骨骼肌在运动中的各种机能和
变化，如肌肉的机能和力量、耐力和能量供应，以及神经系统对肌肉活动的控制。第四
至六章则着重介绍在运动中心血管系统和呼吸系统所发生的生理变化，以适应人体在运
动中的需要。最后一章则试图从运动生理学的角度来探讨对身体素质的评定和提高运动
成绩的可能措施。书中有少数内容与国内的传统生理学概念不一样，我们未做更动。
本书系由北京体育学院周石讲师、北京师范大学周安同志参加翻译，北京医学院周
佳音副教授翻译了部分内容并负责审校。在译校过程中，国家体委科研所张丽同志和北
京体育学院有关专家对书中的一些专用术语和名词提出了宝贵意见，特此表示谢意。
限于译者的业务水平和经验不足，译误之处在所难免，恳请读者批评指正。
译者
1983年11月于北京
亡1〕
原序
人体在各生理系统的相互作用下完成各种生理机能。它们之间的相互依赖关系好比
一个交响乐队，不同的器官系统就象是各种乐器，高位脑中枢就象是乐队指挥。有些乐
章和乐谱需要整个乐队合奏;有时则需要以一件或两件乐器的演奏为主。但整个演奏的
节拍和旋律都离不开乐队指挥的带领。
本书重点是介绍体内的某些特殊的“乐器”和它们在“乐谱”中的独特作用。这些
比作乐器的器宫系统包括骨胳肌、神经系统、心血管系统和呼吸系统。不同的体力活动
和运动构成了不同的“乐谱”。实现运动的发起者是高位脑中枢，它协调和控制着参与运
动的器官系统。就象乐队指挥必须了解各种乐器的性能一样，运动员也应该知道自己的
各器官系统在运动时的能力。
然而，这本书的目的不仅仅是专门为运动员写的，同时也包括他(她)们的教练和
从事保健的工作者。本书主要的读者对象是体育工作者、运动员的教练员、理疗师、疗
养院的医师和医生。为了重点介绍运动中生理系统的变化及训练对它们的影响，、我在这
方面做了专门的论述。对受运动影响较大的器官系统，本书还介绍了它们在运动时和安
静时的结构和机能变化。书中内容都是比较基础的知识，学生并不一定非得有很深的生
理学知识才能看懂。当然学过一些解剖学和生理学基础课程对于理解各个器官系统总的
相互依存的关系会有很大裨益，尽管这些内容不一定与运动有直接的关系。
书中主要涉及的器官系统有骨骼肌、心脏和循环系统、神经系统和呼吸系统。每个
系统都写成一章，使学生能够集中了解它们的.独特特点。但是，各章内容同时也有互相
重叠之处，以便说明各系统之间的相互关系。在每章结尾都有一节介绍增进或改变运动
能力的原则。这些原则都是从生理学、特别是从运动生理学的专门研究中收集而来的。
本书最后一章则将各个器官系统联系在一起，着重阐明它们在竞赛和运动中的相互
影响。书中还提出了身体素质的模式，帮助那些对分析整体活动有兴趣的人能更容易地
理解人体各个组成部分的作用。最终使人们能更有效地和更确一切地估价和评定身体的素
质。
Richard A.Berger
(周佳音译)
〔2〕
目
录
第一章劳动和运动时骨骼肌的结构、机能和力量···········.’·············……1
骨骼肌的大体结构和机能···，·······················。························……1
肌肉收缩············，····，··….。·，···············，·············..·········……8
运动单位的动员·································。·····。.1.....0..................12
影响肌肉力量的因素·.........................................0.0.................13
决定力量的因素·......................................................0..........16
重负荷运动对肌肉、骨骼、韧带和软骨的影响···。一，·，尸·····。···。··············."....21
肌肉力量与运动速度·······················。···……，.…，.二。....................23
超负荷原则与肌肉力量·...............· ...........................................27
等长性、异力性和等力性训练·e....................................................31
训练原则···········································，..........:......0..........37
第二章肌肉耐力与能量·........e..............................................39
运动中的能量·....................e.........................0..,......0..........39
糖类、脂肪和蛋白质的代谢·................ .,..........a..... 0...ee......."...... t,40
运动中的代谢·......,...............................0.....0.a..a.......s.....e...42
代谢的激素调节·····················································.……”’‘048
运动的能量消耗·d....,"."....".....e............。 ...o......f.t.I.I...............54
营养与运动·························。····················。…....,........,..·一58
肌纤维中的能量·..........................,........,.,...........................63
局部肌肉耐力·····································。···········...................66
训练原则·······························································……‘二67
第三章肌肉活动的控制·....................,..... ....,....,............0.....69
神经元·……，’·······················.。·。·。········，······。···············…...69
突触································。·······1·。···························…...71
中枢神经系统··························，二...,.... ..........................”二75
脑········································……，’·····。·················….…76
脊髓·············································，························……80
外周神经系统·..,................................................................81
训练和比赛中的运动能力·e........................................................99
训练原则·.................e....................................................104
第四章劳动和运动中的心脏·.....................e............................107
心魔的结构和机能·..........e...................................................107
心脏冲动的传导·.........,......................................................111
安静和工作时心脏的活动.........................................................114
心输出量的调节·................................................................117
心脏的能量供应·................................................................126
运动时的心脏...................................................................127
训练原则·......................e...e...........................................135
r -14、
毛，吸州.护口
第五章劳动和运动中的循环系统·...........,.................,...............136
血液·····································································……136
水和电解质的生理机能。..........................................................136
循环系统··············································……‘····。·······…...139
小动脉中血流的控制·............................................................145
体循环动脉血压的调宵...........................................................146
安静时和运动时的血压·..........................................................149
运动中血液的分配和血量·...............................,......................,.131
循环在体温控制中的作用·........................................................1rr1 1!.L V V
运动和劳动中的热量·............................................................154
训练原则·.............................................,........................160
第六章劳动和运动中的呼吸系统·..........................,................V L4
呼吸系统的解剖.................................................................162
肺内气体的交换·................................................................163
肺泡通气·.....,................................................................166
肺通气·················································........................167
肺内气体交换·..................................................................170
血液中的氧运输到组织·..........................................................175
呼吸的控制······························...························……”二’二177
大气压力和运动能力··············································……‘··…‘二181
吸氧与运动能力···································。·······················……1..
训练原则·......................................................................188
第七章反映生理机能的身体素质评定·........................................,189
身体素质的组成成分·............................................................189
身体素质的模式·................................................................191
与各种身体素质成分有关的生理机制·..............................................193
身体素质成分的测定················································……’一产‘’二196
身材大小和结构与身体素质成分和运动项目的关系························……。-二03
身体素质的评定·....,...............................0.0................0........2J5
身体素质成分在运动项目中的重要性·..............................................207
运动训练的安排·................................................................211
参考文献···············································、··················…"214
〔4〕
第
章
劳动和运动时骨骼肌的结构、机能和力量
人体的全部运动都是由肌肉牵动骨骼发生的。肌肉具有能够在短时间内产生很大的
力量，或者在长时间内保持一定力量的能力，这是由于肌肉能根据需要而改变其能量的
消耗。一块正在工作的肌肉所产生的能量可比安静水平增加50倍。但是，要保持这种高
度的产能水平，就必须使肌肉组织利用氧的增加与身体排出热和二氧化碳的增加达到相
应的平衡。在劳动或运动中身体发生各种反应的目的，就是为了保持肌细胞中的化学和
物理平衡。对保持细胞平衡特别重要的器官有:肺一供氧并排出二氧化碳;心脏—
将氧合的血液和营养物质泵到全身;血管—将血液运输到所有组织。而使这些器官发
挥机能作用所需要的力量都是由肌肉组织提供的。体内肌组织有三种:平滑肌、心肌和
骨骼肌。这些组织的机能(生理学的)、结构(组织学的)、部位(解剖学的)和神经支
配(神经学的)各自不同。本章主要探讨在劳动和运动中骨骼肌的活动。
骨骼肌的大体结构和机能
骨骼肌约占体重的40---,45%。肌组织的细胞称为肌纤维，呈圆柱形，直径10 ^r 100,}m g
长度可达30厘米或更长。每条纤维包绕着薄而坚韧、有弹性的膜，称为肌纤维膜。肌
纤维膜下有许多细胞核。细胞核是所有细胞都含有的原生质的中央团块，由调节细胞代
谢和机能的复杂蛋白质组成。肌纤维膜紧包着细胞质。细胞质即核外的原生质。贴在肌
膜外面的结缔组织称为肌内膜(图1-1)。大量的肌纤维并在一起形成肌束，肌束外面又
包有一层结缔组织，称为肌束膜。这些肌束再合并在一起，由肌外膜所包绕。后者就构
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图卜1肌纤维及其组成
在细胞的肌浆中有一些叫做肌原纤维的细丝，每条肌纤维中有几.百到几千根不等。
肌原纤维、的直径约1^"2ym，纵贯肌纤维全长，占肌纤维体积的80%左右。肌原纤维是
肌纤维中的可收缩成份。
肌原纤维
在电子显微镜下观察，可见肌原纤维上从头至尾都有由明带和暗带交替出现而形成
的横纹。这些带由两种蛋白丝构成:称作肌纤蛋白的细丝和称作肌凝蛋白的粗丝。两种
肌丝的重叠部份形成了暗带，而明带仅是肌纤蛋白丝形成的。这种结构可参看图1-20
图中从一块骨骼肌一直解剖分离到肌原纤维。注意暗带上标着“各向异性”，或A;明
带上标着“各向同性”，或I。在每段I带的中部有一个较致密的部份，即所谓Z线。两
个Z线之间的部份称为一个肌节。静息时肌节的中部，也就是A带的中部，有一个较明
亮的部份叫H区。明带和暗带的出现是两种肌丝纵向排列情况不同造成的。粗丝位于A
带，细丝占居I带和A带的一部份。两种肌丝的重叠形成了暗带，而明带仅含有细丝。
这些肌丝实际上是些杆状的蛋白:粗丝是肌凝蛋白，细丝是肌纤蛋白。图1-3是肌原纤
维的横切面，表明了一根肌凝蛋白丝与六根肌纤蛋白丝之间的关系，它们形成了六角形。
而每根肌纤蛋白丝又参与另一些肌凝蛋白丝周围的六角形。
肌肉
肌原纤维
..侧...侧...门...日...........-
r1贪、
、、、、、、、、、爪性止
H区
肌
趁
肌凝蛋自
肌纤蛋白
图1-2骨骼肌的层次解剖模式图
图1-3肌原纤维的横切面显示出肌凝蛋白
丝与肌纤蛋白丝之间的六角形关系
肌浆
肌纤维的原生质称为肌浆。实际上，所有生命物质都是由原生质构成的。它们组合
成显微镜下所见的颗粒(细胞)，组成人体结构。每种细胞都有自己独特的结构，与它们
在体内的机能作用有关。但各种细胞的原生质也有一些共同的特性:
1.组成特殊形状和大小不同的单位。
么具有依靠各种化学活动维持或增加原生质并且使能量从一种形式转变为另一种
形式的能力。
3.能够移动。
4.对外来刺激发生反应。
5.靠体积和数量的增加而生长。
6.有再生的能力。
7.能适应外部环境的变化。
肌细胞的原生质，即肌浆，含有完成肌肉机能所需的各种结构。肌细胞含有大量肌
原纤维，这对收缩是必不可少的。另外，肌细胞还含有大量的线粒体，在其中发生化学
反应以产生三磷酸腺普(ATP)，这是所有肌肉收缩的能量来源。肌浆中还有其它一些
重要的物质，如钾、镁、磷酸盐和蛋白酶等。
肌质网和T小管系统
细胞在维持其生命和机能的过程中需要有各种物质的输入和排出。进行这些转运活
动有两套结构系统:横小管系统和肌质网。横小管系统，或称T系统，是肌膜深度凹陷
到肌纤维内部形成的。物质通过这一系统转运到肌质网。肌质网是一些与肌原纤维平行
排列的细管道，并可互相融合形成包绕肌原纤维的囊(图1-4)。为收缩提供能源的营养
物质可从细胞外液经过这些小管道转运到肌原纤维内。当细胞经一系列化学反应利用了
这些营养物质后，所产生的废物又经肌质网和T小管排放到细胞周围的液体中。肌质网
小管和T小管系统还将电流从肌膜传到纤维内部，以触发肌肉收缩。
收缩机制
当肌纤维长度变短时，A带长度保持不变，而I带缩短。这是肌纤蛋白丝相对滑动
的结果(图1-5)。在最大收缩时，Z线可触到A带，肌丝在H区会有轻度的卷摺。肌原
纤维中肌纤蛋白丝和肌凝蛋白丝的滑动可以用收缩的交错对插或棘齿学说(interdigi-
cation or ratchet theory of contraction)来解释。这种学说认为，肌凝蛋白
丝的从杆部伸出并与肌纤蛋白丝接触的原生质部份，向着A带中心部移动，同时使肌纤
蛋白丝随着一起移动(图1--6)。用电子显微镜观察完整的肌节所得的结果给这一学说以
有力的支持。这一最早提出的学说，试图解释肌凝蛋白丝的向外伸出部份或横桥的运动。
推测在静息状态下，肌凝蛋白丝的横桥上结合有分解时会放出能量的ATP, ATP的负
电荷受到肌纤蛋白丝上同性电荷的排斥，结果两种肌丝保持相互分离的状态。然而，当肌
膜传来兴奋波，并经肌质网和T小管传到肌原纤维内部的时候，情况就改变了。此时钙
离子从肌质网中释放出来，并与横桥_L的ATP相结合，中和了它们的负电荷。之后肌
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单根骨骼肌纤维中肌质网与T小管系统之间的关系
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舒张
收缩
图1-5骨骼肌和心肌收缩时肌纤蛋白丝的滑动
凝蛋白与肌纤蛋白相接触，由于肌凝蛋白丝的杆部
带有负电荷，横桥就被吸引并朝杆部的方向弯曲。
当横桥折向杆部时，其上的ATP与杆上的酶接
触，使ATP分解成二磷_酸腺普(ADP)并释放
出能量。结果肌凝蛋白横桥又带上了负电荷，于是
与肌纤蛋白丝分离。几乎同时，从其它来源产生的
能量使ADP又形成ATP。如果兴奋波不断使钙
离子释放出来，这种循环就不断重复。肌凝蛋白丝
的横桥并不能同时都对肌纤蛋白丝发生作用。当一
些横桥.拉动肌纤蛋白丝时，另一些可能刚完成活动
处于静息位置，以准备下一次活动。横桥与肌纤蛋
白间持续的不同步的活动就产生了平滑的肌肉收
缩。
肌凝蛋
图1-6肌凝蛋白丝的横桥与肌纤
蛋白丝交错对插引起肌肉缩短
健
几乎所有的横纹肌都是经由键固定在骨骼上。键是一种致密的、由白色纤维状物质
构成的结缔组织。纤维贯穿键的全长并汇集成小束，称为键束。键束又合成更大的束，
由叫做健鞘的结缔组织包在一起。束间存在有键细胞。键中有血管、淋巴管和神经分
布。键的纤维附着在肌纤维膜上。腔有很大的强度，它们比肌肉甚至比骨更不容易被撕
裂。
肌肉的血液供应
剧烈运动时，流经骨骼肌的血量可增加到安静时的20倍。此时所有的肌毛细血管
(血液与组织间发生物质交换的极小血管)都开放，(安静时仅开放10%)。但是由于
肌肉收缩，血流并不稳定。由于血管所受到的压力不同，在两次收缩之间血流增加，而
在收缩期中血流减少。在收缩结束后的一两分钟内，血流仍保持较高水平，之后逐渐减
少。
工作肌的血流量显著增加是对肌肉中微动脉(连接毛细血管的血管)局部作用的结
果。显然，肌组织中和其周围液体中含氧量的下降能经某些途径刺激肌束膜中的微动脉，
使其舒张。同时，其它一些血管舒张物质也在肌收缩时释放出来。运动时通常发生的动
脉血压升高，也会引起血流增加。
到肌肉的血流也受神经的调节。甚至在血管受到局部舒张调节之前，大脑运动皮质
发起肌肉活动的同时就已兴奋了支配工作肌的舒血管神经纤维，使其血管舒张。因此，
在肌肉活动开始时就相应的增加额外血流。
肌肉的神经支配
每条肌纤维都受神经支配，但许多肌纤维是受同一个神经细胞或称神经元支配的。
神经纤维膜看起来与肌纤维膜是连续的(图1-7)。在肌纤维上，神经分枝的末梢包埋在
肌纤维膜下的肌浆中。每条肌纤维可以接受一个以上神经元的刺激，但大多数肌纤维仅
胆碱酉旨酶
乙酞胆碱小泡
突触间隙
A B
图1-7 A、神经肌肉接点B、肌纤维膜附近的终足
受一条神经纤维的刺激。每个位于脊髓前角的神经细胞体发出一根神经纤维，或称轴突，
一直延伸到它所支配的肌肉。每根轴突又分成数个至150个以上的分枝。每个分枝终止
在一条肌纤维上。
运动单位
神经元的轴突及其所支配的全部肌纤维称为一个运动单位(图1-8)。同一个运动单
位中的肌纤维并不是一根挨一根地排列在一起的，而是分散在整块肌肉中。并且，由于
支配它们的神经纤维分枝的长短不同，当运动神经受刺激时，在整块肌肉中的很大范围
内肌纤维的收缩是不同步的。同一块肌肉(如二头肌、三头肌)中的各运动单位也是不
同步活动的，因为它们兴奋的时间不同。
图1-8运动单位是由运动神经元及其所支配的肌纤维组成
冲动沿肌纤维的传导
肌肉首先必须受到刺激，然后才能将能量释放出来引起收缩。肌纤维的刺激是由沿
运动神经传到肌肉的电化学冲动提供的。在神经纤维与肌纤维的接头处(称为神经肌接
点或终板)，神经纤维传来的电化学冲动引起一种叫作乙fJh胆碱的化学物质释放出来(图
1-7 ) o终板陷入肌纤维但并不穿透肌膜。陷入的部位叫作突触槽。终板的许多神经分
叉，叫作终足，紧贴着肌纤维膜(见图1-7 B )。终足内含有线粒体和包含着乙酞胆碱的
小泡。神经冲动引起乙酞胆碱从这些小泡内释放到终足与肌纤维膜之间的突触间隙中。
当乙酞胆碱释放到突触间隙后，在约2毫秒内，储存在突触槽边缘上的胆碱醋酶就将乙
酞胆碱破坏。这样肌纤维的兴奋过程就停止，以便纤维能“自我恢复”，准备迎接下一次
冲动。
肌纤维或神经纤维膜内外之间的电位叫作动作电位，它与电流的形成有关。当肌纤
维膜或神经纤维膜允许正和负离子透过它们的时候，电冲动就沿着它们传播开来。冲动
经由T一小管和肌质网传到肌纤维内部，然后钙离子释放引起肌原纤维的收缩。
在肌纤维膜和神经纤维膜两侧引起动作电位的电解质是钠、钾和不能扩散而带负电
荷的离子。静息时，大量带正电荷的钠离子位于肌细胞和神经细胞的外面，而细胞内面
则有相对较少的带正电荷的钾离子和大量的负离子，结果就产生了85毫伏左右的膜电
位。当刺激引起膜的通透性发生变化时，钠离子进入肌纤维而钾离子透出细胞的移动就
使得电化学冲动沿着肌纤维传播开来。在此后很短暂的时间内，膜不再具有通透性，正
负离子的平衡又回到原先的静息状态。冲动传导过程的发生有两个时相，称为去极化和
复极化，如图1-9所示。
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十七了----------一~月刘少
图1-9传导纤维上冲动的传播
图1-9 A表示在细胞静息状态下，膜外比膜内相对有较多的正离子。当细胞正中部
位发生兴奋时，如图1-9 B所示，该处膜的通透性增加，允许钠离子流入，钾离子流出。
这时的电流称为去极化阶段，见图1-9 C和D。冲动过后，正负离子立刻朝相反的方向
移动，重新回到正常静息电位水平。这一阶段称做复极化。在复极化过程中，冲动不能
沿着该处的膜传播。
冲动沿肌肉和神经细胞传导的速度是不同的。在肌肉中冲动约以每秒5米的速度传
播，但在神经汗维中因纤维直径不同而有差别。在细小的神经纤维中，传导速度可低至
每秒0.5米，但在最大的纤维中可达每秒130米。
肌肉收缩
’肌纤维收缩时，肌原纤维内的肌纤蛋白丝和肌凝蛋白丝相对滑动(见图1-5.和图1-
6)。尽管在收缩时纤维发生了这种反应，但整块肌肉的长度可以发生也可以不发生变化。
用来区别三种肌肉收缩形式的术语是:向心的、等长的和离心的。在完成工作或对抗地
心引力对身体的作用时，这几种收缩同时或按顺序地发生。
向心肌肉收缩
肌肉长度发生缩短的收缩称为向心收缩。二头肌屈肘或三头肌伸肘时都发生向心收
缩。收缩使肌肉起止点互相靠近因而引起运动。有时这种收缩又称做等张性的、动力性
的或时相性的收缩。
向心收缩基本上有两种，它们的区别在于在关节活动范围内参加收缩的肌纤维数目
的多少。等力性收缩时，参与活动的肌纤维数目自始至终基本保持不变。在异力性收缩
时，参与活动的肌纤维数目在关节移动范围中的某一点达到最大，而在其它关节角度时
都小于此值。“等力性”(isodynamic)和“异力性”(allodynamic)两个术语来源
于希腊字，"iso”含义为“相等”，"allo”含义为“不等”。用它们来形容动力性(或向
心)收缩中肌纤维参与活动的程度。做最大等力性收缩时，肌肉力量在所有关节角度都
达到其收缩能力的100%，而做最大异力性收缩时，收缩能力仅在某一角度才能发挥出
100%的力量，其它角度下都小于此值。
异力性收缩当以异力性收缩克服重力垂直举起一副杠铃时，随着关节角度的变化，
需要肌肉用力的程度也不同。在运动范围内需要用力最大的一点称为“顶点”。这种影响
是因举起重量时关节杠杆率发生变化而产生的。出现“顶点”主要是因为在此关节角度
下杠杆率最差。另一种异力性收缩是在做弧线运动举起杠铃时发生的，例如做肘关节屈
的动作。在这种情况下，“顶点”主要取决于负荷移动方向与地心引力之间的关系，而不
是杠杆率。
当在垂直方向上举起一定的负荷时，由于在关节移动范围内杠杆率有差别，并且肌
肉长度发生变化，因此“顶点”是比较显著的。杠杆率在某些关节角度更为不利，加上
肌肉缩短损失一部分力量，两种影响综合起来便产生了“顶点”。因为关节杠杆率会发生
变化，所以每个关节有不同的力量变化特点。例如，以深蹲或屈肘运动时所测定的最大
力量对照不周关节角度做图，所得曲线与图1-10中的情况相似。
假如关节或轴心不动，以弧线运动举起负荷时，只有当地心引力与旋转臂成90’角
的时候，肌肉才能发挥出最大力量。换句话说，在旋转运动时，“顶点”总是出现在地
心引力与旋转臂成90’的那个关节角度。杠杆率和肌肉长度这两个在垂直运动中决定“顶
点”的因素，在旋转运动中却是微不足道的。只有当施力方向与地心引力成直线时，发
}}3}?ui效和膝伸展
肘屈曲
超‘V80
力量︵磅︶
350 500 650 800 950’ 1’10”0- 1250.一 1400 1550一 1700
图1-10肘屈和髓、膝伸的力量曲线，曲线之间并没有显示出相对应的关系
挥出的力量才会等于物体的实际重量。
等力性收缩做等力性收缩的肌肉，在各种关节角度下不论是以100%还是50%的
力量收缩，都应保持相同的力量水平，为此必须精确地调节负荷，能在不利的关节角度
下使负荷减轻，而在有利的角度下加大负荷。等力性收缩基本上可以通过两种不同的肌
肉负荷来实现:等动负荷和调节阻力负荷。
提供稳定速度或等动运动的仪器，根据对收缩肌施加阻力的方法可以分为不同的两
类。第一类器械包括一个圆柱形的筒，一条绳子缠绕在筒内的滑轮上，绳子与滑轮的接
触改变而产生不同的阻力。还有一种是利用电机的原理产生阻力。阻力可以变化以调节
运动的速度。
第二类器械是将负重与杠杆率结合起来做某种形式的等力收缩。比如，有一种器械
的杠杆率是可以变化的，在杠杆率最有利的关节角度下阻力比较大，而在杠杆率不利的
关节角度下阻力就变小。为了理解这一概念，应该先理解杠杆系统的公式:
R xRA=F xFA
其中R是阻力或负荷，RA是阻力臂R到A的长度，A是支点，F是力，FA是力
臂F到A的长度。情况如图1-11所示，要举起负荷(R)所需的力(F)取决于阻力
臂(RA)的长度。.要举起同样300磅的负荷，阻力臂越长所需要的力越大。调节阻力
器械就是根据这种原理设计的，使运动负荷能随着关节角度造成的收缩力量变化而改变。
当阻力和力臂保持不变时，仪器可以改变其阻力臂，而力来自收缩的肌肉。
图1-12是个例子，说明在伸髓和膝关节的运动中怎样通过改变阻力臂，使腿部肌
肉产生最大收缩。图中仅示出了膝关节在350 , 62’和175’时的三种情况。假定某人有
160磅的一次性最大力量((1-RM)，在膝关节角度为350 , 62’和175’时，髓和膝的力
量应与图1-12中的力量曲线相一致，分别为270磅、160磅和600磅。如果3英尺的力
臂=1400磅的负荷保持不变，就需要改变阻力臂才能达到相应的力量水平。请注意在每
种关节角度下，负荷是如何前后移动以适应或调节力量水平的。膝关节角度从35’变为
---一一一一FA一一一进咦尺
二，。磅
图1-11举起了300磅的负荷(R)，当阻力臂(R. A)从3英尺(A)变
为6英尺(B)时，力量(F)从90磅增加到180磅，增加100%
800
400240
力量︵磅︶
620
175
一犷3' 1.8'一鸿 6: _A' 31 A P -^-, A_ 5 r uRF F 175'}"F
图1-12与阻力臂(RA)变化相应的髓和膝伸力量曲线的变化最大力量为(:
在膝关节角度35。时达400磅;(b)，62’时为240磅;(c)，1750时为800磅。
臂(FA)和阻力(R)都没有变化，分别为3英尺和400磅。RA的变化是，35
t)，
力
。时
3英尺、62。时1.8英尺、1750时6英尺，使收缩的肌肉能在整个关节角度范围内发
挥出相近的力量。R是与阻力臂呈900的400磅的拉力
62’时，力量下降，负荷(R)
后，负荷就远离支点，
减小，阻力臂就缩短。
就移向支点(A)，以适应这种条件。当关节角度大于600
以适应力量水平的增加。总之，力量增加，阻力臂就加长;力量
离心肌肉收缩
跑、投掷和跳跃都是向心收缩的结果。无论在什么情况下，只要做正功，就要靠向
心收缩。这种收缩力量是运动员成绩的决定性因素。然而，要完成协调的、有目的性的
运动，还必须有另外一种收缩。
要做向心收缩，身体应该有一个合适的位置，这就需要这块肌肉做另外一种收缩。
因为肌肉在向心收缩之前先要被拉长，一定会有一种拉长的收缩。肌肉在拉长的情况下
收缩称为离心收缩。主要依靠大腿前面股四头肌完成的蹲起练习就需要这两种收缩都发
挥作用。屈膝时，四头肌在收缩的同时又被伸长，以控制重力对身体的作用。这种离心
收缩使身下蹲到所需位置以后，四头肌又开始向心收缩，使身体站起来回到原来位置。
在所有跳跃和投掷运动中都或多或少包括这两种收缩。离心收缩还有防止关节损伤的作
用。当从高台跳到地面上的时候，脚先着地，通过反射活动使四头肌和臀大肌产生离心
收缩，因而减缓了身体的下落。如果不发生离心收缩，腿就会直接折迭起来造成损伤。
当然，如果下落的力量太大，即使是离心收缩也支持不住，肌肉和/或肌肉周围的组织
及关节还是有受伤的危险。
即使向心和离心收缩都正常地发生了，但没有第三种收缩还是不可能进行正常的运
动。
等长的肌肉收缩
等长收缩时肌肉的总长度不变，它既不伸长也不缩短。当其它关节在离心和向心收
缩的调节下发生运动时，等长收缩使某些关节对抗重力而保持在一定位置。要保持一定
的体位，肌肉就必须做等长收缩，固定骨骼。做蹲起动作时，肩带和躯干的肌肉发生等
长收缩以保证躯干的垂直姿势;同时腿部和臀部肌肉则做向心收缩。当坐下时，也发生
同样的等长收缩，但腿和臀部肌肉在做离心收缩。在更复杂的运动中，身体姿势不断发
生变化，因此肌肉收缩也以等长、向心和离心的形式不断发生变化。
向心、离心和等长收缩的力量水平
肌肉最大收缩时产生的张力决定于收缩的类型和缩短的速度。三种类型的收缩与运
动速度的关系见图1-13。离心收缩可以产生最大的力量，大大超过等长和向心收缩。离
心收缩产生的力量约比向心收缩大50 o，比等长收缩大25%左右。
在离心和向心收缩中，力量都随运动速度而发生变化。但在这两种收缩中变化的类
型却不一样。向心收缩中，收缩速度较低时力量较大，而离心收缩中随着收缩速度的增
加，开始时力量有所增大随后却下降CZ)。三类收缩中随速度变化而产生力量差别的原因
还不清楚，尽管认为问题可能出在肌纤蛋白丝与肌凝蛋白丝之间的连接上。显然，肌丝
间的关系，即它们是如何连接、固定和松开的，是寻找答案的线索。
在许多运动和工作中都有举起和放下负重的动作。显然，离心性地放下负重要比向
心性地举起负重容易些。肩扛杠铃下蹲就是个很好的例子。以稳定速度离心性地使杠铃
降低总是比站起来容易。这种影响符合肌肉工作时产生的生理反应。离心收缩时耗氧
少〔“、，耗能也少(C4,5)，举起同样的负荷，参与工作的肌纤维也比向心收缩时少〔6)0
力
量
一速度一
图1-13速度增加时，向心力量下降。离心收缩开始时力量随速度而
增加，但再进一步增加速度则力量下降
运动单位的动员
肌肉产生的张力与参加收缩的纤维数目有关，受刺激的纤维越多，产生的张力就越
大。由于所有肌纤维都属于不同的运动单位，因此同时兴奋的运动单位的数目决定了张
力的大小。张力不但与兴奋的运动单位的数目有关，而且也与运动神经元传到纤维的冲
动频率有关。参与活动的运动单位的数目和兴奋的频率相结合，称作运动单位的动员(简
称MUI，motor unit involvement)。
肌肉中收缩纤维产生的电活动可以用皮肤电极或肌肉内部电极测量到。〕。电活动的
大小可以代表MUI的程度“〕。记录下来的MUI称为肌电图，或EMG。用测定EMG
的方法可以研究MUI与肌张力之间的关系。已发现在张力与MUI程度之间有显著的相
关〔“〕。当肌肉收缩张力增加时，MUI也成比例地增加。图1-14表示离心和向心收缩中
MUI与不同负荷之间的关系。可见力量增大时，电活动的量也增加。两条曲线的斜率
不同表明，增加单位力量时，向心收缩要比离心收缩募集更多的运动单位。从另一方面
看，向心收缩的曲线较高，说明在同样的力量水平下，离心收缩所需动员的运动单位比
向心收缩时少。图1-14表示的是无疲劳现象的肌肉所产生的力。当肌肉疲劳时，力量
廷动单位的动员公知芝)
’}}m wurr}rup u}! j Td一
图i-14在同样力量的向心和离心收缩情况下运功单位的动员(NJ UyA
一1Ci2一
显著降低。然而，由于wiU1是电活动的结果，并不反映出疲劳的情况。在最大收缩时
的mUl，当力量因疲劳而下降时基本保持不变(图1-15)o假如保持次最大力量直到发
生疲劳，收缩力量保持不变但mul增大，因为越来越多的纤维收缩能力开始下降(图
1-16)，需要更多的纤维参加活动以保持一定的肌肉力量，所以EMG活动增大，反映
出Mur的加强。
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〕
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二
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力
量乃0%
图1-15运动单位动员(MUD保持最大时，最大肌肉力量因疲劳而下降
100%
J匀署
乍
力
差左
Ioo%!
5U)}
时间
图1-16保持次最大力量不变时运动单位的动员情况。发生疲劳时，
要保持力量不变就需要动员更多的运动单位，因而11UI增到最大
影响肌肉力量的因素
举起重负荷的能力决定于肌肉收缩力量和受力的杠杆系统。力量和枉杆两种因素共
同决定最大力量。要使力量增加，肌肉的收缩能力必须增加，因为骨杠杆出生后就已确
定，不会发生变化。因此叽肉的实际力量取决于被剑激的运动单位的数目和‘!三们兴奋的
须率，或者说是MU叭
有少七种因素影响NiUl;川一七肉收缩时的长度，收缩的速度和神经肌闪1.,制的范I-7 Ic
一13一
肌肉长度
肌肉受刺激收缩时的长度决定了收缩时所能产生的力量的大小〔的。肌节长度与肌纤
维所产生的张力之间的关系可见图1-17。这是蛙半键肌肌节长度与相应纤维等长张力之
间的关系。当肌节处于2/4m (0.002mm)到2.2#m (B和C)的静息长度时，等长张
力最大。长度变长(D)或缩短(A)都会引起张力下降c9 a )。肌凝蛋白丝与肌纤蛋白
丝重迭的程度及相应的肌节长度，见图1-17右侧。当长度为D时，肌纤蛋白丝与肌凝
蛋白丝没有重迭，张力等于0。当肌节缩短，肌丝有所重迭时，张力增加，直到肌节为
2.2#m左右。此时肌纤蛋白丝与肌凝蛋白丝的全部横桥发生重迭。当肌节继续缩短到
gym以下(A)时，张力急剧下降，这是因为重迭过度造成了肌纤和肌凝蛋白连接处的
相互干扰。
这些结果已在体内完整肌肉的实验中得到肯定。图1-18是一整块肌肉的曲线，与图
1-17很相似。虽然两曲线并不完全相等，但它们的形状却相似。两条曲线的差别可能
是由于整体肌肉有大量弹性结缔组织，各部分肌节也不像单肌纤维那样一起收缩所造成
的。
3C
一徽峭脚叫D
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卜』鉴毯巡，h
、.塑鲜A
产生的张安乙
。12 3毛
肌节长度(微米)
图1-17单一肌节长度与力量的关系
收缩力量
1/2最大
肌肉长度
最大
图1-18完整肌肉长度与最大张力的关系
一从一
收缩的速度
以轻负荷做快速运动时所动员的肌纤维与较重负荷下做尽可能快的运动时相比，其
所动员的肌纤维数量要少。这种现象不难理解，因为举起轻负荷所需要的力量小。在实
验室离体蛙肌〔‘。一’“’和整体条件下〔1,13’都可以证明肌肉力量与缩短速度之间的关系。利
用等动器械测定不同运动速度时的肌肉力量，可以看出伸膝力量与速度之间成反比关系
(图1-19)o
力
量
速度’(秒/移动90.0)
图1-19伸膝时肌肉力量与收缩速度的关系
在许多运动项目中，移动快、爆发力好的运动员更有希望获得好成绩。因此，在高
速度下增加力量显然要比在低速度下增加力量更为重要。有人认为对于力量训练，在快
速移动的运动项目中，以轻负荷做快速的练习要比以重负荷(这会使收缩速度自动降低)
练习的效果好。然而，研究的结果并不支持这种看法。
肌肉的体积
力量训练引起肌肉力量增长，在很大程度上可以归因于肌肉横截面积的增加。面积
增加是由于肌纤维中收缩成分的变化。收缩成分增加的原因是，肌肉的激素和神经调节
对运动和劳动产生反应，刺激蛋白质合成增多，使蛋白质逐渐堆积起来。虽然肌力增长
与肌肉体积有关，但不应认为某人有较大的肌肉就一定会比另一个肌肉较小的人力量大。
体内肌肉质量的差异可能确实对肌肉较小的人有利。如果真是这样，较小的肌肉就有可
能比较大的肌肉力量大。肌肉在关节处及其止点的拉力角也是除肌肉大小外决定肌力的
重要因素。
神经肌肉的控制
从蛙身上剥离出一块肌肉，在不同.条件下给予电刺激“‘’。一种情况是，把肌肉牵
拉到某一预定长度，间隔数秒钟后给予刺激使其收缩。另一种情况是，在牵拉后立即给
予相同的电刺激。比较两种实验条件下所产生的肌力发现，第二种刺激产生的力量比第
一种大。由于某些还不清楚的原因，牵拉后立即收缩要比牵拉后停几秒再收缩产生的力
量大。
在人体上也有类似的现象。对二十名大学生的研究表明，当他们的肌肉受牵拉后立
即收缩，所产生的力量比牵拉后停一段时间再收缩的力量大〔‘”。实际上，这种现象在运
动中也被无意识地利用着。在跳跃或投掷之前先向后摆动身体，会使向前的力量加大，
特别是运动员，当着重注意增加肌肉力量时，就已i'f4无意识地学会了在后摆与向前运动
丁t
之间不应有停顿。练举重的人也有这样的经验，先将杠铃向下顿一顿，然后立即用力向
卜
上一举，可以举起更大的重量。一些学者解释
说，部分原因在于骨骼肌中的特殊感受器，例
如肌梭。它们对牵张发生反应，因而使肌肉力
量增强。但只有在牵张后立即收缩才能增大力
量，否则力量会下降。这种反射的神经传导通
路是从肌梭到脊髓，然后再到肌肉的运动神经。
位于骨骼肌肌键中的高尔基氏键器也会影
响肌肉力量，因为它们具有保护机能。当肌腿
所受的张力达到了一定水平，高尔基氏键器就
向脊髓发放返回冲动，对运动神经产生作用，抑
制肌肉的活动。持续训练会使这些健器对张力
的敏感性下降，因而使肌肉力量增加。
在向心收缩之前先做最大等长收缩，一可以
表现出这种影响〔14,15)。图1-20表示举起不同
负荷时，高尔基氏键器对肌肉力量的抑制性影
响。当健器发生抑制作用时，用以移动负荷的
力有所降低，因为动作完成之前已经发生了抑
制。每种负荷下，在键器受到过度刺激之前运
动时间都比较快。所做动作是仰卧位时的伸臂
运动(卧推)。肌梭和高尔基氏键器的结构和机
能将在第3章详述。
.01秒
肌肉预先有紧张性
--一肌肉预先放松
j翻月月刃叮留盯r刁户﹄.
;，.石月.叮..r‘.r
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’，-。，--一三一—3v一一~.a.一_点___户仁~
图1-20肌肉预先有紧张性和预先
放松而收缩时，运动时间与负荷之间
的关系在预先紧张的情况下，高尔
基健器对肌肉力量的抑制作用使不
同负荷下的运动时间均较慢
决定力量的因素
虽然肌肉的实际收缩能力取决于肌肉长度、收缩速度、体积和神经肌肉控制的性质
等因素，但一个人对外部物体或本身体重用力的能力.(例如跳高)，还取决于受力的骨杠
杆系统。即使肌肉本身收缩能力很强，但杠杆系统不利时，也发挥不出较大的外部力量。
反之，如果杠杆有利，即使肌肉力量相对较小，也可能产生较大的外部力量。当然，在
杠杆效率相同的情况下，肌肉收缩力量强的人外部力量也大。这里对肌肉的收缩能力和
通过杠杆所产生的力量加以区别。本节中所说的力量是指后一种经过骨杠杆产生的力量。
从这点出发，肌肉力量会随杠杆系统、性别和年龄而发生变化。
杠杆系统
为了解力量如何受杠杆系统的影响，应当先知道在产生外力时杠杆起什么作用。人
体内有三种杠杆(图1--21)。注意各种枉杆都有支点(A)、阻力点(R)、力点(F ),
阻力臂(RA)和力臂(FA)o_杠杆按A, R, F, RA和FA的排列方式分类。
图1-21体内三种杠杆的例子第一种(I)、第二种(I)和第三种(I)
在骨骼系统中，A代表关节，F由肌肉产生，R是要克服的阻力或负荷，RA是阻
力到关节的距离，通常沿着骨走行，FA是关节到肌肉在骨上施力点F之间的距离。杠
杆系统的公式R xRA二F XFA得到平衡时，就发生运动。
例如，在肘关节的第三类杠杆中，肌肉(F)附着在离关节2英寸的地方(或0.17
英尺)(FA)，阻力臂长1英尺(RA)，阻力(R) 30磅，举起这30磅所需的力量可
根据杠杆公式计算出来。将F移项到等式一侧:
F
:二
R xRA_30磅x].英尺_
FA 0.17英尺
176.47磅
换句话说，屈肘举起30磅负荷需要176.47磅的肌肉力量。改变FA和/或RA, F
将改变。假如前臂长1.25英尺而不是1英尺，那么举起30磅就需要220.58磅的力。
FA相同，RA长的人举起R要比RA短的人花费更多的气力。RA长或FA短的杠杆
称为费力杠杆。可以通过加长FA和缩短RA的方法改进杠杆效率。
前臂和小腿相对较短的运动员举重时在杠杆效率上占优势，因为他们的RA较短。
力量大的运动员在举重比赛中获胜的原因之一就是杠杆效率上的优势。RA越短，所能
举起的重量越大。如果两个人的二头肌有同样的收缩能力(20。磅)，肌肉上点离关节的
距离也相等((0.125英尺)，但其中一人的前臂较长(1英尺和1.2英尺)，那么每个人所
能举起的1一RM最大负荷应为:
A者
R
二二
FxFA
RA
_200磅x 0.125英尺
1英尺
二25磅
B者
R
二二
FxFA
RA
_200磅x 0. 125英尺
二20.83磅
A由于阻力臂短，可比B多举起
1.2英尺
17%左右的重量。
一17一
性别
年龄在10到12岁以下的儿童中，男孩比女孩仅略强壮一点，但此后性另11的差异就
很明显了。到了青春期，性别之间生物学和身体结构上的差别就变得更加明显了。受社
会的影响，男孩被鼓励去参加体力活动，而女孩则受到限制，因此使力量的差别逐渐增
大〔16,17)。许多身体变化是由于男性肇丸激素分泌增多造成的。这种激素可促进肌肉和
骨骼体积增大。在力量和爆发力素质方面，立定跳远、50码跑、往返跑和握力等都可以
反映出男女之间身体上的差别(图1-22)。一般来说，在12到18岁间男女的差别持续
增大。随着年龄的增长，男子机能不断增强，而女子除了握力之外变化都不显著。
往返跑
100
23
秒
22
21
?
90807060504030
力量八磅︶
12 13
14 15 16 17
年龄
12 13下牙一砖
年龄
立定跳远
行了了0一5
英尺
50码冲刺跑
9
秒8
12 13 14 15 16 17 18
年龄
图1-22男子和女子力量与爆发力的比较
到大学年龄以后，男子上身平均力量约为女子的两倍，腿部力量约比女子大三分之
一〔18-20)。表1-1是对比成年男女各指标的三项研究结果。表中仅列出了三项研究中都
采用了的指标。在第I第II项研究中，受试者都是大学年龄的男女青年，但在第u项研
究中女子身体体积显然大得多。第且项研究中的女子是美国陆军军官学校的一年级学
员。第llI项研究中是年纪较大的警察，他们的平均身体体积大于其他组。
用绝对值表示力量，各组中男子显然都比女子力量大(图1-23 ) o这样在需要高水
平绝对力量的项目，如铅球和铁饼中，男子在素质上占有优势。但如果用单位体重表示
力量(阴影部份)，性另I1间的差异却减小或消失了，如第I项研究中对腿部和臀部力量的
比较所示。
表1-1成年男子与女子之间绝对力量和相对力量的差别*
样本
性别
身高
(英寸)
体重
(磅)
腿举
翻..曰............
腿举握力卧推
绝对
相对
绝对
相对
绝对
相对
大学生X20)
第I组
军官学校
学生(’”)
第I组
警察(“‘)
第I组
65.90
71.34
127.49
170.50
0.75
0.80
0.57
女男
65.91
134.22
0.82 0.94 0.68 0.80
53 0.64
69.62
155.45
女男
65.30
69.50
142.60
182.40
0.61 0.78 0.60
75 0
50 0，63
女男
*表中数值为女子绝对和相对力量达到男子力量的百分比。相对力量用每磅体重表示。
4 (Y'
l.0(.90180.70…60
女子与男子力量的比例
腿举握力卧推
图1-23根据三项研究工作得出的成年男子和女子的绝对与相对力量的比较
阴影部分代表当用每单位体重表示力量时，女子力量增加的情况
素质差异的部分原因是女子和男子在年少时参加体力活动有不同。社会的影响常鼓
励男子参加能发展力量和爆发力的运动和活动，例如摔跤和举重。结果，他们就比女子
更接近自己潜在的素质水平，而女子参加发展力量的活动常会遭到反对。有一些现象支
持这种观点，即女子距她们潜在的力量水平比男子更远。这一假说的根据是，一个人如
果距离他自己全部潜力较远，那么经过同样的训练，他的进步应该比别人大。大学年龄
的女子经过十周力量训练后，她们相对进步的平均值的确比同龄男子的进步大〔22)。还
没有迹象说明女子绝对力量的平均值会赶上男子。然而，如果多进行超负荷训练，男女
之间的差别肯定会缩小。
年龄
身体生长和肌肉活动在决定肌肉力量中起着很大作用。人从幼年成长到成年期间力
量增一长很快。肌肉数量的增长与力量水平成正相关。身体发育成熟以后，只有经过超负
荷的训练才能使肌肉力量增加。如果不进行训练，随着年龄的增长，肌肉会同其它器官系
统一样开始走下坡路。成年后继续进行超负荷训练，一般会使力量显著增大，超过刚成
年时的力量水平。但是，如果肌.肉只做微小的超负荷练习，力量通常还是会像图1-24
中所描绘的曲线那样持续下降。，这两条曲线一条代表男子，一条代表女子，是根据几项
一19
力
J圣毛
月巨
10 20P
40 50 (c, 0 20
年龄
图1--24不同年龄男子和女子的力量
研究结果中不同年龄组、不同肌群力量的平均值绘出的(23,24)。在20至30岁之间力量
达到最大值，然后逐渐下降，到65岁时力量约下降200}00
体重
体重重的人一般绝对力量较大，但相对力量可能比体重轻的人小。这种关系见图1.-
25，图中是总体异力性力量平均值与体重的关系。总体力量指最大弯举、直立提拉、站
立推举、卧推、仰卧提拉、仰卧起坐和深蹲起的总和。同一张图中还可以看到，当以每磅
体重表示总体力量时，力量和体重的关系倒转过来了，说明体重越轻则每磅体重的力量
越大。这些关系有助于解释为什么体操运动员的体型会比橄榄球前锋或铅球运动员小
巧。为了能成功地完成体操动作，需要每单位体重有较高的力量水平，这样才能很好地
控制身体在空间或者在器械上的运动。但是在橄榄球中要推开沉重的对手，如具有较高
的绝对力量水平，相应有较大的身体体积是有利的。一般说来，在仅需要克服体重但
相对力量
相对力量占最大一力量的百分比
绝对力量占最大力量的百分比
图1-25大学年龄男子体重与绝对和相对力量的关系数据来自7
种1-R M测定的总和
一20一
对逮度、灵活性和协调性要求高的运动中(例如杂技、跳水和足球)，运动员的身体体
积通常比那些必须移动或推开外部负荷的项目(如铅球或铁讲)运动员的身体体积小。
重负荷运动对肌肉、骨骼、韧带和软骨的影响
收缩肌产生的张力常可达几百磅，可因肌肉大小而不同。这些巨大拉力对骨骼和骨
关节周围结缔组织的影响会在骨、韧带、软骨和肌健的结构上表现出来。这些组织的结
构都会由于劳动和运动而发生改变。这些对工作的适应与骨骼肌机能的变化有关。当肌
组织收缩能力增强时，其它组织也会发生相应的适应性变化。
重负荷劳动和运动引起的肌肉结构和机能的变化
蛋白质合成增强时，可使肌纤维变粗〔25,26)。结果肌纤维内的肌原纤维增生，肌肉的
横截面积相应增大。多数研究者认为，肌肉肥大是由于肌原纤维增生而不是肌纤维增
多〔27)。但有些研究者认为，肌纤维的数目也有所增加〔28,29)。在重负荷下使肌肉反复和
持续地收缩，经几个星期后便会刺激肌肉生长。用不同方法训练后，人体肌肉能增加
39o ff 6%C30，3‘，。
当肌肉受到牵引所产生的刺激也会引起肌肉肥大。对比做牵引的和做石膏固定的肌
肉，就能看出牵拉对肌肉肥大或减慢肌肉萎缩的重要性〔32)。受牵引的肌肉与固定在石膏
模子里处于缩短状态的肌肉相比，萎缩的速率要慢得多。由于某些原因，牵拉的张力可
使蛋白质分解的速率减慢。
运动引起的肌肉横断面积增大，除蛋白质增多外，还有一部分原因是因为结构上的
变化;还有报道说会发生骨胶原的增生C33)，这是一种强度很大的纤维蛋白。肌肉周围
结缔组织中的胶原纤维起着肌纤维附着框架的作用。由于肌纤维收缩所产生的力是经由
结缔组织和肌健传递到骨的，所以不难理解为什么肌肉肥大会伴有胶原的增生。实际上，
大鼠经过六天的训练后，肥大了的肌肉中胶原含量增加了JO肠033,34)
雄性激素对肌肉肥大的影响
雄性激素是几种激素的合称。它们对人体有雄性激素的和合成代谢的双重影响。雄
性激素的影响包括第二性征的发育，例如外生殖器和附属性器官的增大、毛发的生长和
声带增厚引起声音变低等。合成代谢的影响也包括生长，但主要指肌组织中蛋白质合成
的增加。结果使骨骼肌的围度增加。雄性激素中最主要的是肇酮，它是由男子条丸和肾
上腺皮质分泌的，女子肾上腺皮质和卵巢也有少量分泌。男女之间肌肉体积的差别主要
是由于肇酮造成的，这种激素在男子体内含量多。
一个人做外功的性质决定了是否会发生肌肉肥大。重负荷举重练习伴有肌肉体积的
增加，这可以部分归因于重体力工作时皋酮分泌大量增加。男子游泳运动员大强度训练
后〔35)，和男性大学生力量训练后〔36’都可以见到这种现象。但是女子举重训练后却见不到
显著的增加。
显然，男子体内大量的肇酮是举重训练后男子比女子肌肉肥大显著的主要原因。研
究表明，尽管男女训练后都有力量增加和肌肉肥大的反应，但是男子在肌肉围度成比例
的增加方面要超过女子。比较男子和女子体操运动员的体型可以明显地看出这种影响。
尽管训练的重点都放在肌肉的超负荷练习上，但是数年训练后的效果却是截然不同的。
合成类固醇对力量和肌肉肥大的影响
合成类固醇是在实验室内人工合成的，它在化学上和机能作用上与肇酮对合成代谢
的影响相似。有些研究表明，口服这些类固醇使纯肌肉量和/或体重和力量的增长要大于
仅采用力量训练所达到的水平C38-426)。另一些研究却没有发现这种效果。然而，在所有
除了补充蛋白质外还给与合成类固醇的研究中，都发现力量有很大的增加。这从对一些铅
球冠军的观察结果得到支持，证实服用合成类固醇后力量有了显著的增强〔46)。据报道，
挺举成绩从335磅增加到365磅，最大深蹲起从425磅增加到520磅。显然，运动中使
用类固醇对那些移动重负荷的运动员是有利的，例如铅球、铁饼、橄榄球和举重运动员
等。缺点是，长期服用类固醇会产生一些生理C7 I}作用，对皋丸、肝和前列腺的机能和结
构会产生一些有害的影响。
女子服用合成类固醇应该也有相似的力量增长，但结果会出现第二性征的变化和上
述的其它副作用，因此缺点可能超过了优点。给运动员使用合成类固醇也有道德上的问
题。这里不打算做价值上的鉴定，这并不是因为它们不重要，而是因为这种方法对机体组
织的生理机能和相应的结构变化等方面令人满意的程度有限。
重负荷运动引起骨、韧带、键和软骨结构与机能的变化
超负荷训练对骨骼产生的应力和肌肉是一样的。如果工作强度很高，对骨强烈的牵
拉力最终会引起结构上的变化。多数研究表明高强度跑或超负荷会使骨的围度和密度增
加。这些研究是在鼠身上做的〔48-51 a )。但是一些在大体上的观察和研究也发现了相似的
变化〔52,53)。骨密度的增加在很大程度上是由于无机盐(可能是钙)含量的升高〔50.,54-,56)0
一些迹象也表明训练使骨的强度增加C49-51)，而且参加过训练还可以加速骨折的愈合过
程〔50)。有人发现在正常条件下〔48〕和发生萎缩情况下〔33,57)，骨的重量与肌肉重量之间
显著相关，因而提出重负荷运动可以同时引起肌肉和骨的增大。如果停止运动一段时间，
骨的质量和体积都下降，故可以反映出训练对增加骨密度的影响〔58,59)0
骨头之间所形成的关节有韧带相连以加强关节，而肌键则拉着骨。由于韧带和肌键
协同发挥机能作用，因此训练对它们的影响也是相似的。关于训练对韧带和肌健的影响
的资料主要来自对大鼠训练前后的研究。测定这些组织强度的常用方法是，将它们分离
出来，测定使它们被拉断的力。身体训练看来会增加肌健和韧带以及它们在骨上的附着
点的强度，因此它们可以承受更大的拉力〔60-63)0
楚，但有迹象表明可能是胶原0,60,64,65)
究竟什么物质使抗拉强度增加还不清
剧烈牵拉韧带的运动可以使关节的稳定性下降，
是运动员和队医特别注意的关节，
可能会使关节更容易受损伤。膝关节
重深蹲会牵张韧带，
也是矫形外科医生感到很棘手的关节。有证据表明，负
使.其作用减弱，降低关节的稳定性
它项目运动员膝关节的柔韧性后得出的。
项目运动员多。、.
(66)。这一结论是从检查举重和其
举重运动员股骨做向内和向外的动作要比其它
___俘是这种现象并没有得到确认，因为在有关动物韧带的研究中，牵拉韧带Yll其安静
时长度的108%才出现最大抗拉强度的变化。实际上，运动中大多数损伤并不是韧带本
一22一
身受损伤，而是韧带从骨上撕裂下来(63)0
训练除了会使韧带和肌键强度增加外，还会引起关节软骨增厚C60,68)。主要是因为
细‘胞间质增多，而不是细胞内成分增多。
肌肉力量与运动速度
肌肉力量增大对那些需要快速运动的动作有影响。一个人力量从100磅增加到130
磅，那么他移动100磅负荷的速度就会比力量增加以前快。同样，如果负荷下降为90
磅、80磅或70磅，运动速度也会越来越快。然而当负荷逐步减轻直到仅是肢体运动的
时候，运动时间(MT)却不一定会随之缩短。用最大等长力量与肢体MT相关可以发
现，力量越大的人动作越快〔69,70)。不过情况不一定都是这样〔15,71)。当最大力量是以卧
推的向心收缩来表示时，在负荷从重到轻的条件下，力量与MT间有显著的相关〔72)0
力量水平不同的人在不同负荷下的运动速度见图1-26。在相同的负荷下，力量大的人总
是比力量小的人动作快。实际上，以同样速度运动，力量很大的人可以举起的负荷几乎
比力量小的人多一倍。
力量小者
时间︿秒︶
负荷(磅)
图1-26臣卜推力量大和小的人在不同负荷下的运动时间
力量小者
力量大鳌
运动时
20 as 60 80 100
图1-27最大力量大和小的青年男子以1-RM不同百分比的负荷进行
卧推时运动时间‘
一23一
当以受试者1-RM不同百分比来表示负荷大小，比较力量水平高和低的人的NITa
可以进一步发现力量水平高的优点(图1-27)。同样是在最大力量的20, 40, 60, 80和
100%的负荷下，力量大的人MT快〔73)。比较两组的爆发力，这包括了速度和加速
度，力量大的人爆发力也大。对那些需要速度和爆发力素质的运动来说，特别是重负荷
包括体重和/或外部负荷的情况，力量水平高肯定会占优势。显然，运动中所要移动的
负荷越大，力量大的优势就越显著。从图1-27可见，负荷增加到80%和100 001-RM
时，力量一水平高与力i水平低的人的差别最大。总的说来，力量增加不仅能在一定负荷
下有较快的运动速度，而且在同样的1-R M百分比下快速移动重负荷的能力也增强。
运动素质中力量与爆发力(功率)的关系
做爆发性运动时就包含有功率这个物理因素。功率指单位时间内所做的功。物理学
家对功的定义是，施加力量通过一段距离。例如，将IG磅的铅球提起2英尺，所做的
功等于32英尺·磅。功的计算公式是:
功-FxD
其中F是力(不变的力)，D代表在力作用下所移动的距离。那么功=F xD=16
磅x2英尺二32英尺·磅。
如前面所提到的定义，功率是单位时间内所做的功。公式为:
功率=
功
时间
或
_FxD
t
如果要知道提起16磅铅球的功率，必须知道完成这些功所需要的时间。假如在0.5
秒内提高了2英尺，那么功率应为:
丫书;汾
代只J二1之二
_F火D
=一坦熟罕退一64英尺.磅/秒
U。0I少
其中力量大小应认为是不变的。但是在爆发性运动中，力量还包括有加速度因素或者说
速度的变化，因此F=MxA (M=质量，A=加速度)。考虑到这些，公式应变成:
功率二
MxAxD
t
在跑或跳时质量(M)或体重产生加速度所需的力是由肌肉收缩提供的。随着肌肉
收缩使力量和速度增加，加速度(A)和完成功所需的时间(七)分别增大和减少。在
功率的公式中，当A增加和/或t减少时功率都会增大。在某些运动项目中要取得好成
绩，运动员必须有较大的爆发力(功率)。橄榄球前锋身材都很高大，因为体积大使他们
能有较大的爆发力，这在阻挡或摆脱对手时都是不可缺少的。所以，作为一个前锋，速
度快(A)和体重大(M)都是基本条件。
在某些运动中，移动身体产生的总功牢不如通过某一段距离所需要的时间重要，例
如40码冲刺或击剑中的快速移动。在这些运动中，与体重有关的功率或每磅体重的功率
是提高运动素质的更为基本的条件。对于以跑速和快速移动为其取胜的首要条件的运动
员来说，肌肉体积太大反而可能是不利的。但是，超负荷训练引起肌肉体积增大可以提
一24一
高力量，在一定范围内使产生加速度的能力增大。从这种意义上讲，如果希望以减小肌
肉体积和体重而跑得更快，会因肌肉力量下降而达不到目的。
是最大限度地提高加速度和运动速度(即相对爆发力)还是绝对爆发力，取决于该运
动项目中哪种特性最为重要。短跑运动员应当减轻体重(M)达到能产生最大加速度
(A)的那个水平。在需要提高绝对爆发力的运动员中，例如橄榄球防守时，应当增加
肌肉体积(M)，达到虽然加速度(A)下降但并不引起绝对爆发力下降的那一水平。尽
管绝对爆发力对于橄榄球前锋来说是基本条件，但为了移动更快或提高加速度而牺牲一
些绝对爆发力还是有利的。如果仅考虑绝对爆发力，那还是使肌肉体积增加到上述水平
为好。问题在于找到使绝对爆发力与加速度两者结合能达到最佳运动能力的那一点。加
速度增加时又能使相对爆发力和绝对爆发力都增加。
橄榄球中的其它位置，如接长传队员或守方后卫，相对爆发力要比绝对爆发力重要。
这些位置的运动员必须快速移动。攻方后卫既应具有绝对爆发力以摆脱对手的抱摔，也
应具有相对爆发力以避免被防守者抓到。
绝对力置与爆发力
绝对力量大的人倾向于在绝对爆发力测验中比在相对爆发力测验中成绩好。这是可
以理解的，因为在这两种功率测验中，力量基本上是用来克服外力(例如推杠铃或铅球)
而不是克服体重本身。但在测验身体适应能力(physical f itness)的一些实验中，
经常测定相对爆发力，通常也包含一些绝对爆发力的成分〔74)0
表1-2中表示的是初中男生做含有相对爆发力的动作中绝对力量的重要性C75)。绝
对力量是做力量训练时的蹲起、硬举、弯举、仰卧起坐和卧推1-R M值。注意腿部绝对
力量与适应能力测验中的相对爆发力有显著相关。尽管相关系数不很高，但能说明绝对
力量在完成相对爆发力动作中所起的作用。5a )0
表1--2 169名高中男生1-R M绝对力量与相对爆发力之间的相关*
.~一一吧一
主口。_L，卜以滚J今4，
_________ /I7主一__-少li___w______/-5L ja
立定跳远往返跑
50码跑垒球掷远
一..门...川....‘....目..........一一一~，~一一-~~一____——一一
i一RM、，，一、
一;一伙w k-9}0.52 0.43 0.39 0.45
对硬举!0.43 0.43 0.44 0.55
刁芍牛10.44 0.44 0.39一
‘里仰卧起坐一。.36 0.43 0.39呀色.......……旧旧1111.
卧推一.0.39 0.37 0.41 0.52
...........翻一一-一~~~~~，，~，~~~—、
~·”，~~~，一，，协，一一~.一~，朋..用...~.息.............
*所有相关杀数均具有显著性(P二0.05)0
绝对力量与相对和绝对爆发力之间的显著相关强调表明了运动能力和适应能力中力
量的重要性。超负荷训练引起的力量增加常能使那些力量为重要因素的动作得到改进，
扭括那些需要移动较重或很重的器械，或者带动体重向上或向前的运动。
相对力a与裸发力
同相对力量测验相互相关一样(表1-3)(也包括不同肌群)，也做了相对爆发力的
测验〔74)。表1-4是仅需克服体重的爆发性运动测验。这些相对爆发力的测验包括，臂部
和腿部肌肉交替活动的跑，和同时活动的原地纵跳。10码和50码跑步的关节运动相同，
但其它两项有所不同。往返跑需要急停和快速起动及方向的变化，而原地纵跳是两腿同
时立即向上跳起。这些测验中肌肉收缩性质也不同，因为跳的测验只做一次爆发性运动，
而其它三种测验中要做反复和交替的收缩。尽管这些关节和肌肉活动不一样，通过几项
测验仍能测定同样的基本素质成分，即相对爆发力。
表1-3相对力量测定方法的相关
双臂屈伸爬绳俯卧撑
引体向上
俯卧撑
爬绳
表1-4相对爆发力测定方法的相关
立定跳远10码冲刺50码冲刺
往返跑
50码冲刺
10码冲刺
在反复克服体重的速度较低的运动中，测定发现相对力量与相对爆发力有显著相
关。在同时包括两上肢或两下肢的测验中发现，相对力量和相对爆发力之间有高度相
关。这些结果表明，相对爆发力可因肌肉收缩能力增强而增大(表1-5)0
表1-5相对力量和相对爆发力测定的相关
一..，..口.........
相对爆发力
10码冲刺
立定跳远
50码冲刺
往返跑
引体向上
".伸
撑屈
卧绳臂
俯爬双
相对力量
各相关系数显著性均等于或小于0.05水平。
一26一
超负荷原则与肌肉力量
要想提高肌肉的收缩能力，就必须用较大的负荷训练。负荷可以采用多种形式—
杠铃、哑铃、体重、等动器械、弹簧或橡皮条，或者用一块肌肉的活动对抗另一块肌
肉。肌肉是对超负荷木身反应，而不是对超负荷的性质发生反应。
杠铃和哑铃
用杠铃和哑铃达到超负荷的作法有，增加练习的负荷，增加举起负荷的次数或增加
某种练习的组数。在实际应用专项超负荷原则之前，应该先了解现代力量训练的发展过
程。为增加力量而遵循超负荷原则当然已不是什么新东西。早在公元前500年，Cro-
tona的Milo就采用了超负荷，每天背起一只小牛犊直到它长到成熟。他是多年保持
不败纪录的奥林匹克摔跤运动员。在很长的时期内，人们是以举起重物或使用沉重的武
器来做超负荷训练的。到本世纪初，马戏团的大力士成了时髦人物。他们有惊人的力
量，可以举起极重的东西好几次。直到本世纪30年代，才有研究者发表论文证明，力
量是靠逐渐增大负荷来提高的。晚近研究者们对比了不同类型的力量训练计划，比较哪
一种对发展力量更为有效。最初的研究对比了重负荷训练和轻负荷训练的效果。研究结
果表明，以重复次数少的重负荷训练(一般10-R M左右)比重复次数多的轻负荷训练
效果好〔77-79)0
以后的研究限于重负荷训练，以10-R M负荷的不同比例做能重复10次的练习。一
项研究比较了以250o 10-RM负荷为第一组，50%负荷为第二组，75%负荷为第三组，
100% l 0-R M负荷为第四组的训练计划。每次组数、重复次数和负荷相同，但是不同
10-R M%负荷的顺序相反。结果发现两种计划之间没有显著差异。后来的研究又比较
了每组重复不同次数和每次训练用不同组数的效果“80)。有人比较了每组重复2,6和10
次，和做1, 2, 3组的效果(图1-28)。结果表明每组6次做3组最接近于最大力量。
另一项研究证明，只做1组练习的最佳重复次数与6-R M C81’很接近(图1-29)。显然，
为增加力量，以6-RM做3组的效果比其它不同负荷的计划安排好。
超负荷通常包括增加重量和增加重复次数两方面。例如，开始以5-RM负荷(负荷
大小是只能以最大努力举5次)训练，以后试图使举的次数逐渐增多。当能举起10次
力量(一次最大负荷︶
组数
重复次数
图1-28不同组数和重复次数对力量增长的影响，其中以3组、重复6次
的练习对增加力量最有效
一27一
最大力量二次最大负荷﹀
2-RM
4-RM
8-RM 10-RM 12-RM
图1-29每周训练3次、每次1组卧推，训练12周后，不同训练负荷
与力量增长的关系
后，负荷的重量就再增加5%。组数的超负荷也可以将重量和重复次数结合起来安排，
增加每次训练的组数。
体重
在某些运动中，体重本身就足以构成对肌肉的超负荷。体重超负荷通常是通过改变
重复次数或组数来实现的，但有时也靠增加身体负重的方法。如果动作可以重复10次
以上，就不适于增加力量。这时可在身上加杠铃片以增加体重。如果这样不能重复做20
次以上，对于增加力量来说就还有作用，但不如重复次数少的更重的负荷有效。重复次
数越多对肌肉耐力变化的影响越大，但对力量水平的影响越小。
改变体位与重力的关系也可以做到肌肉的超负荷。例如，练俯卧撑时把脚放到凳子
上，或在做仰卧起坐时使身体与水平面有一定角度都可以增加负荷。
，，i-t=.90
0Jl『一
55}t二二丝
-.-c=.52
fc=.51
户、J
连.
-1、﹄汀J、﹄七匀护
消夕法介产沪药、
1c =.39
0 25 50 75 100--,一一150 175一 200一 225
屈肘重复次数
图1--30 1-RM力量与以25, 35, 45, 55和65磅负荷所能重复的
次数之间的相关系数，以及在每种负荷下重复次数的变化范围
数据来自大学年龄的男子
一28一
以体重作为增加力量的超负荷的限度与年龄有关。某些柔软体操动作，像仅需克服
体重的俯卧撑和仰卧起坐，对少年增强力量来说已是足够大的阻力了。而同样的练习对
身体健康的青年人来说，要想使力量增加到最大已经不够用了。他们可以做30次以上
的俯卧撑和100次以上的仰卧起坐。这种情况如图1-30所示，图中是在2沃35, 45,
55和65磅负荷下重复次数与最大力量的相关。随负荷减轻而重复次数增多，工作能力
向肌肉耐力方面转移，而远离绝对力量。这些关系表明了在以增加力量为主的训练中重
负荷(相对于每个人)的重要性。能重复25次以上的练习主要影响肌肉耐力。在青年人
中相对只有为数不多的练习以体重为负荷对增大力量是有效的。因此在力量训练中经常
使用杠铃和其它种类的加负荷器械。
肌肉互相对抗
以一块肌肉用力对抗另一块肌肉的活动也能成为超负荷。图1-31就是一种超负荷
练习方法。l1. "中紧紧拉着一条毛巾，运动发生在肘关节，一条臂向心收缩做伸的动作，
另一条臂的同名肌离心收缩做屈的动作。在整个练习中肘关节相互位置不变，毛巾一直
绷紧。如果动作做得不紧不慢并保持速度不变，这种向心收缩就是等力性的(动员同样
的运动单位)，训练效果与使用等动练习器相似。
图1-31一块肌肉对抗另一块肌肉的运动进行超负
荷训练的例子
等动练习器
等动练习器是特殊设计的，
如果负荷不变就做不到这一点，
因为在任何一次收缩中都可以用最大向心收缩来完成。
因为只有在反复运动快支持不住的时候，
能达到最大。例如以10-RM负荷做10次重复收缩，仅仅在第.,,9次和第
最大或接近最大用力。
有人研究了以等动器械达到超负荷的最好方法(72)0
肌肉用力才可
10次才会达到
速度下，重复次数是5次、
研究的目的是确定在不同运动
10次还是15次，每次重复的时间是1秒、2.5秒还是4秒，
对增加肌肉力量最有效。受试者为130名高中学生，每周训练3次共9周。研究结果见
图1-32。运动速度随力量的增加而下降，
图1-19)。在运动速度为1秒/次、2
慢速动作下测定的肌力的平均值仅4
因为速度与肌肉力量之间有反比的关系(见
孵，即。.62秒/次和‘.12秒/次下测定时，三种方法的力量没有显著差N11.9所以，认
为以4秒/次的慢速等动训练与快速和中等速度训练对增加力量同样有效。比较三种方
待_(重复5, 10和‘5次，发现，在不同速度下((0.62秒/次、‘·‘“秒/次和7秒/次，
缨定的力量增一长没有显著差异。显然，训练中每次收缩的强度对力量增长的影响要比收缩
trill.率的影响大。
力
量
芍娇x易价
写叭x绷价
忆\食寸
忆\私叭.闪
另\念一
另的x驯价
另\私寸
写\私叭.囚
写\食1
快(0.62秒/次)中(1.12秒/次)
特定运动速度下的力量
慢(7秒/次)
图1-32以1, 2.5或4秒/次的速度进行等动训练或非等动训练，每次3
组，每组重复5次，训练9周后，在等动练习器上以3种运动速度((0.62%
1.12和7秒/次)测定最大力量进行对比直方图的高度均一样，说明彼此之
间没有显著差异(’”‘》
可调阻力器械
同使用杠铃和哑铃一样，
线的练习器械。就是说，同样靠增加运动负荷、
使用“自由重量”例如杠铃时，
—30—
也使用可以改变阻力以适应骨关节力量曲
重复次数和组数来实现超负荷。然而，当
在超负荷训练中，
最大收缩发生在最不利的关节角度。而用可调阻力器械
练习时，从理论上讲，最大刺激在所有关节角度都是一样的。然而在实际上，存在几种
原因使这种条件很难实现。第一，没有哪种可调阻力器械能精确地改变运动负荷以完
全符合每个人的力量曲线。这些器械最多也只能标定适应许多人的平均力量曲线，但是
由于每个人并不都在平均值上，因此不可能精确地与每个人的情况都符合。第二，除非
运动速度不变并且较慢，收缩力量在各关节角度是不会一样的(当然假定调节是精确
的)。力量变化见图1-19，图中肌肉力量随运动速度而变，即运动越快力量越小，反之
亦然。由于可调阻力器械并不能精确到在整个关节运动范围内都能达到最大力量，必定
会出现像在杠铃练习中那样的“顶点”。但是，在可调负荷中的“顶点”通常要高于杠铃
练习中发现的顶点。最后，大多数人在可调阻力器械上测出的1-R M值都比较高。
等长性、异力性和等力性训练
在许多运动项目中，成败决定于推动身体向前或向上运动的向心肌肉收缩有多快。
因此可以认为，要想提高运动员的成绩，采用向心性训练比等长性训练效果好。比较两
类收缩的研究表明，在超负荷训练中采用向心收缩可以比等长收缩更有效地增强爆发
力〔82N84 a )。然而两者增长力量的效果却相似〔85-87a )。向心收缩对改进运动员的成绩更
有效，那末，异力性和等力性训练对运动成绩是否有不同的影响呢?
曾经对力量训练中异力性收缩和等力性收缩的效果做了比较。异力性训练是用杠
铃;等力性训练利用等动练习器或可调阻力器械。比较杠铃训练和可调阻力器械的效果
实际上就是比较设备造成的两种不同的肌肉收缩。异力性收缩仅在某一关节角度时达到
最大，而可调阻力器械上得到的力量在大部分关节角度都可达到最大。如果可调负荷能
加速(速度有变化)，动量对负荷的影响将使以最大力量通过某一关节角度时所花的时间
比速度不变时短。举杠铃或者采用可调负荷时，以最大力量通过关节角度的相对差异见
图1-33。纵座标表示三种不同收缩时的相对肌肉力量。A，举起不变负荷;B，以不变
的中等速度举起可调负荷;C，与B负荷相同但采用最大加速度。在A条件下，产生最
大力量的关节角度范围比B和C条件下都小。C又比B小些，在可调阻力器械上进行收
缩包括异力性和等力性两种成分，因为可调负荷系统常不能精确地达到等力收缩条件并
在所有关节角度都引起最大力量。仅仅电机等动练习器具有这种能力。然而，用可调阻
力器械训练可能在大部分关节角度下都比用不变负荷训练效果好。不过这种假说还没得
到研究工作的检验，因为侧定最大力量并不是在所有关节角度下进行的。
比较杠铃训练与可调阻力器械训练的效果，可见两者对力量的改进相似。·如果用可
调阻力器械测量，测到的1-R M增长稍大一些，但如果用不变负荷或杠铃测定力量，则
结果相反〔88)。这些结果反映出专门化训练的影响，因为测定力量时如以训练中所采用的
同样阻力和动作形式为标准可以获得最好成绩C88 a )。换句话说，如果用举杠铃来测定力
量，那么增加力量最好的方法是用杠铃做同样的动作来训练。同样道理，如果用可调阻
力器械测定最大力量的增长，最好也用可调负荷训练。
曾对全关节范围内采用产生异力性收缩和等力性收缩的负荷的训练效果进行过比
较。对比用不变负荷进行异力性训练和用等动练习器进行等力性训练的研究结果，发现
并不总是一致的。接受理疗的病人用等动练习器训练要比举重训练力量增长大〔89,90)。在
对169名高中男生的研究中，比较了伸膝异力性训练和用等动练习器的等力性训练的效
一31一
A 100Y
力
量
关节角度
900
P 10000
10000
力
七洲
月匡
力
量
关节角度
900
图1一}} 31 -- :}速度相同时，关节角度变化与最大肌力的百分比的关系A，负荷不变;B，调节负
荷使其随之变化;C，负荷与B同，但要求最大加速度
果(72)。异力性训练是以最大用力可重复5次的负荷做三组，等力性训练是用最大用力
可重复5, 10或15次的负荷，以每次收缩1, 2.5或4秒的运动速度训练。肌肉力量的
测定标准是等力性的，以三种不同运动速度:0.629 1.12和7秒/次进行。对此三种不
同重复次数和三种不同运动速度等力性和异力性训练，用三种运动速度测定力量的结果
见图1 -33 2。以最快或中等速度测定力量时，等力性和异力性训练没有显著性差异。但
是，当以较慢速度((7秒/次)测定力量时，异力性和等力性训练显然要比快速((1秒/
次)或中速((2.5秒/次)的等力性训练更为有效。如果以等力性最大力量(1-RM)为
标准做比较，在各组间便没有显著性差异了。显然，用异力性测量时，不同运动速度等
力性训练对增长力量来说与用自由负重的异力性训练同样有效。基于这些结果，当以慢
速或中速运动采用重负荷以增强力量时，显然以高阻力慢速度训练效果最好。用快速、
中速或慢速的等力性训练或重负荷的异力性训练((5-RM)可更有效地改进加速性的运
动。如果力量训练的主要目的在于提高绝对力量与爆发力和相对力量与爆发力，推荐使
用重阻力负荷。
力量的评定
测量力量时，是通过骨杠杆系统间接地测定肌肉力量的。当然可以用测定训练前后
肌肉力量的变化来了解训练的效果。由于杠杆系统是不变的，所以任何力量的差别都反
映出肌肉收缩能力的变化。通常可通过最大用力的向心收缩或等长收缩来测定绝对力量。
很少测定离心收缩力量，因为对它在评定和预测运动能力中的重要性还有疑问。
一32,一
向心收缩
1954年，Delorme写了一本关于骨骼肌康复中进行力量训练的书。73。从此创造了
渐进阻力练习(progressive resistance exercise, PRE)这个词，它指的是为增
强肌肉收缩能力而采用的超负荷系统训练。采用PRE时一般的康复步骤是，先测定受
影响身体部位的力量，然后规定训练负荷和练习次数。1-R M(只能重复一次的最大用
力)用来代表向心收缩的最大力量，10-R M(最大用力可重复10次)作为训练中重复
次数的基数。测定1-R M的方法是，每成功地举起1次后都可以逐渐增加肌肉的负荷，
直到最大。10-RM的测定方法也同样。通常每测完1次后休息1到2分钟以减小疲劳的
影响。在训练中应定期测定1-R M，作为进步的标准。当有了进步时，可在10-R M训练
负荷上增加5%左右。在Delorme的计划中，训练的第一组要求以10-R M负荷的25%
负荷重复10次。第二、三和四组分别以10-R M的50, 75和100%负荷重复10次。每
组之间一般休息2分钟。
这些术语在今天还在应用，以代表最大力量((1-RM)和身体康复中的训练负荷
(10-RM的比例)。然而在增强肌肉力量和运动素质的训练中，训练负荷习惯上是从1-
RM变化到10-R M。这马上就涉及到用异力性收缩(其中在某一关节角度MUl最大)
和等力性收缩(其中在所有关节角度MUI相似)测定1-RM力量的问题。
当做向心收缩测定最大力量时，阻力负荷的性质决定在哪个关节角度测到最大力量。
如果利用等动练习器测力，在最有利的关节角度下做等动收缩会产生最大力量和1-
RM。然而，如果负荷阻力是不变的以致发生异力性收缩，当垂直举起负荷(例如卧推)
时，应在最不利的关节角度下测定力量。如果以弧线举起负荷(如伸膝)，决定测定最大
力量的关节角度是重力对加负荷肢体的拉力角和这时关节角度的杠杆率两种影响的综合
结果。如同前面所指出的，当弧线地举起负荷时，各关节角度下的力(运动力)只有在
重力与肢体成90’角时才能等于负荷。图1-10是异力性和等力性测验的对比，表明臀和
膝伸时的力量曲线。在异力性力量测验中，负荷是相等的，最大举重量决定于膝关节
62’时的力量。然而在等力性收缩中，阻力负荷变化以“适应力量曲线”，约在膝关节
180’时记录到最大力量。
异力性力量测验中测定1-R M时，通常以杠铃或哑铃做为负荷。在力量训练时，常
举几次以测定1-RM的值。训练中可定期地评定1-R M以了解进步情况。负荷而不是
重量可用于测定异力性1-R M。可以利用体重做引体向上或双臂屈伸来评定力量。如果
仅能做1次引体向上，那么1-R M就等于体重。如果可以做1次以上的引体向上，测定
1-R m时可在身体上加额外重量或杠铃片。一个人体重为150磅，，·他1-RM引体向上
为180磅，可以在身体上加30磅来做一次性最大力量的引体向上。
杠铃
腰背肌负重的能力与臂肌负重能力有显著相关。实际上，体内所有大肌肉在产生力
量的能力上都有显著相关。这一关系见表1-60，此表是力量训练中几种不同方法1-R M
值的相互关系。所有相关系数都具有统计学显著性并且表现出了各项测验中的共同成份。
这些关系取自174名男青年的样本〔”‘’。在169名初中男生中也发现了相似的关系(见表
一33一
表1-6
七项动力性力量测验和总动力性力量的相关系数*N -174
弯举
直立
提拉
蹲起
仰卧
起坐
硬推卧推
负重
伸背
力量
动力
总性
负重伸背
卧推
硬推
仰卧起坐
蹲起
直立提拉
弯举
总动力
性力量
*各相关系数显著性均小于no
·01水平。
1-2)。显然，在身体成熟的过程中，
力量关系是相对一致的。
至少是在1220岁的男性中，所有肌肉群之间的
预测男性总体动力性力量(即6种1-R M之’和)最理想的一次举重法是硬推(r=
0.87)和卧推(r=0.84)(91)
现，硬推和伸背最为有效
。用统计方法决定预测总体动力性力量最好的综合方法发
(R二0.92)。如果加上站立提拉，
0.96)。这些关系进一步支持这一原则，即用异力性收缩测定肌肉力量基本代表整个
肌肉系统。背肌力量水平高表明其它关节的肌肉力量水平也高，反之亦然。当然，如果
超负荷训练仅局限在某一关节，要预测其它未训练关节的力量是不准确的。体操运动员
主要是用重负荷练习训练上身，因此上身力量相对比腿部力量高。结果用体操运动员上
亡L1_.0飞厅t古4石}Md邑矛于 -卜.遥参公小 -,z_-~卜)a- f.'务
最大力量也可以体重做为阻力负荷的一部分来测定。
上和双臂属伸能力可以作为上肢和肩带最大力量
肌肉收缩使身体上升的引体向
( l-R M)的良好指标〔92,93,93a)
1-RM引体向上和双臂屈伸做为总体异力性力量的指标
__匕肢和肩关节屈、肩脚骨下回旋和内收。双臂屈伸时骨骼和肌肉的活动又有所不同。但
做引体向上时胸肌的某些部分(胸大肌)也参加活动。双臂屈伸中肌肉使臂和肩伸、肩
呷骨外展。尽管做引体向上和双臂屈伸时有对抗的肌肉活动，但它们的力量水平却有高
度相关。一般引体向上1-R M高的人双臂屈伸1-RM也高，反之亦然(r = 0. 90) c94)o
上身力量与下肢和躯干力量之间也存在相当高的相关。
曾研究过1-R M引体向上和双臂屈伸与总体异力性力量的关系(92)。测定了五十名大
学年龄男子7项力量指标1-RM值。这些测量项目包括了上身和下肢的各大肌肉群。发
现总体力量与1-RM引体向上和双臂屈伸都有显著高度相关(分别为r=0.82, r=
0.83)。当用统计方法结合两项1-RM值去预测总体异力性力量时，预测性比单独考虑
基一I ff R*W杯‘R_二n al)_草伏击昌可FR下万 If 4`才骊 Nl1。
总体异力性力量二1. 05 x 1-RM引体向上+0. 74 x 1-RM双臂屈伸+322磅
这些结果和预测的基本条件是，受试者不曾过多地单独训练过某一块肌肉。如果以体操
运动员引体向上和双臂屈伸的上身力量预测总体力量，预测值将过高。
一34一
等动练习器
有多种器械可以具有等动效果，或者在关节活动范围内具有不变的运动速度。这些
器械的精确度和保持稳定运动速度的能力各不相同。绳一滑轮练习器，它的阻力是通过圆
筒内绕在滑轮上的绳子提供的。改变绕在滑轮上绳子的圈数可以调节运动速度。绕的圈
数增多使阻力增大，运动速度下降;绕的圈数减少可使运动加快。另一些等动器械是通
过机械和电机的方法提供阻力的。速度的快慢可以调节，这些器械测定最大力量比绳-
滑轮器械精确得多，至少比用杠铃测定异力性收缩力量多少要准确一些。当然这些器械是
在最有力的关节角度测定力量，而异力性力量中1-R M值是在最无力的关节角度或“顶
点”测到的。有些等动器械与记录装置相接，可以画出关节角度与力量关系的座标图。这
是其它力量测定方法所不及的优点，因为在关节活动范围内任何相对减弱的迹象都可以
很容易地检查出来。可以根据情况调整方法。
等长收缩
测定肌肉等长收缩时对外部物体施加的力是测定力量的方法之一。测定等长力量常
图1-34用背力和腿力计测定背力和腿力
一35一
用的有两种仪器:测力计((dynamometer)和张力计(ten。1。meter)〔”rtensiome ter)19""rsA )。一般
讲，测力计用于像腿部、臀部和腰背部大肌群的测量，而张力计用于单关节独立肌群的
测量。厂
测力计测定力，量‘测等长力量最常使用的恐怕是腰背部和腿部测力计(图1-34)0
它出现于1925一年，变成了测定一般运动能力的一组测验中的一部分。用于测定腰背力量
和腿部力量。仪器可测定2,500磅的力量。之后又有一些测验技术用以确定评分标准和
防止可能的肌肉损伤。
张力计测定力蚤张力计测定绳索上的张力(图1-35)。它最早出现在二次大战时
的一所部队疗养院中，用来测定人体力量，后来又由Clarke做了改进〔95)。这种仪器
最先是设计用于测定飞机调节缆绳的张力的。张力测定是将缆绳对滑块的力转换为磅。
在测力前先让受试者摆好位置。钢缆约1八6英寸粗，拉动钢缆时产生的张力就被张力计
记录下来。
图1-35张力计
曾利用张力计对小学以上到大学年龄的男女青少年做了许多研究〔”“，‘。。，’。。“’。有一
本手册介绍了每种性另Il的测验程序和方法C96)。对576名受试者做了25项绳一张力测验，
以确定不同肌群力量之间的关系〔‘。‘〕。几乎所有测验结果互相之间都有显著相关，说明
不同肌群的力量有某些规律性的现象。关于哪些肌肉对预测或估计总体力量最好的研究
发现，肩带肌最重要，特别是那些伸一L臂和肩的肌肉。这些肌肉用于引体向上和爬绳等
练习。其它可以预测总体力量的肌群包括在伸膝、伸躯千、屈躯干、伸髓、屈肩和足ai
屈曲。这些力量测验最好的结合因年龄而不同，但是对每一年龄来说，用最好的三、四
项预测力量是会有很高准确性的(R二0.94^-,0.98)。在异力性力量测验中也有相似的
发现，因为预测总体力量准确度较高的没有几个肌群〔”‘’。
一3s
相对力量的测定
不同肌群相对力量之间有显著相关。一般__匕身有较高相对力量的人，下身力量也相
似。主要测定相对力量的不同工作或测验表明了这一点。表1-3是相对力量各项测验的
相关系数。所有相关系数都具有显著性并表现了各项测验中的共同成分。
尽管在同一肌群的活动中一般发现有高度相关，然而在对抗肌相对力量间通常也有
显著相关。显然，肌肉力量的增大和骨骼系统中杠杆有利程度在不同肌肉和关节都是一
致的。
训练原则
1.采用适当的超负荷可发挥出最大或近于最大的肌肉力量，使肌肉收缩能力得以提
高。这种持续的刺激可以采用几种方法:(1)增加运动负荷;(2)增加练习的重复次数;(3)
增加练习的组数;(4)增加每周的训练日。
2.对大多数人来说，力量训练的基本原则是关于重复次数、负荷和训练频率方面的
间题。这些原则适用于包括杠铃、体重或其它阻力负荷的训练中。这些原.则是得到研究
工作的支持的。
a.要用异力性训练提高肌肉的最大收缩能力，应采用可以向心地举起10次以内的
负荷(3-RM到10-R M负荷)〔”’〕。
b.利用异力性训练使肌肉力量增加，做三组要比做一、两组更有效〔80)。如做三组
以上，只有在当训练节段间肌肉能恢复的情况下才有效。
c.要使力量能最适增长，每组练习不必以最大肌肉力量完成〔‘。“〕。
d.训练阶段中变化负荷没有特殊的效果。就是说，在某次异力性训练开始，先用
较轻负荷，在后几组再加重负荷或者做法相反其效果是一样的〔10})0
e.以三组、每组5次的异力性训练提高肌肉收缩能力，与每次收缩速度为4秒的
震复15次的等动训练(在整个关节活动范围内可调节力量的向心负荷)同样有效。
f.以1秒/次和2.5秒/次的速度等力训练来提高肌肉收缩能力，与以4秒/次的速
度训练效果一样。但是这种情况仅出现在以快速((0,62秒/次)和中速((1.18秒/次)测
定力量时。
3.对肌肉的牵拉越大，收缩的起始力量越大。如果训练仅考虑以牵拉来增加收缩能
力，训练就简单多了。但是，在某些技术性动作中，牵拉过多会影响技术发挥，例如单
手投篮或者跳高前蹲得太深。然而在推铅球、掷铁饼、蝶泳或棒球投球等运动中，牵拉
长些是重要的。为了有效地应用这些原则，应该了解在特殊技术动作中的力学原理。如
果极度牵拉并不妨碍技术并且.需要较大力量的话，牵拉肌肉是有利的。
4.在多数体育运动中，在快速运动中能发挥出很大力量是取得胜利的基本条件。运
动成绩常取决于快速运动中肌肉产生的力量。跑、跳、投球就是一些需要高水平力量的
活动。如果以重阻力做超负荷训练就会使肌肉的收缩能力在各种运动速度下增强。如果
采用轻阻力快速运动训练，只有在运动速度很高时才能提高收缩能力〔72)0
5.‘公块肌肉在受快速牵拉后立即向心收14.9要比仅仅是受牵拉再收缩的肌肉有更大
的收缩力。许多运动中需要很快一地向相反方向移动以完成动作。棒球投球前臂部先向后
一3.7一
牵拉就是这种原理的例子。对这种现象的解释之一是骨骼肌肌梭的作用。当这些感受器
受到牵拉时，就向脊髓发出冲动，使其动员工作肌中更多的运动单位。在牵张后立即收
缩时，肌肉力量就会增大。后摆中任何停顿都会消除这种效果。关于肌梭的结构和机能
详见第三章。
(周石译)
一38一
第二章
肌肉耐力与能量
机体运动需要大量能量。这些能量是由肌纤维内外发生的各种化学反电提供的。能
量的最终来源是食物。食物在消化道中消化以后，经由血液运送到各个器官，供给它们
所需要的营养物质和能量。体内所有肌组织收缩的直接能量来源是三磷酸腺普(ATP)o
食物转变成ATP的代谢过程涉及一系列的中间生物化学反应。本章讨论受营养、激素和
运动影响的能量代谢过程，同时包括运动引起的肌肉结构和机能的变化。
运动中的能量
新陈代谢指体内发生的所有化学反应的总合。这些化学反应包括使物质分子分解的
分解代谢反应和合成物质分子的合成代谢反应。这些反应都在不断地、同时地发生着，
因此，实际上细胞的各种组成成分都在不断地分解和更新。有些分子用不了几分钟就被
更换一次，有些则要几天、几周甚至数年才更换一次。
细胞中的一些分子可以形成某种结构，例如细胞膜或内质网等等。另外一些分子在
分解的时候释放出化学能量。这些分子维持着细胞的结构和机能。那些产能的分子来源
于食物。我们在谈到新陈代谢之前，应该先了解能量的概念。
细胞中的能量
能量不能用体积、长度或者质量的术语表示，它只能用动力学的术语下定义，代表
产生变化的能力。换言之，只有正在发生变化的时候，特别是正在作功的时候才能体现
出能量的存在。作功的多少就是衡量能量的尺度。功的计算方法是，以作用在物体上的
力乘以物体所移动的距离(见第一章)。在人体机能中，能量可以表现为肌肉收缩引起的
关节运动。根据关节运动的距离和肌肉收缩产生的力就可以知道所消耗的能量。人体运
动是能量的一种表现形式;同样，肌肉中每个分子的运动也是如此。归根结底，只有经
化学反应产生的能量使肌纤维的分子发生运动，才能使肌肉缩短。
能量的另一种形式是伴随着运动而产生的热。肌肉在进行化学反应时，随分子运动
的程度所产生的能量与释放出来的热量有直接关系。基于这种关系，我们就可以在实验
室中，根据人体所释放的热来测定化学反应中的能量变化。化学能的一个独特之点是它
可以储存起来，到需要时再释放出来。储存起来的能量叫做势能，蓄积在分子结构之中。
在化学反应中势能被释放出来，称为动能。
储存在分子结构中的化学势能可以比做拉长的弹簧所储存的势能。肌肉中合成ATP
(所有生命的能量来源)所需要的能量就好比拉长弹簧所需要的能量。放开弹簧的时候，
储存的势能就以运动和热的形式释放出来，于是弹簧.又回到原来的长度。使ATP中各
种原子结合到一起的化学键是靠一负的电子与正的质子之间的引力形成的，一也表现为势能，
这与拉长弹簧的力相以。当ATP中的磷酸(P)键断开，势能就变成动能，化学反应
的产物是ADP和P。关于ATP的合成和能量释放过程下面还将详细解释。
能量代谢中的酶
十九世纪初，化学家们注意到，人体细胞不需要在很高的温度下就能以很快的速度
进行有机化学反应。这些发现使科学家们感到难以解释，因为在试管中进行同样的化学
反应，需要在比体温高得多的温度下才能实现。后来经研究分离出了产生这种效应的一
类化学物质，它们存在于所有的细胞内。经研究发现这是一些特殊的蛋白质，它们能加
速化学反应而本身不发生任何化学变化，也不需要升高温度。由于这些蛋白质起着加速
化学反应的催化剂的作用，所以把它们称为蛋白催化剂或酶。
细胞内合成能量物质的过程中，有许多酶参与一系列的化学反应，最终合成ATP O
每个细胞都可以调节它自己的新陈代谢，因为它们具有控制酶合成与分解速度的能力。
通过这种途径使细胞内由酶催化所形成的产物保持在所需要的水平。
酶对它们所作用的分子有高度的特异性。因此在酶的作用下，一个细胞内可以进行
上千种不同的反应。一些酶仅对一种特殊类型的分子起作用;而另一些可以同许多不同
的分子发生反应。酶的命名方法是，在它所催化的分子名或反应类型名后面加上后缀
“酶(ase)"。例如，工作的肌细胞产生的乳酸靠乳酸脱氢酶消除，它可以使乳酸分解
去掉氢原子。
糖类、脂肪和蛋白质的代谢
新陈代谢的结果之一是合成ATP，这是存在于所有细胞的胞质和核质中的一种不稳
定的化合物。从根本上说，所有生理机能所需的能量都是由ATP提供的。由于食物不断
被氧化以补充用掉的能量，细胞内的ATP的供应总是源源不断。一些物质(例如葡萄
糖)通过细胞膜的转运过程和细咆内另一些必需化合物的合成过程所需要的能量也田
ATP提供。
来自糖类的能量
人体消耗的糖类至少有99%是用于细胞中合成ATP。在合成ATP以前，糖类首先
在消化道中被消化，变成葡萄糖、果糖和半乳糖。这些糖从肠道进入血液，然后运到肝
脏。在肝脏，这些糖几乎全都转变成葡萄糖。一部分葡萄糖以搪原的形式贮存在肝脏，
一小部分转变成脂肪。其余的葡萄糖被血液运送到组织细胞，在肌肉中变成塘原贮存起
来，或者在肝脏变成脂肪然后贮存在脂肪组织中。
除肝脏外，体内大多数组织中的葡萄糖不能扩散到细胞外。’所以，工作到筋疲力竭
的肌肉不能从未参加工作的肌肉中提取葡萄糖。在各种细胞中，葡萄糖都可以被马上利
用供给能量，也可以以糖原的形式贮存起来。肝和肌细胞能贮存较多的糖原。实际上，
肝脏所贮存的糖原可达其自身重量的800，肌肉中可达1%。肝脏贮存糖原的能力强，有
利于其维持血糖水平的作用，并且在重体力劳动或运动时能给肌肉补充葡萄糖。’下面简
单介绍一下产生能量的化学途径，主要介绍其要点。细胞内葡萄糖变为ATP能量的过
程(终产物是水和二氧化碳)包括‘19步化学反应。每步反应都需要不同的畴。
一40一
糖原分解
当肌肉中葡萄糖的供应不足时，贮存的糖原就变回到葡萄糖。这一化学过程称为糖
原分解。葡萄糖从糖原分解出来主要靠两种酶的作用(磷酸化酶和磷酸果糖激nL)。安静
时这些酶是无活性的，但在肌肉收缩时，某些化学反应可激活它们。糖原分解的另一个
调节者是激素，在本章后面将要谈到。
糖酵解
许多化学步骤可以生成ATP。第一步是糖酵解，包括葡萄糖分解成丙酮酸。这一
过程中有ATP生成，但仅占ATP生成总量的5%左右。糖酵解过程不需要氧。
丙酮酸的转变
糖酵解后的下一步包括丙酮酸转变为乙酞辅酶A(或写作乙酞-CoA)。这一步变化
也不需要氧。但在这以后，要使葡萄糖完全分解产生ATP，就需要有氧存在。乙酞一
CoA之后所有需氧的化学反应都是在细胞的线粒体内进行的。线粒体内有各种必需的
酶。糖酵解和丙酮酸转变反应系在线粒体外的肌浆中进行。
Krebs氏循环
Krebs氏循环(也称柠檬酸循环或三竣酸循环)，开始于乙酞-CoA，经过10步化
学反应，最后生成二氧化碳和氢原子。这些化学反应全都需要氧。循环的主要目的是生
成氢原子。氢原子被氧化时可以合成大量的ATPo
氢的氧化
糖酵解和Krebs氏循环仅提供ATP生成总量的10%左右，其余的90%是由其后
氢原子的氧化生成的。实际上糖酵解和Krebs氏循环的主要作用是，将氢从葡萄糖中
分解出来，成为能够被氧化的形式。氢的氧化要经过一系列的酶促反应:(1)使氢原子变
成氢离子，(2)使溶解在液体中的氧变为氢氧根离子。这两种产物结合生成水，即最终产
物。这些氧化反应释放出大量能量，用以生成ATPo
葡萄糖分解时产生的能量约有56%用于氧化过程和以热的形式释放出来。约有44%
生成.ATP，以势能的形式贮存起来，或者部分或全部地用于作功，取决于工作的强度。
来自脂肪和蛋白质的能量
在美国人的饮食中，约有40^50%的热量来自脂肪。约有同样百分比的热量来自糖
类。但是，被消化的糖类中有30^,35%以脂肪的形式贮存起来，以备后用。因此，人体
总能量中有三分之二到四分之三是由脂肪提供的。进行有氧运动时，利用脂肪作为能源
可能会超过糖类。3小时的长时间有氧工作，约有70%的能量是由脂肪提供的。以无氧
代谢为主的工作则利用搪类为主要能量来源。蛋白质作为能源非常有限，仅当热量供给
不足时才适当动用。然而当摄入蛋白质过多的时候，它们就直接转变成脂肪，或者先变
成糖再变成脂肪而储存起来。
脂肪和蛋白质用于供能的时候，都必须首先经过一系列的化学反应进入Krebs氏
循环，然后再经过与葡萄糖一样的代谢途径。由于蛋白质在正常条件下对肌肉收缩供能
的作用很小，下面就只讨论脂肪。
脂肪产生能量过程的第一步称为水解，以脂肪变成脂肪酸的反应为主。经过叫做0-
氧化的化学过程，脂肪酸分解成乙酞-CoA进入Krebs氏循环，最后被氧化供给肌肉能
量。在安静时和运动时脂肪用于供能的程度将在后面详述。
ATP的能量释放
当ATP分解时能量就释放出来，同时生成ADP(二磷酸腺普)和磷酸(P)o
ATP一ADP+P+能量
要持续进行运动，一定要有ATP分解获得能量和ADP与P重新合成ATP(与上
面公式的方向相反)过程的交替进行。使ADP和P再合成ATP的能量来自磷酸肌酸
(CP)，它的磷酸键比ATP含能更高。尽管CP不能像ATP那样在食物和能量之间起
祸联因素的作用，但它可以与ATP互相交换能量。当细胞中ATP较丰富的时候，一
部分能量便用来合成CP，使能量来源更充足。一旦ATP被消耗而减少，CP的能量又
转变回去，使ADP和P合成ATP o ADP和op之间的相互转变关系可用下面的方程
式表示:
CP+ADP}ATP+C(肌酸)
CP再合成的能量来自氢原子的氧化，即从糖酵解和Krebs氏循环中产生。
运动中的代谢
安静时和运动时代谢中化学反应的变化，取决于可被利用的氧与肌肉对能量的需要
之间的适应情况。当氧很充足时，食物中所含的能量可以充分释放出来以满足需要。但
是，在缺氧情况下机体就不能提供足够的能量，因为使组织中所含能量完全被利用的那
些化学反应不能进行到底。
这些情况下的代谢活动，通常按产能的化学反应中是否有氧存在而分成有氧代谢和
无氧代谢。
有权代谢
在以糖为能源并且氧很充足的情况下，代谢的化学途径可简单地表示为:
糖原一葡萄糖一丙酮酸一乙阶CoA-->Krebs氏循环+02-.-.>
CO:+H:0+ATP
当以脂肪为能源时公式如下:
脂肪一脂肪酸一乙酷CoA--*Krebs氏循环+02 }N'C02+ H20+ ATP
注意，两公式在乙酞-CoA之后都一样。
只有当Krebs氏循环中氧的含量充足时，反应才能进行到底。身体活动通常是中
等程度的，因此氧的供应充足。甚至在中等强度的运动中，例如慢跑，氧的供应也能满
一42一
足有氧代谢的需要。
无氧代谢
如果对能量的需要超过了肌细胞利用氧的能力，糖酵解的终产物丙酮酸就会增多，
以至血液和细胞中的酸性影响了机能。但是在供氧不足的情况下，仍能进行短时间的高
强度活动，说明在没有氧的情况下也能生成一些ATP。在无氧情况下生成ATP的过程
称为无氧代谢。
以最大努力跑600码时就发生无氧代谢。细胞摄入的氧不足以氧化所产生的丙酮酸。
当肌红蛋白、组织液中贮存的少量氧被用完之后，肌肉收缩所需的ATP只能在无氧条
件下产生。但是以这种方式产生能量坚持不了几分钟便会耗竭。高强度运动所需的能量
是由ATP和CP储备和搪酵解过程共同提供的。但是在无氧条件下，葡萄糖分子所含的
总能量中只有5%多一点能被用来生成ATPO
血液酸性增强主要是因为丙酮酸与氢原子形成了乳酸造成的。如果没有氧，乳酸便
会持续增多，直到肌肉停止收缩。
运动中的乳酸有些现象表明，作为肌肉耐力的限制因素，乳酸的影响比ATP和
CP储备及搪酵解产生能量的能力更为重要〔1,2)。运动以后乳酸的清除速度不同，取决
于恢复期中做些什么活动。如果在筋疲力竭的运动之后立即做一些中等强度的活动，要
比静止休息恢复快得多。有研究证明，以607000亨02max(最大摄氧量)的负荷活动
时，清除乳酸的速度比在其它负荷下速度快〔“’。
乳酸并没有丢失。一部分乳酸扩散到细胞间液和循环.血液中，或者在肝脏转变成糖
原，或者在心脏被氧化供能。在恢复期，肌肉中的乳酸约有85%再合成糖原，15%在产
生ATP过程中氧化成CO:和H2O。在有氧存在的条件下，.乳酸变成丙酮酸，后者可以
在Krebs氏循环中被利用产生能量。如果ATP的储备已饱和，则多余的丙酮酸还可以
变成葡萄糖。
无氧和有氧代谢的化学途径并不是截然不同的。实际两者都要经过同样的搪分解途
径，只不过有氧途径要比酵解途径长。
氧债运动后，特别是在无氧工作后数分钟，人体还要摄入大量的氧。因为要使乳
酸再转变成丙酮酸和葡萄糖，并使ATP和CP储备回到安静时水平，都需要额外的氧。
另外，也需要使肌红蛋白、血液和组织液中储备的氧恢复到安静时的水平。运动中需要
的氧不仅限于使某些肌群活动而使身体移动。为了输送氧合的血液，呼吸肌和心脏都要
加强活动，这也需要很多氧。在保证安静状态需氧量以外，身体组织多摄入的氧称为氧
债。
即使是在有氧条件下轻度活动之后，心率和呼吸频率也仍会有所升高，表明也有一
些氧债。但是这种情况下的氧债主要是由于运动开始时轻度的缺氧造成的。在运动刚开
始的一段时间内，循环呼吸调节一时跟不上需要，结果工作的肌肉不能马上得到足够的
氧。运动前储存在肌红蛋白、血液和组织间液中的少量氧也满足不了运动开始时的需求
量。然而，随着运动持续进行，循环呼吸机能逐渐加强，最初的氧亏量就不再增加，甚
或减少。
一43一
运动时细胞的变化和代谢效率
耐力项目的成绩水平取决于心脏和呼吸系统将氧合血液泵到工作肌的能力和工作肌
从血液中摄取氧的能力。运动中人体吸收氧的能力增强，一方面是由于心脏的射血量增
多，另一方面是由于肌细胞中发生的生化适应，使它们能从血液中摄取更多的氧。从细
胞水平来看，训练引起的变化可以使运动中肌组织产生能量的能力增强。这些变化总括
于表2-1o
表2-s}l耐力性训练引起的骨骼肌细胞内变化
细胞成分
有训练者
未经训练者
，....~~一一一‘一一一一一.--一一-一一—一
肌红蛋白含量
一一一一
线粒体
少小
多大
1.数量
2.体积
低低低
高高高
氧化能力
1.丙酮酸
2.脂肪
3。糖
价一髓
妙一听
运动使骨骼肌肌红蛋白含量增多C516)。由于肌红蛋白能使氧通过液体层转运的速度
加快C7,8)，因此肌红蛋白很可能也会增加从细胞质到线粒体的氧流量，从而!促进对氧的
利用。肌红蛋白的增多伴随着线粒体的增多〔9一，‘’。运动引起线粒体的体积增大，也可能
使其数量增多〔‘“)。总的效果是使线粒体生成ATP的能力增强。事实上，训练引起的机
体耗氧量增加，其中约有50%是因肌红蛋白和线粒体增多造成的。
训练还会使肌肉利用脂肪供能的能力发生变化。经过运动训练的人与未经训练的人
相比，在次最大运动时氧化脂肪较多而氧化塘较少〔‘“’。这一发现表明，耐力性运动使
脂肪组织释放出较多的脂肪酸(14,15)。由于有训练的人节省了糖原，长跑时就不易发生
限制耐力的低血糖现象，因为运动中肌肉摄取血糖的量减少。随着心血管机能增强而引
起利用脂肪供能成比例地增加，其原因可能与调节塘分解代谢的某些机制育关。机制之
一是脂肪酸的氧化速率。当速率提高时就会抑制糟酵解和丙酮酸氧化〔”“〕。肌肉中脂肪
酸含量增多时，月旨肪就被氧化利用。
耐力训练增强肌细胞氧化丙酮酸、糖和脂肪酸，经氧化磷酸化生成ATP的能力。
这主要是因为线粒体酶的活性水平提高C10)，包括在Kre1)A>氏循环、脂坊酸分解代谢
和线粒体成分变化之中的这些线粒体晦。它们的活性水平提高使持续进行有氧活动的能
力增强，因而提高了工作能力。关弓3r动引起的特殊生化变化，Holleozy有详细的论
述
(17)
0
经过训练的与未经训练的人之间的比较
经过耐力训练的人，例如长跑运动员，比未经训练的人能吸收更多的氧。有训练的
人摄氧量的最大值(N'f02ma x)用每公斤体重表示，可达75毫升/公斤/分钟，而未经训
练的人VO,max仅达42毫升/公斤/分钟。'qOzmax差别的原因与前面所述细胞中的
变化有关，反映在工作肌糖原消耗的速率、运动中对脂肪的利用、肌肉的血流供应和血
乳酸水平等方面(表2-2)
表2-2有训练者与未经训练者对运动反应的比较
有氧训练的反应
有训练者
未经训练者
V02max
肌糖原含量
糖原消耗率
1.在同样相对工作水平
2.在同样绝对工作水平
相同
低
相同
局
耗氧量
1.在同样相对工作水平
2.在同样绝对工作水平
高
相同
低
相同
高高高低
低低低高
肌乳酸和血乳酸
1.在同样绝对工作水平
2.在同样相对工作水平
(除最大工作外)
3.在同样耗氧量水平
4.最大工作时
呼吸商
1.在同样相对工作水平
肌肉中CP和ATP
1.在同样绝对工作水平
低高
一一一一一一一一
血流/公斤工作肌
1.在同样绝对次最大工作水平
一一一一一~X'}}TAICtIC一.以”~..阔翩.....曲
有训练与未经训练的人对搪原和脂肪的消耗在次最大运动中以同样的相对
VO,max工作，有训练的人肌肉中糖原消耗的速率与未经训练的人相同。例如，Saltin
的研究表明，有训练和未经训练的人都在E8-690亨 04max的条件下运动(同样的相对
功)275分钟至291分钟，两者塘原的利用量与能量的产生量近于相等〔13)。但是有训练
的人所做的绝对功几乎多60 0o。因而那些额外的能量一定是从其它能髦来源得到的。这
一45一
个其它来源就是脂肪。研究发现，有训练的人由脂肪提供的能量要多两倍以上。从工作
中利用的总能量来看，有训练的人由脂肪供给5800，而未经训练的人仅由脂肪供给
41%。
当有训练的人和未经训练的人在同样的时间内做同样的工作(例如，有训练的人以
5000VO2max，未训练的人以800o}'OZmax)，有训练的人所消耗的糖原和脂肪都较少。
因此有训练的人消耗的ATP和CP较少。虽然工作负荷相同，但是，有训练的人利用
脂肪供能的比例要比未经训练的人大。这可以从R. Q.(呼吸商)得到证明，不论是在
绝对还是相对负荷下，有训练的人R. Q.都较低。
进行运动需要能量的时候，有训练的人氧化糖C18’和丙酮酸C19〕比未经训练的人速度
快。肌肉氧化脂肪、糖和丙酮酸的能力增强，其基础是线粒体中酶活性水平有所提高。用测
定}OLmax表示有氧能力，其中有近50%决定于心脏、循环系统和呼吸系统向工作肌运
送氧合血液的能力。有氧能力的另外50%则决定于肌细胞从血液中吸收氧的能力。
工作肌的血流细胞所占的这50%的有氧能力主要决定于线粒体中酶的生物化学
活性。过去认为，有氧能力几乎完全取决于供给肌肉的血流量。最近的研究提出了不同
看法。研究表明，当进行同样数量的次最大工作时，经过训练的肌肉其每公斤肌肉血流
量反而比训练之前少〔20)。然而，当进行最大工作时，通过工作肌的总血流量却增
加〔21)。由于训练增强了从血液中摄取氧的能力，在进行同样工作时即使每公斤肌肉血流
量较少，细胞也能得到大量的氧。
有训练与未经训练的人的血乳酸在绝对工作负荷和摄氧量或相对工作负荷相同的
条件下，有训练的人比未经训练的人血乳酸水平低，但这不包括最大工作时(23)。以相
当于最大耗氧量的负荷工作时，有训练的人血乳酸水平高。缺氧可以刺激无氧糖酵解，显
然不是肌肉和血液乳酸产生增多的唯一原因。即使在氧很充足的条件下，乳酸也会堆积
起来〔22)。乳酸堆积是由于糖酵解与丙酮酸利用率之间平衡失调〔24)。肌细胞对运动的生
物化学适应首先与塘酵解和利用丙酮酸之间的机能关系有关。结果是有训练的人在相同
的生理强度或刺激下(相同的相对i02max)，肌肉和血液中乳酸堆积比未经训练的人
少。
糖原储备与工作能力
运动开始时，肌肉、月干脏和体液中的糖原储备量决定一个人成绩的优劣，不论在耐
力性的长跑还是间歇性的足球运动中都一样〔25)。这三个部位所储备的糖原的比例大约
是，肝脏占2900，骨骼肌占6700，体液占40ooSaltin(26’曾研究过糖原储备在运动中的
重要性，他比较了大腿肌肉糖原含量正常的5名足球运动员与糖原含量只有正常值一半
的另外4名运动员的运动情况。糖原含量正常的5名运动员跑动的距离长，最大速度冲
跑的时间也比其它4名运动员长。成绩差别显然是因为那5名运动员糖原含量多，因为
在进行比赛的时候，每个运动员都要消耗其糖原储备。
肌肉中糖原不能满足工作需要时，脂肪一般就成了取之不尽的能量来源。但是由于
脂肪产生同样的能量比糖原需要更多的氧，因此运动成绩会大大下降。事实上，继续运
动下去运动强度必定会降到最大耗氧量的50%以下。在长跑或长时间的运动中，如果仅
以脂肪为唯一的能源，运动成绩会受很大影响。
一46一
即使运动员在比赛中补充一些糖类，通常是饮料，由于消化系统能力的限制，所能
利用的葡萄糖也只能满足总能量需要的20^r300o。不过，运动中补充一些糖可以减慢糖
原的消耗。
耐力项目比赛前，在肌肉中的糖原储备量决定着运动员的成绩如何。用超量补偿的
方法可能能使肌肉的糖原储备增加100%或更多〔25)。开始先通过训练消耗肌肉中的糖
原，目的是刺激扩大肌肉中的糖原合成能力，这样就可以得到较大的糖原储备量，出现
糖原储备的超量补偿。使肌肉中的糖原彻底消耗只有一个办法，就是训练，因为糖原只
要在肌纤维里合成后就不会再游离出来。
为了在运动消耗糖原以后能得到超量补偿的效果，应该在其后三天内，也就是在比
赛前三天内采用高糖饮食。如果先进行三天到力竭的练习消耗糖原，并且给予低糖饮食，
然后再给予三天高糖饮食，这样能进一步增加糖原含量。例如，马拉松运动员准备参加
重大比赛，可在赛
低糖饮食并继续训
大运动量训练以消耗糖原储备
。前六天开始给予三天
地消耗。一定要注意，
这三天中每天糖的摄入量不能
少于60克，不然
红细胞的机能。之后，在比赛前三天开始给予高糖
饮食并尽量减少体力活动。这样糖原储备可增加100%或更多，有利于提高运动成绩。
不同强度和持续时间运动中的代谢过程
运动中的能量来自无氧和有氧代谢。无氧和有氧代谢过程供能的比例取决于运动的
强度和持续时间。长时间持续运动只能由低强度肌肉收缩来完成，因此是在有氧供能下
完成的。在短时间高强度的运动中，大多数能量来自无氧代谢。有氧代谢中ATP能量
来自食物的完全氧化;与此不同，运动中由无氧代谢提供的ATP能量有两个来源。这
些能量来源与运动的剧烈程度有关。
不同强度运动中ATP能量的产生运动中ATP的基本来源有三个。当运动是爆
发性的并且只持续几秒钟时，能量的主要来源是肌肉中储存的ATP和CP。不过此时还
有第二个来源，即糖酵解。在时间一长于8----10秒但不超过2分钟的运动中，ATP-CP
储备与糖酵解在供能中的重要性就倒转过来了。因为肌肉只能储存少量的ATP-CP,
它们在10秒之内就会消耗殆尽。随后运动中的ATP能量主要由糖酵解提供。但由于剧
表2-3进行不同时间最大运动时总能量供应中
无氧和有氧代谢所占的相对比例*
一一一一一一一一一一一----
相对比例(%)
无氧代谢有氧代谢
亨U2max%
量源
匕匕
幽目
要
主来
..一一-一一一一一一一--一-一~~一一一一一一一一一一一一一一一一一一
10秒
1分
2分
5分
10分
30分
60分
83
60
40
20
9
3
1
17
40
60
80
91
97
99
ATP一CP
糖酵解
糖酵解和有氧氧化
糖酵解和有氧氧化
有氧氧化
有氧氧化
有氧氧化
100
100
100
100
95~100
80~95
80~90
*数据来源于许多研究工作(7, 13,
2e，27)
一47一
烈运动只有两分钟左右，来不及给肌肉供给足够的氧，于是乳酸堆积起来，直到不能保
持运动水平或者发生力竭。在持续2----,3分钟以上的最大运动中，虽然这两种能源还起一
定作用，但效能逐渐减小，这时生成ATP的第三个来源起着主要作用。这第三个来源就
是有氧代谢，即ATP是在有氧条件下产生的。运动时间超过60分钟时，几乎100%的
能量都来自有氧代谢(表2-3)a
代谢的激素调节
能D}-r..代谢受内分泌系统分泌激素的影响。内分泌腺分泌的激素直接进入血液，随血
流运往全身。在体内的某些特殊部位，激素控制和整合着机体的生殖、组织代谢和能量
平衡等机能。
内分泌系统由各内分泌腺组成。这些腺体是脑垂体、甲状腺、’甲状旁腺、肾上腺、
胰岛细胞、胃的一部分、十二指肠、卵巢和攀丸(图2一1)。激素是特殊器官或组织产生
的一类化学物质。它源于希腊字，含有“激起或开动”的意思。内分泌腺与其它腺体如
琦一琴一睡舫
图2-= I内分泌脉在体内的位置
一48
部肾
用的
作泌
到分
云一质
而髓
从腺
中上小
管肾较
导，就
的如用
体例作
腺。官
到位器
放部它
释殊其
是特对
不到但
物送，
泌运应
分素效
的激殊
们将特
它液有
，血织
同由组
不经肪
等是脂
腺腺和
肠泌脉
胃分动
和内
腺。脏
液用心
唾利对
、被素
腺或腺
汗位上
本章介绍一些对代谢活动有较大影响的内分泌腺。虽然本章主要探讨的是代谢过程
所产生的能量，激素对此有重要作用，但是除了激素对代谢的直接调节作用之外，我们
也将讨论内分泌系统的其它重要作用。这样使读者能更清楚地了解内分泌腺如何能在休
息时和运动中，对组织代谢产生直接的和间接的影响。除了对代谢的特殊调节作用之外，
激素还能使各生理系统能更好地适应和满足各种不同的代谢需要。还要重点谈谈已知的
内分泌腺对运动的短期和长期效应。在讨论这些之前，应该先了解神经系统与内分泌系
统在调节代谢中的相互关系。
神经系统与内分泌系统之间的相互关系
神经系统和内分泌系统都具有调节机能，因为它们的主要作用是保持机体内环境的
稳定平衡。神经系统属于快速调节，而内分泌系统则属于较慢的代谢性调节。这两个系
统不能分开，因为它们在所有组织和器官活动的调节和整合使之保持相对稳定的过程中
}}}}}起作用。
两个系统协调活动的典型例子是位于大脑底部的下丘脑的机能。下丘脑属植物性神
经系统的一部分，这个系统通过支配心肌、平滑肌和腺体的运动神经调节这些器官的活
动(见第三章)。下丘脑的主要机能是控制血压、骨骼肌血流、体温、摄食、饮水和对
恐惧、寒冷和愤怒等应激反应的调节，同时它也通过直接的或间接的神经刺激调节某些
内分泌腺。
内分泌活动的一般特点
激素并不发动某一过程，但它们能改变某一细‘饱过程的进行速度，既可能加快也可
能减慢细胞的活动。多数激素对组织细胞的作用可能是影响跨细胞膜的物质转运速度，
也可能是影响细胞内酶的活动。
激素通过几种途径改变细泡内}}的活性。它们既可以刺激某些酶使其数量增多，也
可以抑制这些酶的合成。激素也可以在不增加合成的情况下增加酶的活性。在某种条件
下，一些激素可以同时使酶分子的合成和活性增加。这种双重效应很有利，因为现存的
酶分子活性只能使反应持续几分钟，如果同时能有新的}}`i;}i-ajJ'分子合成并持续几小时或几天，
那就可以做到长期的适应，因而使反应能够延长。
有些激素可能仅直接作用于细‘胞内的酶，而另一些则作用于细胞膜，易化或者抑制
物质向细胞内转移。例如，胰岛素能增加葡萄糖跨细胞膜转运的速度，在它的作用下葡
菊塘能进入大多数细胞。而其它一些激素则抑制葡萄糖的转运。’
激素还可以对细胞有继发性作用。当胰岛素在血中含量较高时，首先作用于细胞
膜，使其从血中摄取葡萄糖增多。结果使细胞内许多需要葡萄糖的化学反应激活，这就
是继发性作用。在另外一些情况下，继发性作用并不发生在细胞内，而是影响整个机体。
当血中胰岛素不足，没有足量的葡萄糖转运到细胞内，因此血糖升高。结果继发性的作
用是大量葡萄糖随尿排出。在一些糖尿病病例中会出现这种情况。由于体内各种激素实
际上都在以某种速度不停地分泌着，因此细胞总是同时处于许多激素作用之下。由于这
些激素相互的影响，当我们要决定在不同工作条件下哪种激素起主要调节作用时，会遇
到许多困难。
激素与体力活动表Z-4列出了在运动和劳动时对保持体内细胞平衡最重要的一些
激素。表中同时还列出了体内分泌这些激素的部位、受这些激素影响的主要靶部位、引
起分泌活动的刺激、调节分泌量的部位及这些激素通常引起的反应。
表?.-4体力活动中有关的激素
激素
分泌部位
靶部位
刺激
控制部位
反应
皮质醇
肾上腺皮质
肝，脂肪组
织，骨骼肌
应激
的和
理的
:身体
/或心
下丘脑一垂体血糖升高
系统
雄激素
男性:翠丸
女性:卵巢
生殖器官，
产生第二性
征的组织，
骨骼肌和骨
不明，可能
与某些先天
性自动调节
因素有关
下丘脑一垂体
系统
肌肉和J胃，
体积增大
生长激素垂体
脂肪组织，
细胞膜和骨
低血糖
下丘脑
供能的自由
脂肪酸增多
醛固酮
肾上腺皮质
肾脏
低血压
肾动脉管壁
血压升高
甲状腺素
甲状腺
基本包括所
有组织
血液中循环
的甲状腺素
下丘脑一垂体
系统
基础代谢率
增高
胰岛素
胰岛
体内大多数
细胞(脑组
织除外)
血糖升高
胰岛
肌肉和脂肪组
织中葡萄糖增
多，血糖减少
儿茶酚胺:
肾上腺素
去甲肾上
腺素
肾上腺髓质
交感神经
末梢
心脏，血管
脂肪组织，
心脏，血管
应激:身
体的和/
或心理的
交感神经系
统
血中葡萄糖
和自由脂肪
酸增多，血
压升高
皮质醇与体力活动皮质醇(氢化可的松)主要作用于糖类、脂肪和蛋白质代谢。
这种激素由肾上腺皮质分泌，经组织内特殊的化学变化使血_糖升高。皮质醇主要影响肌
肉和脂肪组织，经过转变最后使血糖升高。它使肌肉中的蛋白质发生分解，游离出来的
氨基酸在肝脏变为葡萄糖。产生的葡萄糖可以变成糖原储存在肝中，也可以释放到血液
里转运到工作的肌肉供给能量。通过皮质醇对脂肪组织的作用，也可以使肌肉得到更多
的葡萄糖。可利用的葡萄糖增多是因为从脂肪组织中经化学途径分解出了自由脂肪酸。
这些脂肪酸由血液运到肌肉，再转运到细胞内变成葡萄糖以供给能量。
虽然平时皮质醇不断地分泌，其分泌量也有一定波动，但是在各种形式的应激情况
下就会有额外的大量的皮质醇进入血液。这些应激形式可以是躯体性的(例如肌肉或关
节受到损伤)，也可以是心理性的(例如准备上场比赛)。其它的应激条件包括，长时间
高强度运动、缺氧、长时间受到寒冷、惊吓、疼痛和感染刺激等。实际上，“应激”这
个词常可定义为任一条件引起的皮质醇分泌增多。除了皮质醇外，对同样的应激条件交
一50一
感神经系统都会做出神经性的反应。生理学的传统观点认一为，对应激首先做出整体反应
的是神经系统，之后皮质醇才参与反应。
肾上腺皮质醇是在脑垂体分泌的另一种激素的活动刺激下才分泌的。促使脑垂体活
动的原始刺激来自下丘脑，它接受不同来源的感觉传入冲动。当机体预期到应激状态将
要发生或者确实有刺激物影响机体时，下丘脑就受到刺激。这些刺激有来自躯体的、来
自精神的或是双重的，已如前述。
在剧烈运动中，当运动负荷由小到大时，血浆中的皮质醇增多。此时运动作为刺激，
皮质醇分泌增多的反应为身体活动做好准备。因运动应激引起的皮质醇分泌增多可使工
作肌的耐力增强。显然，皮质醇使血糖增多的作用为肌肉提供更多的能量来源，因而增
强了收缩能力。但是，只有在相对较重的工作负荷下才会发生这种效应〔28,29)。轻度和
中度的工作负荷影响不足以刺激血浆皮质醇增多〔30,31)0
前面所讨论的不同工作负荷对皮质醇分泌的影响(应激的一个指标)和身体机能状
态与血浆皮质醇效力之间的关系，都是指剧烈运动。但是，一长期或缓慢的运动对皮质醇
的分泌作用表明，还会发生某些结构与机能上的适应。有研究报告，缓慢的应激和运动
使肾上腺肥大〔32,33)。但是这是否能引起皮质醇分泌量发生变化还没有完全一致的看法。
一些研究报告说，经过训练的动物在剧烈运动之后，血浆皮质醇分泌量比未经训练的动
物低(34,34a )。在有训练的人体上也发现了相似的结果〔35,36). Henderson(3j’的研究表
明，经过训练与未经训练的人，在皮质醇分泌上的差异不仅能在运动后观察到，而且在
冷水中潜水后也能观察到。但其它一些研究却表明，经过训练与未经训练的人，皮质醇
的反应没有差异〔14,37)0
一般的看法是，在以小到中等运动量训练期间，血浆皮质醇可能增多、减少或者不
变，取决于运动产生的心理和/或生理应激的程度。但是，在以中等到大运动量训练期
间，经过训练的人在安静时及次最大工作时血浆中皮质醇较少。然而，在大运动量一训练
时，经过训练与未经训练的人皮质醇水平几乎相等。
醛固酮与体力活动在运动时，血流增多以适应机体代谢的需要，有些激素能使血
压升高协助维持血流。其中之一是醛固酮，当血压开始下降时由肾上腺皮质分泌出来。
醛固醇到达肾脏后，减少尿中排钠量，因而使血钠浓度上升。结果，很多体液从细胞间
隙进入血液使血量增多，从而使血压上升。
引起肾上腺皮质分泌醛固醇的链锁反应起源于进入肾脏的肾动脉的管壁。当血压降
低时，位于肾动脉壁上的一群细胞便分泌一种酶(肾素)到血液中。此酶作用子一种特
殊的血液蛋白(血管紧张素工)，在另一血液酶的影响下使其最后变成另一种物质(血管
紧张素11)。血管紧张素II直接作用于肾上腺皮质，使其释放醛固酮。然后，激素刺激肾
脏使血量增加。’
雄激素与体力活动雄激素产生男子性特征。主要有两种激素产生这些效应:肇酮
和雄烯二酮，它们司毛发分布的性别特点和加快生殖器官的发育成熟。这些激素在男子
主要靠架丸分泌，女子主要靠卵巢，肾上腺也有少量的分泌。成年男子翠}fpl的分泌量约
为成年女子的50^100倍，而男子雄烯二酮的分泌量约为女子的二分之一〔38)。由于肇
酮的效力约比雄烯二酮大5倍，并且男子体内含量比女子多，所以在男子身上它的作用
最显著。
一51一
肇酮对人体结构和素质有很多作用。肇 *能增大去脂体重或肌肉体积，引起肌肉吸
收氨基酸增多。这给肌肉合成蛋白质提供了基质。肌肉体积增大会使力量和爆发力增长。
结采在需要力量和爆发力的运动项目和某些职业中，男子常常超过女子。除增加肌肉体
积外，攀ON也对骨的体积有作用。它通过增多蛋白基质和保留更多的骨钙使骨增厚。骨
的体积增大为肌肉生长提供了更大的骨骼面积。
服用化学性质与肇酮相似的合成类固醇，可使运动素质提高。在力量和爆发力项目
中，如果同时给予高蛋白饮食，效果是很显著的。这些作用已在第一章做了较详细的介
绍。
使雄激素分泌的刺激来自腺垂体，It释放两种激素到血.液中〔卵泡刺激素(FsFT)
和黄体生成素(LH)D。血依将这些激素带到第丸和卵巢。垂体激素受下丘脑及其激素
释放因子的调节。调节这些释放因子的主要感觉性传入途径还不清楚，但是不管起因是
什么，ASH和LH释放因素在成人基本是以正常速度分泌的。
儿茶酚胺与体力活动儿茶酚胺包括肾上腺素和去甲肾上腺素，是交感神经系统神
经末梢分泌的激素。这些神经末梢位于心脏、血管和肾上脉髓质。近20%的肾上腺素和
近80%的去甲肾上腺素是由心脏和血管上的神经末梢分泌的。其余由肾上腺髓质分泌。
儿茶酚胺主要影响脂肪和塘的代谢和心血管机能。
循环血液中的儿茶酚胺使脂肪组织分解成自由脂肪酸。血液中可利用的脂肪酸增多，
为细胞提供了额外的能量来源，因而节省了血糖。同时，儿茶酚胺促使肝糖原分解，因
而可以将更多的葡萄糖释放入血，运往正在工作的肌肉。在肌肉中也有相似的效果，肾
上腺素(也许还有去甲肾.上腺素)加快糖原分解成苟萄糖，使其易于供能〔saa
循环血液中的儿茶酚胺可以改变心脏和血管在运动中的反应，从活性来看对这些组
织影响最大的是心脏和血管上交感神经末梢分泌的去甲肾上腺素。儿茶酚胺使心率加
快、心脏收缩力加强，并使血管收缩。血压升高加快了到工作肌肉的血流。
运动强度增大，血液中的儿茶酚胺也增多。但是，经过长期训练后，身体能吸收更
多的氧。因此完成同样的绝讨功，训练后比训练前血液中儿茶酚胺的水平有所降低。训
练可以减少运动时的交感活动〔8，“”〕。
儿茶酚胺分泌增多是由不同刺激引起的，例如身体疼痛和应激，甚至去清绪应激。比赛
前的兴奋情绪可以刺激儿茶酚胺活动，使身体做好运动准备。关于运动中使儿茶酚胺分
泌增多的刺激到底是什么还不清楚，但不可能是葡萄糖。有人提出，在运动时，中枢神
经系统使骨骼肌的运动单位和交感神经纤维同时活动，因此它们一起发挥机能作用〔“。’。
生长激素与体力活动这种激素由脑垂体分泌，调节正常的生长和新陈代谢。生长
激素的释放因素来自下丘脑，它显然受血糖下降的刺激。生长激素的作用有:(1)增加脂
肪组织分解，使血中脂肪酸增多;(2)使血糖升高;(3)增加肌肉中的蛋白质合成。当血糖
下降时，生味激素从脑垂体进入血液，产生升高血糖的效应。由于脂肪组织分解，使血
液中脂肪酸增多，因此给细胞提供了更多的能源。脂肪酸进入细胞，在那里转变成能量
而被细胞利用。同时，生长激素作用于细泡膜上的葡萄糖转运装置，抑制葡萄糖从血液
进入细胞。结果使血糖水平上升，但并不严重影响细胞的能量需要。
生长激素还调节蛋白质的合成。主要是增加透过细胞膜转运的氨基酸(蛋白质合成
的基质)。虽然运动对生长激素的水平有影响，但是还不清楚这种作用与素质水平和训
一52一
练效采的关系。
生长激素受运动时间影响，但与运动强度却无一致变化。以中等强度运动时生长激
素达到最高值，而以最大努力运动时达最低值。但是，经过训练后，当以中等强度运动
直到精疲力尽时，生长激素能一直保持较高水平直到最后〔41)。显然，训练使人体在运
动中能提供更多的脂肪酸作为能源，因而节省了葡萄糖，增强了运动耐力。
甲状腺素与体力活动甲状腺位于颈部，分泌一种称作甲状腺素的激素，它对机体
的许多机能都有影响。甲状腺素的释放受下丘脑一脑垂体调节。下丘脑刺激垂体分泌一
种激素，垂体激素调节甲状腺生成和分泌甲状腺素。分泌的最终调节取决于流经下丘脑
和脑垂体的血液中甲状腺素的浓度6如果浓度较高，垂体就使甲状腺素分泌减少;如果
浓度降低，就使分泌增多。
虽然甲状腺素影响体内许多酶的活性，并且可能在运动引起的一些生理和生化反应
中起重要作用，但是关于其确实的机制和运动对甲状腺素活动的影响还不知道。一些研
究指出了甲状腺素在运动中的重要性和运动与这种激素的关系。运动增强了甲状腺素的
利用或周转率C42)。显然运动能刺激甲状腺分泌更多的甲状腺素。当然，这种效果仅是
运动的结果，因为没有迹象说明运动员有通常的甲状腺亢进。
关于运动时甲状腺素作用的研究中，有些研究者推测，这种激素对运动中脂肪酸的
正常释放是必需的。这种推测部分基于下述事实，即甲状腺已不起作用的狗，在运动中
其脂肪组织释放的自由脂肪酸减少(43)0
有人发现，甲状腺素与训练对心脏机能的影响之问有一些关系。训练C44’和服用甲状
腺素C45〕都能使心脏肥大。另一些研究表明，甲状腺素对心脏机能有调节作用〔46)，它可
以加强心脏收缩力和产生张力的速度〔48)。甲状腺素是否确能引起这些反应还不知道。
胰岛素与体力活动胰岛素是位于胃下面的胰腺所分泌的一种蛋白激素。它的分泌
主要由流经胰脏的血液中的血糖浓度来调节。浓度高时刺激胰岛素分泌，浓度低时抑制
分泌。到胰腺的另一些类型的信息也能影响分泌，例如血浆中某种氨基酸或某种消化道
激素的浓度，但主要还是靠血糖调节。
胰岛素最重要的作用是易化血糖进入某些细’胞，特别是进入肌肉和脂肪组织细胞。
当细胞内葡萄糖浓度增高时，，所有葡萄糖参与的化学反应都会增强，例如葡萄糖氧化、
脂肪合成和糖原合成等。也有蛋白质合成，但途径不同。胰岛素刺激膜对氨基酸的转
运，特别是转运入肌细胞，在细胞中生成更多的蛋白质。但是，胰岛素分泌过多，会使
血糖下降，以致脑代谢和中枢神经系统得不到足够的主要能量来源，甚至会危及生命。
血中胰岛素大大减少会抑制细’胞摄取葡萄糖，因而使血糖升高。随之会使大量葡萄糖随
尿排出。
当然，血中胰岛素如果没有适当的量，就不会有足够的葡萄糖进入细胞。结果，糖
原、蛋白质和脂肪就会加速分解。脂肪分解成脂肪酸并释放到血液中，使所有细胞更多
地利用脂肪作为能量来源。血中脂肪的量增多，促进了细胞对脂肪的摄取和利用。但是，
与用同样量的葡萄糖做燃料相比，用脂肪作为主要能量来源时氧化及产生能量需要的氧
增多，因而会降低长时间工作的能力。
胰岛素是运动中糖代谢的重要调节激素。运动时肌肉所需要的葡萄糖是靠肝脏释放
的葡萄糖相应增多来满足的。尽管细胞、从血浪中摄取大量的葡萄糖，但肝脏也在释放出
—53一
大一If -I的葡萄糖，因此流到肌肉的血液中血糖浓度不发生显著变化。血‘中存在的胰岛素有
助于调节葡萄糖跨细胞膜的转运。如果运动时没有最低限度的胰岛素存在，就不能有足
够的葡萄糖被利用以满足工作肌的代谢需要C49)0
运动时内分泌活动的综合效应
运动时，甚至在运动前，内分泌腺就受到不同程度的刺激，对体力活动做出反应。
反应的大小决定于运动的剧烈程度。运动中激素的全部特殊作用还不清楚。因此很难完
整清晰地描述它们的综合效应，理论与实际情况之间不免会出现明显的脱节。不过本章
中还是要谈谈运动或劳动时内分泌系统产生的反应。
在此之前应先了解除了内分泌以外其它一些器官系统对运动应激的控制和调节反
应。它们与内分泌的影响相互作用以完成体力活动。有些研究表明，与其它系统的作用
相比，内分泌在运动时对调节生理机能只起很小的作用〔50)，而另一些研究则提出内分泌
调节是很显著的C28,132)0
运动开始前，特另11是在比赛前就会出现一种预先的应激。此时的内分泌反应开始于
高位脑中枢，思维信号传到下丘脑一垂体系统，最后到达肾上腺皮质，释放出皮质醇。
同时，交感神经系统受到刺激，主要由肾上腺髓质释放肾上腺素，在血管、心脏和脂肪
组织释放去甲肾上腺素。伴随发生血糖升高和肝脏释放葡萄糖、工作肌中蛋白质合成下
降、汗腺活动增强、心率加快、心搏力增强和血压上升。
当运动真正开始时，如果运动较剧烈，皮质醇就持续分泌，儿茶酚胺大量释放。这
一过程使较多的肝糖原分解为葡萄糖，因而血糖仍保持在较高水平。由于流经工作肌的
血中肾上腺素含量增多，使血管舒张。同时，在那些不直接参加运动的器官和组织中，
支配血管的神经末梢释放去甲肾上腺素引起血管收缩。肾上腺素引起的工作肌血管舒弓长、
肌肉需氧刺激引起的血管舒张和在身体其它部位因去甲肾上腺素作用造成的缩血管效
应，使流经工作肌的血液增多。儿茶酚胺也使心率和心肌收缩力增加。缩血管效应和心
脏活动增强结合起来使血压上升。
对运动应激有所适应以后，皮质醇分泌可能会下降。肾上腺素和去甲肾上腺素还继
续分泌以发挥对心血管系统的作用。如果工作强度处于相对高水平，血糖可能会下降。
这时脑垂体就被兴奋释放生长激素，它作用于脂肪组织，并动员自由脂肪酸。脂肪酸可
被细胞利用供能。当运动的持续时间较长，至少超过2分钟时，皮质醇、肾上腺素和生
长激素的综合作用是刺激加快动员脂肪酸的速度。由脂肪供应的能量越多，葡萄糖供能
就越少。结果一些糖原储备可被节省下来以备后用。
运动的能量消耗
食物所含能量的大部分在转送到体内机能系统之前变成了热。最终能被系统利用的
仅占食物总能量的25%左右，但这部分能量在被利用之后大部分也变成热。由于能量产
生与热之间有很密切的关系，各种食物释放出的能量或者身体机能消耗的能量都可以用
热的单位表示。热的单位为小卡(用小写的“c”表示)，代表使1克水的温度上升1 0C
所需要的热量。在实际应用中多使用大卡(用大写的“C”表示)，它等于1000小卡。
因为身体所消耗的能量基本上都来自氧与食物的反应，所以完成某一活动所消耗的氧量
一54一
可用来测定活动中消耗的能量或产生的热。活动中消耗的能量，或者说体内化学反应的
10}和，可以用耗氧率或更常用的代谢率表示。
能量消耗的测定
如上所述，代谢率可以相当精确地从耗氧率计算出来。用这类方法测定代谢率称为
间接测热法。直接测热法是通过身体产生的热测定实际能量消耗。直接测热法是在一个
特制的密闭小室中测定一个人代谢过程中所产生的热，小室空气中和墙壁上的热都被收
集起来以计算总的能量消耗。运动生理学中很少使用这种方法，因为仪器和小室很昂贵
并且不易操作。
间接测热法有两种:闭合式测定法和开放式测定法。闭合式测定法要求受试者戴着
面罩呼吸。面罩与盛氧的容器相连，吸入容器中的气体，呼出气也释放到容器中。呼出
气在进入容器之前先要经过一个装有碱石灰的罐。碱石灰吸收二氧化碳，因而可把呼出
气中的二氧化碳除去。由于身体利用了氧，容器中的氧渐渐被消耗。在已知的时间内连
续记录容器中的氧量就可以测定耗氧率。
虽然这种方法比较简单，但是误差可达1000。此外，不能测定二氧化碳的产生量，
因而无法知道是在利用那种食物供能。下面将要谈到二氧化碳和氧之间的关系(呼吸
商)，可用来决定是利用何种食物供能。
更为准确的测热法是开放式测定法，直接吸入外界空气，然后将呼出气收集起来。
准确地记录收集气体的时间。从容器中取呼出气的样品，测定其中氧和二氧化碳的百分
比。大气中所含的02和C02浓度是已知的，分别为20.93%和0.03%，那么根据呼出
气中02和co:的浓度就能计算能量消耗量。用同体积吸入气中的02量减去呼出气中
的0:量得到消耗的02。用同样方法计算出产生的C02。知道产生的C02和消耗的02
以后，就可以根据呼吸商(R. Q.)确定用于供能的食物。
呼吸商
食物释放的能量取决于食物中糖类、脂肪和蛋白质的含量。用热来衡量，这三种食
物每一克被氧化时所释放出的能量是不同的。每克糖放出4.1千卡热;脂肪9.3千卡;
蛋白质4.35千卡。但是产生这些能量所消耗的氧是不同的。1克脂肪或蛋白质完全氧化
所需要的氧比氧化1克糖要多。用另一种方式表达就是，葡萄糖代谢时每消耗1升氧释
放出5.10千卡能量;脂肪4.70千卡;蛋白质4.60千卡。当剧烈运动，心脏和呼吸系
统对肌肉供氧的负担很重的时候应当考虑到这一事实。此时绝大多数能量来自糖类。因
此，糖被认为是“能量食物”。
确定哪种食物供给能量可根据机体耗0:和产生c0:的比例计算。因为不同食物在
氧化过程中所用去的氧分子数是已知的。例如，氧化1分子葡萄糖所产生的二氧化碳分
子数与氧化过程中所需要的氧分子数相等。因此，葡萄糖氧化时二氧化碳产生量与耗氧
量的比例是1.00。公式为:
R.Q.=
co:产生量
0:消耗量
=1.00
氧化脂肪时这个比例下降到0.71,氧化蛋白质时为0.800
一55一
因此，当一个人跑步中达到稳定状态时，代谢率为耗氧量等于二氧化碳产生量，即
R.Q.是1.00，表明是在以糖供能。如果R.Q.在0.70----t.00之间，则表明是脂肪与
搪的混合共能。由于正常条件下蛋白质在能量代谢中只起很小作用，因此在解释R.Q.
值时可以忽略不计。
机体能量平衡与劳动和运动
有机分子分解，以!ATP的形式为作功提供能量来源。在动物细胞内，大部分能量
以热的形式散发，仅有一小部分能用以作功。移动外部物体时能量显然是用来作功了，
例如骨骼肌收缩举起一副杠铃。但是体内器官执行机能时也有能量在作功。
用以表示单位时间内总能量消耗的术语是代谢率。当代谢率为机体消耗的能量与食
物达到平衡时，体重不发生变化。但是如果摄入的食物与能量消耗不平衡时，体重就会
增加或减轻，依平衡情况而变化。现代社会中常见的是摄入的能量超过消耗，只得靠储
存脂肪来维持平衡。决定代谢率的因素也决定体重，因为它们影响能量消耗。
决定代谢率的因素
安静时，大部分能量被心脏、肝、肾和脑等内部器官所利用。用于这方面的能量的
多少取决于身体体积、年龄和性别。正在生长的儿童安静时的代谢率以身体体积计算是
较大的，因为肌肉和骨等新组织的合成需要大量能量。老年人则相反，代谢率最低。女
子的代谢率通常低于男子，按体重计算也是如此。然而女子在怀孕期和哺乳期代谢率会
显著升高。
如果与运动时肌肉活动对代谢率的影响相比，这些因素就小得多。以高强度运动的
时候，代谢率可增加一倍以上。代谢率增加说明了运动的特点在于“燃烧”过多的热量。
不过，摄食的量仍是控制能量平衡或体重的主要因素，特别在现代社会中，摄入的能量
用于外部作功的还不到一半。
进食的控制
与摄食关系最密切的结构是下丘脑中的特殊神经细胞群。一『丘脑位于脑干中，是中
枢神经系统中无意识的部分。当这些神经核团的不同部位受到刺激时，会产生饱或饥饿
的感觉。与控制摄食有关的下丘脑中枢仅起到处理传入信息和调节传出信息的整合中枢
的作用。它们按照身体对食物的需要而发挥机能作用。
关于向下丘脑传送身体需要更多能量的信息随之引起食欲增加的感觉感受器的确切
性质还不了解。早期的一些理论已经不太可靠。有一种假说提出，饥饿与空胃收缩有
关，扩张胃能减轻饥饿感。因此，有人认为是胃和消化道其它部位的传入通路向下丘脑
发出信号，并引起寻找食物的欲望。然而，有实验表明，完全切除上消化道的神经支配，
使之丧失向下丘脑传递信号的传入神经，并不影响能量平衡保持在正常水平。显然，还
有其它传入通路到达下丘脑，控制长时期的食欲，尽管消化道信号可能对摄食调节有一
定的调整作用。
有些学说假定，调节能量平衡的机制是通过下丘脑影响食欲。一种学说认为，下丘
脑中有葡萄糖感受器，受血糖浓度的刺激。进食后血糖升高，
信一号而抑制进食。停止进食一段气时间后又发生相反的反应。
一56一
一F丘脑中的感受器发出饱
另一种学说认为，脂肪储备
中释放一种物质对饥饿有控制作用。脂肪姐织的量多，这种物质也成比例地增多以抑制
食欲;而脂肪组织的量少，这种物质也减少，因而刺激产生饥饿感。这种物质可经血液到
达下丘脑，抑制或者刺激食欲。第三种学说提出，进食引起的体温升高是抑制食欲的信
号。这种学说得到一些支持，因为人们在冷天比在热天吃得多。这些机制没有哪一个被
认为是唯一的调节因素，它们都有一定程度的作用。
一些心理的和社会的因素也能调节摄食。也许可以说，这些因素对胖人的影响大于
一般人。复杂的情绪因素与对食物的需要有关。这些因素并不是生物需要造成的，但可
能对下丘脑有一定影响。这些因素常常限制胖人对身体能量的消耗。总的效果是进一步
使能量平衡转向摄食。
总之，影响下丘脑中枢对摄食调节的因素有:
1.血糖
2.身体脂肪组织总量
3.体温
4.胃肠道扩张的程度
5.心理的和社会的因素
调节食欲的机制如此复杂，令人惊奇的是为什么能量平衡能在相当长的时期内保持
相对稳定。这种稳定性表现在数以年计的摄食如有轻度不平衡的影响。如果一个人在保
持正常热量水平之外每天仅多吃一片面包，5年之后体重约会增加44磅。
劳动强度与摄食虽然能量平衡
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每日摄入的千卡数
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除灰工，
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络纱工，织
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丫工曰州一，弄丁.1一
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‘卜下川lr厂\丁1..J
受身体组织能量需要的影响，但是体
力活动与摄取热量之间却没有直接的
关系。这一发现是Mayer提出的，
他研究了同一家工厂中从事不同水平
体力劳动的大量工人的热量摄取和体
重。‘〕。研究结果见图2-2。经常坐着
工作的人消耗的热量几乎与重体力工
作者一样多，甚至比轻、中等和重体
力工作者消耗的热量还多。从每种工
作水平的人的体重来看，坐着工作的
人最胖，而其它人的体重相差不多。
结果提示不参加体力活动会增加食
欲。在其它活动水平，工作量与摄入
的热量有更直接的关系。以大鼠为对
象进行研究常能证实这些关系’(51)0
静止不动的大鼠比那些每天运动近二
小时的大鼠吃得还多。但是运动2,%...15
小时或更多的大鼠要比静止不动的鼠
吃得多。
学
校
管店
扭佳理员
贩人t
L一一一习
坐着工作
轻体力工
图2-2印度工厂工人的工作强度与食物摄取量
。9一
采用体力活动控制能最平衡
当食物中的能量超过了人体所消耗的能量时，就会发生体重过重或肥胖。认为所有
肥胖的人都是因为比体重正常的人吃得多是一种误解。虽然胖人摄入的热量可能超过他
们“燃烧”的热量，但是不一定都存在这种情况。有人比较了两组高中女生(一组为肥
胖组，另一组为正常体重组)的热量摄取和体力活动C51)。研究表明，一般来说肥胖的
女生比正常女生吃得少但参加体力活动也少。另一项研究表明，参加网球、排球或游泳，
肥胖的孩子不象不胖孩子那么好动〔51)。比较成人男女(胖及不胖)也发现有同样结
果C52)。总的说来，在日常生活中，胖人比不胖的人活动少。
因此，肥胖主要是不活动引起的，而不是因为吃得太多。不活动引起肥胖的程度还
不清楚，人与人肯定有所不同。不过，体力活动对控制能量平衡还是有实际作用的。
营养与运动
饮食中没有足够的糖类会引起过早地疲劳，因为运动中所提供的能量不能满足身体
的需要。如果食物中能量过多，多余的部分就以脂肪的形式储存起来。两种情况对运动
素质都有不利影响，对健康也是有害的。
除了能量之外，还应该满足其它营养需要。饮食不当的某些后果不一定能看出来，
但是能立即表现为运动成绩下降。这是因为食物不仅要提供能量，而且还要用来合成新
的组织并参与对代谢机能的化学调节。
即使饮食能与身体的需要达到平衡，但是不同水平的体力活动还会影响到不同营养
物质的消耗。剧烈运动时对某些代谢过程的需要与安静时有所不同。运动除了对代谢有
实际影响之外，长期训练还会使组织结构和对供能物质的利用发生某些变化，使它们更
有利于提高身体素质。
食物中的营养
食物中的营养物质分为六类:水、无机盐、维生素、蛋白质、脂肪和搪类。
水供给足够的水，对于体内所有能量的产生、安静时和运动时的体温调节、营养
物质转运到细胞和清除细胞代谢的副产物等，是个基本条件。运动时以及环境温度有极
大变化时，摄入足够的水的重要性，将在第五章介绍。
无机盐这些营养物质可分成两类:一类为身体需要量很大的;另一类为需要量较
小的。第一类包括钠、钾、钙、磷、镁、硫和各种氯化物。对其中一些应作些介绍，因
为它们与身体工作能力有关。
钠、钾和氯在体内以带电荷的离子形式存在。
体内体液交换的速率。在这种机能中，
它们共同发挥机能作用，控制和调节
它们调节营养物质流入细胞和代谢废物流出细胞
的流量。在劳动和运动时，它们维持着适当的体液平衡，使身体能以蒸发汗液的形式降
低体温，同时又能保证内环境的稳定。除了使体液平衡之外，这些电解质还是维持神经
和肌肉膜两侧电梯度的基础。它们使细胞膜在冲动传来时能够发生去极化，冲动过后又
c,复极化，回到原来膜的极化状态。
一5。_一_
钙、磷和镁与蛋白分子结合构成骨的结构。钙约占体内无机物总含量的400o。它
与磷结合形成骨和牙齿。钙对于凝血、跨细胞膜的液体转运和肌肉收缩等也是必不可少
的。磷除了参与构成骨和牙齿，还是高能化合物ATP和CP的基本成份。
第二类无机物需要量较少，称作微量无机物。这些无机物中的部分物质及其作用
是:氟，保证牙齿健康和形成骨的基本物质;碘，甲状腺素的必需成份，锌，为正常生
长、修复组织、血细胞生成和再生机能所必需;铁，参与所有细胞的能量代谢，因为肌
肉和血液中的红色素都含有铁。
由于铁对耐力和身体素质十分重要，并且缺铁引起的营养不良在美国较为常见，所
以对此应特别重视。身体发育完全的成年男子仅能利用食入铁的10%，月经期女子能吸
收此值两倍左右的铁。每日铁吸收量中有近85%用来合成新的血红蛋白，这是血内所含
的一种蛋白物质，使血‘液具有红色并能携带氧。其余被吸收的铁或者用于生长或者被储
存起来。
青春期骨和肌肉组织迅速生长，因而需要更多的铁。在这一时期，男子生长的85 0o
以上、女子生长的60%以上是去脂体组织。然而，女子在月经期对铁的需要量增加到
约与男子一样的水平。虽然男孩和女孩对铁的需要量相似，但是青春期的女孩比男孩更
容易缺铁。男孩对食物的需要量比女孩大，而摄入的食物越多就越容易满足铁的消耗。
维生素维生素是调节化学反应的有机物质。维生素对于生长发育和维持生命是必
不可少的。虽然维生素参与这些机能，但它们并不参与身体结构的组成，也不是身体机
能的直接能量来源。因此，运动员对维生素的需要量通常并不比非运动员多。所以运动
员吃一般饮食就足以满足对维生素的需要。其实运动员常常吃得较多，更容易满足需
要。只有维生素B，例外，因为身体对B:的需要量与食入的糖类的量成比例。运动员常
消耗较多的糖类，因此他们通常需要更多的B,o
下面三种营养物质—脂肪、糖类和蛋白质是身体的主要能量来源，但是还有一些
其它功用。
脂肪除了作为能量储备以外，脂肪还起到温度绝缘层的作用，并且能保护一些器
官不受震动。脂肪的储备形式是甘油三醋。脂肪酸还可与磷酸(磷脂)、糖类(糖脂)和
蛋白质(脂蛋白)相结合。脂肪与胆固醇(另一种脂类物质)结合，参与所有细胞膜结
构的形成。不同种类脂肪的结构单位都是脂肪酸。
糖类糖和淀粉称为搪类，来源于食物。搪类的主要基本结构是单糖，即葡萄糖。
蜜、水果和牛奶等食物中的糖均经由消化道吸收，然后在肝脏转变成葡萄糖。肝脏中形
成的大部分葡萄糖被释放到血液中运往全身组织，主要是到脑和肌肉。小部分转变成搪
原，储存在肌肉和肝脏中。不断需要葡萄糖的组织有心脏、肾脏和脑。供应脑的血糖稍
有下降就会引起头晕，常会使人感到虚弱和饥饿。
如果一天之中不按时地从食物中摄取糖，血糖就会逐渐下降。进行高强度体育活动
或工作时，血搪消耗得更快。因此，要想保持高水平的工作能力，就得在正餐之间加些
小吃以保持血糟水平。运动员摄入的搪应占总摄取热量的50%以上“53'0
蛋白质蛋白质的基本结构单位是氨基酸。结合成各种不同的动物或植物蛋白的氨
基酸共有23种。蛋白质是细胞、激素、酶和肌肉分子的结构成分。在不同组织中含量
不同。例如，肌肉含有20%的蛋白质、肌键含有33%、神经组织含100i/0
一59一
体内各种细胞需要的蛋白质不同，需要有氨基酸来源。多数氨基酸可以在酶的作用
下在利用它们的细胞内合成。在这些酶促反应过程中可以利用糖和脂肪。有.8种氨基酸
不能在体内合成，但是对合成其它人体蛋白质又是必需的。这8种氨基酸叫做必需氨基
酸。
含有全部必需氨基酸的普通食物仅有黄豆和肉类。但是如果把缺少不同必需氨基酸
的谷类和豆类合在一起食用，就可以合成含全部必需氨基酸的蛋白质。
虽然许多运动员消耗大量的动物蛋白质，但是饮食中安排各种蔬菜、粮食和水果能
更容易地满足对蛋白质的需要。实际上许多优秀运动员只靠植物性食物生活。然而，如
果不特别注意摄入足够的量，仅靠植物性食物很难提供充足的蛋白质。在大量的植物性
食物中加上相对较少量的动物性蛋白质，那么从肉类获得的氨基酸就会增强植物性蛋白
质的效力。实际上，在严格的植物性饮食中增加些鸡蛋、乳酪或其它奶制品可以达到同
样的效果。
许多运动员摄入的蛋白质超过了身体的需要量。多余的部分有些变成脂肪储存起
来，有些转变成葡萄塘。由于氨基酸不能被身体储存，许多多余的氨基酸转变成尿素从
肾脏排出。虽然体育运动的能量消耗很高，但可能并不显著增加对蛋白质的需要。大多
数能量是由脂防和糖提供的，如果有的话，也是很少由蛋白质提供的。多吃些含各种必
需营养物的食物就可以满足任何对蛋白质需要量的增加。
营养与运动
由于食物的量和种类会影响人的身体体积、耐力和力量，所以一定要饮食得当，特
别是想要取得优秀运动成绩的话。要安排好营养必须满足两种需要。这些需要与食物的
种类和食物所含能量或热量有关。为获得最佳成绩和保持身体健康，两方面都应达到平
衡。
运动员每日需要的热量表2-5是国家科学院制定提出的不同年龄组进行中等程度
活动时每日饮食的需要量。同时还列出了男女体重和身高的平均数。平均数是指中等活
表2-5中等强度活动时男子和女子所需热量
年龄
(岁)
体重
(磅)
身高
(英寸)
千卡*
10~12
12^14
14~18
18~22
55
59
67
69
2500
2700
3000
2800
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10~12一77
12-14 97
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16~18 119
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‘”一一脸....曰.口......，..............‘‘r':7，一~~一一·一、二、。·，，“~一”9--卜.
*由国家科学院规定和推荐的每日饮食40
56 2250
61 2300
62 2400
63 2300
E) 4一,-:000
‘门..............
一60一
动情况，因此进行更刮烈的活动需要更多的热量。利用表2一6可以更准确也知道进行中
等活动时，为保持体重每日所需要的热量。要了解每日需要的卡数，可用体重乘以男子
或女子每日每磅体重的消耗的卡数(表2-7)。例如，一个重160磅、20岁的男运动员
要保持体重，每天应消耗3,040千卡热量(160磅x19千卡二3,040千卡)。如果日常
工作在中等水平以上，为了防止体重下降则需要更多的热量。活动水平与热量值的关系
可参考表2-60
表2-6各种练习和运动中的能量消耗
运动和练习
每活U11 1分钟所消耗的热量(千卡)
爬山·.................,........................................................10.7^"13.2
自行车5,5; p ............................................................ 4.5
9.4rnph-·········。，·，·········，·，···························……7.0
13.lmpli-····················，·····，··········。···············……11·1
跳舞····································································……3.3}7.7
橄榄球·····················、·······，··。·········，············，··········……8.9
高尔夫球········，··································，··。·。··············……5.0
体操平衡····················，·······································……2.5
‘腹肌练习····················，·······························……3.0
屈体·······························。···················，········……3.5
摆臂，单足跳·················································一6.5
划船51桨/分··············。······································。……4·1
87桨/分···········。··········································……7.0
97桨/分···························，······。·····················，…11·2
跑短距离································，················，，······……13.J~16.6
越野················，···························，···············……1o.6
网球······。····························································。·……7.1
速滑·····················。··················，·························，··……11.5
滑雪中速..........................................-......................10 .8-v15.9
上坡，最大速度·.........................,........................18.6
橡皮球·..........,..:.. }............,.......................................10.2
游泳蛙泳·........}..................c.....................................11.0
仰泳············，···········，··································……11.r
爬泳(55码/分).··…，’······，·，····························……14.·0
摔跤·····································································……14.2
当剧烈运动使活动水平增强时，如越野跑，在30分钟内约消耗320千卡热量。如
饮食保持不变，则经过11天左右将消耗1磅左右的体内脂肪。显然，体重大的人应摄
入较多的热量才能保持体重。一个大块头的橄榄球运动员体重240磅，每天需要4,560
千卡才能防止体重下降(240磅x19千卡=4,560千卡)。体重160磅也好，240磅也
好，他们对维生素和无机盐的需要基本一上是相同的。然而，较重的运动员对糖、’蛋白质
和脂肪的绝对需要量较大。如果这些食物用消耗总热量的相对值表示，两人相差无几。
表2-7男子和女子每日每磅体重消耗的热量
年龄(岁)
千卡/磅/日*
一”.’1-”勇一一-一--一女一—
10~12
12^14
14---18
18~22
32
24
23
19
29
23
21
19
*数据基于表2-3a
两人需要的塘和蛋白质的百分比相似。运动员从脂肪获得的热量不应超过30, 35Yo(44) 0
运动中的籍供应大部分运动员都有足够的储备能量以满足运动中身体的需要。肝
脏((2900)和肌肉(66%)中储备的糖原和体液中的葡萄糖C50o)，可供给150。千卡
左右的能量。由于大多数时间在60分钟以内的剧烈运动需要900^x1,000千卡左右的能
量，这些运动中的能力限度并不是能量耗竭引起的。从100米短跑到10,000米长跑，仅
在跑前吃些搪或蜂蜜，虽然有可能使消耗的能量恢复得快些，并不见得能跑得更快。但
是，如果进行60分钟以上的持续剧烈运动，例如马拉松跑，能量储备就有可能耗尽。在
这些项目中如能在途中吃些糖来补充能量储备，可能会取得更好的成绩。马拉松运动员
和越野滑雪运动员常在途中喝些含糖饮料。途中补充糖应该是以饮料的形式，每次少喝
一点。一次补充大量的糖会在运动中引起恶心。
运动中补充多少糖合适还不清楚。有些运动员喝10%的葡萄糖溶液，而另一些可
能喝40%的饮料。但是，不管喝多少，在比赛前运动员应当先习惯于喝这种饮料。除了
可能引起恶心之外，过多的糖还会抑制胃对水的排空。过多的液体留在胃里使人很不舒
服，可能影响运动成绩。
赛前饮食
比赛前的最后一顿饭至少应在2.5小时以前吃，以保证足够的消化时间。另外，消
化系统还会在运动中与肌肉争夺所需要的血液。在赛前情绪高涨阶段，建议用些不会使
运动员感到不舒服的便餐。如果比赛是长时间的持续运动，如马拉松跑，采用前面讨论
过的超量补偿法使肌肉中的葡萄糖饱和，可能很有用。不论什么项目，比赛前的饮食都
应该很容易消化。富含糖类的食物比脂肪和蛋白质容易消化。而且在使人精疲力尽的运
动中，肌肉和肝脏中的搪原会大量消耗，高搪饮食可以进一步增加能量储备。体内以糖
的供能效率高，在代谢过程中所消耗的能量比蛋白质和脂肪少。高糖饮食也常能加快剧
烈运动后的恢复过程，运动中消耗的能量会更快地得到补充。，
进食次教
由于一种还不清楚的与食物分配方式有关的作用，一天中进食的次数着来会影响体
重。每天进食次数少的大鼠与那些消耗热量相同但是进食次数多的大鼠相比，体重增加
较快。另一些反应，如血中自由脂肪酸和肝塘原，也在不同程度上受进食次数的影响，
但是还没有研究工作发现哪种进食次数在影响身体素质方面比其它次数更好些。不过，
一62一
建议采取多餐的形式，每天最少要有三餐。
控制体重
在某些运动项目中，运动员必须按体重等级进行比赛。常使用减少体重的办法使运
动员能参加较低一级的比赛。理想的结果是运动员减少了脂肪和/或体液而达到较轻级
的标准，但仍然保持着较重级的力量和耐力。结果运动员在较轻一级的比赛中就占有优
势。，但是并不一定都能得到理想的结果。当结合采用限制饮食、丢失体液(常常是脱
水)等方法降低体重时，常出现肌肉力量和运动能力的下降“56,57)。工作能力下降的生
理原因是由于心率较高(56,57)、每搏输出量下降〔57〕而使心输出量减少，氧耗量下降(58)
并且对体温调节过程有不良影响〔56,59) 0
如果年轻运动员发生这些变化，则会抑制他们的正常生长发育。为了防止这些后
果，美国运动医学学会提出了如下建议〔“。〕:
1.赛季以前应每隔几周测定一次运动员的身体成份(61-63)。运动员体脂含量如少
于50o，在比赛前应得到医生批准。
2.每日的热量需要应该从平衡饮食中获得，并且应以年龄、体表面积、生长和体力
活动水平为基础。如果运动员摄入的热量低于最低需要，这在高中和大学运动员为
1200^x2400千卡，事先应得到医生同一意。
3.应劝阻运动员用体液丢失和脱水的方法减体重。特别应禁止采用穿橡皮衣服、蒸
气室、蒸气浴、轻泻剂和利尿剂降体重。
肌纤维中的能量
耐力训练会使骨骼肌细胞发生某些生物化学变化，增强它们作功的能力。但是这些
变化的程度取决于由不同类型的骨骼肌所承受的训练的种类。如果进行持续的长时间的
运动，有一种肌纤维的生化变化会比其它种变化大。如以近于最大收缩进行短时间爆发
性的运动，间隔以短时间的休息期，则主要影响另一种类型的肌纤维。
红肌纤维和白肌纤维
有三种类型的肌纤维:两种红肌纤维和一种白肌纤维。纤维中肌红蛋白的含量造成
了颜色差别。肌红蛋白与使血液具有红色的血红蛋白相似。红肌和白肌的特殊性质见表
2-8，表现出不同的工作能力及对训练的反应。表中红肌纤维指的是两种红肌纤维的性
质，而实际上它们的这些性质有相当差别‘。它们是慢缩和快缩红肌纤维。快缩红肌纤维
的特点是呼吸能力不如慢缩红肌纤维，但是却比快缩白肌纤维强。利用活检的实验室技
术从经过耐力训练的肌肉取样，分析肌组织，并不能清楚地区别三种纤维。但是能较准确
地区别出白色的快缩(fast-twitch, FT)纤维与其它纤维，多数是红色的慢缩(S1-
ow-twitch, ST)纤维。在下面对纤维类型与素质相关的研究中，将纤维分为FT和
ST。
不同的纤维中肌凝蛋白的量几乎是相同的，但是白肌纤维中肌凝蛋白ATP酶
(位于肌纤凝蛋白横桥上分解ATP、产生能量以发动收缩的酶)的活性要高得多，这
可能与白肌纤维释放能量较快、收缩时间较短有关。白肌纤维有较高含量的糖分解酶
一63一
表2-8红肌和白肌纤维的特性
红肌纤维
白肌纤维
一一一一一一~~~一一一一一.一.一一
收缩时间，毫秒
支配肌肉的神经活动
ATP的主要来源
糖原含量
肌凝蛋白ATP酶活性
毛细血管血流
疲劳
纤维直径
神经传导速度
肌红蛋白含量
一一一一一-一~~-~钾，~~~~~.~.~~~一一一一一，一‘~一、~一—-一
75 25
持续低频率
氧化磷酸化
间歇高频率
糖酵解
高高少
低低多
不易
容易
大快低
小慢高
.口.曰阅圈即...‘""沁ha
(使搪原分解成葡萄糖供应能量的酶)。这一特性使糖原能更快地分解成葡萄糖，并且
使合成的ATP更快地释放出能量。
大部分ATP
有乳酸生成。
白肌纤维的代谢主要是糖酵解，这意味着收缩时
能量来自细胞浆中的葡萄塘。但是由于酵解太快，糖原储备迅速减少并
这一过程使得ATP
量中仅有5%来自糖酵解活动，
的生成量相对较少。实际上，细胞产生的ATP总
而95写来自细胞中线粒体的氧化磷酸化(由氧、无机磷
酸和ADP生成ATP的过程)。如前所述，到糖酵解步骤之末的一系列化学反应构
成了代谢的无氧时相，此时生成ATP不需要氧。如果细胞中有充足的氧，糖酵解时
相的终产物丙酮酸就可以在线粒体酶的作用下进一步变化，产生更多的ATP。这第二
步是氧化磷酪化讨程.即代谢的有氧时相。
白肌纤维比较容易疲劳，因为大量的糖原和葡萄糖酵解使乳酸浓度升高，并且它们
周围的毛细血管分布较少，限制了细胞从血液中摄取葡萄糖补充糖原储备。
红肌纤维中葡萄糖的分解一不如白肌纤维那样快，部分原因是红肌纤维收缩比较慢。
红肌纤维周围有丰富的毛细血管，
较多的线粒体，它们所获得的
因此能供应更多的葡萄糖和氧。另外，红肌纤维含有
的不同之处还在于，
上的有氧工作，约有
ATP大部分来自氧化磷酸化过程。红肌纤维与白肌纤维
它们的总能量来源中的相当一部分是来自脂肪酸。进行一个小时以
5060%的能量是由脂肪提供的(64)0
白肌的有氧代谢能力仅达红肌的五分之一左右〔65)0
氧代谢能力增长了两倍
即使经过长期紧张的训练使有
，但白肌仍保持同样的有氧代谢比例—
支配红肌和白肌的神经纤维不同可能与这些生化区别有关。
径较细而且传导速度慢，而支配白肌的神经纤维直径粗，
是红肌的五分之一。
支配红肌的神经纤维直
体内的神经发现，支配红肌的纤维几乎总是在活动，
传导速度也较快。此外，监测
的神经多数时间是静息的。
不断以低频率发放冲动。支配白肌
植到快肌上，
如果把支配快肌的神经移植到慢肌，而把支配慢肌的神经移
可以使慢肌变快而快肌变慢。因此，
红肌白肌的生化差别有关。
神经纤维本身和它们的刺激频率都与
一64一
ST肌和FT肌对运动的反应
肌纤维类型之间主要在收缩速度和糖分解代谢与氧化磷酸化能力方面的差别，也会
引起对训练的不同反应。在像短跑之类需要短时间爆发性能量的活动中，FT纤维参与
活动较多;而在长跑等持续长时间的运动中，主要是ST纤维参加活动。有一项研究
表现出这种关系，受试者先进行2^r3小时持续运动直到力竭，以后再以重负荷运动5^-,
6次，每次50^60秒，每次之间休息一10分钟“6)。结果发现，长时间的运动首先消耗
ST纤维中的糖原储备，然后才消耗FT纤维中的糖原。在完全精疲力尽之后，全部
ST和FT纤维都被耗竭了。可是在以重负荷工作50^60秒之后测定发现，FT纤维
中糖原的利用比ST纤维中快得多。
这些结果表明，肌纤维是选择性地被募集的。ST纤维在较低的工作速率下兴奋，
而FT纤维则在高强度的工作中兴奋〔27)。当长时间耐力工作使ST纤维中的糖原耗
竭之后，FT纤维也参与活动(66)0
运动能力与纤维类型
如同刚刚提到的，在以次最大负荷进行长时间持续的运动训练时，主要影响ST纤
维产生生物化学的适应。同样，在重负荷和/或快速的肌肉活动中主要影响FT纤维。
为增强一长跑的能力，必须使ST纤维受到更多的锻炼，因为它们的生物化学活动是限制
耐力项目成绩的主要因素。同样，短跑运动员需要增强FT纤维的生化活动才能达到
较高的机能水平。然而，某些运动既需要较高的糖分解能力也需要较高的耐力水平，例
如中长跑。在这种项目中，需要锻炼FT纤维增强它们的糖分解能力，也需要增强ST
纤维的有氧能力。许多中一长跑运动员都从经验中体验到，以超主项的距离训练和以短于
主项的距离训练对提高成绩都很重要。超主项距离跑主要发展ST纤维的耐力，这样
就有可能以更快的稳定速度跑。短于主项距离跑发展FT纤维的爆发能力，这对于终
点冲刺是必不可少的。
未经训练的人其肌纤维成份ST约为40%和FT约为。6000。但是这个比例可以
有很大差别。高水平的耐力项目运动员有大量·的ST纤维，而举重运动员约各占
50 y (27)。虽然个体之间有很大差异，但是同一个人上肢和腿有相似的纤维成份。
有研究表明，四个径赛运动员腿部ST纤维的比例不同〔67)。随着距离加长ST纤
维的百分比增大。短跑运动员为26Y，两个中长跑运动员为52%和62%，长跑运动员
(102000米)为75%。这些运动员的最大耗氧量与ST纤维百分比之间也有相应关
系，短跑运动员}T02max最低，为56m1/kg/min，中长跑运动员为72和75m1/
kg; min，长跑运动员为79m1/kg/min。以单位体重(kg)表示最大耗氧量，使我们
能在不同体重的人之间做比较。
、另一些研究表明，ST纤维比例与运动员的身体素质之间有相似的关系。早些时候
的研究表明，不同项目的径赛运动员，例如短跑与长跑，用卜肠肌中ST纤维比例有所
不同〔26)，最近有报道说，世界水平的长跑运动员与经过一般训练的中长跑运动员之间
也有差别“”’。而且这些运动员都与未经训练的人不同。一般说来，优秀的长跑运动员有
79%的ST纤维，中长跑运动员有61,8%的ST纤维，未经训练的人为57.7%。可
一65一
见，优秀长跑运动员ST纤维百分比较高。此外，ST纤维平均比FT纤维大29?/oo
而在中长跑运动员和未经训练的人身上却没有观察到两种纤维的差异。
虽然不同运动员ST和FT纤维的相对比例可以有差别，但是很难决定其中遗传
的因素和训练的结果各占多少。困难之一是，肌肉中不同类型的纤维都是混在一起的，
不可能很容易地把它们分开并进行生物化学研究。另一个困难是，同一块肌肉在不同人
中红白肌纤维的比例也是极不相同的。不能确切地知道红白肌纤维的比例有多少是遗传
因素造成的，有多少是训练造成的。然而，研究结果倾向于是受遗传影响。对一些男子
每天训练1小时，每周4次，训练了5个月，在大腿肌肉中没有发现红白肌纤维的比例
有什么变化，f虽然两种纤维的体积都增大了(67)。这一发现在儿童(11^x13岁)和在成
人身上都一样。
局部肌肉耐力
当较小的肌群，例如上肢，工作到精疲力尽时，工作能力的限制因素主要是在肌细
胞本身，而不是心脏一循环一呼吸系统。当反复屈肘举起负荷直到力竭，二头肌会产生局
部疼痛，而对心脏和一般血液运输系统却刺激很小。
乳酸对耐力的限制
哪种特殊因素对运动起着主要的限制作用还很难说，但是肌肉中乳酸的增多看来起
着重要作用。虽然细胞周围有氧合的血液，糖原储备可能还有许多，但是随着肌肉工作
增强，乳酸会持续增多(69)。结果PH值下降(酸性增强)，使产生能量(ATP)的化
学反应减慢下来。由于在氧供应看起来还较充足的时候也会有乳酸堆积现象，一些研究
者认为这不是无氧糖酵解的缺氧刺激引起的，而是由于糖酵解与利用丙酮酸的速度之间
平衡失调造成的(‘“〕。
箱原消耗对耐力的限制
收缩一的强度在很大程度上取决于供给肌肉的氧量。当收缩达到肌肉最大收缩能力的
60%以上时，肌肉的血流会完全被阻断。当收缩为最大力量的15^x20%时，氧的供应
虽然多少有些下降，但不会中断。如果以最大力量5%的轻负荷工作，就可以持续活动，
在能量来源耗尽以前至少可以坚持5060分钟“15)27)。在这种长时间的活动中，运动能
力的限制因素主要是搪原的耗竭，而不是乳酸堆积。
肌肉耐力和心血管耐力
以局部较小肌群进行耐力性活动，常常需要肌肉以募集大多数白肌纤维才能达到的
练习，在每个局部肌群中主要都是白肌纤维参加工作，那么循环一呼吸系统就能受到持续
10分钟以上的刺激。有人做过实验，10名男青年以40%最大力量做力量训练，每举10
次为一组，每组之间休息几秒钟，10分钟后心率上升并保持在165次左右(70,71)。如果
在自行车测功计上运动，以达到同样心率为对照，发现在力量训练后的恢复期显然比自
行车运动后的恢复期长。同样15分钟的恢复期后，举重练习后的心率比自行车练习后
·高7%。这表明，在10分钟左右的运动中，以白肌纤维为主(无氧为主)的力量训练比
在自行车测功计上进行以ST纤维为主(有氧为主)的运动对能量来源的影响大。显然，
尽管两种条件下心率一样，在局部肌肉耐办性潜动中以白肌参加为主的无氧代谢工作比
做有氧为主的工作欠下了更多的氧一债。
变换不同局部肌群的训练一(常称为循环训练法)与仅用同一组肌群训练相比，对增
进心血管和呼吸系统的效率是同样有效的。然而，循环训练法可能更有助于增进肌肉的
无氧能力，而长跑能增进肌肉的有氧能力。
绝对和相对耐力
一个肌群长时间收缩的能力取决于到肌肉的血流量和细胞从血液中摄取氧的能力。
如果肌肉的循环被阻断，使氧合血液不能流到细胞，耐力则取决于ATP和CP的可
利用性、葡萄糖的酵解和乳酸的堆积程度。肌肉耐力增强以后，就能比训练之前在同样
的收缩力下坚持更长的时间，或者举起同样负荷的次数增多。当训练前后都以同样的负
荷来测定耐力，这时测定的是绝对耐力特性。如果训练有效，训练后使肌肉中ATP,
CP和糖原储备量增多和/或肌肉的收缩能力增强，都会使这种特性改进。
肌肉力量增强后，使用较少的肌肉就可以产生与训练前相同的力量。因此兴奋的运
动单位减少，所需要的能量比例也降低、。这样，力量训练，或者其它形式的重负荷训练
通过增加力量而增强了绝对耐力(7375)0
一般说来，采用超负荷训.练增强力量也能使肌组织产生组织学和化学的变化。这些
变化增加肌肉耐力。肌细胞中肌红蛋白和线粒体增多，与ATP, CP和糖原储备增多
一样，都能提高耐力(76-178)0.另外，线粒体这个能量库中的化学反应一般也会增强。
虽然耐力训练无疑能增强绝对耐力，但却没有迹象表明相对耐力有所增强。多数研
究表明没有增强。3, 79, 80 )，然而有一项研究表明，在20, 30和35%最大负荷下耐力有所
增加C48)。相对耐力的测定是指以最大力量某一比例的力量能坚持多长时间，或者能举
起多少次。例如，一个人的最大力量在训练前为100磅，训练后为140磅，但是以50 Yo
最大力量工作，在训练前后都只能做30次，那么说明他的相对耐力没有增加。在训练
前，50%的负荷是50磅，而训练后是70磅。
肌肉力量和耐力的重要性决定于工作负荷的大小。负荷相对较重时，力量对耐力的
影响很重要(图1-30) (81)。但是当负荷相对较轻，可能要重复50次以上时，最大力量
对于耐力就不那么重要了。在可以重复100次以上的轻负荷下，力量在决定或预测耐力
时就成了可以忽略的因素。
训练原则
1。为使运动员获得最佳运动能力，应使食物的热量和营养都达到平衡。需要控制
—67—
饮食的运动员必须特别注意保证饮食平衡，因为当摄取的热量较少时要满足营养需要更
为困难。
2.赛前一餐最少应在比赛开始前2,5小时吃，以便食物能完全消化。这样使运动所需
要的血液不至于转而用于消化。建议采用高搪饮食，因为糖类比脂肪和蛋白质消化得快。
3.持续时间在60分钟以内的运动中，补充糖并不能提高运动能力，因为在运动开
始时有足够的能量供应，骨骼肌完全能够从糖原储备中得到补充。然而，运动如果持续
60分钟以上，运动开始时的能量储备可能就满足不了全部需要。在这种情况下，运动
中可以喝一些含有10^,40%葡萄糖的饮料。运动员应当知道，吃过多的葡萄糖会引起胃
中保留许多水分，因而引起脱水。
4.对于摔跤或其它一些按体重等级参加比赛的运动项目，要保证年轻运动员的正
常生长发育必须注意以下几点:
A.身体脂肪百分比不应少于5%。如果少于50o，参加比赛前应得到医生批准。
B.在利用控制饮食减体重之前，运动员的饮食应得到医生批准。
C.应禁止以丢失体液和脱水的方法降体重。也应禁止用穿橡皮衣服、蒸气室、蒸
气浴、轻泻剂和利尿剂等手段降体重。
5.对于那些需要动员大量ST和FT纤维才能完成的运动项目，训练中应包括
有使肌肉最大工作1^-,4分钟的练习。
6.要提高长跑时的肌肉耐力，训练重点应主要放在ST纤维上，以提高它们的有
氧能力。要获得较好的训练效果，应包括最少持续5---,10分钟的中等肌肉活动。
7.为提高肌肉以较高力量水平重复收缩的耐力，训练重点应主要放在FT纤维，提
高它们的糖酵解能力。需要肌肉有较高收缩力量的活动对提高FT纤维耐力最合适。
8.在足球或橄榄球等间歇性工作的项目中，肌肉中糖原储备十分充足时机能状态
最好。高糖饮食以及在训练与比赛之间有充分的休息，可保证有足够的糖原供应。、
9.在那些包括从最大到次最大间歇收缩的运动中，例如摔跤和水球，可以用交替
训练FT和ST纤维的方法提高肌肉耐力。方法之一是使训练强度的变化方式接近比
赛的实际情况。训练的中心是尽全力的跑或游，间以中等强度的活动。时间间隔应与比
赛情况相似。
10.进行长时间持续运动或进行短时间爆发性运动的能力与工作肌中ST和FT
纤维的比例有关。ST纤维比例高(70%以上)的人，在长距离项目中成功的可能性更
大。而ST纤维少于40%的人，看来更适于进行短跑。’
11.以次最大收缩进行长时间重复活动的运动项目，例如游泳或长跑，可以通过反
复举起与比赛强度相似的负荷的方法来提高肌肉的耐力。负荷的时间应与比赛相同，或
长于比赛时间。
12.在时间长于60分钟的运动中，例如马拉松跑，运动能力的限度主要是工作肌
中糖原耗竭引起的。可以在跑前增加糖原储备来延长运动时间。在前三天先通过控制饮
食和运动消耗肌搪原，然后在后三天增加饮食中的糖类，可使糖原储备增加100%以上。
但是，在控制饮食含塘量的时候，应保证每日最少摄入60克的糖以维持体内某些重要
的系统，例如神经系统和红细胞的机能水平。
(周.石译)
一68一
自份一崖匕
周污二二.早.
肌肉活动的控制
人体在持续不断地受到体内、外环境传入信息的冲击。外部来的信息通过光、声、
温度和触压等形式传到中枢神经系统，引起不同形式的反应。有些反应是非随意性的，
例如当手碰到火焰的时候，用不着事先思考马上就会缩回来。又如，足底的感受器受到压
力刺激后兴奋，会激起骨骼肌一连串的非随意性的快速反应。非随意性的动作属于反射
性反应。在另一些情况下，人体在做出反应以前已经意识到刺激。这时就会对刺激进行
思考，然后再做出相应的反应。.在这种情况下对肌肉活动的调节是随意性的。
身体内部刺激引起的反应通常是无意识的。激素平衡的调节就是在无意识水平进行
的，随着情绪变化和体力活动水平而波动。内脏器官的活动通常不需要意识控制，虽然
它们的反应可能是外部刺激引起的并能被意识到。实际上，不论是内部还是外部刺激引
起的反应，中枢神经系统迟早都会起信息处理者的作用，因为反应本身就构成了新的传
入信息而影响以后的反应。体内神经系统传递信号的基本单位是神经细胞，或称神经元。
神经元
神经元是神经系统的结构和机能单位，在产生和传导电冲动方面高度特化。它除了
含有在其它细胞中所常见的维持生命的全部胞浆成分外，还有完成其独特的电活动机能
的特殊的膜。神经元的主要部分如图3-1所示。在神经元中，冲动从树突传向胞体，然
后沿轴突传向其末端的细小纤维。树突从胞体上伸出一般不超过几毫米，但脑干部分的
树突可能长一些。胞体的直径有很大差别，脑的某些细胞有0.03毫米，而运动神经元可
达0.07毫米。神经元轴突的长度也极不相同，短的仅几微米，而某些运动和感觉纤维可
长达几英尺。;一
神经元按其机能可分为三类:(1)传入神经元;(2)传出神经元;(3)中间神经元。传入
图3-1脊髓前角运动神经元
一69一
和传出神经元通常位于颅腔和脊柱之外，而中间神经元位于中枢神经系统之内。传入神
经元将皮肤和肌肉等处感受器传来的信息送到脑和/或脊髓。脑和脊髓构成中枢神经系
统。经中枢神经系统整合后的信息由传出神经元传递到肌肉或腺体等效应器官。支配骨
骼肌的传出神经元叫做运动神经元。中间神经元起止都在中枢神经系统内，占全部神经
细胞数的97%左右。
、_
神经元按其结构和胞体发出的突起数目不同，也可分为三种基本类型(图3-2)。它
们是单极、双极和多极神经元。单极神经元通常是感受器，树突位于皮肤或深层组织中，
通向紧靠在脊髓或脑干外面的胞体。许多感觉神经的胞体组合在一起形成神经节。神经
节发出的轴突进入脊髓或脑干。双极神经元也是一种感觉神经元，但是仅存在于脑神经
中，、与视、听、嗅和平衡等感觉有关。第三类神经元为多极神经元，有许多树突，是数量最
多的一种神经元。多极神经元构成中枢神经系统灰质的主要部分，机能上属子中间神经
元和运动神经元。多极神经元的独特性质是，能在做出适当反应以前对从其它神经元传
来的冲动进行整合(增加和减少)。中枢神经系统中这种复杂的小计算机有几十亿个。
图3-2神经元的种类A，
神经细胞在中枢神经系统以外的部分
聚集成束，称为神经或神经千。神经在身
体某些部位之间传递信息或者传递同一种
类的信息。神经纤维根据其是否包有髓鞘
而不同。图3-3表示典型神经干的横切
面，可见有一些大小不等的纤维。大纤维
是有髓鞘纤维，小纤维是无髓鞘纤维。一
般神经干中无髓鞘纤维是有髓鞘纤维的两
倍左右。电流或者称为冲动沿着神经细胞
膜传播。在有髓鞘纤维中，髓鞘起绝缘体
的作用，覆盖着膜的大部分，冲动只能通。
过髓鞘的间隙传播(图3-4)。约每隔1毫
米，髓鞘之间便露出一段轴突。髓鞘上的
这些间隙称作郎飞氏结。虽然离子在较厚
单极;
C
h，双极，C，多极
图3-3神经干的横断面内含有髓鞘和无
髓鞘的神经纤维
一70一
轴浆
气……，‘., 4b
I
.…。口口
2
卜
、.…，口
3
曰尹.........
尹 I
图3-4有髓鞘轴突上的跳跃传导
的髓鞘处不能大量流出，但是在去极化的时候它们可以很容易地从一个结流向另一个
结。实际上，在郎飞氏结处轴突膜的通透性比无髓鞘纤维膜大500倍。
通透性增加使沿纤维传播的离子流流动更快。结与结之间的这种离子传导方式称为
跳跃式传导。跳跃式传导的优点是神经能以较高的速度传导而消耗能量较少，因为仅仅
在结的部位才去极化，而不是整个轴突。神经纤维的传导速度因纤维直径大小而不同。
直径0.3tim (fpm=0.001毫米)的小纤维，传导速度约为0.5米/秒，但直径17tim
的大纤维其传导速度可达130米/秒。
突触
突触是一个神经元通过电活动兴奋另一个神经元的连接部位。这种兴奋活动既可以
暂时升高也可以暂时下降。在大多数神经元中，突触产生一次兴奋活动并不能使膜电位
(或极化)发生显著改变。要使信号从一个神经元传到下一个神经元，突触活动的总和
必须达到下一个神经元的闭值以上。图3-5表示一个运动神经元，其上有许多从其它神
经元来的纤维。每根纤维都来自不同的神经元。当所有突触活动的总和达到神经元的Pal
值时，就发生兴奋。
图3-5一个典型的神经元，上面有许多来自其它突触前神经元纤
维形成的突触
图3-6表示突触连接的解剖结构。经轴突将信号传到突触的神经元叫做突触前神经
元。轴突的纤维末端稍有膨大，称为突触小体。从突触将冲动继续传下去的神经元叫做
突触后神经元。在两个神经元分开处有一条空隙，称做突触间隙，防止信号从一个神经
元直接传给下一个神经元。
线粒体
突触前末梢
神经元胞体
图3-6突触连接
仅在突触小体中才存在的一种化学物质，决定了几乎所有的突触都具有单方向机能。
传到突触小体的信号使其去极化，然后释放化学递质到突触间隙。这些化学物质扩散开
来，影响到突触小体的突触后细胞的通透性。如果冲动的强度达到了r值，就引起突触
后细胞的膜电位发生变化，发生去极化，冲动就传导到下一个神经元。当把化学递质从
突触间隙除去时，神经元之间就不能传递信号。
兴奋性突触
按照对突触后细胞的影响，可将突触分成两种类型，即兴奋性突触和抑制性突触。
当兴奋性突触活动时，突触后细胞的膜电位就达到或接近闭值。虽然有时刺激强度还不
足以达到阂值，但多少会使突触后细胞有些去极化，使膜电位更接近O]值。
单个突触前末梢的兴奋很难引起神经元的兴奋。要使突触后细胞兴奋，必须使许多
突触前末梢同时活动，或者一个突触前末梢反复地活动才行。许多突触前末梢同时受刺
激而使另一个神经元兴奋的现象称为空间总和。仅一个突触前末梢连续活动而使电位达
到阂值的现象称为时间总和。常常是空间和时间总和共同引起动作电位。
滩合和辐散
体内成干上万的突触之间有不同的联系方式。许多不同的突触前细胞与一个突触后
细胞相联系，这种方式叫做聚合(图3-7A)。一个神经细胞的轴突进行分枝，以致它的
突触能使许多其它细胞兴奋，这种方式叫做辐散(图3-7B)。一个突触前细胞的全部末
梢分枝并不是仅与同一个突触后细胞形成突触，·它们终止于许多不同的细胞。多数情况
一72一
神经元
图3-7神经元之间的聚合(A)和辐散(B)联系
下，一个活动突触本身并不能引起突触后细胞的动作电位。细胞以聚合和辐散的形式排
列，对于进行复杂运动时整合神经活动是必不可少的。当然，为使信号能从一个神经元
传到另一个，每个神经元都必须是某一群细胞的突触后神经元，同时又是另一个神经元
的突触前神经元。
易化
神经通路聚合的结果，或者使突触后神经元达到fipm值而产生扩布的动作电位，或者
兴奋不足以达到IN值。在后一种情况下，突触后神经元的膜有轻度的去极化，只要再增
加一点兴奋就能达到阂值。兴奋性突触后电位使膜电位接近阂值的神经活动就是“易
化”。已经易化了的突触后神经元只需较小的兴奋性冲动就可达到闭值。时问总和，即每
个突触前纤维兴奋频率加快，和空间总和，即支配同一个神经元的许多突触前纤维同时
兴奋，都能产生易化现象。
抑制性突触
为实现神经的整合机能以完成所需要的运动，在某些神经元兴奋时，另一些神经元
必须抑制。信号从一个细胞传向另一个细胞时被抑制有两种方式:(1)直接的突触后效应，
影响细胞膜的通透性;(2)突触前抑制，继而影响突触后部位膜的通透性。突触后发生的
抑制是由于降低了膜的通透性。通透性降低使细胞更不容易去极化产生动作电位。细胞
通透性的改变是由作用于突触后细胞膜上的化学递质引起的。当细胞膜外带正电荷的钠
离子流入细胞内的量相对大于细胞膜内带正电荷的钾离子流出.细胞外的量时，就产生去
一73一
极化，使突触后神经元发生兴奋。如果膜仅对钾离子通透，突触后神经元则发生抑制。
大量钾离子从神经细胞内流出，使细胞内负电性增强而细胞外正电性增强。此时，膜电
位距其I-'^9值更远，所以更不容易产生动作电位。结果，要产生动作电位就需要施加更强
的刺激。
在另一种突触抑制中，抑制部位在突触前，称做突触前抑制。抑制性突触直接活动
是突触后抑制的特点，但突触前抑制没有这种特点。抑制的部位在兴奋性突触的突触小
体处，它释放的化学递质减少。结果使突触后细胞的通透性只产生较小的变化，不易达
到阂值。兴奋性突触化学递质减少的情况如图3-8所示。在突触前抑制中，一个神经元
图3-8神经元A对神经元B的突触前抑制作用，使
其对神经元C释放的化学递质减少
的突触前末梢(神经元A)与第二个神经元(神经元B)的突触小体之间的连接处发生
兴奋，使突触小体轻度去极化。去极化的程度还不足以使神经元B产生动作电位，但是
会使膜的通透性升高，因此只要有较小的动作电位传到突触小体就会使它兴奋。要知道，
突触释放化学递质的量与突触小体上动作电位幅度之间有正相关。使突触小体(B)达
到fl值的动作电位的幅度越大，‘小体对神经元C释放的化学递质的量越多。结果，当神
经元A兴奋使神经元B产生轻度去极化时，兴奋神经元B所需要的动作电位就比原来小。
由于神经元B的动作电位较小，它的突触小体释放的化学递质较少，因此突触后神经元
(C)通透性的变化就较小。结果使突触后细胞(C)不易达到其阂值。
突触前抑制是很重要的，因为它能去掉那些对运动无用的冲动，仅允许发生所需要
的运动。如果支配一个神经细胞的许多纤维末梢不加选择地同时兴奋，所产生的运动将
非常混乱。只有在一些神经细胞兴奋，另一些抑制的情况下，才有可能完成协调和必要
的动作。突触后抑制抑制到细胞的所有信息，而突触前抑制仅抑制到突触后细胞的某些
冲动，而使另一些冲动产生兴奋。突触前抑制过程并不一定使细胞活动下降，但是产生
兴奋的传来冲动是经过选择的，不需要的冲动则被抑制。
神经肌肉接点处的突触疲劳
在正常运动条件下，运动神经元与肌纤维之间的接点处可能不会发生疲劳。这一点
可以得到证明，当肌肉随意收缩直到力竭，对其运动神经元施加电刺激，肌肉的动作电
位与开始没有疲劳时的状态相比并没有下降‘’一，。如果神经肌肉接点已经疲劳，肌肉的动
作电位不应该保持最大。即使随意收缩力量下降到零，情况仍是如此。
一74一
中枢神经系统
人体神经系统由脑、脊髓和全部感觉和运动神经组成，调节肌肉和内部器官的机能
(图3-9)。脑和脊髓形成中枢神经系统(C. N. S.)，它们由颅骨和脊柱保护着。位于
颅骨或脊柱之外的神经细胞或神经细胞的突起总称外周神经系统。
图3-9中枢和外周神经系统
包含着脑和脊髓的骨腔称作颅骨和脊柱。脑和脊髓周围充有脑脊液。脑脊液最重要
的机能可能是具有浮力，在颅腔和脊柱内支持脑和脊髓。有了这种浮力，在头部快速运
动时可防止进出中枢神经系统的神经和血管受到过度的牵拉。控制进入脑的物质，例如
营养及其它必需物质，是由流经毛细血管的血液完成的。C.N.8.覆盖有三层膜(从内
向外:软膜、蛛网膜和硬膜)，起着结缔组织的作用，有助于支持组织结构。这些膜总称
脑脊膜。
脑由三个主要部分构成:大脑、小脑和脑干。C,N,S.的主要部分及其组成见表
—了5一
3-10脑和脊髓的独特机能是感受和处理体内外来的信息，并通过刺激和/或抑制肌肉收
缩调节运动。
表3-1中枢神经系统的主要部分和组成
........曰.......
T
1.，JK翎
A.大脑
1.皮质
2.基底神经节
3.丘脑
4.下丘脑
B.小脑
C.脑干
1.延髓
2.脑干
3.中脑
1.脊髓
脑
如图3-10所示，脑有三个主要部分。这些部分相互之间有密切联系，执行着神经系
统维持生命的机能。各种神经纤维传递从感受器传来的信号，并通过与脊髓相连的脑干
图3-10脑的三个主要部分:大脑、小脑和脑干
一76一
向另一个方向送出传出信号。三个部分之间的协调机能是完成适当身体运动的基础。
大脑
大脑占神经组织的大部分，位于颅腔内。它由大脑皮质和称作基底神经节、丘脑和
下丘脑的皮质下中枢组成。大脑外层的灰质层即大脑皮质，主要含有神经细胞的胞体。
此层下面是白质，主要由神经细胞胞体发出的纤维或突起构成。白色来自纤维外包裹着
的髓鞘(脂类物质)。
大脑皮质
大脑皮质厚约。.25英寸，含有约140亿个神经元。其中储存着大量过去经历过的信
息和运动反应的定型。皮质的某些区域通过接受感觉神经的刺激并作用于运动神经而调
节某些特殊机能。诱发骨骼肌的活动可见皮质有明确分区。皮质的运动区在额叶的后部
(图3-11)。皮质上每一部位都有其特殊的机能。从脑的侧面自上而下看，上部的神经
元影响脚趾和足的运动，向下依次是腿、躯干、上肢、手、手指、颈和面部。与调节这
些肌肉有关的皮质比例如同图3-12中所画的身体各部位所占的比例。手和面部所占皮
质区域最大，这就是人体这些部位的运动可以十分精细地调节的原因。这些皮质神经元
的部分轴突可直达运动神经元(途中没有突触)，而其它的则要先经过其它神经元才能到
达运动神经元。直接通到脊髓运动神经近旁的纤维形成皮质脊髓传导通路或称锥体系统
(图3-13)，它们在皮质中的胞体形似锥体*。淮体系统的其它下行纤维在脑干分枝，与
脑神经的运动神经元联系，支配眼、面、舌、喉部的肌肉。起自大脑皮质左、右两侧的
传出纤维在脊髓和脑干连接处相交叉，下行到脊髓的对侧。因此，身体右侧的骨骼肌由
枕叶
视区
图3-11大脑皮质的运动区和感觉区
*锥体系统系因皮质脊髓传导通路在延髓经锥沐交叉得名，而不是囚它们在皮质中的胞体形似锥体—译者
—77—
脑的左侧神经元支配;反之亦然。
那些要经过多神经元传导通路才能到达运动神经元的皮质神经元组成皮质运动调节
图3-12大脑皮
质的运动区及其
所控制的肌肉
大脑皮质
大脑皮质
皮质下中枢
脑干神经核和
月西干网状结构
支配骨骼
肌的神经
纤维
图3-13锥体系统或皮质脊髓传导通路
图3-14锥体外系统或多神经元传导通路
一78一
的第二种类型。这些神经元与皮质下中枢及其下行纤维一起形成多神经元系统，或称锥
体外系(图3-14)。这个系统发动那些由C.N.S.低位调节中枢相互影响产生的神经
活动定型。大脑皮质发出信号并支配运动，但是其实际的神经活动是在皮质下水平完成
的。由锥体外系传递的信息在神经通路中神经元之间的每个突触都受到修正b这些神经
元可能兴奋也可能不兴奋，取决于它们所接收到的各种突触信号。所有的运动，特别是
随意性运动，都需要锥体系和锥体外系之间不断的和协调的相互作用。皮质运动神经元
受到全身各种感受器传入信息的刺激，向这些下行传导通路发出信号。传入信息来自视
觉、关节运动、平滑肌和骨骼肌和C. N. S.的脑干，到达皮质的不同区域。感觉皮质
将信号送到运动皮质，经这两条下行传导通路发起运动反应。
大脑皮质中接受皮肤及皮下组织机械变化、关节运动和温度变化传.入信息的区域称
为躯体感觉皮质(见图3-11)。躯体感觉皮质的分区与身体的特殊部位有关。它们能区
别出身体那一点受到了刺激。同运动传导通路相似，身体右侧的感觉通路在脊髓或脑干
交叉到对侧通向脑的左侧，反之亦然。如图3-15，对身体各部位感觉的敏感性取决于该
部位在躯体感觉皮质上所占区域的大小。
图3-15皮质的感觉区及其接受刺激的相应身体部位
皮质下中枢
脑的皮质下部分和脑的中部有一些皮质下神经核团，它们与肌肉运动的协调有关。
基底神经节、丘脑、下丘脑即位于这一区域。大脑的这些部位接受不同来源的传入和传
出冲动。来源之一是网状结构，它是贯穿整个脑千的组织核团。这个由网状细胞相互连
接形成的网络中包含有呼吸、心血管机能、传入传出系统和睡眠与觉醒意识状态的调整
中枢。
一79一
基底神经节接受网状结构传来的感觉冲动。根据锥体外系和锥体系传来的冲动，基
底神经节处理和整合这些信息以调整脑干在完成复杂运动时的机能活动。它们在脊髓水
平影响运动调节机制以易化或抑制运动活动。此外，基底神经节还通过丘脑影响锥体系
统。丘脑向皮质发出冲动，影响锥体系统的运动神经元。
丘脑向皮质所传递的信息与基底神经节不同。它接受除嗅觉之外所有的感觉传入冲
动，在将这些信息传到皮质之前，先对它们进行整合。由于丘脑的一部分参与网状系统，
它也与睡眠和觉醒有关。下丘脑位于丘脑下方，它通过植物性神经系统发动和协调内脏
器官的运动。
小脑
小脑位于脑干之上(见图3-10)。它参与对骨骼肌的无意识性的控制，它能影响脑
中与运动活动有关的其它区域。运动并不是由小脑发动的，但是受到小脑调节机能的很
大影响。感觉传入冲动有不同来源，例如皮肤、肌肉、关节、内耳平衡器官(前庭系统)
和视觉、听觉机能等。此外，小脑还要从多神经元通路和皮质脊髓直接通路的分枝接
受关于肌肉将做何种运动的信息。运动完成后，又要经由脊髓从肌肉、牵张感受器、键
器官和皮肤感受器获取关于运动完成情况的信息。所完成的运动与所要求的运动的任何
差异都会被小脑感觉到。小脑便开始做出调整以减小误差，向运动协调中枢发出信号。
这种影响通过修正大脑皮质和皮质下中枢细胞的活动，可以波及到各级运动神经元和肌
肉。
脑干
脑干由延髓、脑桥和中脑组成(见图3-1的。所有传递传入和传出冲动的神经纤维
都要经过脑干，它沟通高位脑中枢和脊髓之间的联系。调节头部骨骼肌活动的运动神经
元的胞体位于脑干之中。影响内脏器官活动的副交感神经纤维，有些通过脑干到达头部、
喉部或腹部器官的平滑肌和腺体，有些是胞体位于脑干，发出纤维到心脏。有许多来自
头部和内脏的传入纤维进入脑干。
脑干网状结构参与脊髓反射的调节和运动中肌肉活动的协调。它含有辐散到中脑大
部分的短纤维。网状结构中也有一些神经元发出长纤维直达脊髓。传入冲动来自不同来
源的细神经纤维。传出冲动由下行纤维传递，在脊髓水平调节运动机能。
网状结构的刺激在易化和抑制运动方面对运动活动有强烈的影响。影响主要来自对
件运动神经的调节，r一运动神经调节肌梭的传入冲动。肌梭是位于骨骼肌中的感觉器
官。丫一运动神经直接支配肌梭。反射引起的反应是肌梭所在肌肉的收缩。本章后面还将
更详细地介绍肌梭。
脊髓
脊髓为细圆柱形，直径约。.5英寸，它从颅底发出直到腰椎之上(见图3'9)0脊髓
可分成中央灰质部分和外周白质部分。
突和传入神经元的上行纤维组成。
灰质主要由中间神经元、运动神经元、’胞体、树
核团。脊髓的外周区域，
灰质中机能相似的神经元胞体集中在一起，叫做神经
或称白质，由神经轴突构成，它们在脊髓的不同节段之间或在
脊髓与脑之间传递信号。白质的白色是由于神经纤维包有一层脂类髓鞘。白质中的纤维
分成许多束。这些束称为传导通路或传导束。它们按机能不同组合到一起，包含有传导
同类信息的纤维。脊髓白质中有许多下行传导束，将信息从脑传向脊髓，另一些传导束
则按相反方向传递信息。
脊髓发出31对脊神经，支配躯干和肢体。脊神经包括有背(后)根和腹(前)根，
它们离开脊髓之后便混合在一起(图3-16 )。外周神经系统主要由脊神经构成。传入纤
维经背根进入脊髓，传出纤维由腹根发出。
后索
后正中沟
后支
脊神经
前正中裂
图3-16脊髓的横断面并带有一对脊神经
外周神经系统
C, N,5.之外的神经，包括那些胞体在C.N.S.的神经，构成外周神经系统(表
3-2)。这些神经从C, N. S.发出后分布到全身各个部分。一部分神经纤维(传入纤
维)将感受器的信息传到C. N. S.，而另一些(传出纤维)则将信号从C. N,5.传
到骨胳肌等效应器官。外周神经系统同C.N.S.一样也有神经细胞体。C.N.S.之外
的神经细胞体集合在一起形成神经节，在那里与其它纤维形成突触性联系，将信号传递
到身体各部。
表3-2外周神经系统
I.传入部分
I.传出部分
A.躯体性神经系统
B.植物性神经系统
1.交感神经系统
2.副交感神经系统
外周神经系统有两部分:传入部分和传出部分。它们与传入和传出信息有关，分别
调节和控制身体内部和外周的组织和器官。
一31一
传入部分
信息从遍布全身各处的感受器传到C, N. S.。但是，由感受器传出的信息必须被
翻译成动作电位语言才能被感觉神经纤维传递。每种感受器都对某一种特殊形式的能
量刺激最敏感。感受器被兴奋的时候，膜变为内正外负而去极化。随着刺激强度增大，去
极化也加强。当膜的去极化达到1}值，就产生一个动作电位，并沿着传入纤维传到C.
N, S.。这样使机体不断得知发生了哪些运动反应。
感受器
感受器的解剖结构可以是神经末梢式的，也可以是独立的细胞与传入末梢相接，如
视觉或声音感受器。虽然它们对某种特殊刺激最敏感，但是假如刺激强度足够大，这些
感受器末梢也接受几种不同形式能量的刺激而兴奋。例如，视觉感受器通常接受光刺激，
但是也会受机械刺激而兴奋，例如眼球受到撞击时。感受器末梢兴奋的实际过程在不同
感受器有所不同，然而可以对此做一概括的说明。从刺激施加到感受器上开始到感觉纤
维发放神经冲动，要经过如下的中间过程:
刺激一局部变化(通透性)一令发生器电流(电荷变化)一今局部去极化(发生
器电位)一-一>沿感觉纤维传播的动作电位。
对感受器的刺激引起了跨神经膜的电荷转移，产生去极化。这种电荷转移称为发生
器电位。当去极化达到Ill值，就产生沿神经纤维传播的动作电位。刺激引起的发生器电
流可由空间总和现象产生，当感受器的不同部位受到两个或两个以上较弱的刺激时，使去
极化达到足够的程度便引起兴奋。感受器也可因时间总和现象而去极化，即感受器的同
一部位受到反复刺激。不同形式的刺激见表3-3。表中例举了不同种类的感受器及最容易
使它们兴奋的刺激。注意，一种特殊的刺激，像机械力，对位于机体深部和体表不同部位的
感受器都有作用。化学感受器也是如此，化学刺激可作用于口鼻的感受器，也可以刺激
颈动脉处的感受器。然而，光的能量形式仅刺激眼内的视觉光感受器。
表3-3感受器及其刺激
................
刺激
感受器的部位
传入信息
机械力
皮肤和皮下组织，关节
骨骼肌和肌键
耳蜗
前庭器官
颈动脉窦
颈椎
触压，肢体和躯干位置
控制肌肉长度和张力的
无意识感觉
听觉
平衡
血压
平衡
皮肤(热和冷温度感受器)
下丘脑
温度
光眼
-一一一一一一一:一.一一一
视觉
一82一
刺激
感受器的部位
传入信息
一”，一—-一一一--一一一~一~~~吧-一~-~.~，.-一一一一.，‘泪.....目.....一一一一~一~-.一一尸..州甲州..，..曰.
化学
水溶性或脂溶
性的化学物质
舌上的味蕾
味觉
’一一一—一—一一一一一.一
气味物质嗅粘膜嗅觉
缺氧
二氧化碳过多
血液酸度
小动脉
控制血流的无意识感觉
过度的机械力、
冷或热，某些化
学物质
颈动脉体
疼痛感受器
疼痛
神经系统以外的外在世界的有关情况只能通过这些感受器获得。对于某些形式的
能量人体不具备感受器，例如无线电波、电视波或微波，以及红外线等，人体就感觉不
到。但是，刺激感受器发生的反应也有不同形式，既可能是有意识的，也可能是无意识
的。对感觉传入冲动无意识的反应，包括大脑皮层以下水平的C.N.S.中所发生的神
经反射，虽然反应之后可能会意识到这些反应。实际上，一些简单的反射并不超出脊髓
范围。较复杂的反射才涉及到C.N, S.中较高级的部位。
感受器引起的反射
网球发球或者翻筋斗都是包括许多肌群运动的复杂活动。这些复杂活动是由协调的
简单活动组成的，以完成一件任务。对简单活动的协调和组合到完成复杂的运动活动，
分别是由脊髓中的C. N. S.低级部位和较高级部位以反射活动的方式实现的。
大肌群运动时，反射活动起始于通常是同时持续活动着的不同感受器。它们不断向
C. N. S.送回反馈信息，在那里翻译出来，并通过运动神经反射性地发挥作用。反射活
动中的神经冲动经过一个环路。冲动起始于感受器，继而通过C. N. S.，最后经运动
神经元回到肌肉或效应器(图3-17)。反射活动是由某种刺激引起的快速的固定反应。
反射并不需要学习和经验就能发生，因为它们是先天的。
虽然每种反射都有它独特的运动形式，但是所有反射都具有一些共同的基术方面:
(1)每种反射都是使机体适应体内外环境的变化。例如，当手碰到很烫的炉子，肘关节马
上就屈回来使手移开。脚踏上尖利的东西时也会发生类似的动作，膝关节很快屈曲抬起
脚来。但是，屈肘和屈膝的时候还必须保持身体平衡，因此其它一些肌肉也得参加活动。
屈膝的时候脚离开地面，体重转移到另一条腿上，使对侧腿的肌一肉反射性地以更大力量
收缩，以适应增加了的负荷。这个例子引伸出反射的第二个方面:(2)反射活动并不是由
一个简单的反射组成，还要包括其它一些肌群的协调活动和反射。这也有些明显的例子，
例如，当主动肌或者说正在收缩的肌肉活动时，对抗肌会反射性地放松以减小运动的阻
力。同时还有协同肌(能加强或协助某一肌肉活动的肌肉)反射性地收缩。当上肢以很
大力量举起重物的时候，腿部肌肉也要收缩，起到协同肌的作用来帮助举起负荷。最后:
(3)每种反射一般只由一种特异性刺激引起，通常不对其它刺激反应，特别是在体内。例
后神经根
图3-17典型的脊神经结构感受器产生的动作电位经传入神经传到
中枢神经系统，再经传出神经传到肌肉，形成一个反射回路
如，动脉中的一些感受器仅感受牵拉刺激，而另一些则仅在二氧化碳过多或氧不足的情
况下兴奋。这些刺激引起的反射活动会影响心脏活动或呼吸。
整个fty. N, S.都有反射活动发生，较简单的反射可在脊髓水平完成，
越需要较高级部位参与。
少，但在复杂的反射中，
出冲动联系起来。
反射越复杂
局限在脊髓中的反射，通过C.N.S.中的中间神经元一般较
中间神经元要带着信息__匕下经过所有节段才能把传入冲动和传
本体感受器
接受体表和深层组织以及体内结构刺激信息的感受器称为躯体感受器。
在身体上感受刺激的部位分类。按这种分类法，
它们可按其
深部组织和器官的称为内部感受器;
皮肤中的感受器属于外界感受器;位于
感受器。本体感受器较为重要，
分布于骨骼肌、肌腿、关节和前庭器宫的称为本体
因为它们感知运动时骨关节和肌肉的活动情况。
本体感受器是受身体本身活动刺激的末梢器官。
皮肤和内耳迷路以及上位颈椎。
灰质发起反射性反应。实际上，
干起作用。
它们分布于骨骼肌、肌键、关节、
这些感受器受机械力刺激。刺激的产生作用可能由脊髓
无论感觉起于身体何处，各种反射都需要脊髓和/或脑
肌本体感受器
肌本体感受器有两种:肌梭位于肌组织中，受牵拉刺激;高尔基键器位于肌键中，
对张力发生反应。这些感受器发出的冲动由神经轴突传到脊髓o C. N.8.内的中间神
经元把冲动传给运动神经元，使它们动员适当的肌肉作出反应。协调的运动在很大程度
上是这些肌本体感受器相互作用的结果。
肌梭位于骨骼肌内，
是一些充满液体的小囊，
感受肌肉牵张刺激的本体感受器称为肌梭(图3-18)。它们
包含有数根较小的、特化的肌纤维，它们的直径约是骨骼肌纤
一84一
运动
神经干
支配梭内
肌的运动
神经纤淮
图3-1s位于骨骼肌内的肌梭
维的10~24%。
肌梭的细胞核靠近纤维中部，不像骨骼肌的细胞核那样遍布整个纤维。肌梭纤维的
收缩部份限于纤维两端。肌梭内的肌纤维称作梭内肌纤维，骨骼肌纤维则称为梭外肌纤
维。梭内肌纤维有两种，根据它们的长度和直径、中部胞核的构造和神经支配来区另l! o
较大的纤维通常叫做核囊式、较小的纤维叫做核链式梭内肌纤维(图3-19)。多数肌梭
有两种感觉神经纤维支配:一种是大直径的初级传入纤维，它包绕在两种梭内肌的中间
部位;另一种是细小的次级传入纤维，仅存在于链式梭内肌，分布在核区的两端。初级
传入纤维接受牵张的速率和程度的刺激。链式梭内肌上的次级传入纤维仅受牵张程度的
刺激。
每个肌梭由7^} 15个小运动神经元(称为Y-神经元)支配，其终板位于纤维两端，
此处肌梭纤维具有收缩能力。Y一神经元的胞体位于脑干。Y一神经元与直接支配骨骼肌的
图3-19核囊状的梭内肌纤维和核链状的纤维及它们的传入和Y-传出
神经支配
运动神经元不同。骨骼肌的运动神经元比卜神经元大，称为a一运动神经元。
有两种方式可使肌梭拉长或持续兴奋:(1)简单地拉长肌梭所在的骨骼肌;(})刺激厂
运动神经元，引起肌梭末端的纤维收缩，从而牵拉肌梭的中间部份，如图3-18所示。
对肌梭的刺激可来自外力，例如一个重物牵拉了梭外肌。这种牵张属于外部牵张。
肌梭受Y传出冲动刺激而引起的牵张属于内部牵张。无论是外部还是内部牵张的刺激，
都经由初级传入纤维和次级传入纤维传到C. N.8.，在那里与梭外肌的a一运动神经元发
生突触联系。之后肌肉收缩以减轻对肌梭的牵张。同时，脊髓中的中间神经元将肌梭传
入信号传给其它骨骼肌的a一运动神经元，帮助完成活动。
经肌梭的传入纤维直接刺激a一运动神经元可使骨骼肌收缩。但是肌梭的最大刺激显
然是在梭外肌受到牵张的时候。肌肉缩短时，原来拉长肌梭引起的兴奋便下降。然而，
由于Y传出神经的持续活动，总是有一定程度的刺激。即使在休息时，也总会存在因肌
梭Y活动引起的一定程度的肌紧张。
当由于外力牵拉肌肉或者r活动引起梭内纤维收缩时，初级传入神经元便向C. N.
S.发出信号，并且与同一肌肉的a-运动神经元发生单突触联系，使其产生恰到好处的
收缩以减轻肌梭受到的牵张。此外，初级传入神经元的轴突还发出分枝到两个或更多的
中间神经元，兴奋协同肌，抑制对抗肌。初级传入刺激的影响见图3-200
主动肌
对抗朋
协同肌
图3-20主动肌的初级传入刺激((1)将兴奋性信号传到同一块肌肉
的a一运动神经元((2)，同时与协同肌的a一运动神经元发生兴奋性的
双突触联系((3)，与对抗肌的a一运动神经元发生抑制性的双突触联
系(4)。主动肌收缩时对抗肌的抑制性效应属于一种交互神经支配
图3-21表示初级传入纤维对刺激的两种显著反应(在某一时刻肌梭受牵拉的速度
和梭内肌的长度)。给受外力牵拉的上肢加上负荷后，通过测量梭外肌电活动并用肌电
图记录反应的方法，可以区别两种刺激的影响范围。上肢未加负荷时，肘屈肌表现出稳
定的放电活动(A)。加上负荷后，电活动马上增强。增强的程度取决于加负荷的快慢
(B和C1。在B和C中，所加的负荷及对肌肉牵拉的程度是相同的。放电不同与加负荷
时的时间有关言快速加上负荷(B)比缓慢地加负荷(C)对肌梭刺激更大。结果在B
的情况下有更多的肌纤维开始收缩。然而，很快两种条件下(B和C)的电活动就变成
一样的了，因为负荷牵拉了肌肉和梭内肌，使初级传入纤维受到刺激。
一86一
A.侧叫曰.户.目，从劫州“州‘，~一
·一姗~~‘一
c一一口物耐卜娜冷油切，峨冲一‘“
图3-21肌电图显示肌肉在三种负荷条件下的电活动A，前臂保持屈900;
B，手上突然加一负荷;C，手上慢慢地加上同样的负荷。在I.?和C的条
件下，负荷都使肌肉所受的牵拉加强。对梭外肌的牵拉程度大，增加负荷
时的电活动增强
给肌肉所加的负荷越大，牵拉的程度越大，肌肉力量也相应增大，以适应刺激初级
传入纤维造成的紧张。这种肌梭反应使肌肉能适应负荷的变化。因此，肌肉能以适宜的
力量有效地完成工作，并防止关节周围韧带及其它组织的损伤。如果负荷增加时，肌肉
力量不能很快增大，骨关节会因过度紧张而发生损伤。肌梭保持不断地活动，使在即使
是负荷突然增加的情况下也能保证肌肉力量维持在机能安全的水平。
肌梭的次级传入纤维与初级传入纤维同时活动，但是对肌肉有不同效应。它们的神
经元和对牵张的敏感性都小于初级纤维。神经冲动沿传入纤维进入C.N.S.后，次级
传入神经元能增强屈肌肌肉活动并抑制伸肌的活动。无论肌梭位于哪种类型的肌肉中，
都会发生这些活动。就是说，屈肌肌梭的次级纤维受到某种程度的牵张(而不是指牵张
速度)，会增强屈肌的收缩。如果伸肌肌梭的次级纤维受到刺激，它们就抑制本块肌肉
的活动，而使对抗的屈肌产生收缩。屈肌中的次级纤维扩大初级纤维的收缩效应。抗重
力伸肌中的许多次级传入纤维在运动中对稳定承受重量的关节有重要作用。它们所具有
的协同收缩效应，使同一关节的屈肌和伸肌以平衡的方式收缩，以保持所需要的姿势。
这种平衡对那些克服重力的肌肉是很有意义的。
当发起和调节随意运动时，大部分的肌肉协调活动是无意识完成的。无意识水平调
节的精确度主要靠肌梭的r传出神经支配。了纤维活动不断刺激梭内肌纤维，结果使肌
肉收缩保持在不同的力量水平。这种可变的收缩状态即所谓?'偏移(gamma bias).
了偏移较强时，肌梭对外部牵张的敏感性增强。使了传出系统兴奋的主要是脑干中接受
小脑和大脑皮质传来信息的某些区域。从卜神经元的数量便可知其重要性，它们约占支
配骨骼肌全部运动神经元的三分之一。
Y系统调节梭外肌的收缩使其达到预期的肌肉长度。达到所需长度时，肌梭兴奋程
度最小。显然，肌肉可自动寻找到合适的收缩程度，使牵张感受器的兴奋频率达到最
小。肌梭调节的非随意运动可以调节肌肉缩短的程度和速度。比如，网球运动员要发好
一个球，先要把关节和肌肉摆到合适的位置。他得把肌梭的长度调到与所需要的肌肉长
度相匹配。如果发球时肌梭受的刺激最小，肌肉就达到所需的长度，可以开始收缩。如
一87一
果发球结果不太理想，在下次发球时就要重新调节肌棱。在新的肌梭长度下，肌肉长度
和力量都有改变。虽然这是随意运动中发生的现象，包括调定r系统，但实质上对肌肉
力量和长度进行调节使产生正确效果的是反射活动。这些发生在主动肌和对抗肌两者的
肌梭中，每种肌肉都有不同的肌肉长度调定标准。
整个运动过程中肌肉的协调活动是由肌梭保证的。进行运动时，含有肌梭的肌肉的
长度变化不断提供反馈信息。’
高尔基睦器肌肉本体感受器的第二种类型是高尔基健器。它们位于肌纤维与肌键
的连接部，感受肌肉收缩产生的力量(图3-18和3-22)o健器被强烈的肌肉收缩兴奋
以后，就向脊髓发出感觉信号。在脊髓，经双突触或多突触中间神经元抑制主动肌收
缩，使其力量下降，而同时促使对抗肌收缩〔“’。这种效应与肌梭初级传入纤维的效应是
相反的，因为高尔基R器抑制其所在的肌肉和协同肌，易化对抗肌。键器的主要机能是
作为一种安全机制，保护肌肉不过度伸展并防止受损伤。肌键受被动牵拉时，腿器的刺
激PAN值比肌梭高得多。但是有些研究表明，人体快速随意运动时，脊髓中将高尔基键器
传入纤维与a一和r-神经元相沟通的中间神经元却受到抑制。这一发现意味着健器在快速
运动中不起机能作用““〕。有人提出，键器不仅保护肌肉不受过度负荷，而且在调节肌紧
张的连续反馈系统中起一种传感器(接受一个系统的能量并将能量转换传给另一个系统
的装置)的作用，正如肌梭是肌肉长度调节系统中的传感器一样〔连)0
睁
，
肌纤维
图3-22高尔基健器
存在一个调节肌紧张的控制系统的优点是，在完成某种特殊工作时能发出恰到好处
的力量。高尔基腿器对大于或小于所需要力量的张力做出反应，以调节肌肉张力。肌m
受到的张力因肌肉长度、收缩速度和疲劳程度而有所不同。当张力下降到“预定”控制
水平以下时，键器对运动神经元的抑制效应就减小。同样道理，如果张力大于“预定”
水平，键器就抑制肌肉的运动神经元。
姿势控制系统中的肌肉本体感受性反射高尔基健器与肌梭一起构成了协调机能上
相对抗的肌肉运动的姿势控制系统。这一系统包括每块肌肉中的长度变化感受器(肌
梭)。这种感受器兴奋时，易化其本身所在的肌肉，抑制对抗肌。这一系统中还有每个
肌键中的张力感受器(高尔基腿器)，它兴奋时抑制主动肌，易化对抗肌。
在这一控制系统的作用下，当关节伸展时，伸肌收缩而屈肌受到被动牵拉并放松。放
松是由于伸肌收缩时，屈肌的运动神经被抑制。这种现象称为交互神经支配，是由收缩
的肌肉发起的。收缩肌肉中肌梭的初级传入纤维被r系统兴奋。信号从肌梭传到脊髓，
一88一
使支配主动肌的、神经元兴奋，因而使收缩力量达到所要举起的负荷的水平。同时，对
抗肌的“一神经元被抑制，结果引起肌肉舒张。这样可以产生平滑的、可调节的收缩，并
且使对抗肌的阻力减到最小。在所有的肌肉收缩中，不管是运动还是劳动时，交互神经
支配都在起作用。
为防止关节过度伸展，姿势控制系统中的张力感受器被兴奋。牵拉引起伸朋*的高尔
基键器和屈肌的肌梭兴奋。接近伸展限度时，这两种感受器的兴奋引起伸肌运动神经元的
抑制，并易化屈肌运动神经元。就是说，伸肌受其键器刺激而放松，屈肌受其肌梭兴奋
而收缩。例如，在投掷棒球时，就发生这些过程。在球出手之前要伸臂，使原先放松的
肘屈肌及肌梭受到牵拉而兴奋，并使屈肌收缩。同时，伸肌的高尔基键器兴奋引起伸肌
舒张。所涉及的肌肉发生平滑的过渡，使完成爆发性运动时不损伤关节。
前庭器官
位于膜性迷路中的感受器称为前庭器官，该器官在颅骨骨迷路之中(图3-2 3 ) 0‘ E...}
包括三个半规管、一个椭圆囊和一个球囊。它们在颅骨两侧各有一个。这些结构内充满
着特殊的液体，称为内淋巴。前庭器官中真正的感受器是位于传入神经元末梢处的毛细
月包。
图3-23前庭器官
头部移动时，内淋巴液就压迫刺激毛细胞。运动的幅度和速度决定毛细胞纤毛的弯
屈程度和兴奋水平。半规管感受的刺激与椭圆囊和球囊不同。角加速度刺激半规管;线
加速度和头部与重力的相对位置刺激椭圆囊，可能还包括球囊。半规管和椭圆囊的传入
神经纤维进入脑干。一部分纤维止于脑干，另一些则到达小脑。’然后从这些部位发出二
级纤维，到脊髓中间神经元、皮质下中枢和控制运动系统的大脑皮质区。
前庭反射前庭器官提供信息有两个目的。第一个目的是控制眼球运动，不管头的
位置如何，眼球总能保持固定在同一位置。当头部向右转动时，前庭器官传入信息的平
衡改变，使控制眼球运动的眼肌受到不同影响。使眼球左转的肌肉兴奋而其对抗肌则被
抑制。前庭信息的第二个目的是维持直立姿势。然而，甚至在一个人能保持直立姿势之
前(如婴儿)，就明显具有原始的并有高度预测性的前庭反射，即所谓前窿紧张性反射
一89一
(tonic labyrinthine reflex, TLR)o婴儿头部与身体的相对位置会引起特定的反
射性反应〔5)。仰卧时的TLR是四肢伸展，屈的动作被抑制;而俯卧时则相反，四肢屈
曲，伸肌被抑制。侧卧时，下面的肢体发生伸的反射活动;而上面的肢体屈曲，并且对
抗肌被抑制(图3-24)。随着孩子发育，TLR被更复杂的反射取代，主要是通过颈肌的
活动调整头部与重力的关系，使人有可能保持直立位置。前庭器官与其它本体反射一
起，在保持头部姿势、调整身体在空间的定向和伴有局部运动的反射活动中发挥作用。
一般说来，它易化伸肌运动神经元，防止肢体弯曲。另一些在维持姿势中与前庭反射有
协同作用的反射，可起自视觉、皮肤和颈肌感受器。随着儿童的生长发育过程，引起肌
肉反应保持身体平衡的反射逐渐控制了简单的姿势反射。保持身体平衡的肌肉反应包括
移动体节使重心保持在支撑面之上，或者改变重心下的支撑面。
1、仁
c尹
图3-24婴儿的前庭紧张性反射仰卧位时，四肢伸直(A);腹卧位时，四肢屈曲(B );
侧卧位时，下面的肢体伸而上面的肢体屈(C)
颈感受器
位于前三节颈椎的感受器接受头部运动刺激。它们兴奋时.，引起保持身体姿势和平
衡的反射性反应。由颈感受器引起的反射称为颈紧张性反射(tonic neck reflexes,
TNR)。为完成所需要的全身运动而发生的肢体协调运动是TLR和TNR两者的共同
结果。前者主要作用于下肢，后者主要作用于上肢〔5a)0
TNR与TLR一样，也是先天就有的。婴儿头部腹侧屈(屈颈)、背侧屈(伸颈)或
转动的时候可表现出这种现象。仰卧头腹侧屈时，反射性反应是上肢屈而下肢伸。头背
侧屈时则上肢伸而膝关节屈。头转向左侧时，左臂和左腿伸而右臂和右腿屈。头转向右
侧时，则引起相反的运动(图3-25)。在婴儿期之后，由于对反射定型中涉及的肌肉的
运动神经元有突触性易化和抑制的变化，而使得这些先天性的反射逐步改变。虽然这些
反射随年龄增长而有改变或被抑制，但是在某些条件下仍可表现出来(C6,7,7a,7b )!a例如，
一个人站在房门口，两手背用力压在门框上约一分钟，然后向前走，尽管此时他想放松
肌肉，上肢还是会抬起来(放松后神经运动传导仍在继续，因此使等长收缩转变成向心
收缩)。此时如果头转向一侧，可表现出TNR现象。头转向右侧会易化右肩的肌肉，
抑制左肩的肌肉，因此右臂比左臂抬得高。
图3-25婴儿的颈紧张性反射头前屈时，上肢屈而膝关节伸(A);头后仰屈时，上肢伸而
膝关节屈(B);头转向一侧时，同侧上肢外展而下肢伸直，对侧_L肢内收而下肢屈曲
关节感受器
当位于韧带、关节囊和关节周围结缔组织中的感受器受到刺激时，便通过a和r系
统发起调节肌肉活动的反射。多数关节感受器是包绕着多层细胞的Pacini氏小体，
它们受到机械压力而变形时，便激活神经末梢。另一些感受装置有的为游离的神经末梢
而不具有特别的感受器结构;有的为较复杂的神经末梢，.aq做花枝状末梢或Ruffini
氏器。有些感受器看来仅对加速度起反应，例如韧带中的Pacini氏小体和关节囊中
的R uffini氏器。这两种感受器对运动都十分敏感。肌键和关节周围的Pacini氏
小体也感受压力本身的刺激。
有些感受器仅接受关节角度的刺激。这些感受器遍布关节囊并且不断地发放冲动，
虽然它们不都是同时受到刺激。在任何关节角度下都有一些感受器受到强烈刺激，一些
受到中等程度刺激，而另一些则完全不受刺激。这些感受器感知身体各部的确切位置。
关节感受器的传入神经元向脊髓发出冲动，在那里与许多中间神经元发生联系。这些传
入神经元所接触的中间神经元比肌肉本体感受器要多，因此它们的影响更为广泛。受到
刺激时，它们不仅调节本肢体的活动，而且还影响其它肢体的活动。例如，起跳前握紧
拳头有增加腿部肌肉力量的影响。_关节运动甚至对前庭器官也有促进性影响，因此在行
走和站立时肢体更加稳定有力。前庭系统兴奋时向脊髓发送信号，刺激下肢的运动神经
元使其收缩更有力。
由于从关节感受器来的冲动有到感觉皮质的通路，与肌梭和高尔基键器不同，它们
使身体能感知所有关节的位置和运动。因此，动觉或身体知觉主要是关节感受器传来信
息的结果。在体育运动和舞蹈中，所设计的动作是靠动觉和对下一步动作的校正来完成
的。
皮肤感受器
皮肤和皮下组织的感受器对a一和件神经元都有影响。所接受的刺激有触、压、温度
和组织损伤。这些感受器具有躯体感觉的外部感受器和本体感受器的双重作用。作为外
部感受器，它们向有意识感觉的感觉皮质发出信息。作为本体感受器，它们提供的体表
信息在调节身体的反射活动中发挥作用。
皮肤中的传入感受器有各种不同类型。多数感受器是游离的神经末梢，其终末部分
没有髓鞘覆盖。末梢有的位于皮肤表面(表皮)，有的在表皮之下(真皮)。另一些感受
器包有被膜结构，例如Pacini氏体和Meissner氏体。还有一些裸露的末悄覆盖着
泡状或盘状的结缔组织囊。
关于感受性的传统理论认为，每种特殊的神经末梢仅对某种特殊的机械或化学刺激
起反应。但是，如果刺激强度很大，那么两种刺激都会激起感受器的动作电位。游离神
经末梢被认为主要是感受痛觉，为此它们在皮肤上分布很分散。Pacini氏体和Meis-
seer氏体感受触觉，特别是在皮肤没有毛发的部分。在有毛发的部分，触觉是由缠绕在
毛囊上的游离神经末梢传递的，毛发摆动使其兴奋。关于皮肤感受器对特异刺激发生反
应，以及它们的物理结构与刺激的关系等方面，感受器生理学还有许多悬而未决的问
题。特别是关于痛觉生理所知甚少。然而关于有机体对疼痛的反应已为众所熟知。
机体对痛觉的反应是独特的。触压、温度、光和声等刺激引起惑觉，但是疼痛则引
起感觉和反应。对疼痛的反应是先天反射性的，不需要大脑皮质水平的任何事先考虑。
同样地，当皮肤和皮下组织中的传入感受器起本体感受器作用时，神经系统反射通路中
所发生的反应也发生在意识下水平。
皮肤感受器对支配骨骼肌的a一神经元和支配肌梭的r-神经元有广泛影响。刺激皮肤
感受器引起的反射性反应很少仅局限在离刺激较近的，直接参与活动的肌肉。例如，手
触到滚烫的火炉而缩回来就包括交互抑制，抑制对抗肌以使主动肌能收缩得更快。再
者，还可能向对侧肢体发出冲动，以帮助身体躲开疼痛刺激。有些反射与足底皮下感受
器有特殊联系，引起两侧伸膝动作，或者一侧伸膝另一侧屈膝。
伸肌伸反射脚掌踏到地上时，皮肤中的感受器受到压力刺激，经传入神经向脊髓发
出信号。动作电位传播到支配伸肌的a一运动神经元。伸肌收缩以防止过度屈膝。这种反
射包括足部的感受器和伸膝肌，称为伸肌伸反射(图3-26)。伸肌的反射收缩主要为向
心性的，例如行走时的反射;如果是从高处跳下来，那么反应首先是强烈的离心收缩以
缓冲体重，然后才是向心收缩。在后一种反射反应中，由于感受器受到更强烈的刺激，
因此收缩更为有力。
交叉伸反射足部感受器弓}起的另一种反射更为复杂，包括一侧肢体的伸肌伸反射
一92一
和对侧肢体的屈肌反射。反射是由于踩到有刺激的物体引起的，例如踩上了一枚图钉。
马上发生的反应是屈膝，把踩了图钉的脚抬起来。同时，另一侧肢体伸膝，使整个身体都远
离刺激物。这种反射总称交叉伸反射(见图3-26)。反射通路从足感受器起到达脊髓，
支配屈膝肌的脊运动神经元被兴奋，而支配伸膝肌的运动神经元被抑制(交互抑制)。同
时，冲动由中间神经元传到对侧肢体，使伸膝肌运动神经元兴奋而屈肌神经元抑制。
皮肤压力感受器发起的另一些反射可引起身体在空中或在地面上的定位反应。这些
反应使头、躯干和四肢保持适当的关系以维持身体平衡。
图3-26交叉伸反射表现为受到疼痛刺激后，一侧腿屈而对侧腿伸
运动技能中的本身感受性反射
学习运动技能的主要目的在于，尽可能在无意识的情况下完成各动作细节。如果打
网球时，每次挥拍都要意识到身体各部分动作的细节，那就会大大影响比赛中考虑战
术。应该把大脑皮质从考虑动作细节中解放出来，以便有更多的注意力用在考虑对策
上。有些比赛需要在发动快速动作前精神高度集中，例如高尔夫球或铅球，更应该把大
脑皮质解放出来，把精力集中在整个动作上。在运动中掌握了技能后，身体备环节的平
稳和协调动作显著改善，并且有本体感受性反馈的自我调节作保证。这些木体感受性反
应是条件反射性的，每一个动作都成为’一下一个动作的刺激信号。
学习运动技能需要把一组简单的动作变成复杂的联合动作。感受器和效应器之间必
一93一
须建立起神经肌肉传导通路才能掌握动作。必须形成新的神经肌肉定型，使其按适当顺
序密切配合起来。在学习复杂动作的开始阶段，应该有意识地注意整个动作中的每一部
分。早期出现的错误动作往往是大脑皮质有意识地改变动作方向与皮质下中枢稳定动作
的机能之间相互干扰的结果。结果便产生许多多余的动作。之后，随着学习过程，皮质
对动作定型的有意识控制逐渐减弱。当掌握了技能，在感受器与效应器之间建立起传导
通路后，仅需要大脑皮质发出一个有意识的刺激，就会发动一连串的反应来完成这套动
作。学习过程主要改变了大脑皮质以及外周神经系统和皮质下中枢生理机制对运动的调
节。调节活动的主要反馈信息由本体感受器提供。
运动能力与肌梭和高尔基健器反射
在所有运动中，肌梭和键器不是易化、增强肌肉收缩、就是抑制肌肉收缩。当然，
这些效应是同时发生的，使一部分肌肉加强收缩增大力量，使另一些肌肉在神经冲动的
影响下兴奋性稍有升高(易化)，以准备收缩。而还有一部分肌肉则因为支配它们的运
动神经被抑制而放松。肌肉在收缩前受到牵拉会增强收缩。此时，外部牵拉使肌梭活动
而使支配梭外肌的运动神经元兴奋。这种现象还伴有也能使肌肉力量增大的长度弓长力
现象(见图.1-17)。肌肉受到外部牵拉直接激活肌梭，肌梭的传入纤维将冲动传到a-和
件神经元。丫一神经元反过来进一步兴奋肌梭，因而使肌肉力量增大。肌梭活动使肌肉
力量增大的程度与肌梭活动程度有关。如前所述，对肌梭的刺激是牵拉的程度和牵拉的
速度。以较高速度做最大牵拉增强到肌肉的随意冲动，因而当进行随意活动时能使肌肉
力量增大。
网球和手球中的各种伸展动作和跳高起跳前的屈膝动作都证明了运动前牵拉肌肉的
优点。对于任何需要较高力量的运动来说，在不影响技术的前提下，尽可能以高速牵拉
肌肉是很有必要的。为了能更大地增加肌肉力量，在牵拉和向心收缩之间延搁的时间越
短越好，否则牵拉速度引起的肌梭效应会消失。
如果下一步运动主要应考虑动作的准确性而不是力量，那就应该尽量减小刺激肌梭
的影响。这时，伸展动作应该较慢、幅度较小，继续做动作前稍稍停顿一下。对靶子投
掷便是强调准确性而不是力量的动作的很好例子。慢速牵拉和伸展中的停顿使肌梭活动
减小之后，再以较慢速度做下一步动作，可对方向和距离做进一步的调节。
某些动作既需要较大力量也需要较高的准确性，例如用球拍击球和投球。为了提高
成绩，训练中应同时注重力量和准确性。随着技术的进步，应该更加强调力量。尤其是
棒球的投手，他在多数情况下都必须用力投球。使用球拍的动作，应能使力量和准确性
达到适当的平衡。在某些击球动作中，例如扣球，更应该强调力量。但是在网球等运动
中，打网前球时，应强调让球准确地落在对方场地的适当位置上。
在发生任何运动之前，大脑皮质发出的随意冲动使Y-神经元激活。结果，肌梭产生
不同程度的收缩，即所谓r紧张。丫紧张越强，肌梭传入纤维对外部牵拉的敏感性越
强。运动一旦开始，反应发生得将更加迅速。在准备做爆发性运动时，例如起跑，准备
姿势应能获得最佳的Y紧张状态。
应。
用棒球棒或者网球拍击球时，
一94一
赛跑者采取这种姿势能对枪声做出更为快速有力的反
如果过早发力，就会影响击球力量。挥棒开始时，健
器刺激对主动肌收缩力量的抑制效应使力量减小。为了达到最大的击球力量，开始挥棒
时应较为平稳，以使肌肉力量不下降，获得最佳击球力量。除了键器对肌肉力量的抑制
效应外，由于存在交互神经支配，对抗肌的收缩也加强。这种影响会进一步减小击球力
量。
可以通过控制肌梭活动来消除肌肉痉挛。有现象表明，工作过度的肌肉有持续痉挛
收缩的倾向，(8,9,9a )0痉挛可能是收缩增强引起的，妨碍了适当的血流而不能从疲劳中完
全恢复。在运动后24至48小时常会出现疼痛症状。这种疼痛与运动中或运动后即刻感
到的疼痛不同，那会在几小时之内减轻;与肌肉或结缔组织撕裂引起的疼痛也不同，那
会马上感觉到并持续很长时间。缓慢牵拉肌肉并保持几分钟可以减轻痉挛。慢牵拉减少
了肌梭活动，并降低支配肌肉的a一运动神经元的兴奋活动〔‘。’。结果使血流增加，肌肉
放松〔‘。，“〕，疼痛减轻〔’“，’“〕。诱发交互抑制反射会进一步使肌肉放松。对抗肌收缩会抑
制主动肌运动神经元的活动而使肌纤维活动减少。
运动能力与颈反射和前庭器官反射
头部的位置刺激颈感受器，对躯干和四肢有很大影响。某些动作和头部位置能使上
肢肌肉的收缩增强。当低头(腹侧屈)时，可使屈臂肌力量增大。如果抬头(背侧屈)，
则使伸臂力量增大。对男青年的一项研究发现，做卧推练习时如果头背屈，要比头与躯
干平行时发挥出更大的力量，证明了头部位置对力量的影响。同样这些人在头腹侧屈
时，屈肘的力量也增大(14)。推铅球动作的后一阶段中，当伸臂推球时，头背侧屈能增
大伸的力量。头背侧屈时做手倒立会更容易些，因为增大了伸臂的力量。
头部位置既可能增强也可能抑制某些素质，特别是在学习动作的早期阶段。做前手
翻时有利于躯干和肢体屈的头部位置是腹侧屈;而在做后手翻时，头背侧屈有利于伸的
动作。但是在技巧和跳水的某些初学者中，当需要背侧屈时他们的自然倾向却往往是腹
侧屈，或相反。之所以发生这种倾向是，因为在儿童或成人颈紧张性反射还没有完全消
失。初学跳水的人在空中失去平衡时，由于头翻正反射的影响常倾向于抬头。结果不是
“拍水”就是脚先入水。幼儿在学前手翻时，手触到垫子时总是出现头背侧屈。手受到
压力引起了伸反射而出现了相应的抬头动作。教学重点应放在头腹侧屈上，以防止颈部
损伤。
前庭器官和颈感受器的作用同来自皮肤、视觉和其它本体感受器的整合信息一起，
提供了身体在空间位置的感觉。在整体情况下，进行陆上或水中运动时，身体经常处于
不完全稳定状态，前庭器官提供眼肌和姿势运动调节的传入信息。然而在静止条件下，
直立姿势主要靠其它本体感受器、皮肤感觉和视觉维持。实际上，一个人如果前庭器官
受损而视觉、关节和皮肤感受器正常的话，在日常活动中维持平衡并没有什么困难。不
过，进行复杂的运动(身体不断移动并且要做各种平衡姿势)则需要有正常的前庭系统
机能。
当固定头部、稳定了重力对前庭器官的影响，使眼睛开始盯住某一点时，视觉有助
于维持平衡。从眼和其它感受器发出的稳定的传入信息有助于保持一定姿势。颈反射不
断发挥作用，调整头部的正确姿势和身体的关系。前庭系统和颈感受器之间协调的反射
活动，在身体姿势相对稳定(例如舞蹈中用足趾站立时的平衡)或运动时(例如在大多
一95一
数需要身体不断变换姿势的体育活动中)，是达到高水平平衡的基础。只有重力作用线
(通过身体重心的假设垂线)在支撑面上时，这两种平衡—稳定时和运动时的—才
能实现。在动力性质的活动中(如篮球或橄榄球)，要求运动员不断判断情况以保持平
衡。与对手的身体接触决定运动员如何使重心线保持在支撑面上。橄榄球攻方的前锋得
学会向前靠来突破对手防守。有时运动员为抵抗迎面而来的力量，实际上要将重心线移
出支撑面。两人碰到一起后，重心线又被推了回来，从而保持平衡。如果重心线被推出
支撑面之外，运动员则失去平衡。
同颈感受器相似，要正确完成某些技术性动作需要抑制前庭反射。这些技术性动作
包括与翻正反射和平衡反射相对抗的动作，以及由前庭器官调节的动作，例如手翻、侧
手翻和大多数跳水动作。在训练的早期阶段，教学重点应注意抑制那些影响正确动作的
反射。随着训练不断深入，对这些影响正确动作的反射的随意抑制减少，因为调节这些
活动的无意识的突触抑制开始发挥越来越重要的作用。运动技能教学的效果很大程度上
取决于区别那些能促进和抑制学习的反射，并且应用这些知识牢固地建立新的运动定
型。
运动能力与关节和皮肤感受器反射
关节和皮肤组织中的本体感受器同所有其它本体感受器一起，同时反射性地发挥作
用。关节和皮肤感受器在控制运动中的特殊作用很难区别出来，但是这些感受器发出的
反馈信息无疑在总体调节中发挥着作用。关节感受器的传入信息对上肢和下肢的协调活
动是很重要的。活动中关节发出的冲动通过扩散方式传到主要肌肉和其它骨骼肌，以使
力量增大。显然，这些传入冲动在中枢神经系统中是经过意识下传导通路到达主要肌肉
的运动性突触的。实际上，扩散现象(冲动从被激活的本体感受器传播到其它运动神经
元)被认为是运动技术发展过程中的正常伴随现象C6,7)。这可以表现在一块肌肉用力收
缩之后另一块肌肉的力量增大，跳远起跳时可以用握紧拳头或咬紧牙关的办法增强到主
动肌的冲动。
关节感受器在有一连串动作的运动中提供传入信息。此时的反馈控制不仅包括无意
识的，而且也有动觉引起的有意识的反射活动。一旦关节的确切角度和运动速度为动觉
所知，就获得了身体在地面或空间位置的“感觉”，为在下一步动作中做必要的调节提供
了反馈信息。体操或跳水运动员根据身体在空间的“感觉”调节动作，协调肌肉收缩以
完成所需要的动作。舞蹈家根据镜子的视觉反馈，使其与四肢和躯干关节感受器的传入
信息协调起来完成舞蹈动作。最后学会了动作，就可以在没有视觉反馈的情况下重复出
来。
运动中皮肤感受器接触到各种物体而受到刺激。刺激包括与外界环境的接触，例如
地板、跳板、水或者蹦床;或者运动器械，例如球、高尔夫球杆、球拍等;或者是身
体各部分之间的接触。触觉的强度和性质决定反应。翻筋斗、跳水、橄榄球、高尔夫球
和棒球等运动动作中，向神经系统发出的信息是不断的冲击力。许多反应包括伸肌伸反
射，是由于足底受压引起的。继续运动时，随着体表触觉、与器械的接触或者身体部分
接触的变化，反馈信息对有意识和无意识水平都可以发挥作用，取决于对技术的掌握程
度。技术越好的人，对反馈做出有意识反应的需要越少。
一96一
传出部分
外周神经系统的传出部分执行来自感觉传入纤维的信息。终末器官的活动增强还是
减弱，取决于效应器神经传来刺激的大小。当效应器信号很频繁并影响大量运动单位
时，效应器官便强烈活动。在某些情况下，效应器神经可能会被抑制，使器官或肌肉的
反应减弱或被抑制。传出神经通过刺激或者抑制终末器官而调节活动。传出部分又分为
两部分cs影一响内脏的系统称为植物性神经系统;影响骨骼肌的系统称为躯体性神经系
统。躯体性神经系统的运动神经元的胞体在脑干和脊髓内，将中枢神经系统和骨骼肌联
系起来。它们的轴突从胞体发出后直接支配骨骼肌。
植物性神经系统
植物性神经系统对内脏的神经支配，其分布有所不同。直接与终末器官(例如平滑
肌、心肌和肾上腺)相连的轴突，其胞体全部都在中枢神经系统之外。这些外周的神经
元胞体集中在外周神经节中。它们与那些胞体在中枢神经系统中的轴突在神经节内发生
突触联系。中枢神经系统对效应器的传导通路都要经过外周神经节才能支配内脏器官。
植物性神经系统又分为两部分:交感神经系统和副交感神经系统。两者的运动神经
元位于中枢神经系统的不同部位。它们的外周神经节的位置也不同。在大多数终末器官
中，一方活动增强时，另一方的活动便减弱。
交感和副交感神经系统植物性神经系统的这两部分从中枢神经系统的不同水平发
出运动轴突。交感神经系统的纤维从脊髓中段发出，而副交感神经系统的纤维从脑和脊
髓下段发出(图3-27)。多数腺体、平滑肌和心脏接受这两部分纤维的支配。一般说来，
交感纤维使终末器官活动增强，副交感纤维使其活动减弱。然而也有例外，例如交感纤
维使肠壁平滑肌收缩减弱，而副交感纤维使其收缩增强。总之，大多数内脏器官具有双
重神经支配，可以进行精细的调节。
图3-27表示从中枢神经系统发出并经过神经节突触的纤维，和从神经节发出到效
应器官的纤维。中枢神经系统到神经节的纤维称作节前纤维;从神经节到效应器的纤维
称作节后纤维。这两个神经系统的节前纤维末梢在神经节突触释放的化学递质都是乙酞
胆硷。但是节后纤维在效应器释放的递质却不一样。大多数副交感纤维释放乙酞胆硷;
而几乎全部交感节后纤维都释放去甲肾上腺素。有一个例外是支配骨骼肌小动脉平滑肌
的交感纤维，有一部分释放乙酞胆硷。其效应是使平滑肌舒张，因而使血管舒张。然而
支配血管平滑肌的大多数交感纤维释放去甲肾上腺素，使肌肉收缩，血流受阻。’在第5
章中还要详细讲述乙酞胆硷能交感神经纤维的作用。小动脉没有副交感纤维分布，因此
不存在植物性神经系统的双重控制。
交感神经系统在运动和/或情绪激动时发生强烈的兴奋，而副交感神经系统在安静
时活动最强。由于几种原因，交感刺激对身体的影响比副交感刺激更为广泛。每条交感
节前纤维在神经节中与节后纤维形成的突触联系要比副交感节前纤维多得多、实际上，
每条副交感神经纤维可能至多支配4^r5条节后纤维。交感神经系统还可以通过刺激肾
上腺而影响许多器官和组织。交感纤维刺激肾上腺，使肾上腺髓质释放肾上腺素，进入
血液循环。肾上腺素的化学结构和作用与去甲肾上腺素相似。结果，肾上腺素随血液遍
一9了一
图3-2Y植物性神经系统
行全身，产生与所有交感纤维同时兴奋相似的效果。直接由交感神经释放去甲肾上腺素
而兴奋的器官，又受到循环血液中肾上腺素的额外刺激。例如，在心脏部位释放去甲肾
上腺素可使心肌收缩力增强、心率加快;当肾上腺素也流到心脏时，效果会进一步增
强。
躯体性神经系统
C. N, S.传出部分中，支配骨骼肌的中枢和外周部分即所谓躯体性神经系统。这
些运动神经元位于脑干和脊髓。它们使C. N. S.与骨骼肌发生直接联系。因此这一系统
与植物性神经系统不同。植物性神经系统中与终末器官直接联系的神经元位于C. No S.
之外。躯体性神经系统的运动神经元在简单反射中，可由本体感受器直接兴奋，或者
由高位脑中枢的下行传导通路兴奋。
运动神经元的胞体特别集中于脊髓前角。它们的轴突从脊髓腹根发出，直接到达骨
骼肌。在脊髓的每一节段都有约5000条以上的纤维。每条纤维都接受来自皮肤、肌肉、
关节、小脑、前庭器官、脑干、基底神经节和大脑皮质等不同部位的信号。支配某一特
—98一
殊肌肉的一些运动神经元通常称为运动神经元池。一个池内的神经元在大小和有关机能
方面具有不同特征。一个池内的细胞数目也不同，取决于它们所支配的肌肉的大小和机
能。支配小块肌肉的池内细胞体像一条柱状，分布可扩展到一个脊髓节段以外，支配大
块肌肉的则可分布于2-V 3个脊髓节段中。从脊髓发出到达肌肉的轴突可来自一个、两
个或者三个腹根。每个腹根中有两种类型的运动纤维:“纤维和了纤维。上千个a细胞
体中的每一个都可能有多达10,000个的突触性联系。因此，进行随意或不随意运动时
的运动机能是相当复杂的。
所有运动神经元都有一些共同的机能特性:传递信号、可被兴奋也可被抑制。然而
它们执行这些机能的限度取决于它们的大小。轴突的直径各有不同，结果对肌肉的作用
也不同。直径大的轴突支配可以产生较大的肌肉力量的运动单位，而直径小的轴突支配
产生较小肌肉力量的运动单位。这是因为直径较大的轴突传导幅度较大的冲动。运动神
经元对刺激发生反应的方式也不同，取决于它们的大小。一般说来，池内较小的神经元
受到较低强度的刺激就发生兴奋。神经元的大小决定它的foil水平。实际上，细胞的相对
兴奋性与其大小呈反比关系。运动神经元对抑制一的敏感性也与细胞大小有关。.一般说
来，较大的神经元更容易被抑制。
每个运动神经元在做出反应之前，要对所有传给它的信号进行整合。一个运动神经元
池中细胞的大小、兴奋性传入信号和抑制性的净效应使其产生与当时情况相适应的反应。
训练和比赛中的运动能力
在体育比赛和训练中，动作的发起是随意性的，也是由大脑皮质发起的。动作一旦
开始，就必须对其速度、力量、幅度、方向和结束进行调节。虽然动作是随意发起的，
但是对完成情况的精细调节主要是由无意识水平控制。无意识调节发生在中枢神经系统
的低位脑干和脊髓。所有动作都是有意识和无意识两方面的结合，协同发挥机能以达到
听需要的反应。
大脑皮质与运动控制
当学习类似网球这样技巧性的活动时，开始要区别什么是正确的和不正确的动作。
反复练习的网球技术动作在脑“记忆库”(感觉皮质)中留下了正确动作定型的印象之
后，就可以区别开了。大脑皮质发起的每一次随意击球动作，都有来自感受器，主要是
来自本体感受器的反馈信息，使运动反应与感觉记忆进行比较。两者之间的任何差异都
被认为是错误。在以后的动作中就要对运动反应做调整以避免重复错误动作。
所做运动反应的种类取决于传递冲动的是运动皮质中的哪个特殊区域。在学习的早
期阶段，每个动作都要经过思考，此时运动皮质中的特殊区域主要是锥体系统(见图
3-13)。初学者准备击球的时候，会有意识地感觉到握球拍的手和肢体及躯干的位置。
击球的时候，动作主要是由锥体系统的运动神经元活动完成的。在这种情况下，这些运
动神经元通常发出冲动到脊髓，然后直接传到手、肢体和躯干的骨骼肌。随着学习不断
深入，对运动活动的控制转向锥体外系统(见图3-14)。锥体系统受到刺激产生特殊的
肌肉运动，而锥体外系统随着学习进步产生更多的一般运动定型。一旦经训练使锥体外
系统中的神经肌肉传导通路建立起来，运动员就不会有意识地感知动作的每一个细节
一99
了。结果，主要注意力集中在比赛的战术上，因为运动中有意识和随意的方面主要都被
限制在发起动作上了。
小脑与运动控制
在网球发球时，运动员随意性地使运动皮质活动，神怪系统中发生复杂的链锁反
应。锥体和锥体外系统发一出的冲动下行到与发球有关的肌肉，同时在下行过程中也经过
小脑。运动中肌肉、关节、肌健、皮肤组织和前庭器官中的本体感受器都受到刺激。它
们的传入神经将冲动传到小脑和大脑皮质感觉区，报告肌肉的活动情况。听觉和视觉感
受器也提供发球动作是否正确的传入信息。由于大脑皮质与脑干网状结构、基底神经节
和丘脑之间有密切联系，皮质和小脑都接受关于发球的传入信息。小脑对所有这些传入
冲动进行整合，以决定实际发球动作与所设想的动作的相似程度。整合的结果送到运动
皮质，以便在必要时对下一次发球动作进行调整。
小脑防止肢体做过份的挥拍动作，例如在正手击球的时候。发球一开始，传到小脑
的信息就代表着肢体在连续动作中的位置。为了完成所需要的动作，小脑发出的信号最
终引起主动肌抑制而对抗肌兴奋。与平衡有关的动作必须在前庭感受器和小脑的密切配
合下才能进行。运动中，头部的动作使前庭器官向小脑发出信号。对这些信息和其它传
入信息进行整合之后，小脑即向支配姿势肌的运动神经元发出刺激信号。
植物性神经系统与躯体性神经系统之间的关系与运动控制
肌肉收缩由大脑皮质和/或其它皮质下区域发起，但是直接兴奋骨骼肌的是躯体性
传出系统。胞体位于脑干和脊髓前角的运动神经元和由它们发出支配肌肉的轴突，构成
躯体系统，形成了C.N.S.与“外部世界”之间的联系，通过肌肉对外界环境发挥作
用。但是良好的肌肉机能需要有“支持系统”。肌肉需要有适当的血流及其运输的维持
生命的物质，例如氧和细胞营养物质等。另外，细胞产生的废物也必需排除。保证血流
供应和给它供氧的器官是心脏、血管和肺。为了根据肌组织的代谢需要协调这些器官的
机能，需要有一个接受并翻译感觉传入信息，然后又通过效应器的活动作用于这些器官
的装置。这个互相影响而使机能协调起来，使运动能够进行下去的效应器系统是植物性
神经系统和躯体性神经系统。由于两个系统都是从同一个中枢神经系统发出运动传出冲
动，从身体各部传来的传入冲动激活的是对效应器传出冲动进行整合的同一中枢。这里
所要讨论的是，活动中躯体性一植物性系统之间神经的相互作用。
通过C. N. S.使传入和传出冲动联系起来的神经与这些系统之间的协调活动有关。
信息持续不断地反馈到C. N, S.，在此被整合并翻译出来。然后，沿着运动神经发出冲
动，产生特殊的肌肉反应。运动反应的情况进一步刺激感受器‘通过这种方式，动作不
断受到监视和调节以完成工作。图3-28表示运动时躯体性和植物性系统在协调活动中，
传入和传出神经元之间的相互关系。
运动中肌肉的收缩受躯体性系统活动的影响，并且对肌肉内和关节周围的本体感受
器有刺激作用。对关节感受器的刺激通过植物性神经系统影响肺通气、心率和血压。肌
肉本体感受器通过传入一中枢神经系统一传出环路调节收缩力量，对植物性系统即或有影
响的话，也只有很小的影响。由关节感受器建立起来的躯体性系统和值物性系统之间的
一100一
关系见图3-281。图中这种关系当然是被大大简化了，但是却表明了它们之间的联系。
植物性神经系统常在运动前就被大脑皮质激活。仅仅想一想即将进行的活动就可以促使
呼吸、循环系统和骨骼肌做好准备。不过，植物性系统所受到的最大刺激通常来自活动
的肌肉。
图3-28B较为详细地描述了躯体一植物性神经系统的神经联系通路。运动起始于
C. N. S.的较高水平，例如一个人刚开始做动作的时候。躯体性传出刺激使骨骼肌收
缩。、骨关节的运动激活了它们的本体感受器。传入信号到达C. N. S，在那里又激活了
植物性系统。传出信号送往心脏、血管和呼吸肌，使它们加强活动。植物性神经对这些
器官的刺激的大小取决于骨骼肌工作的程度。这样说是合乎逻辑的，因为躯体一植物性
神经系统的主要作用是给肌肉供应足够的营养物质，并清除代谢产物。这些器官在工作
的时候，它们的活动情况不断受到它们内部和附近传入感受器的监视。反馈信息导致对
机能的调节，使其与工作肌的代谢需要达到平衡，在后面几章中将详细介绍心脏、血管
和肺在运动中的作用。
植物性神经系统
r.1…盆‘--，--:L
8
图3-28 A，运动时躯体性和植物性神经系统之间的关系fir?，每个系统
都有控制它们活动的传入感受器
反应时和运动时与运动能力
反应时((reaction time RT)指在检查对刺激的反应能力时，从对感受器施加
刺激开始，到肌肉产生收缩的一段时间。感受器经传入神经元到中枢神经系统，然后通
常经过中间神经元再到支配肌肉的运动神经元，这条传导通路越短，RT就越短。假如
在传入和传出神经元之间不经过中间神经元而发生联系，RT将更短。在那些以迅速和
协调的运动为成功之本的运动项目中，体内的反射活动是意识不到的。肌肉和关节中的
本体感受器以及调节心脏、循环系统和其它器官的反射机制，是在意识水平之下反射性
地发挥作用的。但是运动中有些反应是在有意识的水平发起的，例如起跑时的声音刺激，
或者对手移动时视觉引起运动员作出反应等。在需要迅速动作的运动中，RT短的运动
员常常更容易获得成功。
一101一
RT仅是整个反应的一部分。第二部分是运动时(MT, movement time)，指
从动作开始(RT之末)到动作完成之间的这段时间。应答时，等于RT与MT之和。
，屯
运动中RT和MT的重要性取决于MT与RT的关系。显然，MT与RT之比在10
码赛跑中要比在50码赛跑中小。在短跑项目中，RT是相当重要的，但是随着距离加
长，RT的重要性相对下降。因此，短跑运动员练习起跑所花的时间比长跑运动员多。
在同一种运动项目中，根据运动员是进攻还是防守，RT和MT的重要性是不同
的。橄榄球守方的前锋如果对传球的反应很快，就更容易抓住对方把他摔倒。不但要作
出反应，快速动作也是很重要的。然而，攻方前锋就不需要像守方前锋那样很快作出反
应，因为他可以预测到起动的信号。这给了他在对手前抢先行动的机会。当然，在比赛
中攻守两方运动员都应有较快的RT和MT，对对方的移动作出反应。
反应时和运动时的关系没有几项研究工作能证明快速反应的能力(RT)与快速
移动的能力(MT)相关。然而在多数的这些研究中，受试者在出现刺激物前，已经知道
该怎么运动。在这种试验条件下做出的反应属于简单RT和简单MT。不过运动员常
常不知道该向那个方向移动，而必须在几个方向中选择一个。在这种试验条件下的反应
称为选择RT或选择MT。有一项工作研究了选择RT和MT的关系，15名受试者根
据视觉刺激信号作出向左或向右、向前、向后移动5英尺的反应。比较选择RT和MT
发现两者有显著的相关。但是，当重复这种条件测定简单RT和MT时却没有发现相
关关系。显然，在选择刺激条件下对RT和MT来说，都有思考过程在起作用。
身体不同部份和不同运动方向中的反应时和运动时上肢的反应或运动较快并不能
保证下肢的运动也相对较快〔1618)。一条肢体能在伸的时候做出较快反应，并不见得在
屈的时候也能做出较快反应“‘”，“。’。手球运动员的手能很快对球作出反应，但他的腿并
不一定能移动那么快;反之亦然。同样道理，拳击运动员可能出拳很快，但是在脚步前
后移动方面却不一定比对手占优势。这些关系已由Loockerman和BergerC15’清楚
地证明了。他们测定了手的RT和MT，并与全身RT和MT做了比较。手移动15
英寸，全身移动5英尺。比较手RT和全身RT表明，可以从一个指标推断另一个，
但是准确性较差。比较手MT和全身MT，则发现根本不能互相推算。这些结果对简
单或选择刺激条件下的RT和MT都适用。
由于身体各部位的RT和MT各不相同，因此只有测定与比赛条件相同的动作和
肢体，才能准确地判断运动员的运动能力。如果跑直线或跑曲线是运动员获胜的基本条
件，那么这些运动能力的最好指标是测定做这些动作的RT和MTo RT和MT的
特殊性也与训练有关。要想更直接地改进RT和MT，就应该练习比赛中所存在的特
殊动作。因此在运动场上训练对适应比赛条件的效果最好。
反应时和运动时与年龄和性别快速反应和快速移动的能力在某种程度上是可以学
习的。通过运动训练，一个人可以学会如何能对刺激反应得更快一些。经过训练，橄榄
球后卫能理解对手的动作，并很快作出反应。径赛中准备起跑时，运动员经训练可以学
会如何能更快的从起跑器上起动。
除了学习之外，还有一些影响反应时的因素。这些因素大大限制了多数运动员的速
度素质。与RT和MT及快速移动能力有关的最重要的两个因素是年龄和性别。虽
然一个人经过训练可能会达到很高的速度，但是在身体完全发育成熟之前，年轻运动员
一102一
不会达到他的最佳水千。年龄大些的运动员，已经渡过青春期，反应时可能会有所下降。
RT和MT两者都随年龄增长而变慢〔20 a， 21 ,22)，并且常常在运动素质下降中反映出来。
年龄在10岁至20岁之间反应时是加快的。30岁以后反应时逐渐变慢。这种情况见图
3-29，这是用手和上肢做on英寸圆周运动时的反应情况。尽管在动作比较简单，并包
括11英寸的手臂向前运动时，也表现出相似的结果(19)
37
38
拍404142
运动时
，J月啥口0
月，才甲月呼
诊202122
反应时
年龄(岁)
图3-29用手和前臂做36英寸的圆周运动时的反应时和运动时变化
RT和MT随年龄而变化的情况在男子和女子中是相似的。但是男子的MT一般
较快，而RT仅稍快一些。这个结论来自一项利用听觉刺激〔21〕和另一项利用视觉刺
激(23)，让手臂做不同复杂动作的研究工作。男子常常在MT方面优于女子，因为他们
力量较大。已经发现，由于力量与MT之间有显著相关〔19)，可以认为，力量较大的男子
动作也较快。然而对于RT的性别差异却不好解释，因为没有现象表明哪种性别的神经
冲动传导速度较快。也许这种差异是参加运动多少的结果。在美国，男子比女子更经常
地参加体育活动，可能为男子具备较快的RT创造了条件。
神经活动的交叉影晌
采用负重，例如举重，对肢体进行超负荷训练，可以增强对侧肢体的力量〔24-26)0
虽然，工作肌向脊髓发出传入信号，然后传到对侧肢体的运动神经元，促进其兴奋。对
这些运动神经元持续和反复地进行刺激，使对侧肢体的力量增大。这种现象主要是受训
练肢体引起的神经性影响。因为对侧肢体的肌肉并没有在ARM水平的力量下收缩，任何力
量增加都不是超负荷的直接影响。Berger和Bavies的研究表明，不仅对侧肢体的
力量增加，而且存在与练习肢体相似的交互影响(图3-30) (24)。请注意，在等动练习器
上训练使一条腿的力量增到最大，同时对侧肢体也有平行的、但是较小的力量增加。本
研究中共训练了9周，每周练习3次。
在工作后的恢复期中也见到了交叉影响的现象。当一侧肢体练习到力竭之后，如果对
侧肢体进行活动可以加快练习肢体力量的恢复〔26a )。青年男子以其有力气的一侧臂(即利
练习的肢体4秒/饮
..............‘.
﹃别洲刹
练习的肢体2.5秒/次
.......翻.目口翻.妞目.
﹁酬剑翻注
一隋睡嵘网除
曰砂潮阴
呀|外|徒刽引件
最大勃置里的百分数
图3-30在不同运动速度下，未经训练的肢体与经9周超负荷训练的另一侧肢
体的伸膝力量(见图1-31)注意，训练效果最大的那一组的对照肢体力量所发
生的交互影响最大
侧臂)举25磅的哑铃，尽可能多举。力竭后马上换用对侧肢体运动。2分钟后利侧臂又
能举起同样多的次数了。在另一次观察中，其它条件相同，但是在利侧臂休息时，对侧
臂不做运动。结果表明对侧臂运动而不是休息时，利侧臂恢复了更大的力量和耐力。显
然，对侧臂对利侧臂有交叉性影响。这种影响可能与对利侧臂肌肉的运动神经有较强的
神经支配或易化作用有关。在另一项研究中，利侧臂工作到力竭时，对侧臂以较轻的负
荷运动，也有相似的结果〔27)。对侧臂运动之后，利侧臂的收缩力量明显增大。
训练原则
1.如果强大的肌肉力量是某项运动成功的关键，采用下述方法有助于提高成绩:
(a)快速牵拉肌肉，(b)牵拉与向心收缩之间延搁的时间越短越好，(c)牵拉的长
度较长。快速牵拉刺激受牵拉肌肉中的肌梭。牵拉长度较长可增大刺激。牵拉肌肉与向
心收缩之间的延搁时间短可增大肌肉力量，因为引起了更多的运动单位兴奋。如果延搁
时间过长，会使收缩力量下降C28)。延搁引起肌梭传入冲动的频率下降，结果使它们对
a-神经元的影响减小。
2.如果下一个动作的主要目的是提高准确性，那么牵拉就应该较慢较短。较慢较
短的牵拉对肌梭的刺激较小，因而对支配肌肉的a一神经元的刺激也减小。所产生的效
果是力量下降，结果能对协调动作做更好的调节，因为收缩时间延长，可以判断调节情
况以达到最高的准确性。
3.一块肌肉的收缩可以使其它一些肌肉的力量增大。跳高运动员如果使腿部以外
的肌肉收缩可以增加踏跳力量。竞技举重运动员在用上臂和肩的肌肉举杠铃时，面部甚
至小脚趾的肌肉也要收缩。这些伴随活动的肌肉发出的传入神经冲动，经脊髓中间神经
元到达参加工作的主要肌肉，增强它们的兴奋。
4.在快速、爆发性的运动之前做好“准备姿势”可以提高运动成绩。运动员在赛
跑前做好起跑姿势，牵拉和肌肉的收缩使支配肌梭的Y一运动神经元活动增强。这时肌
梭对刺激变得更加敏感。因此当枪声一响，使更多的肌梭传入纤维发生兴奋。结果使更
一104一
多的支配赛跑肌肉的运动神经元受到刺激，增大了叽肉力量。
5.做击球动作时如果发力过早，可能会使击球力量下降。挥棒击棒球时用力过大
过早，可能刺激高尔基键器而抑制肌肉力量。结果对球挥棒时就得不到最佳速度。开始
挥棒时加速度应较小，然后逐渐加速直到击中球。避免了突然开始动作，就能使高尔基
键器的活动及其对收缩肌肉的抑制效应减小。
6.将本体感受器发出的反馈信息与正确的技术动作相比较，才能学会技术性动作。
做技术性的体育活动时，运动员应有意识地感觉“正确的”动作。他把自己的感觉与从
关节感受器传来的反馈信息进行对比，然后在下一次动作中改正错误。当感觉到本体感
受器的反馈信息是正确的，就学会了动作。由于能够兴奋和抑制恰当的肌肉，神经系统
中的技术动作的神经肌肉定型更加牢固。如果运动员的动作感觉不正确，反馈信息又进
一步加强了这种感觉，运动成绩就很差。对运动员进行适当的正确的指导，使他获得正
确的感觉，可以避免这种现象。
7.学习技术动作时要抑制先天性反射，必须经常反复练习动作。有些动作学习时
间较长，是因为某些反射对它们有抑制作用。要有效地学习某些技术动作，必须先抑制
前庭器官引起的翻正和平衡反射。学习像体操和跳水中常见的空翻或其它转体动作，必
须有意识地抑制这些反射性反应。学习时，要使与这些反射性反应相对抗的肌肉收缩。
随着学习过程深入，形成了反射性的突触性抑制，这时就不必有意识地使对抗肌收缩
了。克服那些妨碍学习技术动作的反射的基本方法是经常反复地练习动作。
8.头部与身体其它部分的相对位置发生变化时，可引起肌肉力量变化。有时头部
姿势改变引起肌肉力量增大可以促进某些运动中的动作。在跳水和技巧运动中，头腹侧
屈可以促进前空翻中躯干和肢体屈曲的动作，头背侧屈可以促进直体后空翻中的伸展动
作。在颈部姿势引起的促进作用影响下，可以提高这些动作中的肌肉力量。卧推举枉铃
的时候，头背侧屈常能使人举起更多的重量。头腹侧屈能增加屈肘肌的力量。在需要较
高肌肉力量的技术性运动中要达到最佳成绩，应该使头部姿势有利于增大力量，当然，
注意不要影响了正确动作。如果头部姿势既能使肌肉力量达到最大，又不影响正确动作，
就能取得更好的运动成绩。
9.牵拉肌肉可以解除肌肉痉挛，减轻肌肉酸痛，增加关节的柔韧性。持续牵拉肌
肉时，一开始可能会刺激肌梭，但坚持一段时间后便会使肌肉活动减轻。如果对抗叽收
缩，能使受牵拉的肌肉进一步放松。对抗肌收缩引起的交互抑制反射，使受牵拉的肌肉
更加放松。减轻肌肉痉挛、缓解肌肉酸痛、增加关节柔韧性的一般方法是使对抗肌有力
地收缩。如前所述，这样收缩会使肌肉最大放松并进一步减轻对牵拉的阻力。
10.重力线在支撑面之上时才能保持身体平衡。为了加强平衡，应尽量使支撑面增
大、重心降低。前庭器官可以通过效应器肌肉必要的收缩使身体保持平衡。关节和皮肤
中的本体感受器对运动的反应提供了反馈信息，如果必要可改正以后的动作。如果主要
目的是保持平衡，身体姿势应尽量扩大支撑面。但是如果主要目的是做出优美的动作，
如跳舞时，运动员就可能不得不为了优美的动作而不顾平衡。在许多情况下，感觉传入
冲动总是与所需要的运动传出冲动相匹配的。
11.为了加快RT和?,T，应该用运动中的特殊动作练习和训练，对RT和}11T
进行专门训练，是指训练的影响对实际运动中的动作有高度的特异性。从理论上讲，加
一195一
快R2,和MT的最好方法就是练习要改进的实际动作。这样可以建立最适当的神经
肌肉定型，因此在遇到刺激时，做出反应和完成动作的时间就减少。采用正确的练习方
法，需要高位脑中枢参与的对刺激的有意识反应可减少。大脑皮质水平的考虑时间减少
使得动作加快。但是要使RT和MT得到高度的皮质下中枢控制，需要进行特殊的训
练。
12.某一肢体因石膏固定或其它限制而不能运动时，可因对侧肢体的训练而受到练
习的影响。由运动的肌肉引起的不参加运动肌肉的综合性影响，伴有肌肉力量和耐力的
增加。在中枢神经系统中，运动肌肉的肌梭发出的动作电位由中间神经元传给对侧肢体
的运动神经元。结果使不活动肢体的部分运动神经元被兴奋，另一些被易化，因而使它
们的阂值降低。结果使不活动关节周围的肌肉萎缩减到最小程度。健康肌肉进行周期性
有规律的超负荷训练，重的负荷大约以能重复10次左右为度，看来是保持对侧肢体有
损伤肌肉的训练效果的最好方法。
(周佳音译)
一106一
第四章
劳动和运动中的心脏
心脏是具有四个腔室的泵，将血液送往全身。泵血活动由心肌交替地收缩和舒张来
完成。在安静时，心脏跳动较慢，因为此时机体的代谢需要比较小。但是，当骨骼肌进
行很强的活动而需要大量的氧的时候，为了增加血流量，心跳次数可达到安静时的三倍
左右。骨骼肌对能量的需要与心脏活动协调一致，才能使人体在相当长的时间内持续活
动。随着肌肉代谢活动加强，同时体内化学代谢产物释放堆积起来，对血流量的需要也
大大增加。为在长时间内保证有足够的ATP能量来源，血液必须把足够的氧输送给正在
工作的肌肉0推动血液流动以使能量出入达到平衡，这就是心脏的机能。
由于肌肉代谢活动与心脏机能之间有密切关系，因此可以用心率来评定工作或运动
时心血管系统所产生的应激情况。不同人的心血管适应能力可通过定量工作引起的心率
变化来比较。另外，在运动中还可以用心率作为指标，以达到预定的应激水平。
心脏的结构和机能
心肌与骨骼肌在许多方面很相似，它们都能做向心收缩而作功;长时间活动都需要
氧;它们的肌纤维都受神经支配;都利用相同的一些营养物质维持其活动。但是，这些
肌肉在机能上却有较大的差别。虽然在长时间持续活动中两者都需要氧，但骨骼肌可以
在无氧情况下进行短时间的活动，而心脏却不能。心脏和骨骼肌都受神经的支配，但心
肌可以在没有神经刺激时自动收缩。心脏休息从不超过一秒钟，而骨骼肌却可以休息几
个小时。这些机能上的差别有些可从骨骼肌和心肌结构上的差异中反映出来。
心脏组织
心脏是个肌肉器官，位于胸腔内(图4-1, 4-2)。它的壁几乎全部由一种肌肉构成，
这种肌肉既不同于骨骼肌，也不同于平滑肌。但在某些方面，，心肌和骨骼肌具有共同的
性质。它们都具有由肌纤蛋白丝和肌凝蛋白丝组成的肌原纤维，它们交错对插，在收缩
时互相滑动。心脏的肌肉属于心肌。在心肌层的内表面与血液和心脏腔室相接触的，是
称为心内膜的一薄层细胞。、心肌层的外表面包有称为心外膜的薄膜。心脏外面由一个纤
维囊包裹着，称为心包。
由于各个腔室中的血压和血流阻力不同，造成了心壁厚度的差别。血液从左心室中
射出必须克服主动脉内巨大的压力和阻力，为此，左心室肌肉在收缩时要比其它腔室付
出更大的力量，结果造成左心室壁比较肥厚。各腔室中血压的相对差别能代表心脏射血
时所需要的肌肉力量。下面两个腔室(心室)中的血压可相差5倍之多。上面两个腔室
(心房)中的血压可仅为左心室压力的1/590
由四个腔室构成的心脏中有四个单方向开闭的瓣膜，它们形成了心房与心室之间、‘
动脉
左肺动
左肺静脉
卵圆窝缘
合卵圆窝
静脉
冠状沟中的
心大静脉
于背室间沟
L中静脉
图4-1
心脏的后面(背面)观
头臂动脉
左颈总动脉
肺静、月衣
冠状沟
图4-2心脏的前面
(腹面)观
一108一
心室和大动脉之间的通道(图4-3)。两心房与心室之间的两个瓣膜称为房室瓣(AV
瓣)，使血液从心房流入心室而不能倒流。右心室与肺动脉和左心室与主动脉之间的瓣
肺动脉瓣联合
左冠状动
右冠状动脉
冠状.窦一
心中静
图4-3除去心房和动脉后，从上面观心脏的开口和瓣膜
膜称为半月瓣。血液从大静脉进入右心房处和
从肺静脉进入左心房处都没有真正的瓣膜。为
防止血液反方向流动，瓣膜被健索固定在心室
壁的乳头肌上。它们并不能使瓣膜开放或关
闭，仅能防止瓣膜外翻。
心肌组织的每个肌细胞都具有横纹，含有
粗的肌凝蛋白丝和细的肌纤蛋白丝，与骨骼肌
相同(图4-4)。心肌细胞比骨骼肌纤维短，并
且具有一些分支。这些细胞分支使各细胞互相
连接起来，连接处的结构称为闰盘。相邻细胞
的膜在闰盘处融合，使动作电位能从一个细胞
传到另一个细胞。细胞膜融合的地方叫接点
(nexus)。除了一般的心肌纤维之外，在心
脏的某些部位还含有形态不同的特殊类型的肌
纤维。这些纤维是心脏正常兴奋的基础，并形
成网状的所谓传导系统。它们与其它心肌纤维
接触形成接点，使动作电位在细胞间传播。
注l 4}_
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血管-
图4-4心肌纤维的纵剖面
心脏肥大
由于要把血液射入压力很高的大动脉中，结果左心室中的压力也要升高，最终使左
心室的壁变得比其它腔室的壁更为肥厚。在长期剧烈运动的作用下，心脏会变得格外肥
大。比较运动员与非运动员左心室壁的厚度和心脏容积可显示出这种影响。运动员心室
壁一般都比非运动员肥厚，厚度可超过非运动员1^30%以上〔‘〕。厚度的大小可能与超
负荷训练的性质有关。以长时间持续活动训练的耐力性运动员，其心输出量要保持在极
限或接近极限的水平上，他们心室壁的厚度就不如那些参加短时间高强度肌肉用力活动
(例如摔跤)的运动员增加得那么显著〔‘’。显然，在爆发性用力时血压大幅度上升，需
要心脏以更大力量收缩来克服增加了的动脉压力。这种影响使左心室产生更大的超负
荷，结果使其更为肥厚。
心脏容积
身体训练也会影响到心室腔的容积。经常进行心脏和循环系统应激训练的人，心脏
容积变得较大〔”。耐力性运动员的这些变化比爆发性运动员更显著，例如橄榄球运动员
与举重运动员。由于心室容积部分地决定了心脏能射出多少血液，因此能使心脏容积扩
大的训练也能使每搏输出量(每次心跳所射出的血量)增加。一些受试者在自行车测功
计上训练了七周，每周两至三天，就显示出了这种关系〔“〕，心脏容积增加了约l nla%.9
运动中每搏输出量增加了约25%。每搏输出量增加的幅度比心脏容积大，这可能是受另
一种使训练中每搏输出量增大的因素的影响。这个因素就是心室收缩力，它能使左心室
排出更多的血液。
在没经过训练的人中，总的说来男子心脏容积比女子大40%左右〔“〕。这种容积上
的差别部分是由不同性别的身体体积差异造成的。一般体积较大的人心脏体积也较大。
然而经过紧张的训练之后，男子心脏容积可增加18%，女子增加290o，两性之间的差别
从40%降为18%左右〔“〕。这18%才更正确地反映了男子和女子体重造成的差异。
心脏中的血流
心脏收缩产生压力变化，使血液从心脏的一个腔室流到另一个腔室。心房收缩时
心房内血液受到的压力超过心室中的压力，引起血液流动。心室充满了血液，并且心房
舒张之后，心室收缩，心室内的血压升高。当心室压超过动脉压后，血液被射入循环系
主动脉
右肺
上腔静脉
防止肺动
和主动脉
倒YI哟瓣
下腔静脉
房室瓣由
，细的健
索缚于心肌之上
防止心室血液流
入心房的房室瓣
心脏中血液流动方向
阳勺
一
才任
图
一110一
统的血管中。
血液在心脏中流动的顺序是，从右心房开始，它接受两条大静脉的回心血液(上腔
静脉带来上半身的血液，下腔静脉带来下半身的血液)(图4-5);由于心房的收缩，右心
房中的血液经房室瓣(三尖瓣)进入右心室;在这里，右心室收缩将血液经半月瓣射入
肺动脉;血液在肺中摄取氧，并释出二氧化碳，然后经肺静脉回到左心房;心房收缩，
使血液经另一个房室瓣(二尖瓣)进入左心室;左心室收缩，使血液经另一个半月瓣进
入主动脉。左右两心房是同时收缩的，左右心室也是同时收缩的。心房收缩的开始稍前
于心室收缩(0.0s至0.12秒)。结果两心房和心室不断地射出等量的血‘液。进入各大劝
脉的血量是相同的。
心脏的血管
心脏必须持续不断的供应氧和代谢燃料，以补充玉作中消耗掉的能量。只有当心脏
工作时做的功与产生的能量相适应时，才能达到能量消耗与恢复的平衡。心脏中能量的恢
复要靠流经心脏冠状血管的血液中的物质。同样，代谢的副产物也要由血液运走。血液
与心脏细胞中的物质交换发生在毛细血管中，这同骨骼肌是一样的。血液从冠状动脉流
经小动脉、毛细血管、小静脉，然后到静脉。冠状血管中的静脉血在右心房房室瓣的上
方直接注入心脏。
冠状动脉像王冠一样包绕着心脏(因此而得名)，位于心室顶部(参见图4-1和4--
2)。在主动脉窦左右两侧发出两支冠状动脉，逐渐分支进入心肌。这些分支形成丰富的
血管网，分布到所有心肌细胞，结果使血液与收缩纤维之间的距离缩短。这可能是能从
毛细血‘管血液中摄取大量氧的原因。安静时，实际上约有近75%的氧是从这部分血液中
摄取的。这个量比安静时骨骼肌从血液中摄取的氧显然高5%以上。
冠状血管在心室舒张期充盈血液，收缩期将血液排空。心收缩期血.液输出总量的
3----,,10%要流经心脏本身。在重体力工作或运动中，冠状血.流可增加5倍。长期剧烈运
动的训练会使线粒体的数量增多，这对提高心脏的氧化能力有重要作用〔“’。身体训练是
否能引起心肌组织中的呼吸链酶水平产生生物化学适应还不清楚。有迹象表明，线粒体呼
吸链中的酶(以每克心肌组织表示)经训练没有显著增加，可能是由于在正常情况下，
心肌中酶的活性是骨骼肌的5倍。因此，即使是在剧烈运动时，心肌工作也没超过其呼
吸机能的限度。
体力活动可以使心脏中有更多的血管开放〔5-9)。动脉网中侧枝增多可能是运动中血
管舒张使血流增加的结果。在由于动脉粥样硬化引起周围组织缺氧的心脏中，心、肌血管
侧枝增多更为显著。在阻断冠状循环的动物实验中可一以见到这种情况〔3)。由于缺氧，运
动训练后毛细血管与心室肌纤维的比率增加。因为增加了血流量和心肌氧吸收量，而使
缺氧情况缓解。
心脏冲动的传导
切断支配骨骼肌的运动神经，肌肉就不能收缩，但是心肌却不会发生这种情况。如
果中枢神经系统支配心脏的神经被切断，心脏仍然可以收缩。在没有神经支配时，使心
脏收缩的刺激是进入心腔的血液量和血流速度。除神经支配活动外，调节心脏射血的机
一111一‘
制是心脏内在的自动调节。安静时，心脏受到内在的自动调节和神经刺激的双重控制a
然而在重体力劳动或运动时，内在的自动调节起更大的作用。在正常条件下，心脏内的
冲动起于窦房(SA, Sinoatrial)结，它位于右心房后壁近于上腔静脉开口处(图4-
6)。此结仅3毫米宽，1厘米长。冲动由SA结传布到心房肌纤维，引起心房收缩。
同时，冲动也传到房室(AV, atrioventricular)结和称为房室束(希氏束)的纤维
束，再传给心室，引起心室收缩。冲动通过AV结传到希氏束的延搁时间约为0.10秒，
因而使心房有足够的时间，能在心室收缩开始之前完成收缩(图4-7)。冲动在希氏束上
图4-6窦房结及其向心脏各部发出的冲动
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图4-7在心室兴奋前，心房中兴奋的开始和结束
传导很快(1米/秒)，因而所有的心室肌纤维几乎同时接到冲动。SA结称为心脏的起
一112一
搏点，因为它控制着心脏的跳动。心脏冲灼通常都是由SA一结控制的，虽然在异常情况
下AV结和AV束也可以发起冲动。SA结发放冲动的频率比AV结和AV束都
快。如果两个相连细胞以不同频率自动收缩，那么兴奋快的细胞就决定着兴奋较慢的细
胞的节律。这便是SA结起着心脏起搏点作用的原因。
心肌的全或无定律
心肌的全或无定律除了一个例外，其它均与骨骼肌相同。在骨骼肌中，每一条肌纤
维只有达到了它的阂值才会收缩。但在心肌中，肌纤维并没有肌纤维膜互相绝缘起来，
一个冲动可从一条兴奋的纤维传给所有其它纤维。因此，全或无定律适用于整个心脏，
而不象对骨骼肌，仅适用于单一肌纤维。
心脏的电活动和机械活动
心脏的电活动在收缩期和舒张期有所不同。记录下来的心脏电活动称为心电图
(electrocardiogram, ECG)。电信号由贴在皮肤表面的电极拾取。ECG是所有心肌
纤维在去极化和复极化时电活动的总和。心脏每跳动一下所产生的电活动波形都十分相
似。波形的各个部分与心房和心室去极化和复极化的不同阶段有关。图4-8上面是心跳
一次所产生的心电图波形。
P波代表心房的去极化;QRS波间期反映心室的去极化和心房的复极化;T波代
表心室的复极化。ECG与心动周期中的机械活动有关，机械活动是心肌收缩引起血液
压力变化的结果。ECG与相应的心脏中血流和血压的变化总结于图4-8，此图似乎难
以看懂，但是如果一步步去分析则有助于读者了解ECG和心脏机械活动之间的实际
关系。首先介绍心动周期中左心的活动.，然后再谈右心。回想一下，舒张期是指心室松
弛的时间。图中表示出了心动周期中的不同阶段，从左心房心室都松弛的舒张末期开始;
再到心室肌收缩的收缩期;最后以舒张前期后的心室肌舒张结束。
舒张期左心房和心室都处于舒张状态，但是由于血液从肺静脉进入心房，左心房
的压力开始稍稍超过左心室。因此，在心房收缩以前，血液已经过心房进入心室。实际
上，在心房收缩前心室充盈的血液就已有8000左右，而其中的大部分是在心室舒张前期
发生的。在血液从心房流入心室的同时，由于心室中的压力低于主动脉压，因此主动脉
与左心室之间的主动脉瓣是关闭的。
心房收缩期在心房舒张期末，8八结发放冲动并使心房去极化，产生P波，引起
收缩。心室收缩期之前，心室中的血量称为舒张期末容积。
心室等容收缩期去极化波从心房传到心室表现为心房复极化和心室去极化产生的
QRS波，它代表心室收缩开始。心室收缩挤压血液，引起压力急剧上升。压力升高使
房室瓣关闭，防止血液向心房回一流。在一个短暂的时期内，血液并不能流出心室，因为
主动脉压仍高于心室压。心室收缩的这一早期时相称为心室等容收缩期，因为此时心室
容积保持不变。在这一时相中，心肌纤维的长度不变，如同骨骼肌等长收缩。
心室射血期当心室压力超过主动脉压时，主动脉瓣开放，血液射入主动脉。心室
并不完全排空，射血后残余的血液称为收缩期末容积。随着收缩时血液被压出，主动脉
压与心室压一起持续上升。同时，_由于血液不断从肺静脉回流，心房压上升。
一113一
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肺动脉
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右心室容积ml
Z、
左心室容积
(ml)
“Lb,
2131 4 15
张期收缩期舒张期
右一尽赞，唾r色
舒张期中
支
心房收缩
2
心室等容收缩心室射血心室等容舒张
图4-8心动周期的各个阶段和血流和血压的相应变化。在左心和主动脉中，AV瓣在C’处关
闭，在0'处开放;主动脉瓣在0处开放，在c处关闭。心脏收缩的部位为黑色。在右心和肺
动脉中，AV瓣在c‘处关闭，在of处开放。肺动脉瓣在0处开放，在c处关闭
心室等容舒张期心室收缩期后，心室很快舒张，压力下降低于主动脉压，因此主
动脉瓣关闭。这一时相表现为复极化的T波。然而心室压仍高于心房压，所以AV瓣
仍然关闭。心室舒张的这一早期时相称为等容舒张期.。这种状态持续到心室压低于心房
压，AV瓣开放使血液流入心室。如前所述，在舒张前期心室就几乎完全充盈了，因而
即使心率很快、舒张期大大缩短时，也能保证充盈量不显著减少。
心电图和肺循环压电活动与右心压力之间的关系总结于图4-8。右心活动的阶段
与左心同步，反应的类型也相似。右心与左心差别较大的是心室和心房的压力，前者压
力较低。左心收缩必须产生比右心大的压力，才能将血液射入压力相对较高的系统中。
这种额外的压力造成左心室壁较厚。右心的肺循环是个低压系统，因为肺动脉对血流的
压力阻力相对较低。虽然左右心室压力不同，但每次心跳两心室射出的血量相同。
安静和工作时心脏的活动
心脏组织的机能有许多独特之处。」它可以反复收缩，间以相对很短的休息;它的收
一114一
缩不受意志支配;每次收缩与下一次收缩的型式基木上都是一样的;‘言的主要任务是将
血液推入血管;它极不容易疲劳;它能满足各种工作的需要。骨骼肌不能连续工作否则
将力竭，也不能总是在无意识水平下工作。而且骨骼肌的收缩类型也不同，它取决于运
动时的负荷与动作的方向。心肌与骨骼肌的主要区别在于它们的主要机能:骨骼肌在关
节处使骨移动并能加固关节;心肌则推动血液通过循环系统。了解心脏的活动，可以研
究心脏独特的机能特点和训练、性别与年龄对这些特点的影响。
心动周期
从心脏一次收缩结束到下一次收缩结束的时间称为心动周期。每个周期以右心房的
SA结发出冲动开始。在周期中心脏发生收缩和舒张。在安静时，心房的舒张时相(舒
张期)是收缩时相(收缩期)的7倍以上。安静时心室舒张期约比收缩期长?50/00
心率
每分钟心室跳动的次数称为心率(heart rate, HR)。心率通常是通过脉搏频率
则定的，即测定颈部的颈动脉或腕部的挠动脉每分钟传过的压力波数。正常人心率与脉
博频率相等。两次心跳之间的时间即是心动周期的间隔。在安静时和工作时，心率主要
受进入心脏的血液和植物性神经系统的调节。支配心脏的迷走神经使心率减慢(心动徐
缓)，而交感神经使心率加速(ib动过速)。
在安静时，非运动员心率约为75次，而以有氧训练为主的运动员约为53火。运动
员安静时心率下降是进行持久的长时间身体训练的结果。心动徐缓的原因与一训练对植物
性神经系统的影响有关，特别反映在支配心脏的迷走神经(副交感系统)。训练既可以增
加对HR的副交感抑制(刺激增强)，也可以使交感兴奋减弱，或者同时影响两者。最
近的研究结果表明，安静时的心动徐缓主要是副交感纤维兴奋增强而抑制心率的结
果“0，“〕。
虽然在安静时男子与女子心率基本相同，但在工作中心率却不一样。在青年人中，
当以最大耗氧量(}rOzmax) 50%工作时，男子心率比女子低〔12)，男子约130次而女子
200175150!25
心率
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一
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八U气勺、
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呀.二
图4-9一不同年龄和性别心率的变化
一飞1气一
140次。而在最大工作时HR却无性别差异。然而，两性最大心率都随年龄增加而下
降。10岁时心率约210次，逐渐下降到65岁时的165次03, 14)。心率与年龄之间的关系
见图4-90
每搏输出皿
每次心跳由一个心室射出的血量称为每搏输一‘出量(stroke volume,SV)。进行
长时间剧烈的有氧训练可使SV增加。如同所预想的那样，经过训练和未经训练的人
在安静时和工作中Sv是不同的。未经训练灼青年，安静时每次心跳约射出80毫升
血，而有训练的青年则可射出110毫升血。做最大工作时，未经训练组SV增加到1.10
毫升，而有训练组增加到160毫升。一些具有较高有氧工作能力的运动员SV可达220
毫升以上。
SV还因年龄和性别而不同(图4-10)。青年男子工作中SV的平均值(110毫升)
到65岁时下降为88毫升。在女子中也能观察到类似现象。下降的部分原因是由于年龄
增大后活动减少所致。按平均值来算，不同年龄女子的SV均相应低于同龄男子。青
年女子安静时SV平均值为60毫升，男子为80毫升。在运动时，女子SV增加到
90毫升左右，男子则达到110毫升。差别的主要原因在于男女身体体积不同。
每搏输出量八毫升)
44
年龄
图4-10不同年龄和性别每搏输出量的变化
心输出量
心脏每分钟内向循环系统中射出的血量称为心输出量(Q)o Q取决于每次心跳射
出的血量(SV)和每分钟的心跳次数(HR) 0Q的计算公式为
0二SVxHR
根据前面所提到的SV平均值(未经训练的男子110毫升，有训练的160毫升)和
男子的最高心率(195次)，0等于
(未经训练)0=110毫升x 195二21.50升/分
(经过训练)Q二160毫升x 195二31.20升/分
由于sv和HR都随年龄而下降，两性的心也随年龄而下降。男子和女子的心与
年龄之间的关系见图4-11。根据前述HR和S‘V值得出女子的Q值。男子由于身体体
积大，Q值也比女子大。然而，如果用体重来表示Q，性别之间的差异便可以忽略。虽
然以每磅体重表示的Q，男女之间没有显著差异，但是两性以每磅体重表示的耗氧量却
存在差别。由于在大多数练习和运动中要克服的最大负荷是体重，因此在进行最大工作
时女子在氧的利用方面是不利的。
20l5
心输出量(升/分︾
j一一一一-30——一-4o一一‘-一L二二0-一一—一访’..一
年龄
图4-11不同年龄和性别心输出量的变化
心输出量的调节
安静时心脏每分钟可射出4至6升血:，但在重体力活动时，射血量可达此值的5
倍。在运动中心输出量可以增加如此之多，是由于代谢活动增强对sv和IIR的刺激
作用。甚至在运动开始前，支配血管和心脏的交感神经兴奋就已使进入体循环的血液增
加，并同时使心率增加。运动开始时，对心血管系统的这些作用很快进一步增强。运动
引起的Q增加十分显著，并且发生的如此之快，因此不能单以运动肌肉的代谢活动增强
来解释这种现象。Q的增加和下降，通常发生在一分钟之内，但是由于收缩肌肉的工作
负荷和代谢需要，可以达到一个平台期。Q在早期快速地增加，主要是由于血液从内脏
器官和不工作的肌肉转移到外周循环中。由于Q是sv和HR的乘.积，这些相互影
响的因素都对0有调节作用。弄明白调节sv和HR的机制才能进一步了解t的调
节。
每搏输出量的控制
调节sv主要有两个机制:(1)进入心脏的血量;(2)植物性神经系统神经兴奋的程
度。血量的调节属于自身调节，因为它产生内部影响。血流冲进心脏时，增大的压力牵
张心肌。牵张的程度决定着收缩期收缩的力量。进来的血液越多，饭越有力量。血液
增多和心肌收缩力增强的综合效果使sv增多。当支配心脏一的交感神经也受到刺激，这
在运动中是经常发生的，sv会进一步增加。植物性神经系统的调节属于sv的外部调
一117一
礴考去
一口。
每搏输出量的内在性控制
内在因素对S Y的控制包括血量对心脏机能的影响。但是在讨论这些因素之前，首
先要知道大量的血液如何能在运动时从身体的其它部位转移到心脏。一个人在运动时，
大量血液从内脏器官和不工作的肌肉转移到外周循环中。这种活动使经循环系统到工作
肌肉的血流量增多。血液转移是由血管收缩造成的，支配血管平滑肌的交感神经活动使
血管收缩。血液被从腹腔和胸腔的内脏中挤压出来。这些部位排出的血量取决于运动的
剧烈程度。在重体力活动中，内脏血液供应可减少3000 C15)，在中等活动时约减少
40%(16)。剧烈运动对体内血液分配的影响见图4-12。除了脑以外，全身组织都发生血
液重新分配。请注意血流增加多发生在那些直接参加活动的组织中，例如心脏和骨骼肌，
以及散发身体多余热量的皮肤。虽然不同器官和组织的血流量是受交感神经引起的血_管
收缩调节的，但是流经工作肌肉的血流量受到代谢终产物的调节，它们可引起血管舒张。
肌肉的血流增加可以提供更充足的氧，并运走多余的代谢产物。在运动中，肌肉的血流
量可增加3倍。
运动中的呼吸可以加快血液流动，呼吸使静脉压增加，因而有助于推动血流通过静
脉流入心脏。骨骼肌对静脉的“哪筒”作用也可以使静脉压增加。肌肉收缩压迫静脉时，
由于静脉中瓣膜的单向作用，血液只能向心脏方向流动。心腔中的压力是由血液压迫
心壁产生的，使心肌扩张。心脏肌肉受牵张的程度决定着收缩力量的大小。牵张越强，
收缩力量越大。骨骼肌也存在牵张增大收缩力量的类似现象。Frank和Starling在
1914年阐述了心肌纤维长度与收缩力量之间的关系〔17)。结果，在本世纪前半9-卜，对于
随工作水平不同而造成的Sv差别多用以下几条原则解释:(1)Q由静脉回心血量决定;
②当HR不变时，SV由回心血.量决定;(3)S'V直接取决于舒张期未充盈量;(4)静息
纤维的张力取决于它们的长度;(5)舒张期充盈量和心室容积取决于充盈压;(6) )b肌收缩
时释放的机械能取决于心肌纤维的长度〔‘”〕。最近采用新技术进行的研究认为，SV和
白并不象Starling定律所提出的，仅是心室血量变化的结果。研究者证明，在安静
时和运动中，心脏舒张末期容积是相对不变的〔‘”〕。如果是这样，那么运动中SV的增
加就是由收缩期收缩力量增大造成的，使心室排空得更完全。另一些因素也对SV和
Q有调节作用，例如心动过速(HR增快)和对心肌的交感刺激。这些影响心率的因素
和神经效应将在本章后面探讨。无论怎样，Starling定律是调节SV的诸因素之
心脏射出的血量或Sv特别取决于收缩期左心室的收缩力量和舒张期末的心室容
积。决定舒张期末心室容积的内在因素参见图4-13。由于SV和静脉回流量必须相等，
所以一个增加必然使另一个也增加。因此可以说，舒张期末心室容积由静脉回流量决定。
要使运动中静脉回流量增多，驱动血流的力量或静脉压(静脉与右心房之间的压力差)
必须增加。使心脏血流量增多的各个因素，如交感神经活动和骨骼肌运动，能增大静脉
压。结果，更多的血液被送回右心房，心房压力增大。因此，心室内压增大，使心室在
舒
张期末保持一定容积。虽然心室容积可能没有显著增大，但心室壁受到更大的张力，
牵拉了心肌纤维，结果使收缩力量增大，最终效果是SV增多。
一118一
剧烈运动时
ool
/
安静时，//
公少立__
//，厂
，，/几/一“-
!况肉
皮肤
舒张期末
心室容积
心室内压
肾脏
巨约
次腔
它
合计5.800
17.500
1-4-6E佳 4-*104,112-*M $i1
图4-12在安静及剧烈运动时，各器官组织
图4-13影响每搏输出量的主要因素
的血流分配。血流的单位为毫升/分
每搏输出蚤的外在性控制
sv的外在性控制指植物性神经系统对心脏活动的神经调节(图4-13)o交感神经
系统与心脏机能增强有关，但是对于运动开始时活动增强的确切性质并不清楚C20)
无论如何，运动中的神经活动是高水平活动能力的基础。研究表明，如果没有交感
刺激，身体工作能力将大受影响〔20,21)。当交感系统的加速神经受到刺激时，通过对SA
结和心肌细胞的作用而使心房和心室的收缩力量增大。力量增大使左心室排空更加完全，
sv增多。肾上腺髓质对sv也具有与交感神经活动相似的作用。对肾上腺的交感刺
激可引起肾上腺素(8000)和去，甲肾上腺素(20%)分泌，进入血液，然后再到心脏。
它们对心脏的作用与加速神经受刺激时相同:收缩期收缩力增强，心率加快。
交感神经系统对sv的控制作用并不限于心脏。运动引起的交感兴奋可影响心脏
和血管两者。在IIR增加的同时，未工作朋j肉和内脏中的血管收缩。大量血液进入体
循环，使静脉回流量和sv增多。甚至在运功开始前，几乎所有骨骼肌中血管对血流
总的阻力就已下降，静脉回心血量增多。在运动开始后数秒钟内，这种作用还存在。对
血流的阻力大大下降是因为工作肌肉中的血管舒张，这主要是因工作引起某些代谢产物
增多的局部影响。这种影响与肌肉的代谢需要有关。随工作强度增大，肌肉对血流的阻
力下降“22)。工作强2定减小则情况相反。局部血管舒张对于增加静脉回心血量来说与交
感刺激同样重要。仅有对心脏和血管的交感刺激时，0可增加1倍。如果在交感刺激之
外再加上局部血管舒张作用，在运动中Q可增加到安静时的4倍。
心率的调节
心率受血流量和血流速度的内在性控制和植物性神经系统的外在性控制。虽然SA
结的节律性刺激受血流的内部影响，但HR主要是受神经活动调节的(图4-14)。植
物性神经系统的副交感和交感纤维终止于SA结和心肌的不同部位。两条副交感神经
(称为迷走神经)末梢释放乙酞胆碱，使HR减慢(心动徐缓)。交感系统的加速神经
释放去甲肾上腺素，使HR加快(心动过速)、心肌收缩力增强。无论何时，HR都处
于交感或副交感神经为主的控制之下。
体内各种传入感受器通过它们对植物性神经系统的作用而影响HR(图4.15)。它
们也通过植物性神经系统影响循环和呼吸机制(图3-28)。这些感受器受刺激程度的大
小取决于骨骼肌在安静时或运动中的代谢需要。在运动时，体内有一些特殊的感受器感
知肌纤维对氧的需要和清除代谢产物的需要。例如，运动中血液氧和二氧化碳的浓度是
由心脏附近的主动脉感受器(化学感受器)感知的。如果氧供应减少或二氧化碳过多，
这些感受器都向脑干中的控制区域发出信息。于是出现交感纤维活动加强的反应，使
HR加快。另一种对运动中HR有影响的感受器位于肺部和心脏上方主动脉的分枝处
(压力感受器)。这些感受器在血压升高时受到刺激，对安静时HR有抑制性影响，但
在运动中却没有这种作用〔23)。心房感受器位于静脉进入左右心房处，当运动中血流量
图4-14植物性神经系对心率的
神经控制。交感神经对肾上腺髓质
的刺激使血中肾上腺素增加
副交感神经系统
JET, P
.+
匣画
图4-15运动时影响心率的传入感受器
增多时发生兴奋。继而使支配心脏的副交感纤维被抑制，而交感纤维兴奋〔23a )同时，在
左心室壁的传入活动中可能还有一种“迷走抑制”.机制，防止HR过快〔24-26)。当大量
血液进入心脏时就发生这种活动。如果心率过快，心室充盈量和sv都会下降。结果
氧合的血液减少，到工作肌肉的血流也减少。供给工作肌肉的氧减少会影响运动能力。
肺部具有牵张感受器。这些感受器主要通过抑制支配心脏的迷走神经而使HR加
快C20)。同时支配工作肌肉的交感血管运动纤维也被抑制〔‘。’。骨关节的活动对调节HR
也有作用。运动中关节本体感受器受到刺激，因而使心脏的交感神经兴奋〔27,28)。在运
动中这些感受器兴奋而使心率加快的同时，肾上腺髓质受交感纤维刺激而释放激素，肾
上腺素进入血液进一步使心率加快。影响心率的还有其它一些因素，如温度、血浆电解
质浓度和某些激素，但是这些因素都不如工作肌肉造成的影响那么重要。
心率对工作的反应十分迅速，在剧烈运动开始后仅15秒便可增加一倍。运动开始
HR的急速增加可能是由于迷走神经对心脏的刺激减小，而交感活动增强(29)。这些神
经性反应是自然的反射，表现在它们的迅速和超量效应。在中等强度运动开始时，心率
迅速增加，然后下降几次并保持一定。随工作继续进行，产热增多而使心率又有所升
局。
每搏输出量和心率与心输出量的关系
sv和HR对Q的影响见图4-16。注意交感刺激使心肌力量增强而使HR和sv
增加。运动对HR的确实影响已知道得较清楚了，但是对sv的影响还不清楚。HR
与静脉回心血量和心肌力量等因素关系并不密切，而sv却不然。静脉回心血量、收缩
期心肌力量和HR都影响sv。如果在运动开始静脉回心血量增加得比HR快，sv
就增加到安静时水平以上。然而，如果HR增加得比sv快，那么在运动开始sv实
厂if4%叫 R月二吓顶骊瘴rur"'T J }J f l}} }-`y _Wrx}一必率’一J一竺一!
个心输出量
每搏输出量
今心率
个血浆肾上腺素
‘}d支配心脏的副
丫交感神经活动
卒支配心脏的
.交感神经活动
个WM*,, }}4A
个am I
个心室内压
寺胸内压
图4-16决定心输出量中每搏输出量和心率的主要因素
一121一
际是稍有减少的。
虽然根据交感活动的程度和静脉回心血量的多少使HR和SV有一定变化，但在
运动中Q可以保持相对稳定。Fkblom等人清楚地阐明了这一问题〔30)，他们在四种不
同实验条件下将HR与相对耗氧量相关。受试者在下述条件下进行次最大和最大工作:
(1)对照;(2)阻断支配心脏的交感冲动;(3)阻断支配心脏的副交感冲动;(4)阻断支配心脏
的交感和副交感刺激(图4-17)。在对照条件下，HR从安静·时的60次持续上升到最
”””!
/
‘，一产
二夕“
副交感神经系统障碍
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、.JCUCU
︸浏.、︶OU
心率
一对照
·-一副交感和交感神经系统障碍
最大耗氧量百分数
图4-17正常情况下，或支配心脏的植物性神经活动部分或完全阻断的情
况下，心率与相对耗氧量之间的关系
大耗氧量时的195次。当去掉交感神经对心脏的影响时，HR在安静时稍有下降，而随
着工作强度增加而差距增大。在达最大耗氧量时，HR约为160次，显然低于对照条件
下的195次。消除副交感神经对心脏机能的影响，可见这些神经对HR的抑制性作用是
十分显著的。即使在安静时，II R也几乎增加到对照条件下的两倍。HR增加主要是
因为去掉了副交感神经对心率的抑制作用，而使交感刺激相对增强。随着工作强度增
加，抑制副交感神经对增加HR的作用越来越小。达到最大耗氧量时，副交感被抑制
后，交感活动并不能使HR显著增加，因为此时HR已基本与对照条件下相等。去掉
植物性神经系统对心脏的影响后，失去了神经性的外在控制，因此便表现出血流对HR
的内在控制。安静时HR增加，但是随着工作增强，当超过50%最大耗氧量时，HR
下降到对照水平以下。HR下降的程度接近交感神经不起作用时的值。而且，在没有植物
性神经影响HR时，工作时间显著低于条件正常时。但值得注意的是，尽管HR变化
可从160次到195次，在各种实验条件下Q值却是相似的。这种稳定性使在各种条件下
都可能达到最大摄氧量。由于Q=SVxHR，在HR增快时SV显然会下降，而在
HR下降时增加。在不同实验条件下的这些HR变化是在工作时相对缩短的情况下发
生的。但是即使是在长时间的工作中，HR和SV发生变化，0也仍然保持相对不变
(图4一18)。
Starling和Frank早期的研究使许多研究者相信，静脉回心血量和SV的增
加是白增加的主要原因〔17)。然而，Rushmer最近在狗身上的研究表明，在中等强度
运劝中Q的增加主要是受HR影响，SV仅有很小的变化G18)。在人体进行轻度工作时
LN率
心输出量
二八U
变孔百汾比.
0.5一
运动时间(小时)
图4-18在长时间运动时，当心输出量变化不大时，每搏输出量和心率的变化
所进行的另一些研究也支持他们的看法〔‘”，“‘，”’‘〕。随着工作强度增加，在40%VOZmax
以下HR 110次水平工作时，sv增加(图4-19)。超过40%Y02max时，sv只发生很
小变化，但HR继续升高。显然，在高、中等强度工作时，白主要靠提高HR而增
加，而不是靠Svo SV与HR之间的关系表明，甚至在HR很高时，sv仍能保持
最大水平。然而，如在长时间高强度工作中表现出来的(图4-18)，静脉压、sv和动
脉压逐渐下降，而Q仍保持相对不变。HR增加说明在高强度工作时交感刺激增强。这
些心血管变化的原因可能在于外周循环而不是心脏的疲劳，因为sv和静脉压的下降
说明静脉回心血量减少。显然，这与心脏疲劳无关，因为即使在肌肉严重疲劳时，正常
人的心脏机能也未下降。心脏抗疲劳可用马拉松运动员证明，他们能在最大心输出量的
75^x80%的水平下运动2小时以上〔“‘“〕。在离体心脏实验中也表明，最大心输出量可以
保持2小时以上而无任何显著损伤C32)。在离体心肌研究中有时尽管发生心肌疲劳，但经
休息后便会恢复。
变化百分比
最大耗氧量百分数
图4-19在最大耗氧量不同百分比的强度下运动时，每搏输出量和心率的变化
一123一
通过比较最大值，可以明确高强度运动中sv和HR与Q的相对关系。在最大运
动中，HR可以增加到正常水平的2.5^3倍，而sv仅能增加到安静时的2倍〔33)0
结果，如果HR或sv中某一个保持不变，0分别可增加到2倍或2.5-v3倍。然而，
如果两者都达最大值时，Q可增加到安静时的5}6倍。当人以最大负荷运动时能达到
此值。虽然HR对Q的影响大于sv，但是训练使Q增加主要还是靠增加sv，因为训
练并不能使HR增加。实际上，坐着工作的人其最大心率与受过训练的运动员相似，不
过，坐着工作的人在安静时的心率可能高50%左右。
训练对心输出量的影响
有相对较大肌肉群参加的练习可以通过训练提高有氧能力。但是运动的重复次数必
须较多，而且时间较长，才能使供氧系统受到超负荷。当然，每次肌肉收缩的力量要较
小，以便氧合血液能满足组织对氧的需要。从白与耗氧量的关系中可以看到Q在有氧能
力中的重要性(图4-20)0Q较大的人能从血液中获得大量的氧。这一关系不难理解，
因为心脏射血的能力决定工作肌肉所能利用的氧量。训练水平较高的运动员的心脏每分
钟可射出约38升的血液。与未经训练的人的平均值20升相比较，不难理解为什么运动
员在高强度活动中能消耗更大量的氧。
心输出量八升百﹀
每分钟耗氧量(升)
图4卜-20耗氧量与心输出量之间的关系
决定最大工作中白的因素，即sv和HR，经有氧训练后的变化并不一致。实际
上，最大心率并没有明显变化。不同年龄HR最大值的曲线适用于任何人，而与有氧能
力无关(见图4-9)。因此，训练的效果主要反映在sv增加。由于sv和耗氧量之间
有密切关系，能促进有氧能力的活动也能使sv和0增加。
运动中当大肌肉群收缩时，对氧转运系统的要求大于小肌肉群工作时(图4-21)o
因此，象自行车和长跑之类的运动对发展有氧适应能力是最好的，它们可以使心脏和循环
机制产生最大应激。研究表明，当耗氧量达最大时，Q和sv也达到它们的最大值。进
一步的研究表明，在次最大工作中可以消耗最多的氧(图4-22) 133a )。以能发挥10000
V.2max的次最大负荷训练，运动员能持续工作5分钟以上。然而，以能发挥Y02max
的最大负荷训练却不能进行长时间工作，因为此时有无氧代谢参加，产生过多乳酸，
一1 24一
竹肠材，众丫袱价
侧刊以厂为r劝节少
最大耗氧量百分比数
图4-21最大工作时动员的肌肉数量和相应对氧的利用与最大耗氧量
的关系。数值来自较少肌肉参加的上肢运动和上、下肢同时参加的肌
肉较多的运动
75义
最大耗氧量百分比数
次最大
工作负荷
最大
图4-22在次最大负荷下便达到最大耗氧量
最后引起力竭。就0和SV产生的变化而言，正好以V02max的负荷训练产生的变
化最大，此时运动时间最长，对氧转运系统产生的刺激也比最大工作负荷时大。增强有
氧能力的重要因素之一是保持高水平Q和SV的时间。以低于100%但高于80%最大
值的负荷训练，持续时间越长，效果越好〔34)0
心力储备和对工作的适应
心血管系统根据身体其它组织和器官的代谢需要进行调整。血液可以从需要量较小
的组织转移到需要量较大的组织。在高强度工作时，心脏和循环系统的调整可以使血流
量增至安静时的3^r5倍。这说明心脏机能必然有一定的储备能力，以满足过多的代谢
需要。这种储备称之为心力储备。
评定心力储备的最好指标是在最大工作时工作肌肉所能利用的氧量(V02max)o
V02max主要基于SV和I-I R，或者说Q，并受到冠状血管增加血流以满足心肌需
氧量能力的限制。因此，这些因素决定着心力储备。图4-16和4-18已描绘出了SV*%
HR和0之间的关系，并指出了每种因素在增加工作肌血流中的重要意义。然而，要达
到最佳的心脏机能，心肌所能利用的总氧量必须适应各种工作的需要。达到足够的供氧
量取决于冠脉血流量和动脉血中的氧含量。同骨骼肌和身体其它组织一样，心肌组织的
血流量受血管舒张的局部调节。当氧含量下降时，冠状血管舒张的减小血流阻力，因而
使血流增加，氧的可利用性增加。
冠状血流不足常常是因为冠状动脉横截面积较小，而所供应的肌肉相对较多。冠脉
血流受阻的主要原因直接或间接地与动脉粥样硬化(有时也称为“动脉硬化”)有关。动
脉粥样硬化是结缔组织和胆固醇沉积造成动脉壁增厚的一种疾病。这种病的确切原因还
不清楚，但已不再被认为是一种随年龄增长而发生的退化过程。动脉粥样硬化被认为是
一种脂代谢紊乱，通过某些还不清楚的途径与吸烟、高脂饮食、精神紧张和过度肥胖有
关。
心脏的能量供应
心肌获得能量的物质与其它种类的肌肉相同，即主要从葡萄搪、脂肪酸和乳酸的代
谢中获得能量。在运动中，糖原分解供能使血液中的乳酸和丙酮酸增多，如果氧的供应
充足，就可以给心脏提供比安静时更多的能量。心脏的代谢与脑相似，需要大量的氧才
能维持正常机能。心脏和脑都与骨骼肌不同，没有承受缺氧的能力。心脏所含的线粒体
比骨骼肌多，能产生大量ATP，不仅能满足持久工作的需要，而且可以适应不同的工
作强度。当收缩力量、收缩速度和心率增加时，心脏对能量和氧的需要也增加。
从冠状血管血液中摄取并被心脏利用的物质的量，在经过训练与未经训练的人中是
有差别的。在安静时、运动中和恢复期被心脏所利用的葡萄糖、乳酸和自由脂肪酸(f r-
ee fatty acid, FFA)的比例见表4-1。安静时，经过训练的人的燃料约有一半来自
表4-1有训练者和未经训练者在安静时、次最大和
最大工作时心脏所利用的能量物质的相对比例
自由脂肪酸
乳酸
葡萄糖
有训练者
53 20
刁伙生牛件.卜
多石月尹目,I
未经训练者
碑曰月.............一一一一一一—一一一-一-~~.......~~阅.....
同样的工作
负荷(12分)
有训练者
未经训练者
33
25
45
60
22
15
有训练者(18分)
最大工作
未经训练者(12分)
有洲1/y}A者
—_一一-一-一-一一一一一一一一~一林一-~，..曰‘....，-一一.....，阅.口.....曰，一，.一一一~门......，.....‘
48 33 1u
恢复期(15分)
未经一训练者33 42 25
解一.，目.........口.一“一渭...。翻.曰.“确，.‘曰目.味一一，一一一................
一126一
FFA;而未经训练的人仅占38 0o。以同样负荷工作12分钟，供能物质中FFA.减少，
乳酸增多。进行最大运动时，经过训练和未经训练的人每种供能物质所占的比例相似。
在恢复期，经过训练的人所利用的燃料又有近50%来自FFA，而利用葡萄糖和乳酸较
少。未经训练的人则主要靠葡萄糖，利用FFA较少。这些数据具有利用FFA和乳
酸，节约葡萄糖几方面的意义。由于安静时心脏利用葡萄糖供能相对较少，“剩余的葡萄
糖有利于保持血浆葡萄糖正常浓度，这对于脑和神经组织维持正常机能是个基本条件。
虽然所育其它器官组织实际上利用三种能源物质，但是神经系统必须以葡萄糖为主。
FFA主安静时和恢复期对于节约葡萄糖具有重要意义;乳酸的重要性较次。由于经过
训然的少、心桩在安静时、次最大运动到某一界限时以及在运动后的恢复期中，以FFA
为其主要燃料，可以认为具有最佳心血管耐力。未经训练的人在轻度工作和恢复期利用
乳酸节约葡萄糖的比例比FFA大，不易达到最大的心血管耐力。
运动时的心脏
心脏对身体代谢活动的细微变化能立即做出反应，使它成为评定或预测身体素质的
极好晴雨表。由于心脏机能与循环和呼吸系统协调一致，并且它的活动按已知的和可测
定的方式随这些系统的变化而变化，因此心脏反映了运动或劳动中为满足代谢需要所涉
及的所有调节机制的总体反应。
心脏活动与血管和呼吸活动的整合作用发生在脑干的血管和呼吸控制区。神经冲动
从身体各部传到这些区域，然后被整合。对这些传入冲动做出适当的反应，最后实现预
期的目的。这些过程多发生在无意识水平。由于身体各系统之间存在密切和有机的联系，
同时大多数系统的活动没有特殊昂贵的实验室仪器很难测定，因此HR常常用来评定身
体对运动发生的反应。
利用心率测定心血管适应能力
HR与SV,0和V02max之间的重要关系，以及测定HR无需特殊仪器，使
HR成为测定心血管适应能力的常用指标。HR用于测定心脏和循环适应能力基本上有
两种方式:(1)预测V02max; (2)测定对运动的反应。
心率作为最大耗氧皿的预侧指标
因为0(SVxHR)在很大程度上决定运动中肌肉吸收的氧量，所以HR与耗氧
量有关。通过测定次最大HR来预测V02max的方法已被设计出来。虽然直接测定
V02max更为精确，在某些条件下被采用(例如做研究工作)，但直接测定法也有一些
缺点。它需要特殊的实验室设备，对于老人来说，对心脏的生理性应激也是不可取的。
一些利用HR预测YOZmax的方法已被肯定〔3638)。这里对已经了解HR,
VV02max和工作负荷之间关系的读者提供一种方法。入strand和Rhyming发展
了一种由次最大HR预测有氧能力的方法〔““’。根据18^-,30岁之间受试者中所获得的数
据，制作出一个预测列线图(图4-23)。负荷可采用跑台、自行车测功计或5^-6分钟的
台阶测验公工作负荷的选择应能使心率在125170次之间达到稳定水平。表中在“休
重”(台阶测验)或“工作负荷”(自行车测验)数值与II R之间拉一横线，便可找出相
0V02气作负荷
图4-23由心率和次最大工作推测有氧能力
应的耗氧量。
与男子相同的
注意男子与女子的心率数值不同。女子在HR高于男子的条件下才能达到
-OZmax。心脏容积较小，因而SV较少，是女子HR差别的原因。因
此要达到与男子相同的
快(0二SN}.X HR) a
因为所有利用HR
,T02max(心输出量也相同)，IJV较少的女子其HR必须较
预测VO2max的方法都基子这两个变量之间的关系，因此这一
关系的密切程度决定方法的可信性
。从HR推测#02max的方法最基本的缺点之一
，这种方法假定HR和耗氧量之间的关系是线性的
。这一关系在次最大工作时是线性
，但是在最大或接近最大工作时，这一关系有所变化(图4-24)。在年轻人中，HR,
128一
是的
50 60 70 80’--一一9d— 100
最大耗氧量的百分比数
图4-24心率和工作强度的关系。最大工作时，耗氧量趋于上升
但心率基本不变
在180次之前稳步上升，然后逐渐变得平缓。然而耗氧量却一直上升。变化最大的一段
是在HR超过180次以后。由于在以次最大HR预测V02max时并没有考虑负荷较
大时的非线性变化，因此预测存在一定误差。一般容易低估v02max，因为在高工作
水平时它比HR增加得快。在对年龄20^50岁的80名男子的研究巾见到了从HR预
测-}02max的某些误差〔“”‘’。用三种不同方法得到的预测值误差达到15000
不考虑年龄而从HR推测vO2max也会发生误差。最大HR从10岁时的210次
下降到65岁时的165次(见图4-9。年轻人在HR为160次时可能仅以65 0o V02max
进行工作，而60岁的人可能已在以95^r1000o''02max进行工作。仅用HR比较两个
人的适r水平将产生严重误差。在同样HR下，年龄大的人工作更为费力。但在同样比
-·一‘-一’‘-------·--一’一’‘’一’一’一’-----一··--i-Wr-% i--一一·-一
例V02max的生理应激下工作时，年龄大的人HR可能达到110次，而年轻男子却
达到130次。虽然用次最大负荷时的HR推测v02max有一定误差，但是当所有受试
者年龄相同，在教学上应用某些实验方法，仍然可以提供心血管适应能力的有价值的指
标。
以工作中的心率反应作为心血管适应能力的指标
当两个人做同量的工作时，心血管适应能力较好的人通常心率上升较少，而且在工
作后恢复较快。图4-25是某人在工作中和工作后心率反应的例子。上面一条曲线代表有
氧训练前的情况，下面的曲线代表训练后的情况。两种情况下工作负荷是相同的，但是
由于训练的结果，心血管系统在完成同样工作时更为轻松，表现在心率有所下降。在这
种现象的基础上设计出了一些测验方法。作为适应能力标准的测验可以采用在达到某一
特定心率前所完成的工作量〔39-41)，也可以结合工作量和恢复期心率两者，用工作时/恢
复期心率比率表示C42)。这些方法不如测定V02max准确，但在某些条件下是可行的。
在测定大量青年人心血管效率时广泛应用的一种方法是Harvard‘厂台阶测验或5分钟
台阶测验(43)。测验时，受试者以30次/分的速率上下一个20英寸高的小凳。踏凳5分
钟后，计数恢复期第1到1.5分钟的心率。如果踏凳坚持不了5分钟，可记下踏凳的实
恢复期
前、
、
八U
件‘
，二
心率
? 3 4 5 1 2一旧一，"i.一上4一 5
分钟
图4-25训练前后运动时和恢复期的心率反应
际时间，然后计数恢复期第1到1.5分钟的心率。完成5分钟踏凳的人，这段时间心率
如超过100次，属于差;70次到99次为中;70次以下为优〔44)。这种方法与V02max
有关((r二0.71)，误差在27%以内(45)。由于此法评分是从年轻人中得到的，他们的最大
心率高于老人，并且老人在做同样工作后恢复期心率常常较高，所以在测定年龄较大的
人的心血管适应能力时必须对列线图进行修正〔‘“〕。
另一种比Harvard台阶测验具有某些优越之处的台阶测验法是渐进心率测验(2)0
所做的工作是逐渐增强的，开始先以12次/分的速率踏凳1分钟，然后每分钟增加6次
直至86次/分。凳的高度为17英寸。每1分钟工作后测定2分钟恢复期心率。等心率
下降到只比站立时正常心率快8至12次时，再开始下一个速率的工作。这种方法不如
Harvard台阶测验那样剧烈，更适用于中年人。对年龄在26至60岁(45〕的男子和女子
以及男大学生都建立了评定标准〔46)0
心率作为训练刺激的指标
由于心率反应了身体在运动中的代谢需要，并且随着工作的生理应激而上升，因此
在训练中它可以作为应激的标准。要使心血管适应能力得到改善，训练应激的强度必须
达到某个阂值。这个A值可反映在心率上。对于经常活动的年轻男子的心率Poll值大约是
150次(47)0以150次以下的水平训练不会提高V02max。所引用的研究工作是基于在
某一特定心率下长时间持续活动的结果。
150次的闭值可能仅适用于经常活动的青年男子，对于同样年龄但经常坐着工作的
人来说，心率在150次以下就可能提高心血管适应能力“8)。有一项研究就表现出了这种
提高，让年龄17至20岁的女青年每天!在跑台上训练15分钟，共4周〔49)。一半人以
125次的心率跑动，另一半则以145次的心率跑动。根据她们在实验前耗氧量的值较低
(26.7mI/kg/min)，可认为都属于坐着工作的人。训练后，两组的}O,max都有显
著提高并且彼此没有差别。考虑到年龄和心血管适应能力的起始水平不同，训练的阂值
应有所改变，图4-26和4-27(47.,--5”就是根据几项研究工作的发现而绘出的。
一139一
开始时最大耗氧量的百分数
图4-26根据青年人心率估计心血管应激起始水平的阂值
年
龄
心率闭值
图4-27不同年龄心血管应激平均水平的心率阂值
预河心率闷值的Ka.rvonen氏法Karvonen建立了一种确定青年男子心率阂
值的方法C47)。他的方法的基础是以135次和153次的心率，每次训练30分钟，每周5
次，共4周所获得的结果。仅在以153次的心率训练后才有提高。所得到的闭值是安静
时心率与最大心率之差的60%。即，如果安静时心率为70次，最大心率为210次，那
么标准闭值应为(210 - 70) x 6000 + 70 =154。应用Karvonen氏的方法，Costill
提出了长跑运动员心率的阂值，并测定了每种心率下相应的V02max的百分比(表
4-2) C52)。各个V02max的百分比都超过了50 %，这被认为是以有氧训练为基础的训
练刺激的阂值。“〕。当然，大多数长跑运动员都是以这一心率和VO,max百分比以上
的水平训练的，往往达到80'---'90% V02max。实际上，在时间超过2小时的马拉松跑
中，运动员可能是以8085 0 o V02max的水平工作。
Karvonen氏用心率百分比的方法已成为评定一个人以多大的悴02max百分比工
作的较好指标，并提供了下述一些测定方法〔53)。站立10分钟后测定安静时心率。实际测
定的VO2max百分比((250o, 450o, 65%和8500)与用Karvonen’氏法测定的百分比
密切相关(图4-28)。用心率预测V02max百分比的误差不超过12%左右。因此，当
以安静时与最大心率之差的60%训练时，相应的最大耗氧量的百分比范围不会超过53}
67 0o V02max。实际上，在大多数实例中，变化范围在5466 00 V02max之间。
一131一
表4-2有训练者的临界闲值
与相应的W2maX百分比((s2)
受试者
』j率临界rpM值
%vO2maX
曰.........“.....一一一
53.2
通口，‘，曰
勺。00叮口
，上111.上
S。L
5.K
D.K
59.2
58.6
K.S.134 61·1
E.W.134 57·5
一..曰............
预测万
S0}-I}
25父75
实际万v仇max
图4-28用Karvonen氏法预测耗氧量所得的预测值与实测值之间的
关系。深色的区域代表预测误差范围。例如，在某一预测值，相应的
实测值不会超过预测值的士12
由于Karvonen氏法考虑了最大心率，一个50岁的人以60 % } 02maX和137
次的心率训练时，心血管的应激水平可能与一个20岁的人以153次心率训练时相同。从
这点来看，各种年龄的运动员和非运动员都可以用Karvonen氏法，以相近的精度评
定训练中}OZmax百分比和训练中的应激水平。
间歇训练和以心率作为训练强度的指标
在训练中当安插休息期而做间歇工作时，每次活动时间较短但常能达到更高的强度。
在这类训练中，心率会超过A值，甚至达到最大值。当然，强度这样大的活动不可能坚
持很长时间G高强度活动与休息交替进行的另一个术语叫间歇训练。通过改变工作强度、
休息期的长短和工作的重复次数来达到超负荷(53a )。在间歇训练用心率可有两种用途:
(1)确定适当的工作强度以获得最佳训练效果，(2)确定每组工作间的休息期是否合适，以
便在疲劳程度较低的情况下以预定强度进行下一组练习。
关于如何利用心率来提高赛跑成绩，Wilt的报告便是一个例子(53b)。训练为数组
强度相对较大的44。码跑。AN" ilt提出跑的时间应比跑1英里所需时间的四分之一慢1
至4秒(1英里等于176。码，译者注)。如果一个人跑1英里需妥6分钟，那么每440
码应当跑86至89秒。这一工作强度应当达到该年龄范围的预定心率(表4-3)。如果每
组练习后的心率不够高或者过高，都应调整跑的时间。应用心率的另一个方法是测定每
跑44。码后的心率。当心率下降到某一特定水平(取决于年龄;见表4-3)，再开始跑下
一次。一般每次训练中应跑6至8个440码。如果间歇训练中跑的距离缩短或延长，都
应调整跑的时间和次数。
表4-3不同年龄组进行间歇训练，
练习中和间歇时应达到的心率
年龄组
练习中
间歇时
20岁以下
20^29岁
30^-39岁
40~49岁
50^-59岁
60一69岁
190 150
180 140
170 130
160 120
150 115
140 105
用心电图评定运动中心脏的机能
心电图(ECG)记录的是去极化和复极化过程中所有心肌纤维的电活动，它是检查
心脏机能异常的一种很好方法(图4-29) o ECG的各个部分都用字母表示，代表着心
脏的特定机能状态。已知P波是心房去极化造成的，QRS间期是心室去极化和心房复
极化造成的，T波是心室复极化引起的。我们可以利用ECG区别机能异常的部位。在
进行剧烈运动和休息时都可以通过安放在皮肤表面的电极记录ECG。每次心跳产生的
厂小、一
小
切
Pa。。:5秒QT=。.23秒
PQ二0
.96珍
OT二0
35秒
‘，。·。象，莎
期’0.80秒
图4-29一次心搏产生的心电图波形和周期。(A)心率为75次;
.}} .. A二二 r r--T'? Isri二二 -r
;r?J}}'才心劝周;M，认。。秒
叮，产
(B)运动时心率为172次
时。图A中的11卸身妻示S-T段下降的情况
一13n,1一
ECG波形在休息时和工作中是不同的。正常心脏ECG的波形在体息时和工作中是
相同的，但是由于工作中心率加快，每个波形周期的时间缩短。安静时，如果心率为75
次，每个周期为0.80秒左右;运动中，当心率达到172次时，每个周期仅0.35秒。当
然，P-Q间期和Q-T间期在运动中也有变化。P-Q间期从安静时的0.10秒变为运动
中的0.15秒，比Q-T间期变化小，Q-T间期从0.35秒变为0.23秒。P-Q和Q-T
间期这些不成比例的变化说明，心室的去极化和复极化(Q--T)在心脏活动从安静时到
运动时变化更为显著。
用ECG也可以检查心脏机能的异常。去极化和复极化的变化显著偏离了正常波形
则说明机能异常。但是如要正确评定心脏的工作能力，就必须运动，直到动员出心脏的
储备力量。任何对心力储备的形态方面的限制都可以在ECG中反映出来。例如，冠状
血.管血流受阻的心脏，在安静时可能表现出正常的ECG，但是当心脏工作加强、对氧
的需要量增加时，就可以从ECG检查出缺血现象。心脏血流受阻引起的ECG变化特
点表现在图4-29中的S-T段下降。缺血的结果使去极化和复极化的速率和幅度都发生
变化。其它心脏机能异常也会产生特殊的相应的ECG变化。这包括有心脏节律的异
常，这时心脏的起搏点可能在右心房的SA结以外，还有心脏肥大引起的异常。无论怎
样，这些异常都可以从ECG中辨别出来。因此，ECG可用来作为评定运动能力的一
个指标。
检查训练计划虽然任何年龄的成人都可以参加锻炼，并且能使心血管适应能力得
到显著提高，但在开始训练前应提出一些注意事项，对那些坐着工作的人尤其应该注意。
在训练计划开始之前，应给分等级的运动测验的检查和监督制定某些标准。这些标准取
决于年龄和健康状况(表4-4) (54)。与冠心病有关的危险因素居头一、二位。主要的危
险因素有高血压、高血脂和抽烟。第二位的危险因素有过度肥胖、不参加体力活动、家
族病史、糖尿病和高血糖。
表4-4不同年龄和健康情况的人分级运动测验的观察和监督步骤
年龄
健康情况
分级运动测验的观察和监督步骤
35岁以下
没有已知危险因素或在案
的冠状动脉疾病，并在最
近两年内做过医务检查
不一定要由医生批准，可在无医生在场
的情况下，由经过训练的技术员进行测
验
怀疑或记录有冠状动脉疾
病或明显的危险因素
由技术员用ECG监督测验，
在场;根据症状严重程度，
观察或不观察受试者
并应有医生
医生可直接
35岁以上
没有已知危险因素或在案
的冠状动脉疾病
由技术员用ECG监督测验，并应有医生
在场，但不一定直接观察受试者
怀疑或记录有冠状动脉疾
病或明显的危险因素
与上同，但需有医生直接观察受试者
在考虑标准测验之前必须了解某些情况。应该做全面的医学检查以区别可能的危险
因素，特别是第二位因素。身体检查涉及到区别任何与心血管疾病有关的症状和其它不
能参加运动的健康问题。如果必须测验，那么在进行标准强度运动时应有ECG监视。
一134一
运动中DECO记录的反映有助于判断心血管机能失常。根据这种判断制定出什么样的应
激适用于该受试者的身体能力。
训练原则
1。运动中和运动后的心率是机体摄氧能力的一个指标。虽然以次最大或最大心率预
测'02max并不非常精确，但是12%的误差并不能否定心率是评定训练效果的一个实
用的和明显的指标。如果在训练前后都记录对同一负荷的心率反应，就可以从心率反应的
差别中了解训练对耗氧量的影响。以某一给定速率踏17英寸或20英寸的小凳数分钟，
可以作为运动负荷。在一训练前后以同样时间跑某一距离，如660码或更长，记录心率反
应，是评定训练效果的另一方法。游泳、蹬自行车或在跑台上跑，都可以作为运动负荷。
2.训练对机体吸收氧的能力的影响可以由训练心率的强度、在每组练习中保持某
一强度的时间，以及每周训练中的次数表现出来。以安静时到最大心率的60%的强度训
练可以提高'q02maxW'。但是对于一般青年男子来说，心率153次就比较接近提高心
血管和呼吸能力的标准阂值。对一个“岁的老年人来说，阂值大约为125次。实际上，
以大于此值的心率训练，对提高耐力更为有效“34)，在训练组之间·应给受训练者足够的恢
复时间。在每组训练中同样心率的条件下，持续时间越长越有利于提高耐力C55)。每周
训练次数增加，耐力通常也得到提高(33&,56)，特别是训练时间超过15周时〔“‘〕。训练计
划持续16周，‘每周练习4天，比训练20周每周2天能更有效地提高耐力〔33x,56)。一般
说来，增加训练的强度、持续时间和次数，都可以提高耐力增加的幅度。
3.心率可以用来作为间歇训练以及持续长时间运动中循环和呼吸应激的指标。进
行短时间、高强度但持续期长的运动可以提高耐力。如果反复进行这种高强度工作，间
隔以休息期或低强度活动，会使*02max提高。间隔练习属于间歇训练。间歇训练的
优点是，由于有休息期，所以能以较高的工作强度完成更多的工作量。常用心率来判断
工作的强度和每组练习间的休息期的长短。一个运动员可以用180次左右的心率跑440
码，然后休息或慢跑，等到心率下降到140次左右时再开始下一次跑。由于运动员的目
的不同，间歇训练也可以有多种方式。长跑运动员的训练应当与1英里跑的运动员不同，
足球运动员也应与划船运动员不同。
(周石译)
一135一
第五章
劳动和运动中的循环系统
机体的细胞只有在‘内环境保持稳定时才能生存。因此，浸浴细’胞的组织液中无论是
温度或是氧、二氧化碳、营养物质和无机离子的浓度，都不能变化太大。实际上，机体的每
一种活动都有以某种方式协助保持细胞完整的作用:糖类、脂肪和蛋白质在肝脏贮存和
代谢;肺吸入氧、排出二氧化碳;肾脏排出废物、水和盐类;胃肠道把水、营养物质和盐
类吸收到体内;其它器官也以不同方式起作用。但是，进行这些活动还需要一个在各种组
织和器官之间运输物质的系统。这一机能是由循环系统完成的。循环系统由血液和输送血
液的机构—心血管系统组成。心脏及其功能已在第四章提及，本章重点介绍血管系统。
血液
由于血液具有运输机能，它实际上直接或间接地参与所有的机体活动。血液将营养
物质和其它化学物质带到浸浴细胞的组织间液。细胞在摄取所需物质的同时，又将其代
谢废物排到细胞间液，然后进入血液。人体内约有5夸脱的血液(1夸脱等于1.101公
升—译者注)。血液由血浆和血细胞组成。血浆是一种溶液，约占体液总量的70o。血
浆无色，内含蛋白质、少量的盐、葡萄糖、氨基酸和其它物质。血浆中的蛋白质有重要
作用，它门有助于保存血管中的液体量，防止过多的液体从血液中丢失。血浆蛋白之一
的纤维蛋白原与血小板、红细胞和白细胞结合时参与凝血(白细胞是血液中的一种特化
细胞)。在正常情况下，血浆蛋白不能作为能源物质被其它组织摄取利用，而血中的葡萄
糖则可以。任何蛋白质必须先转变成乙酞辅酶A，然后进入三叛酸循环开始氧化过程，
才能氧化供能(见第二章)。除血浆外，组成血液其它成分的血细胞有红细胞、白细胞和
血小板。红细胞的颜色来自一种载氧蛋白—血红蛋白。红纽胞的主要机能是将氧合血
红蛋白从肺脏运送到机体组织，并将二氧化碳运送到肺。白细胞与进入体内的感染物作
战，或直接破坏之，或先形成抗体，由后者再破坏感染物。
水和电解质的生理机能
调节细胞内环境需要不断地供应营养物质并排除代谢产物。要实现这种调节，细胞
内、外液的化学物质必须稳定。另外，水在细胞内及其周围液体中的含量也要保持平衡。这
种平衡与钠、钾、钙和氢离子有关。这些化学物质存在于水中，并由水运输。体内含有大量
的水，占体重的45^>750o。它们好似一个大水库，构成维持机体组织生命活动所必需的内
环境。血‘浆及细胞外液中大量的水在向细胞运送营养物质和排除代谢产物中起主要作用。
安静和轻度工作时，为保持内环境的稳定要消耗适量的水。但是，长时间进行重体
力工作时出汗很多，N,,,机体大量失水会给适应过程造成困难。失水过多会破坏细胞内、外
液之间的平衡。要想了解为什么会发生这种平衡失调，首先必须了解水和体内某些化学
物质的作用。
一13U一
体内的水平衡
细胞内、外液之间水的适当平衡取决于水的摄取和排出的平衡。表5-1列举了某些
水的来源和去路的平均值。摄取量中约有半数来自饮料，另一半来自食物和供能物质的
分解过程。大部分代谢产生的水来自糖的氧化，它们的代谢终产物是C02和H2O。水
有四条去路:皮肤、肺脏、消化道和肾脏。从皮肤和肺丢失的水属于不感蒸发，因为我
们感觉不到这一过程。在进行重体力活动时可从皮肤丢失更多的水，人处在热环境时可
达1.8升/小时。如果在工作中和出汗时不能适当补充所失的水，细胞内、外液之间的平
衡将被打乱。结果将引起一系列的生理反应，甚至引起中暑或热衰竭等症状。
表5-1成人每日摄入和排出的水
毫升/日
摄入:
八甘八UnU
nV八U八U
今曰，主八0
IJL‘.1
饮水
食物
代谢产生的水
总计2600
................一一.~..月..口.........曰......一，冲~..口月.........口.......
排出:
n甘八甘八UnU
八甘八U八Un甘
0口叮‘1111一1占
不感丢失:皮肤
肺
出汗
粪便
尿
1400
总计2600
在正常情况下，从肺脏丢失的水约为15毫升/小时左右，在重体力活动时可达130
毫升/小时。长时间的活动还会影响随尿丢失的水量。正常尿量为30^60毫升/小时，出
汗过多时可减少到5^r 10毫升/小时。剧烈运动引起尿量减少说明机体是对排汗过多的
适应，以保存更多的水分。
水平衡主要经主动摄取(因口渴)及排尿调节。虽然其它过程也有一定调节作用，
但它们主要不是针对水平衡的。例如，糖分解代谢中产生的水是氧化过程中水的主要来
源，它直接受能量平衡调节机制的控制。而排汗直接受体温调节机制的控制。经皮肤和
肺丢失的水实际上不可控制。经粪便排出的水通常很少。
在因口渴摄水和排尿这两种调节水平衡的主要机制中，排尿是主要的自动调节机制。
喝水的自动调节作用显然较小，并在一定程度上受心理因素的影响。口渴可以忍耐相当
长的时间，甚至被忘掉，但排尿过程则不行。在人类，失水与产生口渴之间有一段时间
间隔。在某些动物，例如狗，并无此间隔，它们在几分钟之内就要摄入与丢失量相当的
水分。人体可忍受失水量占体重4%的脱水状态达数小时(”。虽然在失水后口渴反应出
现较慢，但最后可达到正常值1%以内的平衡。
细胞外液中某些化学物质的浓度也与体内水平衡的正常有关。这些物质对生命活动
是至关重要的。
细胞内、外液中水量的调节
细胞内、外的水量主要靠体液中钠的含量而保持在很小的变动范围内。溶解在体液
中的钠或其它物质的浓度以渗透压来度量。渗透压(或溶解在水中的钠的浓度)越高，
体液中水的浓度就越低。因所有的细胞膜都允许水自由通透，故细胞内外的水含量不会存
在持久的差别。因此，当细胞外液渗透压增高，细胞内较多的水便透出细胞，直到达到
新的平衡。相应地使两液体的渗透压也达到平衡。由于渗透压与水的含量成反比，细胞
内、外液之间水的移动可以在体液渗透压或钠浓度的基础上解释。膜两侧任何渗透压的
差别都会引起水从低渗(水分较多)端向高渗(水分较少)端移动，直至达到平衡。例
如，当摄入几品脱(1品脱等于0,55升—译者注)纯水后，水从胃肠道被吸收进入
血液，很快遍及细胞外液，因而使渗透压低于(水含量多于)细胞内。结果使水扩散到
细胞内，直至渗透压重新相等。如果摄入的水与细胞外液渗透压相等，
水就不会流入细
，因为不存在使其跨膜移动的力。只要细胞内外的渗透压相等，无论哪一侧水的容量
，都不会发生水的移动。因此，细胞外液的含水量主要取决于细胞外液中钠的含量。
，匀巴夕夕
廿H月产弓\
由于钠不易透入细胞，细胞外液的渗透压决定着细胞内水的移动和含量。
细胞外液中的钠保持平衡才能使细胞内含水量正常。钠过多时会把水吸出细胞，
过少时又会使水进入细胞。清除细胞外液中过多的钠有几种机制。
而
存于骨组织中，这一过程相对较慢。
其一是将多余的纳储
仔寸官组织甲，这一过程相对较慢。另一较快的过程是增加尿中钠的排泄量。当细胞外
液量减少时，骨可以把钠释放到细胞外液以增大渗透压，从细胞中吸取水。但是，更长
期的调节机制必须通过平衡全身钠和水的摄取和排泄量，以调节细胞外液量。实现这种
调节与食物中盐的摄取量以及汗、粪便和尿中钠的排泄量有关。
调节细胞外液量和渗透压最重要的机制与肾脏机能及其调节因素有关。
排泄的水的多少，钠和水的排泄速率变化范围很大。
随着摄入和
出的钠的调节可从25克到低至50毫克
随摄入氯化钠的量不同，正常肾脏排
毫升到25升。
摄入大量水时，
。同样，肾脏对尿中排出水量的调节可从每天400
热天进行长时间剧烈运动时，出汗很多，肾脏的排水量相对较少。但是当
排出量就比较多。肾脏机能的变化与细胞外液量有关。为防止不足
和水的排泄就被控制在最低限度。反之，要防止细胞外液量过多，
水。
就得排出多余的钠和
电解质的生理功能
解离成带电荷粒子的化学物质称为离子，
钠在水中时，
置于水溶液中则称为电解质。例如，氯化
钠与氯解离，形成一个带正电荷的钠离子(阳离子)，或记作Na
一个带负电荷的氯离子(阴离子)，或记作Cl'o
+，以及
钙和氯等。这些离子的分布情况使细胞外液含有相对较多的正离子(阳离子)，细胞内
液含有相对较多的负离子(阴离子)。细胞外液的电解质主要有钠和氯。钾是细胞内液中
主要的电解质。细胞内的负电化学力量(约一85毫伏)趋向于吸引细胞外的正离子，同
时有把细胞内的负离子趋出细胞的倾向。当冲动在肌纤维膜上传播时，正、负离子跨细
胞膜快速移动，称为去极化(参见图1-8)。但是，要发生这种移动，细胞膜必须首先变
得能使各种离子往返通透。在神经肌肉接头处，运动神经元的轴突末梢分泌乙酞胆碱，
引起肌纤维细胞膜的通透性增强(参见图1-7)。通透性增强主要是针对氯化钠和钾等主
要电解质。电解质的移动引起去极化、复极化和极化等过程。在复极化过程中，钠和
氯被移出细胞，而钾进入细胞，使细胞外具有更多的正离子，而细胞内具有更多的负离
子。使钠移出和钾移入细胞的特殊机制还不清楚。但是人们相信有一种载体分子，可以
运载钾离子穿过细胞膜进入细胞。在细胞内，载体分子释放出钾离子，同时运载同样数
量的钠离子到细胞外。由于载体分子是逆着电化学梯度运载这些离子的，所以这一过程
需要能量。换句话说，每种离子应从浓度高的地方向浓度低的地方移动。从浓度低的地
方向浓度高的地方转运离子或分子，好比逆水行舟，需要较多的能量。这个比喻的不同
之处在于，河水中只有能量梯度，即上游的水有较高的位能，但不存在电化学梯度。
细胞内、外液电解质的适宜平衡，不仅保证了正常的神经传导，还有助于维持神经
和肌肉对刺激的应激性、肌肉的收缩性、能量代谢、心脏传导冲动、骨骼生长、血量的
调节和正常的肾脏机能。
循环系一统
循环系统分为体循环和肺循环(图5-1)。体循环指的是从左心泵出的血回到右心
所经环路。从右心泵出的血经肺回到左心要经过肺循环。两系统均由大小和机能不同的
血管组成。离心的血管开始较粗大，随着逐渐分枝到各器官和组织，口径越来越细。回
心的血管则由分枝逐渐汇集成较粗大的血管进入心脏。从心脏流出的血液经动脉、小动
脉、毛细血管、小静脉和静脉回到心脏。
动脉
最大的动脉血管，它们在很高的压力下将血液从心脏输送出去(图5-2)。动脉壁十
分结实，可以耐受很高的压力和血液的快速流动。体循环动脉中的血压在刚离开心脏的
主动脉中平均约为100mmHg，到了进入右心房的大静脉中只剩0----0.5mml-Ig。动脉
分为三层:内层(血管内膜)、中层(血管中膜)和外层(血管外膜)(图5-3)。内层主
要由内皮细胞以及结缔组织和弹性组织构成;中层大部分是平滑肌和弹性组织;外层含
有结缔组织和弹性组织。
小动脉
动脉系统往下成为较小的分枝，属于小动脉，它们在调节毛细血管血流量方面有很
重要的作用。小动脉含有平滑肌，它收缩时可以使血流完全阻断，舒张时则可使血流增
加7倍之多。动脉和静脉直径较大，因此对血流的阻力较低。因此，在整个循环系统中，
血流阻力对血压的调节主要受小动脉影响。
毛细血管
小动脉之后便是毛细血管。在体循环中，血液与组织间液之间的液体和营养物质的
丫丫介:::火、丫小:介:.:::二:小拭:
N一一、
图5-1体循环和肺循环。灰色部分代表动脉血或氧合的血液，黑
色部分代表静脉血
140
扮袱岁一:
二二:小:.
介葬瓜一一撰40W一一介一孰一减黝一燕
图5-2身体主要的动脉
一1.41一
嘿
图5-3动脉和静脉上三层组织厚度的比较。动脉的肌肉和外层组织比静脉厚
交换在此进行。细胞从组织间液摄取必需的营养物质和化学物质，并排出代谢产物。在
肺毛细血管处，肺泡和血液之间进行气体交换。分子较小的物质可以透过毛细血管壁进
行交换。毛细血管的通透性在全身各处有所不同，肝脏毛细血管通透性最强，脑中毛细
血管通透性最弱。但是毛细血管的通透性不会大到足以使红细胞透过。毛细血管不具有
阻挡物质透过血管壁的弹性组织、结缔组织和平滑肌。体内毛细血管网非常丰富，横截
面积也很大，如果所有毛细血管都充盈的话，将容纳8夸脱左右的血液，比全身所拥有
的血液还多。但是在安静时，总循环血量中仅有5%流经毛细血管。剧烈运动时，肌肉
中会有5倍以上的毛细血管开放，以满足细胞需要。只有当毛细血管前括约肌舒张时，
血‘液才能从小动脉流入毛细血管。这些括约肌分布在毛细血管入口处，成为一个平滑肌
环(图5-4)。通常，由于毛细血管前括约肌周期性地开放和关闭，流经毛细血管的血流
往往是间断的。括约肌与小动脉平滑肌协同发挥作用，调节流经毛细血管的血量和起作
用的毛细血管的数量。括约肌的收缩或舒张受局部化学因素刺激，仅在有限的程度上受
神经活动支配。
一142一
图5-4循环系统中的小动脉、毛细血管前括约肌、毛细
血管和小静脉
小静脉和静脉
血液从毛细血管进入称为小静脉的小血管，然后再进入静脉(图5-4和图5-5)Q当血
液流经小动脉和毛细血管时，心脏给予血液的大部分压力都丧失。因此小静脉中的压力
仅有动脉压力的15%左右。尽管静脉压力较低，但其直径较大，可以使大量血液流向心
脏。
静脉对于调节心脏和循环系统中的血流量具有重要作用。在运动中，由于支配静脉
的交感神经使血管收缩，并且由于肌肉收缩等机械因素的影响而实现这种调节。血管收
缩使内脏静脉血库中大量的血液进入心脏，然后再泵到骨骼肌，一使工作肌的血流量增
多。安静时，静脉中所存血量占总血量的65^7000，而动脉仅占15%以下。剧烈运动
时，静脉中的大部分血液都流向骨骼肌。剧烈运动时，循环系统中总的血流量可增加5
倍以上。这是因为有更多静脉血可被肌肉利用，心输出量有所增加。
作用于静脉上的机械因素对循环系统血流量的调节作用是，增加了静脉压，并有助
于静脉血回心。这些因素包括工作肌的“哪筒”作用和呼吸运动。收缩的肌肉压迫其中
的静脉’，将血液推向心脏。单向开放的血管瓣膜防止血液倒流。当肌肉交替收缩和舒张
黯
图5一r-5-0身体主要的静脉
时，这种“哪筒”活动便不断挤出血液。呼吸机能也能影响静脉血流，但仅作用于一些
特殊的静脉。吸气时，隔肌下降，压迫腹腔和胸腔中的大静脉。同时下腔静脉缩短，因
此使其容积变小，增加了推动血流的压力。结果有助于向心的血液流动。
一144一
小动脉中血流的控制
血管中的血流主要受小动脉阻力的调节。当血管舒张时，阻力下降，血流增多;血
管收缩时则情况相反。血管口径的大小主要由血管上包绕着的平滑肌的收缩程度控
制。平滑肌的反应因抑制性或兴奋性刺激的不同而有很大变化，例如，运动神经(有时
称为血管运动神经)传来的冲动、血管周围组织细胞的某些代谢产物、进入血管的血.液
中的变化(如激素、二氧化碳、氧、pH值)和温度变化等。身体不同部位的血管平滑
肌对这些刺激的反应不同。例如，脑中小动脉的平滑肌对二氧化碳敏感，在有二氧化碳
的情况下收缩或舒张。但是受到运动神经刺激时却几乎没有反应。而颅骨表面皮肤中的
小动脉很难因二氧化碳而加强活动，它们主要受血管运动神经的影响。
在控制血流的过程中，使小动脉平滑肌兴奋的所有刺激的总效果可以用对血流的阻
力表示。全身对血流的阻力即总外周阻力。总外周阻力由小动脉的收缩和舒张来决定，
受两种机制的控制:(1)根据组织代谢的需要进行局部控制;(2)与整体需要相配合的反射
性控制。这些机制都列于图5-6之内。
图5-6小动脉中血流的局部性控制和反射性控制
血流的局部控制
有些器官和组织(例如心脏和骨骼肌)在代谢活动增强时血流量便会增加。实际上，
正在活动的骨骼肌，其血流量与肌肉活动成比例地增加。血‘流增加是活动组织中小动脉
舒张的直接结果。这种血管舒张并不是因为神经或激素抑制了小动脉平滑肌收缩的结
果，而是一种局部引起的反应。收缩肌肉中代谢性血管舒张的真正原因还不清楚。然而
人们相信，肌肉中缺氧可能引起血管舒张，也可能与另一种有这种效应的代谢物有直
接关系。可以直接调节血流的某些代谢物和化学物质包括钾离子、氢离子和乳酸等。
运动中活动肌肉的血流量可增至安静时的15倍，主要是靠局部控制。血管阻力下
降使进入工作肌的氧和代谢原料增多。局部血管舒张的影响不仅限于工作肌中，在整个
循环中也存在继发性的影响。肌肉中血管舒张伴随着静脉中血流阻力下降，因而使静脉
回心血量增多。实际上，局部血管舒张本身对于增加回心血量因而增加心输出量就有重
要作用。当局部血管舒张再加上交感神经刺激时，可以进一步增加血流量。
血流的反射性控制
植物性神经系统中的交感神经发出许多纤维，支配体内大多数小动脉和静脉，这些
一145一
神经中的大部分释放去甲肾上腺素’，使血管上的平滑肌收缩，因而使血流减少。仅在脑
和心脏中受这些交感神经纤维支配的小动脉不收缩。
支配骨骼肌小动脉的神经除了交感缩血管纤维之外，还有使小动脉舒张的交感神经
纤维。这些纤维释放乙SIG胆碱，而不是去甲肾上腺素，可使血管舒张。这些舒血管纤维
在运动真正开始之前就能使骨骼肌血流增加。这是由于大脑皮层的高级中枢向骨骼肌的
交感舒血管纤维发出冲动，引起血流增加。
由于小动脉平滑肌的舒张和收缩受交感神经纤维控制，可认为神经所给的刺激决定
着小动脉的口径。交感神经纤维对皮肤小动脉的控制就是这种关系的很好例子。交感纤
维兴奋时，小动脉便受刺激而强烈收缩。当受到恐惧或寒冷刺激时，小动脉会因反射活
动进一步收缩而抑制血流，使皮肤变白。反之，当羞怯或体温升高时，支配皮肤的交感
神经由于反射性活动的抑制，引起小动脉舒张，皮肤变红。运动中体温升高时，小动脉
舒张而使.血流增加，有助于身体通过血液散发更多的热。
交感神经的缩血管效应使那些不直接参加运动的器官血流‘减少，例如胃肠道和肾
脏，同时使心肌和骨骼肌血流增多。这种影响甚至在运动开始以前就会出现。此外交感
神经对小动脉的舒血管效应也使骨骼肌的血.流增多。支配骨骼肌小动脉的交感神经舒血
管纤维的兴奋活动持续时间较短(运动开始后约10秒钟)(6 )。在此兴奋活动后，直接参
与运动的骨骼肌中血管的开放与局部代谢率成比例。不参加运动的肌肉中的血管则在交
感缩血.管纤维支配下收缩。
值物性神经系统中的副交感神经仅支配生殖器官的某些血管。因此，副交感神经对
控制小动脉口径没有直接作用。但是它们可以通过增强某些腺体的代谢活动而使这些腺
体的血流增加。在运动中，当交感神经系统受刺激使内脏器官的血液转移到工作肌时，
副交感神经系统的活动减弱，因此使工作肌的血流增多。
引起动脉平滑肌舒张最重要的激素是肾上腺素。这种激素是由交感神经纤维直接支
配的肾上腺髓质分泌的。除肾上腺素以外，肾上腺还分泌去甲肾上腺素，也经血液循环
作用于其它组织。肾上腺总分泌量中有80%是肾上腺素，去甲肾上腺素占20%。两者都
能使心率增加、冠状血管舒张，但是肾上腺素使骨骼肌小动脉舒张，而去甲肾上腺素使
其收缩。运动开始之前，肾上腺髓质便开始活动，分泌肾上腺素，使身体做好准备。但
运动开始后，与去甲肾上腺素的作用相比，循环中肾上腺素对小动脉的影响可能很快就
减小，因为交感神经纤维末梢释放出大量去甲肾上腺素。
体循环动脉血压的调节
循环系统中，血液能够持续流动是因为它不断受到压力。血管的反射性活动和骨骼
肌局部代谢的需要可以改变循环阻力和心脏的活动(参见图5=6)。当血管中总外周阻
力增加时，心输出量也必须增加，以保持适当的血流量(心输出量二每搏输出量为合
率)。反之，血‘管阻力下降时血流增加，心输出量也下降。这种关系如图5-7所示。为
保证各组织器官有适当的血流，动脉血压必须保持相对衡定。运动中，当大量的血液流
向工作肌舒张着的血管中时，血压趋于下降。为了防止血压下降，_要么增大心输出量，
要么改变其它部位动脉血‘管床的口径，或者两者都改变才行。通常，运动中的血压因心
输出量增加而保持正常或升高。
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{体循环平均动脉压.一_一一」娜1..…心理枣.勇森一-Ix匕一一竺卫塑竺竺上一一-习
体循环平均动脉压
心输出量
总外周阻力
一每搏Vi出.量
L率
小动脉口径
血液粘滞性
支配心脏的
交感神经活动
支配心脏的副
交感神经活动
交感缩血管神经
交感舒血管神经
(仅存在于骨骼肌)
血浆肾上腺素
血浆肾上腺素
血细胞比容
舒张期末
心室容积
心室内压
胸内压
心房压
呼吸运动
局部控制
02
K+
co2
H+
渗透压
代谢产物
“损伤”因子
静脉回流
静脉压
骨骼肌“卿筒作用”
支配静脉的
交感神经活动
血量
图5-7体循环动脉血压与影响心输出量和总外周阻力的因素
控制血压的血管运动区
交感神经对血流的反射性控制是经脑干中血管运动区实现的(见图务10)0脑干中
控制反射机能的有三个主要区域:血管运动区、心区和呼吸区。外周各种感受器向这些
区域发出信息，然后通过植物性神经系统对这些信息做出运动反应(图5-8)。血管运动
区和心区之间的机能关系主要反应在对血压的调节方面。从各种感受器传来的信息逐级
不断地送到这三个区域。信息来自动脉感受器，它们接受牵张刺激(压力感受器)或氧、
二氧化碳和氢离子浓度的刺激(化学感受器)。另一些外周感受器感受寒冷、疼痛、热、
压力或关节运动的变化。在这些区域附近还有一些感受器，下丘脑或脑的中轴部位的感
受器可因组织液中某种气体或体温的变化而兴奋。对这些传入冲动所产生的调节血压的
图5-8中枢神经系统中心脏一血管一呼吸区传入冲动的来源和经反射活动
调节血流和血压的植物性神经系统传出冲动的来源
反应，主要是通过植物性神经系统实现的。
植物性神经系统中调节血压的感受器
当感受器受到刺激而兴奋时，会经植物性神经系统的反射性反应激起一连串的活
动。某种特殊感受器受刺激时，总是产生相同的反应。这种固定反应表明，传入和传出
的神经通路并不是任意决定的。所有的传入冲动虽然都到达中枢神经系统，但是经植物
性神经系统发出的传出冲动对于每种引起反应的感受器来说，都有其特定的通路。有时
候很难区别在某种特殊反应中哪个感受器起主要作
用，因为各种感受器此时都起一定作用。有时候只有
一种特殊效应器做出反应，这就很容易区别是哪种特
殊的感受器在起作用。
血压的调节由心脏机能和小动脉对血流的阻力两
者的相互关系决定。影响心脏活动和血管阻力的因素
列于图5-7中，说明了植物性神经系统的重要性，以
及交感神经活动对于调节血压的特殊意义。不难理
解，在调节血压过程中交感神经起较大作用—从解
剖结构来看，交感神经的分布比副交感神经更为广
泛。除了毛细血管外，全身所有的血管都有交感神经
纤维支配。而副交感神经却不具有这些特点。
在控制血压的过程中，向血管运动区和心区提供
信息的最重要的感受器是动脉牵张感受器(压力感受
器)和化学感受器(图5-9)。这些感受器彼此相距
不远，位于供给脑的主要动脉(颈动脉)的分枝处。
压力感受器和化学感受器的传入神经也位于这一分枝
处。在主动脉离开心脏开始向下转弯处的主动脉弓上
也存在类似的感受器。颈动脉和主动脉上含有压力感
受器的部位分别称为颈动脉窦和主动脉窦。旁边的化
学感受器位于颈动脉体和主动脉体。主动脉窦上的压
力感受器控制全身的血压，而颈动脉窦控制脑的血
压。
动脉体
动脉窦
颈动脉
主动脉
主动脉体
，:/
\\.y
图5-9主动脉体和颈动脉
体及主动脉和颈动脉窦的
部位
动脉压力感受器受平均动脉压和脉搏压刺激。当压力升高时，颈动脉窦和主功脉卖
发放冲动的频率便增加。这些冲动由传入神经送到中枢血管运动区和心区，引起:(1)副
交感神经活动增强，交感神经活动减弱，心率下降;(2)交感神经活动减弱使心脏收缩力
下降;(3)抑制支配小动脉平滑肌的交感神经纤维活动，使动脉血管舒张;(4)支配静脉平
滑肌的交感神经活动减弱，使静脉血管舒张。结果使心输出量下降(Ob率和每搏输出量
下降)，外周阻力减小，因而引起血压下降。随着压力感受器所受到的压力逐渐减小，
传到血管运动区和心区的神经冲动也减少，支配心脏和血管的交感神经活动又增强，使
心率和心肌收缩力增加、血管收缩，因而引起心输出量和外周阻力增大，使血压升高。
运动开始时，工作肌中的血管舒张，引起总外周阻力下降。当动脉血压开始降低
时，刺激压力感受器，发出的冲动经感觉神经传到血管运动区，使支配血管和心脏的交
感神经兴奋。结果使不参加工作的肌肉和内脏中血管收缩，心脏活动增强，引起血压升
高。然而，因运动中血压升高而增大的对压力感受器的刺激，并不足以使血压下降。运
动中较高的血压应该刺激压力感受器，最后使支配血管和心脏的交感神经活动减弱，倾
向于使血压下降。但是，由于影响心输出量(每搏输出量和心率)的其它因素的作用对
血压的影响大于此时交感神经使血压下降的作用，运动中血压仍保持较高。
化学感受器对血压的调节作用不如压力感受器重要，但一也有一定影响。当血中氧含
量较低时，刺激化学感受器而使中枢心区活动加强，血压升高。这时血压升高是由于支
配心脏和不参加工作组织血管的交感神经活动加强所致。结果使心脏收缩力量增大，不
工作肌肉中的血管收缩增强C3)0
其它一些对心脏机能和血管舒张有作用的感受器也能影响血压。位于静脉与心房连
接处的心房感受器，可感受压力或血容量增多的刺激。出现这类刺激时，交感神经活动
使心率增加，同时支配工作肌的交感神经被抑制，引起更强烈的血管舒张(475)。因此使
心率与回心血量相适应。当运动中呼吸加强牵张了肺中的肺泡感受器时，也发生相似的
反射性反应(“’，引起心率增加，工作肌血管舒张。运动中骨关节的活动甚至也能影响血
压。关节本体感受器受肌肉活动刺激时，能反射性地引起心率增加和不工作肌肉的血管
收缩X7,8)，结果使血压升高。
安静时和运动时的血压
随着血液从心脏射入主动脉，然后流向循环系统中的其它血管，动脉血压逐渐降低。
体循环和肺循环系统中不同部位的血压变化见图5-100例如，血液从左心室进入体循
环时，安静时心室收缩产生的压力约为100mmHg，这些压力大部分都传给了主动脉。
血液在进入小动脉之前，压力下降到85mmHg左右。主动脉中100mmHg的血压是墓
于收缩压(120mmHg)和舒张压(80mmHg)的平均值。收缩压是血液在流经上首的脓
O0
28
，.‘
体循环
肺循环
静脉
化
变
的
、、·、压
小静脉侧
中
毛细血管环
循
肺
小动脉林
循
体
n︺
动脉5--1
图
一」49一:
动脉处测定的。促使血液能够流过动脉的压力即舒张压。血压可根据水银检压计玻璃管
中水银柱上升或下降的毫米数测定。用于测定血压的仪器叫做血压计。小动脉中对血流
的阻力最大，约占总阻力的二分之一。因此，血液在进入毛细血管之前，压力从小动脉
中的55mmHg左右降到约30mmHg。在毛细血管中，压力从30mmHg下降到进入
静脉之前的10mmHg。在右心房处的血压则下降为。至。,5mmHgo
剧烈运动时，收缩压和舒张压分别可达175mmHg和ilom一mHgC9)。进行中等或
较强的运动时，收缩压可达160mmHg，而舒张压变化不大〔‘。’。进行骑自行车、跑或
走等大肌群持续运动时，血压达到160mmHg至175mmHg，如果额外的小肌肉群也
参加工作，血压会升高更多。例如，在跑台上行走时如果手以50%最大握力用力60秒，
血压会超过原来预想的水平〔“〕，收缩压上升了45mmHg，舒张压上升了40mmHgo
在同样的心输出量水平下，如果做上肢运动，所引起的血压变化比下肢运动大(图5-
11)。因此，心脏需要以更大的力量收缩，以克服主动脉中升高了的压力。小肌群运动
时，主动脉血压较高可能是因不活动肌肉中血管收缩增强所致，与大肌群运动时血管舒
张增强的效果相反。血管舒张增强使血压趋于下降，而血管收缩使血压升高。
.00 r
000户r0.610
收缩压_，
一口口尸
一口，r
一口，，
.尸尸
尹OOV尹i
血
压
mmHg
图5-11
舒张压
.曰.......曰............口........................口.........弓刁....曰.
上肢工作一
下肢工作-一一
最大耗氧量百分数
上肢和下肢工作时，收缩压和舒张压的变化。上肢工作并不
能达到最大耗氧量水平
小肌群运动引起血压升高较多，这对于怀疑有或已知有冠心病的人很不利。为了对
抗血管中较大的阻力而保证血流，心脏受到过大的压力，可能会超出他的心力储备。如
果发生这种情况，心脏机能失调会进一步使其工作能力下降和(或)产生衰竭。如果心
力储备较低，应避免参加那些由小肌群进行最大或近于最大收缩的活动，甚或那些需要
大肌群持续用力的活动。举重训练和某些柔软体操练习也属于这类活动，再有像在双杠
或吊环上的某些体操动作等。为了能在心力储备允许的范围内进行适当活动，应该进行
那些有大肌群参加的，收缩力量相对较小的、持续时间在5分钟左右或更长一点的运
动。当然;年龄在35岁以上没有冠心病史或症状的人，以及年龄较轻但有症状或有其
它较大危险因素的人，在开始运动计划之前应按表4-4的指导去做。
当运动中有较强的肌肉收缩，并且有憋气动作时，胸内压可增加两倍以上。因而使
回心静脉中压力升高，血流受阻。此时收缩压和舒张压急剧下降。流到右心房的回心血
量减少，使脑的供血不足。脑中血氧稍有下降便可能引起头晕或昏厥。这种因胸内压引
起的胸内静脉压变化而产生的症状，称为Valsava现象。这种现象常在憋气(声门紧
闭)举起重物数秒钟的情况下发生。举重训练时，大肌肉群持续用力，’并且憋气时，常
常产生头晕。为了防止Valsava现象，在举起重量时运动员应该吸气。吸气使胸内压
下降，因此有助于胸腹腔静脉中的血液回流心脏。同时建议憋气的时间不要过长。
运动中血液的分配和血量
运动中体内血液发生重新分配，为身体活动提供最适宜的内环境。血液从内脏转移
到循环中，使循环血量和心输出量增加(见图4-12)。可以被工作肌利用的氧合血液增
多，使耐力增强。如果有规律地持续进行耐力训练，循环血量就会长期增多。对于运动
来说，血量增多可以提高心输出量和耐力。
血量与训练
循环系统中血量增多时心输出量增加。随着较多的氧合血液流到工作肌，细胞的摄
氧量及运动能力都会提高。耐力训练产生的重要效果之一就是使运动中可利用的血量增
多。据报道可以增加10^25 Y o(12113)。血量增多相应产生血红蛋白增多，进一步提高了
机体利用氧的能力〔12,13 a )。血量较多说明对热应激的调节也更为有效。因为在热天运动
时，大量血液流经皮肤以使身体散热，使得体循环中可利用的.血液减少，因而使心输出
量和运动能力都受到影响。由于训练使血量增多，对热应激就能更好适应。
运动中血浆的变化
运动中由于不工作组织血‘管收缩，体循环中血量增多(见图4-13)，进入工作肌周
围组织间液的血浆量减少〔14,15)。在前10至15分钟血浆减少是因为运动刚开始时液体
从毛细血管流出的结果。血浆量下降总共可达10^}15%。起初发生的血浆量减少的原因
可用血管收缩机制解释。运动开始时，心输出量和动脉血压升高，而工作肌的血流阻力
减小。因血压升高和工作肌对血流的阻力下降，更多的液体被压入浸浴肌纤维的组织间
液。约10至15分钟后，由于组织间液中压力上升，毛细血管才停止滤出过多的液体。
组织间液的压力与毛细血管压抵消。最后达到平衡状态，血浆量趋于稳定。
血液兴奋剂(Blood doping)与耐力
随着血液携带氧的能力增强，就可能在那些需氧较多的运动中使耐力提高。虽然还
有一些别的因素影响最大耗氧量，例如肺组织与毛细血.管血液之间和工作肌毛细血管与
细胞之间的呼吸过程，但是血液所能携带的氧量仍是提高耐力的关键因素。显然，在心
输出量已达最大时，血液中血.红蛋白浓度升高会给肌肉运去更多的氧。一
曾有人试图证实给赛跑运动员输血以增加红细胞数量，观察对耐力性运动是否有
益。在1976年奥运会期间，有人提出了关于输血以提高耐力项目成绩的专题报告。一
些人认为，这样做是不道德的，应该禁止，因为这会给某些运动员带来‘不应有的好处。
在比赛之前给运动员输血叫做血液兴奋剂。对血液兴奋剂和成绩的研究发现了一些相互
一151—
矛盾的结果。一些研究表明能使工作能力提高〔‘“，‘““’，另一些却发现了不同的结果〔‘“〕或
没有发现变化〔17)。关于血液兴奋剂对耐力素质的影响还需要做进一步的研究，才能得
出适当的结论。
循环在体温控制中的作用
循环的重要机能之一就是在机体需要时可以冷却或加热不同的组织，或把身体内部
过多的热量带到身体表面或皮肤。控制体温的目的是使脑、心脏和肠道等组织能保持相
对稳定的温度。血液能有效地调节体温，因为它有较大的热容量。因此血液能带走大量
的热而本身温度仅稍有升高。安静时，身体的“核心”温度约在100A0F (380C)左右，
“表面”(皮肤)温度约有96.2T (340C)。但是，身体内部不同组织的温度并不相同。
头部较凉的皮肤的温度变化范围与躯干部较热的皮肤相比，可相差5倍之多。口腔温度
比直肠温度约低10F (0.350C)，两者均受运动、情绪、清醒与睡眠状态等的影响。
使体温。维持在相对较小的变化范围内需要精确的生理控制，使产热和散热之间达到
平衡。这是通过调节代谢率使之与外界环境变化达到平衡而实现的。
散热与产热对体温的调节
体内热量主要是经皮肤散失的，呼吸道和肺也散失一部分热。散热的多少取决于皮
肤和周围环境的温度、皮肤表面和呼吸系统表面空气的流动、以及空气中水蒸汽的含
量。实际上，在这些机制的作用下，一个裸体的人在环境温度从约30T(一1 0C)变到
70T (770C)时，身体内部温度变化只有10F (0.350C)左右。
皮肤温度取决于流经皮肤血管的血‘流速率。剧烈运动时体内热量增多，流经皮肤中
舒张血管的血流将身体内部多余的热量带到体表。皮肤血管主要受交感神经控制，取决
于它们的刺激是使血管收缩还是抑制这一过程。皮肤中血液经传导、对流、辐射或蒸发
等方式与环境进行热交换。
传导是指热量从温度较高的物体传给温度较低的物体的过程。对人体来说，热量可
以从皮肤传至固体物(如冷板凳)、液体(如水)或气体(如空气)。热量也可经对流传
递，这是指身体热量传给流体(液体或气体)的过程。在电扇前面乘凉时，吹过皮肤的
气流经传导受热，再经对流将热带走。然后冷空气又补充进来，如此反复流动。身体也
可经辐射散热，这是指较热物体向较冷物体发射电磁波的过程，此时并不使空气加热。
太阳可经辐射使身体变暖，较热的身体也可使附近较冷的物体(如椅子)温度升高。
身体散热或产热的量决定于体内与外部环境之间的温.度差别(温度梯度)。当环境
温度较低时f-90皮肤血‘管收缩而增强隔热能力，以保存体热。然而如果环境温度太低，温
度梯度太大，皮肤还是会散失过多的热。为了调节体内温度，，必须使组织中氧化过程加
强以增加产热量。在安静时或基础条件下，肠、脾、肝、肾、脑和心肌的产热量占代谢
产热总量的62.8%。进行中等运动时，总产热量可增加到安静时水平的3倍，其中
75--80%是由骨骼肌产生的。天气较冷时，在发生寒战之前骨骼肌正常的“紧张”(由
于运动神经低频率发放冲动引起的)就增强以增加产热量。
在寒冷的环境中，虽然大部分代谢热来自肌“紧张”，但还有一部分热是由于一些
能使代谢率增加的腺体活动产生的。甲状腺和肾上腺髓质(分泌肾上腺素)可通过它们
一152一
分泌的激素使许多组织和器官的代谢活动增强，但它们的作用范围还不清楚。在许多清
况下，内分泌因素被认为是体温调节中第二重要的因素。环境温度较高时，皮肤与身体
内部的温度梯度倒转。为保持体内温度在正常范围内，皮肤血管舒张散热。但是，在温
度过高的情况下，血管舒张也不足以维持体温正常。这时为了增加体表散热，就要靠汗
液蒸发。
排汗对体温的控制
进行体力活动时，体内温度趋于上升，此时排汗对于保持体温相对稳定是相当重要
价。汗液是由汗腺主动分泌的液体，经腺管排到皮肤表面。汗液的生成和排放到皮肤表
面，是由交感神经经下丘脑控制的。汗液是一种稀薄的液体，主要含有氯化钠或者说
盐。大量排汗时，身体每小时可丢失四夸脱以上的水分。在安静时，对流(包括传导)
散热可占4000y辐射占400o}蒸发占20%;而在剧烈运动时，蒸发对散热起着更大的
作用，运动时，由于代谢活动大大增强，出汗对于身体散热来说就成为重要的方式。其
它散热的方式，如对流和辐射，其速度跟不上较高的运动水平。在环境温度超过皮肤温
度时，如果没有蒸发，身体将通过对流和辐射吸收热量，只有在环境温度低于皮肤温度
时才能经这些方式散热。
身体排汗散热的速率一也有限度，这取决于空气的温度和湿度。如果空气完全干操，
并月.对流空气足以使体表汗液迅速蒸发，刀卜么人体可以忍受2000F (930C)的气温而不
致于产生疾病。然而，如果湿度为100%而且空气不流动，气温在940F (34cC)左右便
会产生不良影响。由于温度可以影响化学反应速度，在94T以_匕温度每升高一度便会
使基础代谢增加6%左右。实际上，当体温升高到1100F (430C)左右时，代谢率会增
加一倍。
体温的字中经调节
调节皮肤血管收缩或舒张、骨骼肌收缩和腺体活动以调节体温的效应器都受脑干中
下丘脑的神经支配(图5-12)。到下丘脑的传入冲动来自皮肤及下丘脑本身中的温度感
受器。
下丘脑中的温度感受器受动脉血液温度变化的刺激。由于下丘脑主要调节身体内部
的温度而不是皮肤温度，因而对前者比对后者有更主要的调节作用。皮肤感受器经传入
神经和上行传导通路将信砂息传到下丘脑。当冷觉感受器受刺激时，传出冲动刺激产热机
制。而热觉感受器的刺激则使散热机制活动加强。在冷天，适应性的反应是使散热达最
小，而加强产热。为了保存热量，支配皮肤的交感神经兴奋，引起小动脉收缩。同时，
支配汗腺的交感纤维被抑制。下丘脑还刺激躯体传出神经，引起骨骼肌收缩，使代谢产
热量增多。这种反射性的寒战也可能部分受大脑皮质随意的、有意识的控制。另外，支
配肾上腺髓质的交感神经引起大量肾上腺素和少量去甲肾上腺素的分泌。因此使代谢率
升高，产热增多。
当热量过多而刺激了温度感受器时，交感神经的活动使皮肤小动脉舒张，汗腺周围
平滑肌收缩，抑制躯体传出系统的运动神经元，使骨骼肌肌紧张下降，并且使肾上腺髓
质分泌肾上腺素减少。
一153一
鲤些上一磕氰获奋
下丘脑温度
下丘脑以“无意识的反应”
肤温度感受器}TSH释放因子
巨应引国迎1交感神经
I
W
TSH
l
.
巨彝曰
i
审
甲状腺素
肾上腺
髓质
汗腺
小返
{}71n: Ill/!!骨骼肌
I
甲
肾上腺素
图5-12下丘脑控制体内温度的体温调节机制
TSH:促甲状腺素
运动和劳动中的热量
维持生命活动需要不断产生能量，所以体内总是存在热量。体内任何组织或器官的
活动增强时，总会相应使产热增多。肌肉温度升高时伴有机能上的变化，能以更快的速
度和更大的力量收缩。当由于运动和(或)环境引起体温升高、热量过多时，便产生温
度调节机制对热适应的问题。如果在温度调节机制所能适应的能力之外持续运动，人体
将发生紊乱。我们应该对这些紊乱的身体综合征有所认识，以便采取预防措施。
运动与体温
安静时，肌肉产热占全身总产热量的20%左右，虽然肌肉占体重的50%。但是在
运动中，工作肌肉可使身体的产热量增加10倍。运动的剧烈程度与身体内部和肌肉的
温度升高成直线相关(图5-13)。身体内部温度从安静时的HAT (370C)上升到以
75 % V02max负荷运动时的100,20F (390C)1181。身体内部温度随着工作强度增加逐
渐升高，但达到1040F (400C)左右的最大值后便保持稳定。要在这么高的体温下继续
工作，将会使心血管系统和体温调节系统产生较大的应激。如同所预料的那样，肌肉温
度升高会引起身体内部温度相应升高。然而，由于蒸发散热的影响，运动中皮肤温度却
是下降的。
一154一
一一一二
流月作价排
二000
尹0.沙
内J内」
体摄八弋勺
J叮闷口，山j以八甘
3，333
安静
最大耗氧量的百分数
图5-13增加工作强度时身体内部(-一)、肌肉(—)和皮肤(-一)
温度的变化
运动和劳动中的热应激
短时间运动中，心血管系统的应激受到局部血管舒张和非工作肌肉中交感性血管收
缩的影响。当工作肌肉中的血流因血管舒张而增多，同时非工作组织血管收缩而使可利
用的血液增多时，看来对耐力最有利。然而，在长时间的运动中，另一种因素给心血管
系统增加了额外的刺激。这种因素就是持续运动中积累起来的热。使身体把过多的热量
散发出去，给心血管系统增添了额外负担，会产生一些机能变化。
长时间工作和积累的热对中心循环的影响是很显著的。在心输出量相对不变的情况
下，静脉压和每搏输出量下降。这是几方面反应互相竞争的结果，一方面局部血管舒张，
使工作肌肉血流增多，另一方面交感神经的刺激使内脏血流减少，而皮肤血管舒张，以
增加血流来散热。在负荷和心输出量接近极限时，皮肤血流增多减少了工作肌肉的血流，
因而使耐力下降。通常交感神经活动加强使心率加快。当静脉回心血量和心输出量保持
不变时，心率增快则每搏输出量减少(见图4-19) o
有一点可能不易理解，就是为什么在大量血液从中心循环转移到皮肤外周循环以散
热时，特别是血液转移到皮肤而使静脉压下降时，静脉回心血量和心输出量能保持不
变。由于血液向皮肤转移，可能会使静脉回流的阻力下降。但是，由于平均血压(mean
blood pressure)也下降，这种现象可以用下式解释:
、。二。_。_二。_平均血压
。。目‘口“里一庸丽涧谎州面玩『
平均血压下降倾向于使回心血量减少，而阻力下降倾向于使回心血量增多。这些参
数的相应变化效果达到平衡，使静脉回心血量保持不变。但是，尽管心输出量保持不
变，工作肌肉的血流量却因大量血流转移到皮肤而减少，因此肌肉的耐力下降。
脱水、运动能力和热疾病
进行长时间剧烈运动时，由于大量排汗产生脱水，细胞内液的量显著减少，但血量
一155一
保持不变。实际上，体内丢失4升水分时血量也不一定减少〔‘9’。此时除了细胞内液减
少，组织间液也会减少。这些体液减少是为了保持一定的血量，血量是靠其它部分体液
来维持的。由于过度失水而影响出汗时，身体内部温度便升高。脑干中下丘脑周围体液
温度升高，影响了它对交感神经对控制皮肤血管舒张和排汗的调节。随着排汗减少，体
温升高，产生进一步的并发问题。当体温升高到107----,1,10'F时(41.7.43.30C)，热调
节机制就不能使身体再排出更多的热。高温会使组织细胞因脱水而变性。还会产生其它
一些影响，如发热、面色发红、皮肤干燥等。出现这些症状时就会中暑。
虽然在长时间剧烈运动中脱水并不使血浆量减少而使细‘胞内液减少，但在高热的外
环境中却不是这样。气温引起的脱水达体重5%左右时，血浆量可丢失25%，而细胞中
或周围组织中}J1沐液却并无显著丢失〔‘”〕。这对心血管机能是有害的，每搏输出量和血
压都下降，整个系统机能衰竭。如果这些现象还伴有脉搏既快又弱、皮肤湿冷，是出现
了热衰竭。中暑与热衰竭的区别在于它们的产生机制。中暑时是下丘脑的体温调节中枢
机能下降，而热衰竭时是心血管系统机能下降。而在两种情况下，身体内部温度都显著
升高。
当运动对心血管系统有较长时间刺激时，例如进行长跑或长距离自行车运动，并且
环境温度又很高，对产热和散热的调节就成了进一步的问题。由于出汗散热要从血浆、
组织间液和细胞内液提取水分，使水分很快减少，最后体温会上升到危险的程度。仅丢
失2%的水分，对循环和体温调节机制产生刺激，就会使它们的机能下降。运动员经常
要在气温很高的情况下长时间运动。随着活动引起体温升高和因散热而出汗过多时，必
须补充水分，那伯仅补充少量。因为这时会引起运动能力下降，并可能发生中暑或热衰
竭等(表5-2)0
条件
表5-2高温和运动引起的体液量变化和伴随产生的热疾病‘川*
...........口理....，，、，更，二，，，，二班，吧，竺，，，，，二，尸，犷，，，犷二廷.”，，，.，竺，，巴竺，，，二，二，，州，r，，，一，‘，t，，.，，勺，，，”，，尸，尸尸片一
每搏心率心输血量组织细胞症状心血管温度调
输出量出量间液量内液量衰竭节衰竭
T工J工
皮肤多汗，
脉搏快而弱
活竭
度衰
轻热
或生
时发
静时
安动
运动中发生中暑
皮肤干、热，
面部潮红
有
x没
或
否
是
于
决竭
取衰
高温中运动
................润.欣目目舰.n..州...曰..公朋，犷，
*箭头(t)表示增加，(丰)表示下降，(。)表示不变。
脱水与运动能力在摔跤和举重之类的运动项目中，运动员常以减体重来获得优势。
通常是以出汗和失水来降体重。刺激出汗最常用的办法是运动，以及进行蒸气浴或在蒸
气室中提高环境温度。如果由于脱水而使体重下降过多，则运动能力并不一定能提高。
在持续时间为数分钟的运动项目中，循环系统对保持耐力是很重要的。任何耐力性
工作中肌肉都必须获得足够的营养物质，并且将热散发出去，这些机能要靠循环系统完
成。如果因脱水而使细胞外液(血液和组织间液)减少，循环系统完成这些机能的能力
便会受到严重影响(20)。在热环境中使体重减轻5.2%，会引起血浆量减少25 0o C213。结
果，在次极限工作中每搏输出量减少，为了保证心输出量，心率就要加快C22)。甚至在
极限工作中心输出量和摄氧量也能保持脱水前的水平。但是持续进行剧烈活动的能力显
著下降(23,24)0
脱水除了会引起循环机能变化之外，也使身体散热能力下降。实际上，因出汗而使
体重每下降百分之一，身体内部温度便上升。.350 F (0.130C)至。.550 F(0.200C)(25)0
然而，随失水而产生的体温升高显然并不仅仅是因汗液蒸发散热的效果减弱造成的，脱
水时出汗速率和皮肤血流并无显著变化(26,27)。失水使体温升高的原因还不清楚。不管
怎样，脱水会使身体散热能力降低，因而使运动能力下降。
也有人研究过关于快速脱水对其它运动能力，如力量、速度和反应时的影响，但结
果各不相同。对一些工作来说，脱水对力量有不利影响〔28)，而对另一些工作则没有影
响〔“”一“2)。脱水对于速度或反应时间没有不利影响〔24,31)
体内水分过多与运动能力比赛前摄入过量的水在一I }l时间的比赛中通过对心血管系
统刺激会提高运动能力。显然，在短跑中胃内重量增加或胀满的感觉对运动能力并无不
良影响(33,34)，即使在跑前5分钟喝1.5升水也是这样〔35)。一因此，喝水引起的身体不适
也不应该影响长跑能力。事实上，摄水使运动能力提高的影响要超过身体不适可能引起
的不良影响。在长时间运动前摄入2升以下的水，可以使赛跑成绩提高〔36)，并使体温调
节机制的应激减小，表现在心率下降、直肠温度下降(37,38)，出汗增多。
运动中摄水摄盐防止造成热疾病为了防止运动中体温过高，运动员应该摄入足够
量的水。这样在较长时间内都能保持蒸发散热，另一方面，体温升高给循环和体温调节
机能加重了负担。由于运动中水分丢失主要发生在细胞内，细胞周围的体液不能有效地
满足细胞的代谢需要。这种影响可从耐力下降表现出来。运动中除了失水之外，盐和其
它电解质也有丢失。这些也与运动能力下降有关(21,39)0
运动时摄水的重要性见图5-14C34)。如果摄入较凉的水，体温在45分钟后保持稳
定，在120分钟后仅稍有升高。如果没有喝水，则体温在整个运动时间内持续上升。在
气温1000 F(380C)、相对湿度35至45%的条件下行走5小时以上，在不同的摄水情况
下也得到相似的结果(图5-15) (40)o
口口.，，.脚，‘口.口口‘臼
尹尹000 *031,r
n乙
，J
直肠温度(℃︶
补充水一
不补充水一一一
60
跑动时间(分)
.土一
120
图5-14在长跑时摄水对直肠温度的影响
103.4
直102.0
肠
温
度101.5
尹%
。F
产
101.0
100.0
图5-15长距离行走时摄水对直肠温度的影响
如果大量出汗失水而又没有补充，直肠温持续升高，3小时以后达到近于衰竭的危
险水平。如果在行走过程中摄水量以止渴为度，则直肠温先有所上升，然后保持稳定，
直到4.5小时左右。然后，体温上升到衰竭水平。如果摄水与失水达到平衡，即满足止
渴后再超过一些，在整个运动过程中体温就能保持相对较低。
虽然在耐力项目中只有摄水才能保证最佳运动能力，但是在中等到剧烈的运动中并
不能完全补充因出汗丢失的水分。胃和小肠的排空能力受到抑制。在2小时的赛跑中，
每小时失水约1.67升，但喝水补充只能达到每小时0.82升左右〔34)。但无论如何，运动
中补充水分可使运动能力下降程度减小，并且减少了热疾病的可能性。
美国运动医学学会发表了对防止长跑中热疾病的规定(41)。他们的观点可以用于任
何一种耐力性比赛项目，只要这种项目所消耗的能量程度相当千10英里以上长跑比赛
时即可。下面对他们的某些规定做些说明:
1.当湿球温度计(空气温度对水蒸气的冷却作用)温度超过82.40F(280C)时，不
要进行10英里或更长距离的长跑。这一温度相当于干球温度计温度从98.60 F(370C)
到870F(300.50C)，相应的相对湿度从50%到80%的范围。湿度升高，则相应的“安全”
温度降低。图5-16列出了在湿球温度计82.4'F(280C)以_匕干球温度计温度与相对
湿度的对照关系。干球温度计温度在曲线以上时，禁止进行1-0英里(16公里)或更长距
离的赛跑。
2.湿球温度计温度为82.4'F(280C)是允许进行长跑比赛的绝对最高温度，在此温
度以下可以进行运动。当日光干球温度计温度超过80*F (27cC)时，应该在早上9点之
前或下午4点之后进行长跑C44,45)0
3.应该备有含少量的糖(每夸脱水中少于6平茶匙，或者说每100毫升水中2.5克
葡萄糖)和电解质(每升溶液中钠少于lomEq，钾少于5mEq)的饮料〔39,46)。饮料
中含糖过多可能影响小肠的排空，并可能引起胃部不适和胀满的感觉。结果使运动员饮
水减少，则影响运动能力。2,46)0
4.运动员在赛跑途中应经常补充饮料，在比赛前应摄入1.5至2杯的饮料〔22,46)a
5.赛跑运动员应能辨别热疾病的早期症状。这些症状有:胸部和臂部立毛肌收缩
.C
40
乍
104.0
102.2
相对温度(o)
图5-16与湿球温度计达到82. 40F或28℃相对应的干球温度计’F或℃
温度。干球温度和湿度换算超过了湿球温度计82.40F或280C，禁止进
行长跑((10英里或16公里)以上的比赛
(鸡皮疙瘩)、发抖、头部有跳动的压迫感、动作不稳、恶心和皮肤干燥(41,47)0
准备活动对运动能力的影响在赛跑之前做些体力活动，能在比赛前使身体做更好
的准备。准备活动可使肌肉温度升高、激活肌肉中的能量来源、·刺激激素分泌、兴奋神
经系统、并使身体内部温度升高。肌肉温度和(或)身体内部温度升高，可以提高短距
离自行车冲刺〔48’和40至220码游泳〔49〕的成绩。研究证明，准备活动能提高跑速〔50-52)
臂部运动速度〔53)、肌肉力量C53,54)、肌肉耐力〔53,55)、爆发力〔55)、和心血管耐力〔55)。有
些研究工作认为准备活动对提高运动能力没有明显作用，但这类工作只占很少数〔56)0
一般认为准备活动是有益的，特别是对包括爆发性动作的运动。
实际上在体力活动开始之前，皮层就已开始做准备活动。在运动开始之前便刺激交
感神经，引起所有骨骼肌血管舒张。当然，在运动开始后，不工作肌肉的血管收缩，工
作肌血管舒张。
准备活动的另一个优点是防止肌肉损伤，虽然支持这种观点的实例不多，因为受试
者在研究工作中对于可能出现损伤的情况有些犹豫不前。在一项关于代谢效率的研究中
无意表明了准备活动对肌肉酸痛的影响〔10)。四名受试者在不做准备活动的情况下跑步，
两个人因为没有采取预防措施而使肌肉酸痛加重。
一般地说，最好的准备活动是将要实际进行的运动。短跑运动员应该做准备活动，
并牵拉腿部肌肉;足球运动员应该做短距离冲跑和柔软体操，使比赛中有用的肌肉兴奋多
篮球运动员应做跑步和投篮;游泳运动员则应游泳。准备活动的量取决于个人情况，不
过最起码应该出汗。
当肌肉和身体温度(最好是测直肠温度)都升高时，准备活动达到最佳效果。准备
活动实际应该有多大量，持续多长时间，不仅与不同活动有关，而且不同个人也不一样。
有时需要30分钟，有时可能5分钟便足够。为了使准备活动最有效，准备活动后到运动
开始的时间不应超过45分钟，除非在运动开始前一直穿着很暖和的衣服。7)0
159一
对热和冷的环境的服习
持续长时间地处于热环境中，’会引起对热刺激的逐步调节或服习。实际上在热环境
中几天后便会引起服习。对热的耐受伴随着排汗增多和因蒸发引起的皮肤温度下降。因
此，流经皮肤的血流冷却而使体温也下降。服习之后，随着使身体降温所需要的血液减
少，在运动中更多的血液可被工作肌肉利用。在热环境中工作4至7天之后，直肠温度
和心率都下降到正常水平，而出汗增多(57s ) 0 12至14天后，便对热完全服习了。
为了对热环境做出最适当的调节，运动员必须进行身体训练(58)。在这一阶段，必须
注意水和盐分的补充。虽然身体条件较好的人在热训练中比身体条件差的人调节能力
强，但还不足以产生完全的服习。为了准备在热天气中比赛，运动员最好能在热气候中
或在人为的热房间中训练12至14天。训练之后热服习可保持数个星期，虽然对热的忍
受能力可能在几天后就会减退〔“。’。
对冷的服习不像对热服习那样困难。在冷天，可以更换衣服的种类和数量，保持合
适的温度，而在极热的天气中，靠服装保持体温是非常有限的。当裸体处于冷环境中时，
对冷服习的两个显著效果是代谢增强而寒战减弱(si)。但是在正常的室温下，代谢率并不
发生变化。人体对冷的生理服习的确实机制很难确定。一些观察者发现对冷服习的人皮
肤温度下降，而另一些人则发现皮肤温度不变甚或升高〔62)。运动员对寒冷的服习对于保
证运动能力或者实际比赛能力来说没有多大实际意义。在冷天中比赛时，对冷服习的运
动员也不见得能占优势，如果有可能的话，除非比赛是裸体进行的。
训练原则
1.举重时为防止头晕应该吸气，建议憋气不要超过2至3秒钟。呼吸对于胸腔内大
静脉的哪筒作用有利于血液回流心脏。如果憋气时间太长，哪筒作用消失，则静脉回心
血量减少。结果会使流经大脑的氧合血流减少，产生头晕。举起重物时吸气，使胸腔内
血液流出，可以保证静脉回心血量。建议吸气和呼气的循环要持续进行，不要中断太长
时间。
2.如果运动中需要注意不使血压过于升高，最好是进行大肌群的运动，而不要选择
相对较小肌群参加的运动〔”’。在同样的心输出量下(Q=HRxSV)，上肢活动时的动
脉血压要比下肢活动时高，意味着此时心脏的收缩力要增加。上肢运动引起动脉血压升
高，可能是因为较多的非工作肌肉血管收缩造成的。较高的外周阻力使得在同样的心输
出量下血压增高，因为动脉血压(BP)等于心输出量(0)和外周阻力(R)的乘积，
或BP=QxR。年龄较大的人及心脏病患者在进行小肌群较为剧烈的负重运动之前，
应得到医生的批准。
3.认识热衰竭的症状可以避免因过热而引起的热疾病:脉搏既快又弱、皮肤湿冷。
这些症状反映出心血管系统的衰竭。治疗包括休息和喝些饮料。热调节系统的衰竭产生
中暑，它的症状有:皮肤发热发红、通常较干燥、体温升高、可能还出现神志昏迷。如
果情况不太严重，采取一些降温措施并喝些饮料便可恢复。如果情况严重，有必要做冰
浴，并且应立即进行医务护理。
如果没有有规律地摄取盐分，过度排汗会引起骨骼肌的热痉挛。发生痉挛时，需要
休息并摄入适量的盐和饮料。
4.为了提高在热环境中的比赛能力，应当在比赛前就补充预计在比赛中可能丢失
的水的总量，至少在比赛中应补充一些〔37,38)0饮料中每夸脱水应含6平茶匙左右的
糖(30,46〕和一匙半左右的盐(46)0
如果活动中能保持足够的体液量，运动能力就不易下降。同时体内温度也可以保持
稳定，比赛时饮料中加些糖，可以提供更多的能量，盐类则有助于保持电解质平衡，这
对于肌肉机能是必不可少的。运动员在比赛前应该增加体重，争取喝足够的水来保持比
赛中体0
5.如果准备活动包括运动中所进行的专门活动，并且能达到出些汗的程度，看来
对于提高运动员的运动能力和减少肌肉酸痛或损伤是有利的。活动能加热那些实际运动
中要使用的特殊肌肉时效果最好。通过这种活动，不活动肌肉的大部分血液转移到工作
肌。如果比赛中的实际动作不能重复，也应尽量做相类似的动作。准备活动达到出汗的
程度，说明肌肉温度和体内温度都上升到足以提高运动能力的水平。
6.准备活动后马上开始比赛效果最好，如果拖到45分钟之后，准备活动的效果就
会消失(51)0
由于准备活动的效果取决于工作肌肉和身体内部温度的升高，任何原因使体温下降
都会引起肌肉力量和耐力下降，肌肉防止酸痛的能力降低。如果比赛在准备活动后45分
钟之内进行，可能会使运动能力提高，建议穿些暖和的衣服来保存体内热量。
7.在热环境中进行系统的运动训练，能比在热环境中不活动更好地实现对热的服
习〔32)。训练4至7天可以基本上服习，12至14天后可以完全服习C3)。在热环境中训
练之后，直肠温度在几天后会显著下降。温度下降说明身体的散热机制更加有效。相应
产生的在同样的工作负荷下心率下降，说明心脏的应激也减小。在相同的时期内出汗大
量增多也与这种调节过程有关，增加了皮肤表面蒸发散热的效率。
(周石译)
一161一
也含.之.4LM
月巨，、舞禅
劳动和运动中的呼吸系统
机体的绝大部分细胞都是从有氧参与的化学反应中摄取能量。这些氧化反应的主要
终产物是二氧化碳，它必须从细胞中排除掉。体内有特殊的系统将氧运送给组织，并将
二氧化碳排到外界环境。人体与外界环境进行气体交换的器官是肺，同时，血液中的特
殊成分在肺和所有组织细胞之间运输大量的氧和二氧化碳。安静时，全身细胞每分钟大
约耗氧250毫升，而剧烈运动时，耗氧量可增至此量的30倍甚至更多，并相应按比例
地产生更多的二氧化碳。为了满足机体对氧的不同需求，体内存在使呼吸与组织细胞的
代谢需求相协调的机制。
呼吸实际上包括两个不同的方面:(1)氧与食物在细胞水平的代谢反应(见第二章);
(2)细胞与外环境之间的气体交换。本章讨论的是呼吸的第二个方面，并论述外呼吸与内
呼吸。外呼吸系指大气与肺之间的气体交换，此过程包括气体进出肺的运动以及气体在
肺内的扩散。整个过程称为通气。内呼吸系指气体在细胞与肺之间往返所包括的三个过
程:(1)肺泡与肺毛细血管之间氧和二氧化碳的交换;(2)氧和二氧化碳经由血液运输;(3)
血液与机体组织细胞之间氧和二氧化碳的交换。这里，首先介绍呼吸系统，它包括肺、
到达肺的通道以及与气体进出肺有关的胸廓结构。
呼吸系统的解剖
空气到达肺要经由一系列的气体通道(图6-1)。由鼻腔开始，空气流经喉部进入气
管。气管是一个长的管道，分枝成两个支气管，分别进入左右两肺。支气管继续分枝成
更小的小管，称为细支气管。再次一级是肺泡管，空气由此进入肺泡。肺泡是一些小囊，
为数三亿个左右，是血液与外界气体交换的实际场所。肺脏为一薄层胸膜所包裹，胸膜
使肺可在胸腔内不受阻力地自由移动。胸膜有两层:衬在胸廓及肋间肌内的外层(壁
层)和覆盖两肺的内层(脏层)。两层膜之间有一薄层的胸膜间液，在呼吸中起重要作
用。对如肾上腺素等某些循环激素敏感的平滑肌分布在呼吸道上。这些平滑肌，尤其是
支气管处的平滑肌的收缩可改变入肺气流的阻力。全部气体通道和肺泡都接受来自心脏
的肺动脉血。肺动脉分枝成小动脉，后者再分枝成紧贴肺泡的毛细血管。二氧化碳从血
液进入肺，而氧则反向流动进入血液。氧饱和的血液通过小静脉和肺静脉返回心脏。
在胸廓内的气体通道与血管之间有大量的弹性结缔组织。肺也具有弹性，所以肺的
体积能够依气流量而增大或缩小。通过隔肌(将胸腹腔分开)及肋间肌的收缩和舒张使
肺充盈或部分排空，呼吸肌控制着肺体积和肺内压力。对于人，在与毛细血管接触的肺
泡囊中，气体交换的总面积为70平方米。这一面积可保证血液和肺之间大量的氧和二
氧化碳迅速交换。
一1.52一
图6-1呼吸系统的解剖
肺内气体的交换
空气借大气与肺泡之间的压力差进入肺内的肺泡。当大气压(在海平面处为
760mmHg)高于肺泡内压时，空气冲入肺(吸气)，反之则气体出肺(呼气)。大气与
肺泡之间的这种气体交换称为通气，是外呼吸过程。
吸气
胸廓扩大引起肺内压力下降，肺内压力下降使大气空气进入肺泡。当胸廓容积增加
时，内部压力下降并将外部空气吸入。胸廓是一个在颈部下面被肌肉和结缔组织包围着
的一个封闭的腔，被称为隔肌的一个大的幕罩状的骨骼肌与腹腔分开。胸廓的外壁构形
于胸骨、12对肋骨以及肋骨间的肋间肌。胸廓壁含有大量的弹性结缔组织。
吸气始于隔肌和肋间肌的收缩。隔肌收缩使肌肉向腹腔的方向一下移，而连接在肋骨
上的肋间肌收缩使肋骨向上向外移动。这些移动扩大了胸廓。平静呼吸时，隔肌大约下
降。,6英寸，但在剧烈运动时大约可下降2,5至4英寸。剧烈运动时需要更大的肺通
气，此时颈部周围的肌肉(斜角肌和胸锁乳突肌)收缩以帮助提升肋骨，进而增加胸廓
容积。吸气时，空气经导入肺泡的肺泡管和肺泡本身，使其容积增大两倍。
呼气
吸气时，肺及胸廓壁的弹性组织受到牵张。吸气完毕，肌肉松弛，牵张的组织回缩
一163一
至它们原来的长度。随着胸腔及肺容积的减小，肺泡气的压力上升并超过大气的压力。
在呼气中，气体被排出。正常情况下，呼气是被动的，只依赖于吸气肌交替进行的收缩
与舒张。运动时，当通气量上升以满足肌细胞对更多的氧的需求时，腹部肌肉和腹斜肌
通过将隔肌上推并压迫肋廓来协助呼气。
肺和胸廓内的压力
当胸廓被胸部肌肉扩展时，附着在肋廓和肋间肌上的胸膜外层也被扩展。胸膜间液
体积的增加使其压力从一4mmHg降至一6mmHg，同时，与肺毗连的胸膜内层将此下
降的压力传递给胸腔内围绕在肺、心和其它结构周围的胸内液体(图6-2)，结果是胸内
压下降。安静状态下进行正常呼吸时，大约有500毫升空气进入肺。此时，胸内压约为
_5mmHg(相对于海平面处760mmHg大气压而言)，气体通道及肺中肺泡内的压力
(肺内压)约为一3mmHg o胸内压(一5mmHg)永远低于肺内压(一3mmHg)，因而
防止了肺的塌陷。安静状态时，胸部肌肉舒张使500毫升气体排出肺，这样就减小了肺
体积并反过来使肺内压增至+3mmHg。剧烈运动时，由于肌肉强有力的收缩，胸内压
可由吸气时的一20mmHg变化到呼气时的30mmHg。如果肺内压处于高压力水平的
时间过长，作用在大静脉上使之压力上升，则将阻止血液流入心脏，结果使脑部供氧减
少而发生晕眩与昏厥(Valsalva现象)。
缈孚
舞蓦套毅
魂一撰卜毅东窦
图6-2安静时的肺内压和胸内压。运动时，肺内压在吸气时可达740mmHg，呼气时可
达790mmHg
肺通气的局部控制
随着进出肺的气体量增加，对气流的阻力也增加。阻力主要来自具有弹性的肺组织
一164一
和气道。气流增加引起气管和主支气管内的湍流，造成高阻力。当气体进入更细的气道
时，湍流减少，在那里，肺组织的横截面积很大，将阻力分散到更大的面积上。在全部
肺阻力中，大约20%来自组织阻力，80%来自气道阻力。
由于呼吸肌作功主要用于克服气道阻力和胸壁及肺组织造成的阻力，由于气流增强
时气道阻力显著增大，因此，运动时肌肉必须更剧烈地工作。繁重工作时，通气可使气
流量从安静时的每分钟6升增至150升或更多。安静时，通气氧值最多只占总耗氧量的
}0o。剧烈运动时，呼吸肌为通气而消耗的氧约占总量的1000。实际上，对通气来讲，
所需要的氧的增加量是以比工作肌肉所需的增加量更快的速度上升。剧烈活动时对氧的
大量需求主要是呼吸肌为克服弹性组织和气道阻力而更强烈地工作的结果。
除了增加气流的因素外，还有一些因素影响气道阻力。这些因素在局部水平起作
用，或使细支气管扩张，或使其收缩。细支气管含有对肺内二氧化碳浓度高度敏感的平
滑肌。肺内高浓度的二氧化碳引起细支气管扩张，而低浓度二氧化碳使细支气管收缩。
这些效应的发生无需肺部神经或肌肉的控制。支气管对二氧化碳的这种效应是与肺泡毛
细血管血量和肺泡气量的供应成正比，是相互配和的。例如，假若一个特定的肺泡血流
量小但气流量大，则肺泡内的二氧化碳浓度就低。于是细支气管收缩，减小到肺泡囊的
气流以与血流供应相称。反之，另一个肺泡可能血流量高而气流量低，这将使通向细支
气管的肺泡内的二氧化碳浓度增加。于是，细支气管扩张以增加气流(图6-3)。就这
空气
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空气
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血液
图6-3在二氧化碳的影响下，细支气管收
缩和舒张使通气适应血流调节。上半部为起
始状态，下半部为调节后的状态
舒张血液
图6-4在氧的影响下，小动脉收缩和舒
张使血流适应通气的调节。上半部为起始
状态，下半部为调节后的状态
一165一
样，通向肺泡的细文气管的扩张或收缩调整着肺泡气流的大小，而后者一，’..取决于沛泡毛
细血管的血流量。
在肺泡处平衡血流与气流的第二个因素具有局部化学控制作用。肺泡气中的氧浓度
刺激肺小动脉收缩或舒张(图6-4)。二氧化碳与氧的不同之处在于，二氧化碳调整气流
量以满足一定量的肺泡血流量，而氧则是改变血流去适应进入肺泡的气流。当氧饱和气
流很大而血流小时，氧刺激肺小动脉平滑肌舒张，增加毛细血管血流，使毛细血管血流
与气流平衡。如果气流小，氧浓度低而血流大，肺泡氧刺激肺小动脉收缩，减小血流以
适应气流。当然，二氧化碳和氧的控制效应是同时进行的，因而气流和血流都不断地变
化以保持平衡。要注意的是，二氧化碳和氧对肺平滑肌的作用与其对骨骼肌血管的作用
相反。
肺内气体的容里
肺内气体的总量，即肺的总容量，包括四个不同部分:潮气量，补吸气量，补呼气
量和余气量。若把肺想象成一个充满气的气球，则这几个不同部分可用图6-5来表示。
一次呼吸中进入或排出肺的气量称为潮气量。安静状态下，潮气量为500毫升左右。在
潮气量之外再呼出的气体量称作补呼气量，
大约有1000毫升。在潮气量之外再吸入的
气体量称为补吸气量，大约25003500毫
升。进行最大吸气后能呼出肺的气量称为肺
活量，它包括潮气量，补吸气量和补呼气量。
所以，肺活量等于500毫升(潮气量)加1000
毫升(补呼气量)再加上约3000毫升(补
吸气量)，总量为4500毫升，即4.5升。即使
最大呼气后，肺内仍还有一些气体，称为余
气量(近1000毫升)。剧烈运动时，部分补
呼气量和补吸气量被用来组成潮气量以满足
细胞对氧的需要的增加，来排除多余的二氧
本合李主
T It里丝
补呼气量
安静时潮气量
图6-5安静时肺内的容量
化碳。潮气量很少达到肺活量，因为过度的深呼吸会使吸气肌和呼气肌迅速衰竭。平均
而言，最大作功5分钟的结果是潮气量为肺活量的50%到55%，即2500毫升左右。
肺活量与V02max(最大耗氧量)有关，因而一直被当作机体健康的尺度。观察190
个年龄从7岁到30岁的人，可以看到在V02max与肺活量之间具有相应的线性关系。
这是由于肺活量与身体大小及年龄有密切关系，而后两者又都与V 02max有关。就每
单位体重的肺活量而言，肺活量与心血管功能间无明显联系。所以，肺活量亦无助于估
计身体的健康情况。
肺泡通气
空气与血液间的气体交换只在肺泡进行。因此，决定呼吸效率的关键是进入肺泡的
新鲜空气量，即肺泡通气。要想弄清肺泡通气是怎样测定的，必须了解空气在肺内的分
布情况。安静状态下呼气时，大约500毫升气体被挤出肺泡并通过呼吸通道，但其中只
一育a5(?老升真正从鼻或口排出，余下的150毫升在呼气后仍存留在气道里。再次吸气
时，500毫升气体流入肺泡，但最先流入的150毫升不是空气，而是上一次呼气后余留
在气道的150毫升气体。所以，吸气时仅有350毫升新鲜空气进入肺泡。在吸气末，150
毫升新鲜空气被留在气道内，并在呼气时被排出，取代之的是另外150毫升原有的肺泡
气。这样周而复始。
气道内，不发生与血液进行气体交换的空间称为解剖无效腔。每次呼吸时，进入肺
泡的新鲜空气的体积等于:
潮气量
解剖无效腔
500毫升
-150毫升
进入肺泡的新鲜空气3J.)毫升
这350毫升即为肺泡通气。
提高肺泡通气最有效的途径是增加潮气量，它要比增加呼吸频率的效率高。表6-1
显示的是呼吸频率对肺泡通气的影响。尽管A与B同样具有6000毫升/分钟的肺通气
量，但A的肺泡通气量小于B。这一差别的出现是由于A的呼吸速率较大，造成较大的
解剖无效腔‘这样，A的肺泡每分钟得到4200毫升气体(6000毫升一1800毫升)，而B
得到5100毫升(6000毫升一900毫升)。
表6-1呼吸频率对肺泡通气量的影响
受试者
潮气量
ml/‘次
呼吸频率
次/分
无效腔通气量
MI/分
肺泡通气量
ml/分
500
1000
6000 150 x 12=1800
4200
6000 150 x 6==900
5100
肺通气
呼吸活动的程度反映了机体的代谢需求。随着作功及组织对氧的需求的增加，肺的
通气增高以供应充足的氧和排除二氧化碳。肺通气的大小由潮气量和呼吸频率决定。安
静时，一般人的每分通气总量为500毫升(平均潮气量)x10(平均呼吸频率)，即5000
毫升/分钟。做轻微体力工作时，潮气量可能增加，但呼吸频率可以不变。随着工作加
重，呼吸频率便会增加。对于一个25岁的男子，每分钟可增至40到45次;对12岁的
男孩，可增至50次，而对5岁的男孩则会增至70次。增加的2500毫升左右的潮气量
来自补吸气量和补呼气量。有迹象表明，人体可以自然而然地平衡潮气量和呼吸频率以
获得最适效率。倘若如此，一个劳动或运动的人可以自然地呼吸而无需用某种特定的呼
吸方式。当然，如果一个人由于精神因素而过度通气，则要有意识地努力调整。
肺通气与代谢需求
安静时，肺通气足以满足组织对氧的需要，同时，从肺中排出二氧化碳。当组织的
代谢需求增加时，如劳动和运动时，肺通气也随之增加，但不一定成正比。事实上，通
一16一
气量不仅随所作功的量而变，而且在劳动前后也不向。表6--2列出了安静时和劳动时有
关通气的生理反应，以及其它生理参数的变化。劳动或运动开始前通气就增高了，这种
表6-2安静和运动时伴随呼吸出现的生理反应
指标
安静时
运动时
耗氧量
横a下降
肺内压
通气耗氧量
每分肺通气量
(潮气量x呼吸频率)
组织处血红蛋白饱和度
静脉血中血红蛋白饱和度
静脉血中氧分压
血红蛋白对氧的亲和力
动‘脉血中氧分压
二氧化碳分压
氢离子
200毫升/分
0.6英寸
757~768mmHg
总耗氧量2%
600毫升x10=6升/分
4000毫升/分
2.4^-4英寸
740~790mmHg
总耗氧量10s
8000毫升x40=120升/分
75%
75%
40mmHg
高
95一100mmHg
44mmHg
1.400(工作肌)
20%
15mmHg
低
85^-90 mmHg
85mmHg以下
增多
增高可能是预想劳动时大脑皮质刺激呼吸中枢所引起的。劳动开始时，通气骤然上升，
但这并不意味着代谢的相应增强(图6-6)。如果劳动强度低于最大强度，则通气量保持
衡定。这种情况主要发生在有氧代谢。但是，如果劳动强度达到最大，则通气量持续上
升，直到劳动终止。劳动完毕时，通气迅速下降，下降的快慢程度取决于劳动的剧烈程
度。繁重的劳动之后，机体为了补偿氧的丢失，通气量下降得较慢。
罗)
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勺‘八U
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8060
通气量︿升/忿
安静时运动时恢复期
图6-6最大和次最大运动前、运动时和运动后肺通气量的变化
作为肌肉需氧的指标，用运动中通气的增加优于用运动前后通气的变化。一般来说，
通气增加的速度越大，组织的代谢需求和耗氧量越高。通气与耗氧量之间为正比关系，
这就使我们可以用进出肺的气体升数来估计V02max(图6-7)。然而，在最大量工作
时，由于通气以远高于耗氧量的速度上升，用通气来表示'gOzmax就会明显有误。显
然，通气比耗氧量更大1一匕例地增加反映了最大量一剑乍巾无氧代谢的较大的需求。因为无
一168一
经训练者
盼一一一必40200080印们
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通气量︵升产分︾
最大耗氧量
图6-7经过训练和未经训练的人肺通气量与最大耗氧量之间的关系
氧代谢是无氧供能并且同时以高于有氧代谢的速度增加二氧化碳，二氧化碳对呼吸的刺
激效应使得通气比耗氧量更大比例地上升。
图6--7中关于经过训练者与未经过训练者的两条曲线表明，对于肺功能存在着训练
效应。当两组人在同样的负荷下工作时，对于经过训练者，由于用于通气的氧较少，全
部耗氧中有更大的部分能用来供给作功的肌肉。当在同样的低于最大量的负荷下工作
时，未经过训练者比经过训练者要耗用更大比例的氧来呼吸。很明显，经过训练者的呼
吸肌有较高的利用氧的能力，所以能用较少的氧来完成定量的工作。训练过的肌肉耐受
力提高，这部分地是由于细胞水平酶和线粒体的变化。对于经过训练者能用较少的氧完
成较多的工作，由训练造成的肺及胸廓组织弹性的其它变化可能也有所帮助。组织弹性
的增加也可能使呼吸肌所受的阻力减小，从而只需要较少的氧。
F响肺通气的因素
不仅同一个人的肺通气随劳动的强度不同而变化;由于其它因素的影响，不同人的
肺通气亦不相同。这些因素包括，身材大小，年龄和性别。此外，一些在运动中很突出
的因素，如“胸痛”和“第二次呼吸”也影响肺通气。甚至在运动开始前，吸入一些特
别的物质，如香烟，可对安静时的通气产生有害影响，进而影响运动的进行。
年龄女性在15岁，男性在25岁时肺通气达到峰值。然后，直至老年，肺通气都
在下降，到老年时只及峰值的二分之“。肺通气与年龄的关系如图6-8所示。从青年到
成年，肺通气增加的主要原因是身体的成熟。在青年一成年的年龄段之外，肺通气低落
的主要原因是活动性降低造成的吸气量、呼气量和潮气量下降，以及胸壁弹性成分的减
少。
性别从14岁左右起，男性的肺通气就大于女性，这主要是身材大小不同造成的
(见图6-8)。在青春期，雄性激素肇丸酮大量分泌，男性的骨骼和肌肉质量迅速增一长。
随胸廊的扩大，胸腔得以容纳更大量的气体，肺通气上升。
身材随着儿童体重以及尤其是身高的增加，肺活量和肺通气也相应地增加。但是
月‘于身体已完全成热的25岁以后的成人，即或身材不变或不增加，肺通气也是下降的。
侧痛有人在跑步时，偶尔会感到一侧胸痛。这可能是胸部肋间肌或隔肌缺氧造成
一1G弓一
20的
弓.占口.口
80印
通气量八升一分)
0 10
30 40
年龄(岁)
50斑一一一，m
图6-8男子和女子肺通气量与年龄的关系
的。剧烈运动时，在运动开始与呼吸肌最有效地调节之间有一个时间间隔。肌肉在运动开
始时可能是无氧工作，直到血液循环跟上。跑起来后这种疼痛通常消失。但如果疼痛持
续下去，则跑步者很难维持适宜的肺通气。
第二次呼吸有氧运动开始时，由于运送到肌肉的氧还没有达到代谢的需要，代谢
产物便堆积在组织和血液内。当肌肉血流和代谢需要相称时，有氧代谢顺利进行。此
时，呼吸受到了控制和调节，初始时所遇到的刺激减弱。
吸烟吸烟使气道阻力在几秒钟后就增加二至三倍，并维持10^30分钟。小的颗粒
刺激支气管收缩，尽管安静时这种效应可能不易察觉，但运动时肺通气是明显地更费力
了。结果呼吸肌需要更多的氧来维持一定的肺通气。剧烈运动时，长期吸烟的人的通气
氧值约为不吸烟人的两倍，即使在运动前1小时内只吸一点点烟结果也是如此。若吸烟
的人在运动前戒烟24小时，则通气氧值可降低25，但仍比不吸烟的人高50%左右。
若在临运动前吸烟，由于血红蛋白更偏向于携带烟中的一氧化碳而不是氧，所以可用来
携带氧的血红蛋白就比较少。
过度通气
通气速度超过代谢需求的结果就造成过度通气。这种情况可有意识或无意识地发
生。过度通气使人呼出多于产生量的二氧化碳，降低血液中的二氧化碳。如果一个运动
员在竞赛中过于激动，过度通气就会限制静脉回流并减少供应给脑的氧饱和血流，于是
造成晕眩或昏厥。有时，长时间屏息可提高运动成绩。屏息前过度通气能延长屏息时间。
全速游泳时，如果运动员能避免转头换气，可以经受较小的水的阻力。所以，在短程赛
前进行过度通气以减弱对呼吸的迫切要求，这样就可以全程都不换气。
肺内气体交换
肺通气或外呼吸向肺泡提供充分带氧的空气。呼吸过程的下一步是把氧从空气移送
到毛细血管中，同时把二氧化碳从血液移送入肺泡。这一步是内呼吸的第一阶段。安静
时，假定能量物质仅仅是葡萄糖，那么，每分钟约有200毫升氧气通过肺泡进入肺毛细
血管供机体细胞利用;同时，等量的二氧化碳经过.血液进入肺泡9RQ=1(图6-09)。由
一170一
1000 ml 02
800 ml 0，
无C02
200 ml C02
月市通气量一5升/分
2800 ml CO
800 ml 02
2600 ml CO,
10W ml Oz
血液
80.0 m
组烤
图6-9
一5升份
800 ml C02
ml Oz
200 ml C02
2600 ml COz
假设RQ为
在I分钟内大气、肺、血液和组织之间氧和二
氧化碳的交换情况
于安静时的肺通气量每分钟有5升空气进出肺，而空气中的氧约占200o(其余的是氮)，
因此，每分钟吸入的氧为20% x 5升/分，即1升/分。如果进入肺的氧量是1升/分而实
际吸收量是该量的五分之一，即200毫升，那么安静时，运输静脉血的肺毛细血管必定
是为氧高度饱和。实际上，毛细血管血液仅饱和了80%的氧。每分钟大约有5升血液
(心输出量)通过肺毛细‘血管，其中带着800毫升的氧，并在这里又加上了200毫升，
所以动脉血含有1000毫升氧。当氧进入血液时，二氧化碳移出。每分钟内约有200毫
升二氧化碳从肺动脉的血液通过肺毛细血管进入肺泡。这些二氧化碳只是血液中所有二
氧化碳的一部分。
运动和劳动时，组织对氧的需求增加，产生的二氧化碳也增多，肺毛细‘血管血液中
的氧相对较少而二氧化碳较多，于是，更多的氧从肺泡扩散进入血液，吏多的二氧化碳
从血液扩散进入肺泡。
安静和劳动时氧和二叙化碳的跨细胞膜运输
我们用压力差或压力梯度而不是气体浓度差这一术语来解释气体靠扩散从肺泡气进
入肺毛细血管血液及其反过程的变化。要弄懂氧和二氧化碳的跨膜扩散，混合气体中个
别气体的分压这一概念是重要的。空气的重量对地面及地面上一切物体都施以压力。这
一压力随物体上方空气量的不同而异。在海平面处，空气的压力即大气压为760mmHg,
而在高海拔处的压力下降(图’6-10)。氧、二氧化碳和氮等组成的混合气体在海平面处
的总压力等于760mmHg大气压，但它们各自的压力则与它们在空气中的浓度有关。
空气中氧的浓度占20.93，其分压等于20.93% x 760mmHg，即159mmHg。用同
样的方法计算二氧化碳和氮的分压，二氧化碳的含量为。,04%，其分压为0.040o x
760mmHg，即。.3mmHgf氮气占空气的78.62%，其分压为78.62% x 760mmHg
即600.7mmlIg。当然，这些气体分压之和应等于海平面处760mmHg的大气压
一171一
5}z丁\
0,0)"万L-Io.
(29,142英尺)
26,00
10,000
}一w'0e、
一(14,495 )}Jt)
匕二一土一L. ,。二l--1_-,.,.gym-_- -1-.I
海拔(英尺﹀
4W
大气压(mmHg)
600花0
大气氧分压<mmHg)
图6-10海拔高度与气压之间的关系。无论海拔多高，P02总是
接近20%大气压
(159+0.3+600.7 = 760mmHg)。图6-11示安静和运动时吸入气、呼出气中及体内
不同部位氧和二氧化碳的压力。所以，不同气体的混合物的压力可用分压(P)来表示，
并将P写在气体符号的前面:氧分压写作P02，二氧化碳分压写作PC02。由于空气的
P02高于血液，所以氧从.肺泡气扩散到肺毛细血管。同样，肺泡血的PCO:高于空气，
结果二氧化碳从血.浪扩散到空气。
吸入的空气PO:为150mmHg，但安静时到达肺泡时的P02是104mmHg。下降
的原因有以下几点:当大气空气进入呼吸道时，便接触到覆盖在呼吸道表面的液体并变得
充分湿润。水汽使吸入的空气体积膨胀，同时稀释氧气使PO?变成140. n,mmEfg。另外，
吸入的空气与肺内的三种气体混合后又被进一步稀释。这三种气体是:(1)乎气后留在肺
内的气体(补呼气量);(2)最大呼气后留在肺内的气体(余气量);(3)呼气后留在气道内
的气体(无效腔)。因此，每次呼吸中被新的大气空气所替换的肺泡气的量只占肺泡气
总量的七分之一，结果肺泡的PO:为104mmHg。肺泡气相对较慢的替换对防止血液
气体浓度突然变化是重要的。这样，当呼吸暂时中断时，可防止组织氧饱和程度、二氧
化碳浓度或pH的过度波动，保持呼吸控制的稳定。
呼气时，肺泡气与将近150毫升的无效腔气体混合，使得呼出气(见图6-11)与
肺泡气(P02 =104mmHg.q PC02 = 40mmHg)相比具有较高的P02(120mmHg)
和较低的PC02 (27mniHg)。这150毫升气体是前面吸气后留下的，从未到达肺泡，
所以含有相对高水平的氧(PO, -140.3mmllg)9当PO:较低、PCO:较高的肺泡气
被呼出时，‘呼出气的分压便变得居中。
进入肺毛细血管的血液是被肺动脉泵入肺的静脉血。由于它来自组织，具有高PC02
和低P020当它流经肺毛细血.管时，透过一层极薄的组织释出二氧化碳并获得氧气。当
肺泡和毛细血管的分压相等时，这些气体的扩散便停止。结果，导致流回心脏的肺静脉
和由心脏射出的体动脉内的血液具有同肺泡气相等的分压，即P02 =104mmflg,
一172一
p
PC
体静脉
夕0
PC仇
=40nrimH9
二461nmHg
肺动脉和
细胞
P0<40mm g
PC02>46mmHg
图6-11在海平面，安静时吸入气、呼出气和体内不同部位的氧
分压和二氧化碳分压。血流的环路是从肺泡流经肺静脉、心脏、
体循环回到心脏，又从肺动脉排出
P C02二40mmHg。当动脉血通过身体到达组织毛细血管时，氧扩散到浸浴着细胞的组
织间液中，然后扩散进入细‘胞体，为有氧代谢提供所需的氧。细胞内多余的二氧化碳经
由相同的途径回到毛细血管。在毛细血管末端，毛细血管与组织细胞间达到气体平衡，
使静脉血的PO:二40mmHg, PCO:二46mmT1go
最大工作时的气体分压与安静时的不同。作功肌肉对氧的代谢需要的增加，清除代
谢产物(尤其是二氧化碳的代谢)需要的增加造成肺泡气、动脉血和静脉血中这些气体
分压的改变。从安静到最大工作氧和二氧化碳分压的这些变化是逐渐发生的，并与劳动
强度有关(图6-12)。当劳动急剧地增强到-}02max的50%左右—临近产生训练
效应的闹值时，肺泡P02以稍高于肺泡PCO:下降的幅度上升。劳动越强，这两种气
体的肺泡压力差越大。这些依劳动强度而发生的变化表明了肺内气体有效的交换。作为
肺泡内随劳动强度增加而氧张力增加的结果，从劳动到安静，动脉PO:不发生显著变
化(从97mmHg降到约92mmHg)。相应于劳动中静脉二氧化碳张力上升时的静脉
氧张力的下降是预料之中的，因为更多的氧被从血液中带走而且产生了更多的二氧化
碳。只要我们注意到心输出量增加了5倍(从5升/分到25升/分)，耗氧量增加了20
倍(从0.2升/分到4升/分)，以及肺通气也增加了20倍(从6升/分到120升/分)，
就可看出气体交换系统的效力。
一173一
动脉血__一-
静脉血一
肺泡气~’一’-，一
12010080
护七加沪匕浅
决一户f甲一已」
力60
(mmHg)
40
图6-12以最大耗氧量不同百分比水平的强度运动时，肺泡、动脉血
和静脉血中氧和二氧化碳的分压
运动时的扩散能力
安静时，肺毛细血管中PO:与PCO:的平衡发生在0.75秒钟之内。所以，流回心
脏的肺静脉血含有与肺泡空气几乎相同的二氧化碳和氧。甚至在剧烈劳动时，毛细血管
血流增加5倍或更多时，气体平衡也可在仅仅0.5秒或更短的时间内发生。运动中肺泡
与毛细血管之间较多的气体扩散可能是对肺泡开放的肺毛细血‘管数目增加所造成的。运
动时扩散能力上升，达到'q02max的40%后就保持不变。体力训练即提高安静时的
扩散能力，又提高劳动时的扩散能力(图6-13)。受过高度训练的马拉松运动员，安静
时的扩散能力是未经训练者的最大量劳动时的两倍。受过训练的运动员在最大量以下和
最大量劳动时均表现出较好的肺扩散。显然，训练带来的较高的扩散对较大的肺容量是
有意义的，后者增大了肺泡和毛细血管间的表面积。
经训练者—
未经训练者-一一一一
.里﹄.挂奋tL十1
8070
扩散能力(伍毫升万
mm1Ag
安静时10
20
耗氧量(升/分)
图6_'1;1在最大和次最大运动负荷下，经训练和未经训练的人肺
扩散能力的变化
血液中的氧运输到组织
心血管系统把血液运送到身体的各种组织，运送的血量取决于肌肉的代谢活动。如
果某一特定的器官或组织的代谢处于高水平，则该部位通过血流增加来供应更多的氧。
能够供给组织的氧量取决于血浆内及红细胞中血红蛋白的氧含量。动脉血中，大约有占
总量1.5%的氧是物理溶解在血浆一中的，98.5%是与血红蛋白化学结合的。在含有200
毫升氧的1升动脉血液中，3毫升氧申血浆携带，197毫升氧与血红蛋白化学结合形成
氧合血红蛋白。溶解在血浆中的氧在“溶液”里是游离的，与血红蛋白结合的则不一
样。与其它物质化学结合的气体，如氧合血红蛋白，在“溶液”中不是游离的，因而对
其所置身的容器不能提供压力。结果，只有血浆中的氧能对血管施加压力。这一压力使
氧扩散出毛细血管进入围绕着细胞的组织间液。
PO:对血红蛋白氧含It的影晌
提高血浆氧浓度使P02增加，即能确定与血红蛋白结合的氧量。尽管由于与血.红蛋
白结合的氧不是游离的，氧合血红蛋白对血液PO:没有作用，血红蛋白对‘确定扩散进
出血液的氧量仍然是重要的。例如，肺毛细血管血液中的血红蛋白使PO:处于低水平，
从而使更多的肺泡氧扩散到毛细血管血液内。血红蛋白把氧从血浆中摄出，形成更多的
氧合血红蛋白，降低P02，从而提高氧的压力梯度。于是，更多的氧从肺扩散进入血
液。在肺毛细血管末端，血红蛋白和血浆几乎被氧完全饱和。离开肺经由心脏流过其它
组织的氧饱和血液在毛细血管处具有高于组织间液的P02。结果，氧扩散跨过毛细血
管膜进入组织间液，然后进入细胞。随着血浆PO:的下降，氧从血红蛋白上解离出来
并扩散到血浆中，从那里再透出毛细血管壁向细胞提供更多的氧。
甚至在血液离开组织返回心脏后，其40mmHg的P02(从动脉血的104mm'[Tg
、了
八U八U
入7OU
70的504030
血红蛋白饱和度万
20l0
降至此值)仍使得血红蛋白在安静时有75
被饱和(从动脉血的100%被饱和降至此
值)。剧烈运动时，活动的肌肉可实际上用尽
毛细血管提供的全部的氧，从这些肌肉流出
的静脉血的PO:只有12mmHg，实际氧容
积只占1.4%。然而，此时的血液PO:仍然
高于维持细胞生命所必需的，约7mmflg的
临界水平。
由于血浆中处于物理溶解状态的氧的浓
度(即PO户决定血红蛋白被氧饱和的程
度，可用图示来表示两者的关系(图6-14)o
这条曲线称为氧合血红蛋白离解曲线。一般
说来，随着PO:增加，氧合血红蛋白增加。
血。浆从肺泡吸取的氧越多，血红蛋白摄取的
氧就越多钻但这种相关变化的程度随P02
的不同而不同。当PO:从10mmHg增加
.or--方20 30 40 50 69
__1___J一一-1_』
'ii m 9;3 1叻
P02(MMHg)
图6-14血红蛋白一氧离解曲线。注意
当P02从100mmHg变为40mriM}时，血
红蛋白的饱和度仅从98%变为75%
到60mmHg时，血红蛋白与氧的结合迅速增多。P02在60mmHg以下，全部血红
蛋白中有90%与氧结合。从60到100mmHg，氧合血红蛋白的饱和度稍微提高到
98%。由于氧合血红蛋白即使在低P02时也保持在高水平，组织细胞能够得到足够量
的氧来维持生命，保持其功能。在高海拔地带，P.2可从100mmHg猛降到60mmHg,
而血红蛋白的氧含量保持在90%的高水平上。
温度和酸度对血红蛋白饱和度的影响
图6-14中的血红蛋白氧离解曲线得自正常安静状态，其时，动脉血P02为40mmHg,
血液温度为98.6' F(370C), pH7.4。但是，
劳动或运动时，体温增高pH下降，血红蛋白
对氧的亲和力下降。此时，血红蛋白氧离解曲
线显示出不同的坡度(图6-15)。在细胞水平，
运动中血浓温度增高和酸度增高(pH下降)
的结果是在毛细血管水平有更多的氧从血红蛋
白释出。
当血液温度增高到102.2'F (390C), pH
下降到7.2时，毛细血管水平的血红蛋白仅可
保留17%的氧。安静状态下，血红蛋白可保留
33%的氧。由于运动中血红蛋白在毛细血管水
平保留较少的氧，有更多的氧可以供给工作的
肌肉。这一点对于持久运动或运动竞赛是有益
的。
但是，对于热和二氧化碳的进一步增高，
这一益处就显得有限了。当pH降到7.0，肌
肉温度上升到1040 F(400C)时，就象最大量
工作时发生的那样，动脉血运载氧的能力下
降，这是因为血红蛋白对氧的亲和力下降。不
过在大多数情况下，工作量低于最大量，二氧
化碳的增多和温度的上升可促进工作肌肉对氧
的利用。
酸度低
\
血红蛋白饱和度写
动脉血酸碱
度正常
酸度高
酸度的影响
图6-15
20 40 60 s0
P02(tnrp-H,tT,)
酸度和体温对血红蛋白一氧
离解曲线的影响
工作中肌红蛋白的作用
肌红蛋白是存在于骨骼肌细胞中的一种含铁蛋白，并像血红蛋白一样对氧有亲和
力。事实上，肌红蛋白对氧的亲和力高于.血红蛋白，血红蛋白和肌红蛋白的氧离解曲线
表明了这一点(图6-16)。当PO:为40mmHg以及低于40mmHg时，血红蛋白对
氧的亲和力大大下降，而肌红蛋白只有在PO:更低、小于20mmHg时才出现这种情
况。所以，肌红蛋自只有在进行非常剧烈的运动，PO:降至20mmHg或更低时才释
放出它所贮存的氧。通常，在进行中等强度运动时，P02的下降并不足以使肌红蛋白
释放出氧。剧烈运动中，可以从肌红蛋白得到额外的氧。如果这时肌肉能间断地舒张，
一1''G一
肌红蛋白澎洲尹一多
血红蛋自
必叨
饱和度万
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图6-16
40-一‘一’劝’一”.”””..””I泌
PO2(I'nm飞
血红蛋白和肌红蛋白的氧离解曲线
那么肌红蛋白便可重新“充氧”。然而，如果几乎不休息地连续工作，则肌红蛋白向细
1I El-提供额外的氧的重要性就只限于工作的早期了，即把氧放完为止。
呼吸的控制
吸气肌(月1肌和肋间外肌)和呼气肌(肋间内肌)由运动神经支配，后者的胞体位
于低位脑干，靠近延髓的心血管运动区。延髓中有一些界限相对清楚的区域，其中包括
吸气区和呼气区，冲动由此发出到达运动神经元，再由运动神经元传至呼吸肌。这些中
枢都协同工作。吸气发生时，呼气中枢抑制。安静状态下，吸气肌在吸气末舒张，引起
被动呼气。运动中，呼气不再是被动的，呼气肌进行有力的收缩排出气体。呼吸中枢交
替地兴奋和抑制，呼吸周而复始地进行。吸气的深度取决于参与的运动单位的数目以及
它们放电的频率，而呼吸的频率取决于兴奋之间时间间隔的长度。
图6-17归纳了影响延髓呼吸中枢以使呼吸速度和深度与机体代谢要求相应的传入
神经的感受器。这些感受器在中枢内分布在脑的延髓内，在外周分布于呼吸肌、靠近心
脏的动脉和骨关节上。刺激这些感受器的因素有化学性的，如二氧化碳、氧和氢离子
CH十);有机械性的，如收缩的肌肉及运动的关节处所产生的压力。
中枢神经系统
..............‘.
呼吸区
中枢化学感受器
躯体传出神经系统
关节运动
…困..曰I..石‘‘口一Jl.9="曰1，侧..叭.
呼吸肌
.....，，.，户巨，.，，~卜、，，.，尸口卜，口;一节r，.一
图6-17传入感受器和刺激对肺通气量的控制
氧、二氧化碳和氢离子对通气的控制
对这些气体起反应的传入感受器分为二组。一组位于颈动脉分叉处及主动脉弓处，
靠近对血压变化起反应的压力感受器。这些感受器称为颈动脉体和主动脉体(见图5-
9),感受氧和二氧化碳的刺激。动脉P02降低是对感受器的主要刺激，过多的二氧化
碳亦有作用。当血浆氧降低或二氧化碳升高时，传入纤维把这一信息从传入感受器送到
延髓的呼吸区，在那里支配呼吸肌的运动神经元受到刺激，提高潮气量;如果血浆氧水
平非常低，则还提高呼吸的频率。
血浆全部氧中的大部分氧是与血.红蛋白结合的，而这些感受器只对血浆P02起反
应，对总氧不起反应，所以，低氧合血红蛋白并不刺激呼吸。贫血(一种以血液低铁为
特征身体情况，血红蛋白当然也一是低铁)的人尽管氧合血红蛋白不足，通气也不增
加。通气仅仅在.血浆PO:低时才增加。如果P02正常，吸烟造成的氧合血红蛋白减少
同样不影响通气。当然，当运动中有氧代谢水平很高时，低氧合血红蛋白会降低工作能
力。
除动脉上有对氧和二氧化碳起反应的传入感受器以外，脑干中还有其它一些感受
器能感受气体的刺激，不过这些感受器仅受二氧化碳和氢离子的影响，它们不受氧的影
响。与主动脉体和颈动脉体的控制作用相比，这些传入感受器在控制通气中的重要性可通
过.二氧化碳和氧对呼吸的不同作用来说明。肺泡PCO2仅增加5mmHg就会引起通气
增加100%，而吸入几乎为大气正常含氧量(20. 93 % ) 5倍的100%的氧却使通气下降
10%到20%。过度通气的效果表明了PCO:在呼吸中的重要性。如果一个人尽可能深
快地呼吸一分钟，然后做正常呼吸时，通气频率会极大地下降，甚至短时间停止。这一
现象的发生是由于快速呼吸使肺内的大部分二氧化碳以快于机体产生的速度被排出，结
果降低了P C02，抑制了呼吸。最后，当代谢产生的二氧化碳使PCO:恢复到原有水
平时，呼吸才恢复正常频率。如果过度通气后呼吸减弱的时间过长，那么在PO:完全
恢复到正常之前，PO:的下降就可引起较快的呼吸频率，这是因为PO:极低刺激了颈
动脉体和主动脉体。
PCO:在控制通气中的强大影响亦可在其屏息作用中得到表现。短时间内，PC02
增加过高会克服呼吸中枢的自主抑制。在一些需要能量短暂爆发且随后有休息的运动项
目中，如游泳比赛，屏住呼吸不但无害，还可能有益。但在进行一定距离的潜泳时，过
度通气后的屏息会降低P02，甚至到产生昏厥和溺死的程度。
呼吸频率并非受二氧化碳本身的影响，而是受中枢神经系统内浸浴神经组织的脑脊
液中的氢离子浓度影响。氢离子浓度高时，刺激脑干的呼吸中枢而加快呼吸，低浓度则
抑制该中枢。氢离子是二氧化碳经过一些中介化学步骤分解形成的。组织细胞产生的二
氧化碳以溶解状态透出细胞后，少部分((8%)在血浆和红细胞中继续保持物理溶解状
态，大部分(67%)与水结合形成碳酸(H2CO3)，然后变成碳酸氢根(HC03-)和氢
离子(H+)。
CO2.+H2O一H2C03---3HC03+11+
这些化学反应需要一种特殊的酶(碳酸醉酶)，该酶存在于红细胞内，所以，反应
一178一
主要在红细胞内进行。氢离子很容易地从血液扩‘散到脑脊液，在那里的浓度可被呼吸区
感受。与氢离子(H+)一起在二氧化碳分解中产生的碳酸氢根(HC03-)被贮存在血
浆中。其余(25%)由组织产生的二氧化碳直接与红细胞中的血红蛋白(Hb)结合形
成HbC02。
静脉血到达肺毛细血管后，肺泡内低于血液的PC02使血浆中的碳酸氢根与氢离
子结合形成二氧化碳(HCO3-+H+ --3oHIC03---3C02 + H20)。与血红蛋白结合的
二氧化碳(HbCO2)亦被释放出来。然后，多余的二氧化碳扩散到肺泡被呼出。
剧烈运动中，无氧代谢使乳酸增多，多余的二氧化碳排不出去时，过多的氢离子使
血液酸度上升。表示溶液酸硷度的术语是PH. pH可作为氢离子强度的表示。安静时，
机体维持良好生活状态所要求的pH范围是7. 3^}7. 5。剧烈运动时，乳酸和氢离子增
多，血液酸度大幅度上升，pH达6.8。但运动时的低pH只是暂时的，因为，休息或
减少活动时机体的降酸(提高pH)机制就开始工作。
呼吸机制是调节pH使之维持在正常水平的途径一之一。提高呼吸速度排出更多的
二氧化碳，这样就降低了氢离子浓度，提高了pH。呼吸速度下降时则情况相反:随氢
离子浓度增高，组织酸度增加，pH下降。pH7.2时，通气增加约4倍，但pH高于
7.4时，通气下降。
机体的另外两种调节pH的机制是:(1)体液中称为缓冲剂的化学物质，维持氢离子
在一适宜的水平;(2)肾脏，通过分泌尿素来保持适宜的氢离子平衡。
了解酸硷平衡的概念可以帮助我们更好地理解这些控制机制。首先，酸是能够在溶
液中放出氢离子(H十)的化学化合物，如盐酸(HCl)或硫酸(H2S04)o
HCl一H十+Cl-
H2SO4一H十+S042-
硷是放出氢氧根离子(OH-)的化学化合物，如氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)o
NaOH一Na十+OH-
KOH一K十+OH-
H十数与0 T-XEl.一数之比决定一个溶液是酸性还是硷性。如果H+多于OH-9溶液是酸性
的，反之则是硷性的。当然，H十越多，pH越低;OH-越多，pH越高。
溶液中，化学缓冲剂作用于酸和硷来减弱它们的作用，以此维持正常的氢离子浓度
水平。当向一溶液中加入一种酸，如无氧代谢产生的乳酸时，乳酸(LA)与缓冲物碳
酸氢钠(NaHC03)—一种弱酸结合，降低溶液的酸度。反应式是:
LA >H十+乳酸根+NaHC03---}NaLA+H2CO3
强酸+碳酸盐一一一卜盐+弱酸
强酸，如LA的H十离子与一种盐(NaHCO3)结合生成一种较弱的酸，且pH上升。
当运动中二氧化碳(CO2)和随后形成的碳酸(H2C03)变得过剩以至pH下降(指示
高酸度)时，碳酸氢根(HC03-)再一次做为缓冲物来降低酸度:
H++HCO:一奋公-H2C 0。共二乏 CO:一卜H2O
当剧烈运动时，反应式左移，以至二氧化碳的增多最终形成了更多的氢离子时，如
果多余的H+不能以二氧化碳的形式通过通气和其它控制pH的机制(肾脏)排除，那
么碳酸氢根的缓冲作用会使反应向右移动。重碳酸盐对pH的影响表一明了其作为缓冲
剂的重要性。随着碳酸氢根离子增加，pH上升。这种缓冲物的减少，尤其是伴随着
溶解的二氧化碳增多时，使PIT下降。一肾脏主要是通过提高或降低碳酸氢根的浓度来调
节氢离子浓度，影响PH。肾脏贮存碳酸氢根离子，在需要时用它去与H+离子结合形成
碳酸(H4CO})，这样来帮助保留体内的11十离子;或者，通过提高尿中的H+离子来排除
它。·
活动身体对通气的控制
运动开始时，骨骼肌和关节的活动引起呼吸中枢迅速兴奋。运动初始时，肺通气几
乎是持续上升。随后，PO。和P_CO:通过动脉上的化学感受器和脑脊液中的H+离子
浓度来控制通气。随着运动的继续进行，关节运动和化学刺激均调节肺通气。
肺内有许多牵张感受器，呼吸肌内有很多肌梭。牵张感受器分布在胸膜、气管、支
气管和肺泡上;肌梭分布在隔肌、肋间内肌和肋间外肌、斜角肌、胸锁乳突肌和腹部肌
肉内。位于骨关节周围组织中的感受器—-Ruf f ini和Pacinian终末器官也刺激呼
吸中枢。关节运动是这些感受器的有效刺激。激活呼吸肌中肌梭的途径有两个:(1)对含
有肌梭的骨骼肌的牵张作用;c2 )r一传出纤维对肌梭的直接刺激(图3-18)。吸气和呼气
时，肌肉的牵张刺激了肌梭，同时，通过丫一运动神经一也使肌梭受到伸张。两种刺激机
制的神经通路是相同的。它们随着肌梭的传入纤维到达脊髓，在那里与呼吸肌的运动神
经元相连接。安静时，吸气肌的肌校受到牵张引起吸气肌反射性收缩及呼气肌的抑制。
吸气末，吸气肌松弛，吸气时被伸张的弹性组织回弹，空气被动呼出。但在剧烈运动
时，为了满足工作肌肉对氧的需求而呼吸频率增加时，呼气肌收缩以将空气挤出肺。吸
气时，对呼气肌肌梭施予的牵张作用有助于呼气肌的收缩。易化作用促使神经的活动加
强。当相对低频的传入神经冲动与其它低频冲动叠加在一起时，传入神经元的兴奋变得
容易了。换句话说，吸气肌肌梭的牵张使冲动在脊髓内跨过突触向呼吸肌传出神经的传
递变得容易了，处于“准备好”的状态。
温度对通气的影响
体温上升可兴奋呼吸。浸浴着脑千呼吸区和心血管区的液体温度的升高，使该区对化
学刺激明显地更为敏感。结果，它们对刺激的反应可能比温度较低时的反应更为灵敏。
机体降低体液酸度的能力也会由于较高的温度而减弱。当H+离子活性提高，促使脑脊液
酸度增加时，这种情况进一步复杂化。甚至动脉上的外周化学感受器也会由于血液温度
的上升而对刺激更敏感。对通气的继发性影响可能是由脑干轴心温度提高对心血管区的
效应。更多的血液分流到外周通过出汗来冷却身体，结果减少了心脏和循环系统的血
流。为保持心输出量，必须提高心率。作用于心血管中枢的兴奋活动向呼吸区提供了榆
入信息，于是后者协调整个区域的活动。
一180一
运动d控制通气的化学和神经因素
剧烈运动时，动脉PO:可降到35}90mmtfg之间，而止常安静时的P02在90^}
l00mmHg之间;运动时动脉PC02可降至'5mmFTg或更低，而安静时为40mmHg0
而由于乳酸堆积，氢离子浓度略微升高。P02, PCO:和酸度的这些化学变化还不能对
通气从安静时的6升/分增加到剧烈运动时的150升/分或更高做出充分的解释，也未能
解释运动开始时通气的迅速上升或运动后的急剧下降。尽管动脉P02, PCO:和氢离
子这些化学因素在运动时持续轻微地变动，但由于肺通气增加了20多倍，对呼吸的刺
激最主要是来自关节运动所引起的神经因素。显然，化学因素实际上是通过向呼吸区提
供负反馈来调节呼吸量.剧烈运动时，增高了的二氧化碳及血浪酸度(低pR夕通过脑
干呼吸区和其它区域提供负反馈信号，刺激支配呼吸叽的丫和au效应器的神经来提高肺
容积。PCO:和酸度的下降降低r和a神经的兴奋作用。
LambertsenU8〕对不同因素对增加通气所起的作用的重要性做了评价。这一评价
是在检查了与通气以及来自大静脉，心脏和肺循环的神经冲动有关的因素后才做出的。影
响通气的因素是:PC02,氢离子、pH, PO,和温度，因为它们影响代谢和关节运动。
其中只有三种被认为是直接与运动时的过度通气有关:身体轴心温度的升高，循环血中
氢离子的增多，以及骨骼关节活动的加一强。升高的温度及氢离子的代谢因素被推断至少
占运动时通气效应的三分之一，而此效应的二分之一左右有助于身体运动激活的神经机
制。肌肉运动的总呼吸效应中有15%是无法估计的。这一评价是建立在包括有氧代谢
的运动的“稳态”基础上的。在比较剧烈的运动中，无氧代谢的终产物堆积，这些因素
相应的重要性会发生改变。尽管我们还不清楚运动时每种因素在控制或调节通气中所起
的确切作用，但事实上在持续长时间的运动时，各种因素已及时地改进了外呼吸和内呼
吸的效率。
大气压力和运动能力
大气压在海平面处最高(760mmlIg)，并随着海拔增高而下降(见图6-10)。气
压下降是由于随海拔增高使气体的密度降低。尽管组成空气的各种气体的相对浓度在任
何高度都是相同的，当空气压力较低时，它们也按比例地降低其压力。海平面处的大气
压是760mmHg，此时的PO:是159mmHg;但在海拔5,000英尺(1, 524米)的高
处，PO:约为123mmHg。高海拔处P02的下降使得氧的压力梯度较小，缩小了肺泡
PO:与血液PO:之差。结果，扩散到血液的氧减少，于是供给肌肉的氧减少。这种倩
况在安静时并不成为问题，但在剧烈活动时，氧量就可能不足以支持长时间的持续的耗
氧工作。在高海拔处，如19,000英尺(5,793米)，与海平面处接近100%的血氧饱和
度相比，动脉血的饱和度仅为67%0
对于竭尽最大力量的体育比赛过程，当其成绩主要依赖向工作着的组织供应氧气的
呼吸及心血管系统的能力时，则在高海拔地区的运.动能力就要受到妨害。妨害的程度取
决于运动时间的长短以及运动地点的地势高度。通常，有氧过程参与得越多，在高原的
运动能力受到的影响越大。
~I.81—
高海拔条件下的耐力素质
高海拔氧压的下降将影响运动员进行包括有氧代谢的项目的成绩。图6--18显示在
海拔7,340英尺(2,238米)和5,350英尺((196004米)，的高度跑步距离与素质下降之
间的关系。注意，当距离为1,500米或更长时，成绩下降发生在5.9350英尺，而在7,340
英尺的高度，当距离是800多米时成绩下降就发生了。这些结果得自在比赛前受过高原
地区训练，已在很大程度上适应了大气低PO:的运动员。当在7,500英尺(2,287米)
的高度进行1英里(1,610米).2英里(3,220米)和3英里(4,830米)跑时，适应
期内同样发生了成绩下降。8. 16, 24, 32和40天后，对于这三种距离赛跑的影响变得
和缓了，并与适应的天数有关(图‘6-19)。素质下降，然后保持在5^r6%的水平40天。
在13,100英尺((3,994米)的极高的海拔处，适应40^57天后，素质比在较低处下降
的还多(图6-20)。事实上，对于1英里和2英里的距离，素质下降分别是23%和18 Yo
左右。
在海平面和不同海拔高度赛跑最快速度的差别八秒︶
米
图6-18在海拔7,:340英尺和5,350英尺高度，各种距离赛跑的成
/-
绩比在海平面时有所下降。数据来自在墨西哥城((7, 340英尺)和
科罗拉多的博尔德((59,350英尺)举行的奥运会比赛成绩
J呀
成绩下降的百分数
16 24
在高原的天数
32 40
图6-19在海拔7,500英尺40天的服习过程中，1英里、2英里
和3英里跑成绩的平均下降百分比
成绩下降的百分教
440码880码1英里
2英里
图6-20从海平面到13,100英尺高度服习40天至57天后成绩下降
的百分比
高海拔引起素质下降的生理签础
进行耗氧工作的能力首先依赖于向工作肌肉供氧的可能性。由于高海拔的P02低
于海平面，使到达工作肌肉的氧较少，故可想像得到机能是如何会受到障碍的。但是，
随海拔高度的增加，氧减少的程度并不与PO:的下降成比例。如果成比例的话，13,000
英尺((3,963米)处的跑步时间应比海平面处长400o，而实际上是只长20%(图6-21) o
尽管PO:以明显高于有氧代谢中工作能力丧失的速度很快地下降，实际到达工作肌肉
的氧量并不与大气PO:成比例的下降相对应。组织细胞内线粒体水平的P02可仅从
1一ommHg降到5mmHgo PO:在细胞水平下降的幅度小是很重要的，因为P02稍低
于SmmHg就不再能为细胞内氧化酶的活动提供适宜的条件。高海拔工作中发生的生
理反应取决于过去置身于低大气P02中时间的长短。经常在高海拔训练可发生某些生
,o介__
—一上OQ—
厂P02
下降百分数
1,ow
7,000
海拔(英尺)
，.….l_.沈J
13,000
图6-21从海平面到13,100英尺高度P02和赛跑成绩下降的百分比
理性的适应以提高在高海拔的工作能力。适应性变化的过程称为服习。适应性变化是长
期服习的咭果。当一个还未!J 1%=.习的人置身高海拔时，其工作的生理效应称为急性反应，
因为这些反应是由于短时间就置身于高海拔所造成的。
快速到高海拔与工作能力
高海拔工作时的生理反应因过去曾置身于不同低P02的程度而不同。不管怎么样，
这些反应主要都是在细胞水平维持适宜的P02。当一个未服习的人很快地置身于高海
拔时，能使组织水平PO:保持相对恒定的因素有:(].)肺通气增加;(2)心输出量增加。
肺通气在高海拔增加。在6,500英尺。,982米)的高度，对于同一水平的工作，
肺通气可超过海平面处33%;在9,800英尺((2,988米)处可超过50 y n,(图6'2 u%。提
高通气的刺激来自动脉PO:的降低，后者作用于主动脉体和颈动脉体的化学感受器。
乃为彭。
从海平︸脚起肺通气量增加百分数
高度
图含于夕在不同海拔高度，以接近在海平面67%最大耗氧量运动
时的肺通气量变i i,u
一1UP4一
传入冲动从动脉体传到延髓呼吸区，然后激活支配呼吸肌的运动神经。运动神经冲动发
放的增加促使呼吸肌收缩和舒张。
气体密度较低时，肺的气体通道中的气体阻力下降，所以高海拔亦有助于较大的通
气。在高原的最大通气量显著地高于海平面处“31,32)，可从105升/分提高到9,800
英尺(2,988米)处的160升/分(33)a
从海平面处转移到高原地带时，维持细胞水平适宜PO:的另一个重要因素是增加
心输出量，即使在工作负荷基本相同时也是如此。心输出量增加的主要原因是心率加
快，而每搏输出量并无明显改变或稍行减少。尽管心输出量增加，氧饱和较多的血流仍
可能不足以补偿低大气PO:的影响，尤其是当工作繁重的程度增加时。但是，低于最
大量工作时，增加了的心输出量可向肌细胞提供充分的氧以保证持久的活动。然而，当
在高海拔进行最繁重的工作时，由于心输出量已达到最大值(()L,率及每搏输出量亦如
此)，细胞的摄氧量下降。事实上，在高海拔尽管心输出量已达最大，VOZ max也仅仅
是海平面处的72%。造成VO,max不同的主要原因是:在高海拔工作时，供应组织
的毛细血管血的PO:降低了。.快速地处于低P02，尽管做最大量工作时的心输出量已
达到最大值，其反应的方式与服习时的方式并不一样。在19,024英尺((5,800米)的高
度适应数月后，心输出量可较海平面处的值减少30% (35)o
缓慢到达离海拔与工作能力
在高原训练中发生的适应性变化与在高海拔停留的时间长短有关。短期适应性变化
到服习可在数天、数星期和数月的时间里发生，长期适应性变化则需数年。适应性变化
包括:(1)肺通气的持续增加;(2)血液和其它体液pH水平的调节;(3)动脉血携氧能力的
提高;(4)心、输出量的调整，尤其是做最大量工作时。
对高海拔的长期反应之一是在四周后肺通气才明显地增加。根据工作量的不同，这
一增加可超过海平面处值的40%到loos。在高海拔通气的持续上升是主动脉体和颈动
脉体化学感受器不断的反射活动所致，后者接受较低PO:的刺激。在高原服习数年后，
肺通气下降，但仍保持在高于海平面处的水平。长期服习后，在14,900英尺(4,503
米)处的肺通气可较海平面处高24%左右，运动时可高12%左右。
随着肺通气的增加，由于呼出的二氧化碳多于身体产生的，肺泡气的PCO;下降。
与海平面处40mmHg的PCO:相比，一个在15,000英尺((4,571米)处已经服习的
人的肺泡PCO:可保持在28mmllg左右，在更高的地方甚至更低。由于还有其它的
适应性反应，血浆PCO:为28mmflg这样低并不抑制海平面处的通气速度。即使在
高原，由于肺通气增加并促使PCO:和H十降低时，主要控制通气的体液H十离子浓度
亦保持在正常水平。服习后，尽管PCO:很低，正常的H+离子水平仍可借助从尿中排
出更多的碳酸氢根(HC03_)得以维持。碳酸氢根的减少减哭了血液的碱性，使血液酸
性上升(pH水平较低)。较高的酸性持续不断地向脑干呼吸中枢施以刺激性影响。
服习的结果之一是动脉血具有运载更多氧的能力。、倘一若动脉血究竟能携}FtfIj3:一多少城是
由大气.P0单独决定的，那么在15,000英尺((4,573米)的高海拔处的血红蛋自.的饱
和度应气造呢%，在20,000英尺((6.9098米)处应当是890/-/0，左右。但是，一J生其它N
素使动脉氧增加到与海平面处的水平相等。这些因素都是服习的结果。
~1'1L5一
一长期服习中，:血红蛋白总量增加。结果，在15,000英尺((49573米)处，动脉血的
氧含量几乎与服习前在海平面处的数值相等。红细胞增殖加强，在14,900英尺((4,543
米)处可增加25%，所以血红蛋白也增多。然而，即使在高海拔处，动脉血可含有与海
平面处等量的氧，到达组织的氧仍较少。原因是，在高海拔处，血液与组织之间氧的压
力梯度小，氧由血红蛋白转运到组织细胞就少。
在服习的早期，心输出量的反应与快速到达高海拔相同，即低于最大量或最大量工
作时，心d量不减少。但随着服习的发生，做最大量工作时的心输出量减少。一氏期停
留在高海拔心输量较低的主要原因看来主要是每搏输出量减少，但心率降低也起一定的
作用。实际上，))\10,240英尺(3,12之米)处移居到14,038英尺(4,280米)10至14
天后，做最大量工作时的每搏输出量便减少20 0o。尚不完全清楚在不同的高度心输出
量、每搏输出量和心率不同的生理基础。然而，并不认为心率降低是缺氧的结果。
生理性的适应性变化是服习的结果，它可使大气压低时的PO:对工作组织的不利
影响降到最低。这些适应性变化的总效果表现在线粒体或细胞水平的氧压力梯度上。作
为适应的结果，氧压力梯度仅从海平面处的PO:为lommHg降至高海拔处的
5mmHg。此外，‘适应性变化也发生在细胞水平，通过酶的变化促进氧的利用。还有证
据表明，做为对在高原工作的反应，肌肉组织内形成了更多的毛细血管，毛细血管与肌
纤维间的距离缩短了，促进了血流。
高海拔训练与海平面处的运动能力
在高海拔工作中，作功肌肉和心血管一呼吸系统受到的刺激在某种程度上与在海平
面处训练时受到的刺激一样。两者都包括不同程度的缺氧。在海平面处和高海拔处进行
的训练结果表明，参与的器官系统是肺目同的。在各种海拔高度进行训练的结果都是血红
蛋白、红细胞计数、总血容量和线粒体增多，以及细胞酶增强的变化。结果氧的最大摄
取量也有所提高。高海拔训练时的缺氧刺激可能有效地提高在海平面处训练的效果，已
经进行了数项研究来验证这种可能性，但结果是矛盾的。有两项研究，一项是在79400
英尺(2,256米)处训练非运动员，另一是在7,500英尺((2,287米)处训练运动员。
当回到海平面处后，前者以耗氧量为指标，后者以880码(805米)、1英里(1610米)
和2英里(3220米)跑的时间为指标，两者的运动能力均显著提高。然而，从高海拔回
到海平面处3天和15天后，1英里和2英里跑的成绩下降了。另一项研究是在7,500英
尺((2,286米)处训练运动员，然后观察他们回到海平面处35到42天后的运动能力。
结果，1英里、2英里或3英里跑的成绩均无明显提高。
对于产生这些相反结果的原因只能做一些推测。在非运动员:提高了运动能力的那
两项研究中，如果在海平面处训练，也可能会获得同样或更大的进步。对于那些在高海
拔处i)'I练后运动员成绩下降或没有提毫的研究来讲，未能达到最大每搏输出量以及/或在
高海拔进行同样强度的训练可能对耗氧和运动能力产生了有害的影响。不管原因是什
么，运动员不能不进行高海拔处的训练，特另iJ是对于准备参加高海拔处的运动比赛时。
由于完全服习要经数年才能达到，而且仍旧达不到等同于海平面处的工作能力，很
难准确确定在准备参加即将举行的体育比赛前，倒底需要多少天才能获得服习。不过，
对于在5,000英尺‘(19524米)以上举行并需要连续进行2至3分钟以上的比赛时，应
一186一
在举行比赛的特定高度进行训练准备。服习所需的天数视海拔高度而定。一股说来，对
于195000英尺((4,573米)以下的高度，月K习过程中立刻的生理适应性变化发生在21
天内。对于海拔较低时，只要几天就足以适应。对在10,000英尺((3.9049米)高度的比
赛，7到10天就足够了。没有迹象表明，训练较好的人比其他人需要的服习时间要短。
所以，对于所有的人来说，服习的效益可能是相同的，并且，训练天数及相对强度也相
同。
吸氧与运动能力
如果高海拔的PO:下降伴随着主要包括有氧代谢的运动能力的下降，人们会从逻
辑上自然而然地推想，吸入空气中PO:的增高可以改善需氧的耐力。靠肺泡内氧压的
增高，更多的氧将被血液吸取，工作的肌肉也有可能得到更大量的氧。但是，血液较高
的氧饱和度能否达到这样一个程度，使细胞水平氧的利用增加到改善需氧耐力的程度，
这要看P02在什么时候增加。工作前和工作中给氧对耐力的影响不同。已经进行了一
些关于工作中及工作后恢复时吸入氧的效果的研究。在这些研究中，在正常大气压下吸
入更多的氧，.在大气压较高下呼吸正常量的氧或在高压下呼吸超饱和的氧均使到达肺的
氧增加。
运动前给氧
运动前给氧可使运动能力轻度改善。数项研究表明，刚刚在运动前给予吸入氧，则
250码(229米)和880码(805米)跑的能力提高。当运动中屏息时，短跑和原地跑
的能力提高。然而，除非给氧1至2分钟，或在运动前短时间内给氧，几乎没有效益。
在大多数的体育比赛中，赛前不可能呼吸额外量的氧，所以吸氧的效益是微不足道的。
运动中给氧
通过使肺泡P02的值高于海平面处的值来增加运动中细胞水平的可利用氧，这样
就能做更多的功。PO:较高使作功能力提高，这一点可在其它生理反应中反映出来，如
耗氧量、肺通气和乳酸。耗氧增加和通气及乳酸减少是伴随着较高的肺泡PO:产生的。
运动机能较好的主要原因是整个肌群吸收了较大量的氧。当在海平面处及PO:较高的
条件下进行等量运动时，这种增量便可表现出来。在PO:较高时，肢体肌肉和呼吸肌
得以更依赖于氧进行工作，并可在工作时对心脏和循环系统造成较弱的刺激。出于同样
的原因，当运动中PO:上升时，可做更多的耗氧功。但是，在提高运动能力中，这一
点的应用是有限的。长跑或足球赛中给氧显然是不可行的，即或可能，体育运动裁判组
织也不会同意给以这样的程序。
运动恢复期的氧
在有些运动员中，呼吸含有高于海平面处P02的氧的气体是很普遍的，尤其是那
些职业足球运动员。但是，结果体力是否更迅速地恢复，还是个疑问。研究表明，运动
后给氧，心率和氧债并无明显差异。显然，与在常压下比赛后的恢复中，对氧的大量FIT.
取相比，运动后代谢的大幅度下降提供了一种状况，这种状况促使作功的肌肉吸收适宜
一13万一
或近乎适宜量的氧。也许，进一步的研究将提供更多的资料来支持在恢复期补充氧。不
过，目前得到的资料可能不太支持这种做法。
训练原则
1.吸烟增加运动中呼吸肌维持肺通气的需氧量。吸烟对运动中的呼吸氧值有不同
的影响，这要看它发生在运动前多久。运动前吸一支烟可使气道阻力上升2到3倍。甚
至当一个长期吸烟的人在比赛前戒烟24小时时，其通气氧值亦会比不吸烟的人高50% o
对于持续运动，如跑动或旋转5分钟或更长的时间，或以给定速度进行不太连续的零散
的但长时间的运动，如飞蝶或蓝球，吸烟对耐受性方面的运动机能都有不良影响。
2.准备在5, 000英尺((1,9524米)高海拔以上进行2至3分钟或更长时间的比赛
时，训练要在5,000英尺以上进行。获得基本上服习的训练时间长短视所在的高度而
定。一般来讲，在10,000英尺(4,039米)训练7~10天，在15,000英尺训练到21天
即足够了。不过，运动能力仍将低于海平面处。
3.对于习惯于海平面处的运动员，在7, 500英尺((2,287米)到13,000英尺((3.99630
米)的高度进行训练不会改善400码、880码、1英里、2英里或3英里跑的耐受能力。
尽管非运动员在高海拔处训练后，在海平面处表现出机能提高，但并不知道在训练效果
中究竟有多少是高原地带训练的结果(如果有的话)，有多少是仅由运动这一刺激所造
成的。
4.运动前给予额外的氧1^r2分钟(提高P02)可以提高在持续1^r3分钟的比赛
中的运动能力。虽然运动中呼吸更多的氧也能提高需氧耐力，这种做法在体育竞赛中并
不实用。呼吸氧的增加对提高恢复速度显然没有什么作用。
(周安译)
第七章
反映生理机能的身体素质评定‘
前几章讨论了运动和劳动引起的不同组织和器官系统生理机能和结构的变化。描述
·了在安静和在不同水平运动时的各器官和系统的机能。如果从另一个角度观察这些机能，
譬如从身体素质及其组成成分的角度，会发现与运动有关的各种生理机制具有互相影
响，各有其重要作用。素质的性质和对各器官的不同刺激决定训练的效果。例如，对于
长跑这样的运动来说，首要的身体素质的特殊成分，、也是决定比赛成败与否的成分是心
血管系统的耐力。而像举重这样的运动，主要的素质成分是肌肉力量。同样，素质的水
平主要取决于有关组织的机能能力。从这方面看，举重的能力决定于骨骼肌组织产生力
量的能力。这两种运动对不同的系统或组织产生最大刺激，但是两者显然都包含有相同
的生理机制。长跑需要肌肉力量，举重也需要心血管的机能活动。
本章讨论身体素质包括在前几章所谈到的各种生理机制的相互影响。首先，将重点
讨论某种身体素质的特点，然后再讨论这类活动所涉及的生理机制。为了能更确切地了解
两者之间的关系，读者必须知道形成各种可能的身体素质的组成成分或方面。这些组成
成分有肌肉力量、肌肉爆发力、肌肉和心血管耐力等等。当能够用比较“纯”的概念给
某种成分下定义，尽量:减少与另i的成分的重叠时，我们就能从运动的角度对与这种成分
有关的生理系统和组织有更好的了解。在体育或工业中，常需要评定一些人的身体素质，
以建立标准、估计工作能力或者审查参加体育运动或工作的申请人。有时在体育运动，
特别是在工业中，不可能评定实际的工作能力。如果要审查200名运动的候选人或者失
业者，显然存在的问题是审查者很难根据实际工作能力的标准来考查这么多人。为了解
决这类问题，审查者需要一些能较容易地考查许多人的替换方法。但是，每种方法都应
该能测定对完成工作很重要的一种或更多的成分。如果达不到这点，这种方法就没有价
值。应当弄清工作中所需要的素质成分和与每种成分有关的生理系统之间的关系。因
此，从审查的目的来看，测验的重点应放在与实际工作相同的生理系统方面并且强度相
同才有价值。这是关于身体素质与生理机制之间关系的知识如何应用的一个例子。
身体素质的组成成分
在不同的体育运动和职业中，都可以观察到身体素质的各组成成分。所有那些包括
相对较大的肌群，能量消耗比安静时显.著增大的人体运动，都可以用表示活动状态的动
词表达，例如跑、跳、投、举、推、拉、携带，等等。考虑活动时间时可以用另外一个
词—耐力，它反映生理性的疲劳。能在长时间内多次重复某些动作的能力主要取决于
耐力。下面一节根据经验数据和研究所提供的模式区分出不同的素质组成成分。
身体素质组成成分的分类
为确定身体素质的组成成分，曾做过许多研究工作。多数研究工作区分出了相同或相
*此处“身体素质”一词原文为Physical Performances,直译应为“身体z作能力”，为与我国目前通用的
溉念一致，故译为身体素质一—译者注
似的组成成分，尽管代表这些成分的名词不尽相同。评定素质的基本成分之一是力呈，
因为每种运动都需要一定程度的力量。研究中又将力量分为许多亚成分;每种亚成分根
据其物理意义各有特点。用来形容不同类型力量的名词有爆发力、动力性力量和静力
性力量等。每种力量在身体素质中的表现各不相同。研究中区分出的另一些身体素质的
基本成分是柔韧性、灵活性、速度、平衡、协调和耐力。每种又都被进一步分为许多亚
成分。研究者用统计学的方法，分析哪几种成分是身体素质的基本成分。例如采用相关
检验的方法。一般说来，检验值相互有关是因为它们有某些共同联系。使它们联系起来
的特征在统计学术语中叫因素，在素质用语中叫成分。同样的统计学方法也用于进一步
检验每种成分，以决定为了解某一成分是否还能有另外的描述方法。
力量力量的亚成分要分别讨论。它们互相之间都有联系，因为慢速运动中的肌肉
力量可作为快速运动中力量的指标(但并不很理想)，无论是仅移动体重或是移动外部
物体。
爆发力见于推动体重向前或向上的快速运动。它的特点是在短时间内爆发出很大能
量，见于立定跳远、纵跳和短跑等测验中。另一种爆发力表现在对外部物体施加爆发性
力量的活劝中，当然身体或多或少也有一部分随之做快速运动。对这种力量的测验有推
错球、掷实心球等。如果在铅球出手前整个身体也向前移动几英尺，那么推铅球的距离
就取决于两种“爆发力能力”。第一种发生在身体的快速移动中，第二种发生在对铅球
施加爆发性力量时。
力贝的另一种形式见于对外部物体用力，但物体并不发生移动。在这种测验中通常
应用的是等长收缩。此时评价的不是肌肉的爆发力能力，而是产生最大力量的能力。用
这种方法测定的力量叫做静力性力量。还有一种表示力量的方法也是对外部施加最大力
量，但物体移动。这种力量与静力性力量的不同之处在于肌肉是做向心收缩而不是等长
收缩，评价的是一次能举起的重量而不是对不移动物体施加的力量。表示这种力量的术
语是动力性力量。动力性一词意味着发生移动。
如果仅仅是反复克服体重，但是每重复一次都需要显著用力，力量就用重复的次数
代表。只有在每次运动中都需要相对较高的肌肉力量时才与肌肉力量成分有关。评价这
种力rr.}的练习有引体向上、双杠上的屈臂直撑、俯卧撑和爬绳等。像侧跨步、足尖步之
类的活动不属于此种，因为做这类活动不需要很大的肌肉力量。
柔韧o.,关于躯干和肢沐能在多大范围内做动作的能力，则与大肌肉的活动和运动
能力有关。这种能力名为柔韧性，它涉及到对肌肉和骨关节周围组织的牵拉。柔韧性基
本上分为两种:一种存在于较大的动作中，一种仅存在于较小的动作中〔‘’。体操和游泳
的某些动作中需要肢体快速移动，并且要求移动范围大。这种柔韧性称为动力性柔韧性，
因为运动本身就是它的基本方面。在另一些场合，肌肉要做等长收缩来保持某种身体姿
势，例如体操中的劈叉或某些静止动作。虽然把肢体放到所需要的受牵拉的位置.上需要
向心‘义缩，但是所保持的实际运动范围取决于组织受牵拉的能力和作用于关节的等长住
力量。具有这些特点的柔韧性属于静力性柔韧性。
速度在许多运动中，快速移动是取胜的基本条件。短跑运动员或者防守后卫的成
功离不开腿的快速动作。但是，除了速度以外，还有其它一些能力与这些特殊运动有
性。、一卜身、一下身的肢体和躯干运动的协调性是个基本因素。如果没有很好的协调性，足
一190一
速和身体控制能力就不能充分发挥出来。速度，作为身体素质的成分之一，很难在研究
中单独区分出来，因为它与力量、灵活性、协调能力和耐力等其它素质都有关系。在实
验室中可以很准确地测定肢体的速度。得到的结果不象测定40码跑速时那样容易受其它
素质的影响。但是，即使在实验室中，上肢的速度也不能作为下肢速度的良好指标;反
之亦然。这些事实增加了根据室外跑速和灵活性测定速度本身的困难。
灵活性测定速度所遇到的一些问题在测定灵活性时也同样会遇到。速度对这种成
分的重要影响使得某些研究者把灵活性命名为“改变方向的速度”。当然，在从一点到另
一点快速移动中突停，或者绕过某些障碍物的能力都需要速度。但是，在速度之上再加
上躲闪、急停和快速起动等灵活性因素，例如在做往返跑和躲闪跑测验中，要区All两种成
分就很困难。代替灵活性形容在障碍物之间快速移动的能力的另一个名词是“协一调”。虽
然协调与灵活性有关，但就这个名词的使用来看，在速度成分中并不很重要。另外，在
室外进行技术测验时，运动能力中的协调因素比灵活性或速度更不容易区别出来。
平衡走绷索或者手倒立的时候身体必须保持平衡。但是这两种活动所需要的平衡
是不同的。在前一种情况下运动员要不停移动，走过一定的距离。而在后一种情况下活
动范围却极小。当需要使整个身体在相对很小的支撑面上从一点移动到另一点时，例如
走绷索或平衡木时，所需要的平衡称为动力性平衡。当需要身体在某一固定位置上保持
平衡时，需要的是静力性平衡。这两类平衡之间没有多大关系。然而，两者都可以测定
那些在灵活性和速度测验中有差别的特性。虽然在障碍物之间快速跑动肯定需要某种程
度的动力性平衡，但是在灵活性和速度素质中还不能用统计学方法把平衡分离成一个重
要的因素(2)。因此，平衡本身不能作为身体健康或身体素质的指标。
耐力持续进行肌肉工作的能力普遍被认为是身体素质的成分。实际上，多数关于
身体健康的测定方法都包括一次长跑以测定有氧能力和一次测验(通常为仰卧起坐)以
测定肌肉耐力。某些测验用于测定不同程度的肌肉耐力，例如引体向上和俯卧撑。但是
这些测定方法常用来评定肌肉力量。虽然用仰卧起坐测定时有人可能做不了20次，但这
种测验主要是靠力量成分。不管怎样，一般都认为肌肉耐力和有氧耐力都是身体素质的
.F要成分。
上述各种成分在科研文献中均有涉及〔2-4)。实际上对每种成分的研究都比这里谈到
的详细得多。研究者们对于哪些成分在体育运动、身体健康测定方法和重体力劳动中都
有用，并没有一致看法。生理系统之间具有相互影响的机能是造成这种困难的根源。例
如，前庭器官与保持肢体平衡很有关系，与灵活性和平衡测验一也有很大关系。然而，当
它的作用参加到肌肉力量、本体感觉和其它有关的生理机能中去的时候，它在保持平衡
中的能力就不那么容易辨别了。因为身体机能是整体性的，研究者只能根据哪种生理
机制在完成工作中起主要作用而区别出某种成分。当工作能力主要取决于肌肉力量时，
起主要作用的成分则是力量。如果长跑的成绩主要取决于对工作肌肉释放并被其利用的
氧，所涉及的主要成分则为有氧耐力。用这种方法推导出了一个模式，用以区分身体素
质中的各种成分。
身体素质的模式
在以不同方式进行的各种人体活动中，有时包含这种、有时包含那种或者多种刚才
一191
讨论过的身体素质成分。每种成分中都伴有不同数量肌肉参加的、强度不同的肌肉收缩。
例如上肢做举重练习时就要以很大力量收缩。在慢跑之类的活动中，腿和股的肌肉显然
是以较小的力量收缩。参加活动的肌肉数量和收缩的时间也有不同。举重练习10次大
约需要20到25秒，而慢跑可以持续.几分钟。举重练习显然与绝对力量有关，而慢跑与
有氧耐力有关。另外，每种成分都需要某种特殊的生理机能。考虑到这点，在列举身体
素质模式时应有逻辑性，例如在以肌肉力量、持续时间和肌肉数量等表示人体活动时，
还应提到与此有关的生理系统。模式以图表形式列于图7-10
图7-1身体素质的模式
所有人体运动实际上都可以用这个模式解释和区别。开始先以肌肉收缩的强度区
别。需要较大肌肉力量的活动见于图7-1的左边，如果运动相对较慢，则主要与力量有
关，如果速度较快，则与爆发力有关。如果与力量有关，那么肌肉收缩力量是用于举起
很重的外部负荷(例如杠铃)，或是举起体重。用于举起最大外部负荷的力量属于绝对
力量。用于举起体重的力量，如果动作最多能重复25次，属于相对力量。在快速、爆发
性的运动中爆发力很重要，肌肉要克服外部负荷或体重做很快收缩。如果是克服外部负
荷，称为绝对爆发力，如果是克服体重，则称相对爆发力。
将力量和爆发力分成绝对和相对的合理性得到Fleishman的支持〔2)。克服较重
的外部负荷(绝对力量)或给较轻负荷以加速度(绝对爆发力)的能力，都不能作为反
复(相对力量)和快速克服体重(相对爆发力)能力的指标。实际上，绝对力量和爆发
力在平均值以上的青年男子，其相对力量和爆发力常在平均值以下(参见图1-25)1210
以较低肌肉力量做长时间运动与耐力有关。图7-1右边包含来自较低肌肉力量的项
目。无论是心血管耐力还是肌肉耐力，都与参加活动的肌肉数量有关。如果参加活动的
肌肉相对较多，那么限制成绩的主要是心血管系统。另一方面，如果只有少量肌肉收缩
尽最大努力工作，那么保证重复次数较多的主要因素在于叽肉本身。在这种情况下以肌
肉耐力为主。
大一量肌肉活动对心血管系统产生的刺激，既可能主要与有氧代谢有关，也可能主要
与无氧代谢有关。如果与有氧代谢有关，肌肉收缩的强度则相对较小。然而，如果收缩
太强烈以致血液大部分被阻断，则无氧代谢可能变得很重要。作为ATP合成的两个主
一192一
要来源的有氧和无氧代谢之间的比例可参见表2-3。注意以跑速代表的工作强度与这种
比例的关系。为了区别与有氧代谢有关的心血管耐力，应该考虑到两种不同的素质成分。
这两种成分是有氧耐力和无氧一有氧耐力。刺激心血管系统的时间在三分钟以上的最大
活动代表有氧成分。时间在三分钟以下、近于二分钟的活动表现了无氧一有氧耐力成分。
图7-1最右边列出肌肉耐力因素。这一因素中包括参与肌肉相对较少的能重复25
次以上的活动。在人体活动中，肌肉耐力有两种表现方式:一种为克服外部负荷，一种
为克服体重。在两种方式中肌肉都受到相似的刺激。用这两种成分来代表在两种负荷条
件下的肌肉耐力。克服外部负荷的工作表现绝对肌肉耐力，以体重为负荷时则代表相对
肌肉耐力。将肌肉耐力分为这两种成分，使测定身体素质中的肌肉耐力更具有逻辑性。
在评定身体素质一节中将进一步说明这点。
表7-1列出了8种基本的身体素质成分。与这些成分有关的主要生理机制见下节。
表7-1身体素质的成分:定义和测定
成分
临床定义
测定
绝对力量
除体重以外，移动重物所用的或
对某一固定物体所施加的力量
对外部物体施加最大力量，例如举
杠铃(向心收缩)或用测力计(等长
收缩)
相对力量
移动体重的力量，或以每磅体重
表示的力量
引体向上、双臂屈伸、爬绳，或其
它以体重为负荷、最多不能重复25
次以上的动作
绝对爆发力
快速
力量
、爆发性地移动外部重物的
例如快速举起重物和腿部爆发力测
定等
相对爆发力
快速、爆发性地移动体重的力量
(有时以单向跑速代表，或以绕
障碍物跑的灵活性和协调能力代
表)
立定跳远、跳高、往返跑、之字跑、
50码冲刺、垒球掷远、10码冲刺等
有氧耐力
大肌群重复活动3分钟以上，最
好是超过5分钟的耐力。运动能
力主要受细胞水平氧运输系统的
限制
全力跑、
上
游泳或蹬自行车3分钟以
无氧一有氧耐力大肌群重复活动最少1分钟，但
不超过2分钟的耐力。运动能力
主要受肌肉中短时间供能和氧运
输系统的限制
全力跑、游泳或蹬自行车1^"3分钟
相对肌肉耐力
以重复向心收缩克服体重或克服
最大力量某一比例的轻负荷，或
以等长收缩克服这种负荷的耐力。
运动能力主要受肌肉本身限制
以能克服体重重复2,5次以上的动作
测验，或以对每人来说同样的相对
外负荷测定。例如仰卧起坐或举腿。
再如持续等长收缩60秒以上也是有
效的方法，如引体向上屈臂时
..一口.一，，产~，~，一‘-一~~~~~‘~~伟一一一一_一__一一.口...曰...目户..，州份，~一一一一一—一—-—一伙—一一.旧r，卜曰护叨..
绝对肌肉耐力
重复克服外负荷或保持等长收缩
的耐力
以所有受试者都能重复25次以上的
负荷做耐力测验
与各种身体素质成分有关的生理机制
在一种特殊运动或职业中，可能主要只涉及一种运动素质成分，也可能与多种成分
193
有关联。在类似橄榄球的一些运动中，运动员必须推开体重很重的对手，绕着或着越过
他们奔跑，这需要完成各种各样的活动。每种活动都涉及到不同的素质成分。在径赛或
游泳等运动中，素质仅限于很少几种成分，例如有氧和无氧耐力。但是不论是什么运动、
需要什么特殊的素质成分，总归有其生理机制在起作用。虽然在橄榄球运动中要挡住对
手主要与肌肉力量有关，但是心脏和循环机能也必须工作，向肌肉供应氧合的血液。同
时，由肺呼出二氧化碳并吸入氧气。与这些机能有关的是植物性神经系统，它能协调许
多生理活动。其它一些生理系统和器官在运动中同样也在发挥作用，因而增加了互相配
合的复杂性。有时身体受刺激最强的可能是心脏及循环系统，在另一时刻则可能是肌肉
耐力或肌肉力量。但是，无论涉及到那种生理刺激，与其有关的身体素质都可以用某些
素质成分表示。同样，表示身体素质中的某种成分也可以用有关的生理刺激和机制加以
区-}I1。
力量和生理反应
在与绝对或相对力量有关的工作中，肌肉都可能发生最大收缩。最大用力时，肌肉
并不能区分出是在举很重的杠铃(1-RBI)还是在克服体重。因为在两种条件下的生理
反应是相同的。一般说来，在运动中当两种力量都显然存在时，运动员应该以反复克服
次最大负荷训练。在生产装配线上劳动的人可能需要把很重的东西搬上或搬下运输带，
而一个体操运动员则可能需要反复地克服体重。在这两种活动中，随着活动时间增加，
肌肉耐力成分起着越来越重要的作用。但是主要的成分可能仍是力量。当以克服负荷的
次数来评定力量时，耐力也与工作能力有关。这类力量测验包括引体向上和俯卧撑等。
重复次数在25次以下时，肌肉力量仍是主要成分，但也要考虑到耐力。肌肉耐力将在后
面耐力成分一节中讨论。
肌肉以很大力量收缩时，主要能量来源是肌细胞中储存的ATP-CP。这时的能源
并不依赖于对肌肉持续供给氧。然而，当以最大力量收缩时，能量的无氧来源在10秒
内就会耗尽(见表2-3)。结果在这段时间以后，力量会显著下降。
由于力量素质要求较高的收缩力量并较快地发挥出力量，因此参与活动的白肌(快
收缩纤维)比红肌(‘漫收缩纤维)多。ATP-CP分解供能快、运动神经元大、传一导速
度快，是白肌比红肌收缩时间短的主要原因。但是由于同样的特点，白肌纤维中ATP
消耗得更快，使得糖原储备也很快下降，乳酸增多。因此较大的肌肉力量不能持续很长
时间。肌肉中产生大量的乳酸使肌肉很快疲劳，工作能力下降。白肌纤维较易疲劳还与
其周围毛细血管分布较小、细胞内线粒体较少有关。白肌纤维中氧合血液供应差，生产
ATP的“工厂”少，因此耐力不如红肌纤维。
肌肉力量的大小与当时发生兴奋的运动单位的数量以及它们兴奋的频率有关。由于
工作肌肉发出的传入冲动对募集运动单位有促进作用，因此对力量有显著影响。在用力
之前，人体做好“准备工作”。了神经的紧张活动增强。活动开始时踌申经元很快就被易化而
发生兴奋。甚至在活动开始之前，了对肌梭的影响就已经使最大用力前的肌肉力量有所增
大。另外，其它不直接参加克服负荷的肌肉的协同作用也使主动肌肉的力量增大。这些
协同肌肉使运动神经元对工作肌肉的兴奋活动更加容易。但是，为防止力量过大和避免
损伤，高尔基键器可能会参加活动，抑制其收缩。如果确是如此，那么力量就很难达到
一194一
其最高水平。伴随着工作肌肉的收缩还发生交互抑制活动，影响拮抗肌。拮抗肌放松更
加充分，使主动肌肉的活动阻力减小，能够发挥出更大的力量。
最大收缩工作引起的心血管和呼吸系统的反应是骨骼肌对血液循环总体影响的结
果C5-8)。肌肉收缩压迫血管的时候引起总外周阻力大大增加。用力时呼吸十分短促，甚
至可能停止。反复做动作时，呼吸可能仅受部分影响。然而在做一次最大用力时，呼吸
常常暂停。静脉血回流减少可造成大脑缺血缺氧。Valsalva现象导致头晕，有时引起
昏迷。如果每搏输出量成比例的减少大于心率相对增快的影响，那么回心血量减少会引
起心输出量下降。但是，心输出量并不影响一次最大用力时的肌肉力量，因为它在这时
起的作用不大。然而，如果用肌肉交替收缩和放松的重复动作测定力量水平，例如引体
向上或俯卧撑，心输出量就起着较重要的作用，会大大影响成绩。此时，对静脉回心血
量的影响不大，心输出量随每搏输出量和心率的增加而增加。在重复的力量性活动中，
心血管和呼吸反应的某些变化是交感神经系统的影响引起的。交感刺激使心率和呼吸频
率增加，不工作的肌肉血管紧张度增强，都是一些提高工作能力的变化。
爆发力和生理反应
在快速动作中发挥最大力量是绝对和相对爆发力两者的特性。虽然在一种情况下要
克服的阻力来自外加负荷，而在另一种情况下是体重，但是产生力量的肌肉却是进行着
同样的生理活动。在爆发力动作中，收缩力量不如在以力量为主的活动中那么大。这种
情况可参见图1-19中肌肉收缩速度与力量之间关系的图示。然而，在爆发力动作中，肌
肉力量通常显著大于需要肌肉长时间工作的耐力性活动。
爆发性动作中产生的生理反应在许多方面都与以力量为主的活动相似。某些不同之
处与用力的时间长短有关。在仅做一次最大收缩的竭尽全力的活动中，例如举起最大负
荷以测定力量，或者在仅进行一次的爆发性活动中，要达到最大力量所需的时间比达到
最大爆发力的时间长。因此，在最大用力的活动中肌肉用力的时间越一民，力量越大，消
耗ATP-CP能量储备的速率就越比爆发性活动中快。这两种活动都以ATP-CP储
备作为主要能量来源。另外，两种活动中，白肌纤维参加的程度比红肌纤维显著得多，
因为较高的力量水平和收缩速度都需要这些快速收缩的纤维。但是由于肌肉中ATP-
CP的储备快速消耗，使最大力量或爆发力不能持续很长时间。
爆发性活动的神经调节与力量性活动在性质上相类似。然而，爆发性活动的速度
快，需要传入感受器有较快的反应，中枢神经系统能较快地整合和翻译这些传入冲动。
在一连串的快速动作中，肌肉收缩以特殊顺序组合起来，整个身体和/或四肢从一个位置
变到另一个位置。身体姿势迅速变化要求有适当的传出传入神经冲动，使身体能够保持
平衡，肢体活动也不超过其关节活动范围。身体平衡要靠从肌肉、关节、皮肤和前庭器
官发出冲动引起效应器的反应来保持。运动引起这些传入感受器兴奋，它们发出的冲动
被送到中枢神经系统中翻译出来。与整合和翻译这些传入冲动有关的结构包括小脑、大
脑皮质和脑中的其它神经组织。产生的运动反应防止四肢和整个身体在运动中失去平
衡。小脑可防止动作“过头”，前庭器官和颈4"受器有助于使重心保持在支撑面上。肌
梭和高尔基健器的协同关系一可防止肢体过度伸张。在爆发性活动开始时的肌肉力量比在
其它任何关节角度下都大些，因为此时肌肉通常处于最长状态，肌梭受到最大的刺激。
一195一
同时由于交互抑制的影响，拮抗肌此时活动水平很低。但是在接近关节活动范围末端
时，主动肌肉的高尔基键器受到刺激，因而使肌肉放松，拮抗肌收缩以防止关节受力过
大。例如，在投掷铅球时，三头肌收缩伸臂。但在伸的动作完成时，三头肌放松而二头
肌收缩，以防止过度伸张。
心脏、血管和呼吸系统的反应与以力量为主的活动中的反应相似。即由于爆发性活
动的时间较短，在最大用力时心率可能增加也可能不增加。然而在运动后心率会增加，
以适应参加活动的肌肉代谢需要。如果爆发性活动是重复进行的，例如短跑冲刺，心率
在跑中就会增加。进行爆发性活动时，肌肉收缩使对血流的阻力增大，因此血压升高。
因为经常有屏息的情况，肺通气常出现短暂停止。运动后即刻，血压可能会继续短时升
高，因为要满足代谢活动的需要，
耐力和生理反应
为了持久地工作，肌肉必须有充足的能量供应和较强的生成ATP的能力。由于大
多数ATP是在有氧条件下生成的，因此足够的血流量是最佳耐力的基础。如果运动中
氧合血液供应很充足，那么限制运动能力的因素则是肌肉中葡萄糖的含量和糖原的储备
量。当能量储备消耗殆尽时就会产生疲劳，运动将受影响。在其它类型的耐力性运动
中，工作能力并不受肌肉中能源储备的限制，而是因为没有足够的血液供应。没有大量
的氧供给肌肉，储备的能源物质就不能被利用。血流量或能源物质含量不足都可以成为
耐力的限制因素，两种原因中以那个为主，则与肌肉用力的强度有关。血流量与肌肉收
缩力量之间有直接的反比关系(C9,10,10a。大量肌纤维收缩可使力量立即增大，然而却会
使肌纤维的血液供应减少。随着收缩增强，有氧代谢逐渐转向无氧代谢。收缩力量较
小，血流量增加时ATP主要从有氧代谢中生成。
如果只有相对较少的肌肉参加工作，心血管系统可以供给大量的血液。至于血液是
否能到达肌纤维则是另外一个问题，取决于血流受阻的程度。但是，如果参加工作的肌
肉较多，对氧的需要增加，那么心血管系统供给大量血液的能力就变得较为重要了。心
血管耐力与肌肉耐力之间以何为主，取决于运动对心脏和循环的刺激程度。通常在长时
间的运动中，以较大肌群、较小力量工作的能力，增强了对氧释放系统的要求。在以较
少肌肉工作时，对心脏和循环的刺激相对较小，因此主要与肌肉耐力有关。在以肌肉耐
力为主的情况下，运动能力的限制在于肌纤维本身，而不在于心脏和循环的氧释放系统。
然而如以心.血管耐力为主时，限制因素与氧释放系统和肌肉都有关系。
绝对和相对肌肉耐力中的生理反应相同。耐力的限度决定于肌肉的收缩力量。以较
大力量运动时，肌肉中的一ATP--CP储备消耗很快。事实上，在最大持续用力时，它们
在10秒左右便会耗尽。如果工作强度不大，可有一定的血液供应，ATP可由有氧和
无氧两方面生成。通常在运动中，当工作强度接近或达到最大时，运动能力的限制因素
是肌肉内无氧代谢产生ATP的能力，以及中和肌肉中因乳酸产生的酸性的能力。
身体素质成分的测定
工作或运动中涉及到的每种身体素质成分，都与某种特殊的肌肉收缩有关。力量成
分与较强的肌肉收缩有关，爆发力成分与快速收缩有关，而耐力成分与持续或重复收缩
有关。无论是以体重还是外部重量为负荷时，都遇到这些类型的肌肉反应。除了在不同
素质成分中涉及到特殊类型的肌肉收缩之外，某些成分中涉及的肌肉数量也有不同。要
观察有氧成分，必须有大量肌肉做重复收缩。然而，肌肉耐力一般要在相对较少的肌肉
中观察。表7-2表示出与每种成分有关的肌肉力量、收缩速度、重复次数和肌肉数量的
范围，以及负荷的性质，包括体重或外负荷。利用此表可以查出测定每种成分的试验方
法。
表7-2身体素质的成分和有关的肌肉反应、肌肉体积和负荷
成分
肌肉力量收缩速度
.白.......妇~一一
高中低
“一高.中’低”快”’.’甲”慢‘
重复次数
肌肉体积
负荷
多中少
大中小体重外负荷
x x义x x
XX
XX
KXX
XXX
绝对力量
相对力量
绝对爆发力
相对爆发力
有氧耐力
有氧一无氧耐力
绝对耐力
相对耐力
(%ma、)
...，曰月脚.........一
测定绝对力量的方法
参照表7-2中绝对力量成分一栏。这一栏区分出了这种成分中肌肉反应、参加活动
的肌肉数量及肌肉收缩克服的阻力的独特性质。第1项表明，这种成分的特点是需要较
高的肌肉力量。因而，要达到较高的肌肉力量就得举起较重的负荷，或者对一个不能移
动的物体发出最大力量。在任何情况下都应克服外部负荷(第5项)。由于只需做一次
最大用力，重复次数(第3项)和收缩速度(第2项)都不重要。测定绝对力量的肌肉
数量不限。因此第4项中的各个小项目都做了标记。测定绝对力量的一般方法是，利用
杠铃或一般健身器械一次能够举起的重量t 1-R M )。如果是测定等长收缩力量，常用背
和腿测力计或张力计(见图1-349 1-35)。这些仪器可用于测定运动员、工人和体育学
生的力量。但是当受试者很多，时间又是个影响因素时，例如在学校里测，常用另一些
方法测定力量。在最大力量和克服重负荷的次数之间有高度相关，这可以用来估价1-RM
力量。屈肘肌最大力量与举65磅负荷的重复次数之间在大学男生中有很高的统计学相
关(R二0.90)，见图1-3 0 c l 1,。这种关系不难理解，因为力量大的人举起同样负荷的次
数比力量小的人多，虽然在某种程度上会包含一些肌肉耐力素质。但是负荷越轻就越取
决于肌肉耐力，一些力量较小的人可能比力量大的人重复次数还多，因为耐力起的作用
越来越比力量大。从最大力量与以25磅负荷下的重复次数之间相关较低(但有统计学
的显著性)可以清楚地看出(R =0.39)(见图1-30)0
为了能较为准确地以举起负荷的次数预测最大绝对力量，受试者应该采用不能重复
举起25次以上的相对较重的负荷。在这种负荷下，力量与重复次数之间的相关系数相
对较高(R = 0, 90),如图1-30所示。表7-3可用以从举起负荷的次数推测最大力量，
一197一
举起负荷的次数在25次之内。例如，举起80磅的负荷10次(10-R Al或者说在最大努
力时可以举10次)。推测最大力量或1-R M时，先在第一组数中找到10次的位置。
然后，用80磅除以该行中右边一组的数字0.80。得出的商为100磅，就是所求的最大
力量或1-RM。如果举起80磅5次，80磅除以0.9，就得到1-RM为89磅。用这种
方法推测I-RM的误差通常小于5% (12)% 0
绝对力量也可以通过以体重为负荷的重复次数来推测。同样，重复的次数也不能超
过25次左右〔‘“’。这类测定方法有两种:引体向上和屈臂直撑。根据克服体重做引体向
上或屈臂直撑的次数，利用表7-3推算出1-RM。这些方法不仅是上肢和肩带肌肉力量
的良好预测指标，也是其它肌肉力量的良好指标(见表1-6)。如果把两种方法的预测位
表7-3以最大重复次数在26次以下的
练习预测最大绝对力量((1-RM)
.曰..............‘...卜、石‘‘口‘...“..‘口..
最大重复次数除数
—1_...一一一一-一一一一一一~-~一~，，分钾，种.‘.........__一_—一_-一~一一一一~一一一-~~~~砂
2 0.96
3 0.94
4 0.92
5 0.90
...一一__一____一一一一~-一~一~~-一--.__-一一-一-一
6 0.32
7 0.86
8 0}8.I
9 0.82
10 0.80
，...........门~......一一—--一一—分一-一~~-~~~.一----一一一—一一一一一一
11 0.78
12 0.76
13 0。74
14 0.72
15 0.70
............，...，--一喇.....~.......曰.....口...口口曰.—一一一一一一——一——
16 0.68
17 0.66
18 0.64
19 0.62
20 0.60.
............口...........一一一一一一~~一月，“..，月闷，.，..喇..一一一~..口..口..口........，..，目，
2一1 0.58
22 0.56
23 0.54
24 0.52
250.50
一.，“..曰..‘..........一
*找到某一负荷下能该复的次数，用该负荷除以同一行中的除数，预测l.-RMO
结合起来带入公式，它们就可相当准确地预测男大学生的全身力量(R = 0. 90)(全身
力量=1. 0 5 1-R M引体向上+0.741-RM屈臂直撑+ 322) c12)。这里预测的全身力量是
指包括全身各大肌群的7项举重动作:弯举、直立提拉、推举、卧推、硬举、下蹲和仰
臣卜起坐。
测定相对力量的方法
表7-2中关于相对力量的肌肉反应与绝对力量中的肌肉力量(第1项)、收缩速度
(第2项)和肌肉数量(第4项)几项相同。在重复次数方面(第3项)有些差别，因
为重复次数可以多达25次，而绝对力量仅指重复1次。两种力量最显著的差别在于负
荷不同(第5项)。相对力量是以克服体重的次数测定，而绝对力量是以一次最大用力
克服外部负荷。两种力量之间的这种差别是因为在绝对力量中有较大的收缩力量。但不
管怎样，相对力量中的收缩力量也是较大的，重复次数不超过25次左右。一种方法如果
使重复次数太多，则有较大的耐力成分参与进去。重复次数越多，测定力量的效果就越
差。，测定相对力量的一些常用方法有俯卧撑、引体向上和爬绳。但是这些方法对于那些
吠
做不了1次，或者能轻松地做25次以上的人来说，也不是好方法。小孩或大学女生常
常做不了1次俯卧撑或屈臂直撑。这种情况下这些方法就不能测定相对力量。有时，一
些人能重复25次以上。结果力量在素质诸因素中所占的比例就变小了(然而一般说来，
较强壮的人都可以超过重复25次的限制)。
测定绝对爆发力的方法
爆发力最一般灼特点是收缩速度较高(见表7-2，第2项)。由于力量和肌肉收缩速
度之间是反比关系，所以只需要中等程度的肌肉力量(见图1-9)。因为一般只需要做
一次爆发性动作，所以重复次数较少(第3项)。参加活动的肌肉数量可多可少(第4
项)，但负荷主要为外部负荷。当然，总的负荷不仅限于外部负荷，因为肢体在肌肉缩
短时也随之运动。但是，当外部负荷的重量较大时，例如8磅的实心球或者16磅的铅
球，绝对爆发力成分对于取得好成绩就起着重要作用了。
如同所料想的那样，较大的绝对爆发力一般伴有较大的绝对力量。能够举起较重杠铃
的能力使将较轻物体推得远的能力增强。因此，需要爆发力的运动员常常训练绝对力量，
使爆发力得到发展。实地测定绝对爆发力时，应把身体活动限制在那些对外部负荷起实
际作用的肌肉中。另外，相对爆发力也可能成为一个重要因素。例如，推铅球时，在出
手前运动员先要使身体做一次圆周运动。推铅球的距离既反映了与相对爆发力有关的起
始动作，也反映了与绝对爆发力有关的最后动作。要测定“纯”绝对爆发力，必须把相
对爆发力限制到最小程度。在推铅球中要实现这点的办法之一是，去掉旋转动作，仅做
最后出手动作。用这种方法测定推铅球的距离，能更好地反映绝对爆发力。另一种测定
绝对爆发力的方法是，坐着或站着双手推8磅实心球。
测定相对爆发力的方法
这些方法与测定绝对爆发力的方法的主要差别在于所推动的负荷。这里以体重为主
要负荷(表7-2，第5项)。另外，肌肉力量仍为中等程度(第1项)，收缩速度较高(芽
一lea一一
2项)，肌肉数量也不同(第4项)。测定相对爆发力有许多方法。50码冲刺跑、纵跳、
立定跳远、往返跑等全身快速移动的动作和掷垒球都具有这种测定的特点。尽管这些方
法中的实际动作不同，但对于每种方法中的最一般和对成绩起主要影响作用的基本成分
是相对爆发力。一些实验室方法采用了电子仪器。有一种方法叫Margaria爆发力测
定法〔14)0受试者站在楼梯前，准备好后，他以尽可能快的速度跑上楼梯，每步上三个
台阶。当脚踏到第三个台阶时启动一个电记时器，踏到第九个台阶时停止。用体重乘垂
直距离再除以时间(百分之几秒)来表示爆发力。公式为
P
:二
WxD
t
其中P=爆发力，V6}二体重，D=垂直距离，t二时间。
Kalamen-Margaria法也是用电子设备测定腿部爆发力，与Maragaria法基
本相同〔15)。但不同之处是，受试者的起始位置在楼梯前6米处，而不是在楼梯跟前。
其它过程两者相同。
如同绝对力量与绝对爆发力有关，相对力量也与相对爆发力有关。每磅体重具有较
高力量的人，一般能以较高的速度、灵活性和协调性运动。同样，人们也常结合以力量
练习为基本练习形式来提高相对爆发力。除了提高运动技术之外，要想提高快得跑、跳
得高、跳得远的能力的唯一途径就是增强肌肉收缩力量。
测定有氧耐力的方法
只有当工作肌肉的血流量未受明显阻碍时，运动时才能从有氧途径生成ATP。如
果肌肉中的糖原储备充足，在氧合血液能自由流通并且能持续生成ATP的条件下，运
动才可以进行相当长的时间。氧供应充足情况下的耐力活动，肌肉收缩的强度较低。运
动中需要的氧基本上接近肌肉的能量需要。较强的肌肉收缩将使供氧和能量需要之间的
关系失去平衡。这时，越来越多的能量将从无氧途径产生。
肌肉收缩的强度与以有氧或无氧途径生成ATP的程度有直接关系;这两者又都与
运动的持续时间有关。在时间相对较长的运动中与有氧代谢有关，在短时间的运动中主
要为无氧代谢。在不同持续时间的最大运动中，两种代谢所占的比例见表7-4。可见，
随着运动时间延长，越来越多的能量产生自有氧代谢。当然，一长时间的运动中肌肉收缩
力量较低(见表7-2第l项)，因此收缩速度较低(第2项)。由于运动是连续的、长时
间的，重复次数较多(第f,3项)，在有氧耐力运动中，心脏循环系统和呼吸机能活动都
很强烈，肯定有较多的肌肉参与运动(第4项)。有氧工作中肌肉收缩所克服的负荷可
能仅限于体重，例如在跑或游泳时，或者是外部负荷，如自行车测功计或划船器械(第
5项)。
有氧能力的最好测定方法之一是测定最大耗氧量。其过程是，逐渐增加自行车测功计
或跑台的负荷，直到再增加负荷时受试者的耗氧量不再增加为止。测定耗氧量的实验室
方法有多种。表7-5列出了一些典型的方法。除了由跑台或自行车测功计提供负荷外，
还可以通过游泳〔16)、越野滑雪〔17)、或用上肢和下肢同时工作〔‘。“〕来推测最大耗氧量。
虽然在实验室测定有氧能力有很大价值，但是要在室外条件测定大量受试者时，可
能不太实用。此外，昂贵的实验设备也限制了许多学校进行这种测定。然而，甩跑等室
一200一
表7-4男女青年在不同最大用力赛跑时间
和近似跑动距离下，无氧与有氧代谢的相对比例
赛跑时间(分)
能量产生相对比例’”
无氧有氧
跑动距离(码)林
男女
一0︶八U八UC甘尸anV八UnU八U八U
户合OJ八U月任9自，上户a，.‘户办，上
n‘月任八0只甘八UO自no尸办内勺00
，.一111.工j.占1上1人
n甘八U八U工匕户办八U八︺nU八Un、
八洲钊n钊亡J钊r，‘月了峨灿尹.、洲卜钊月.J洲卜七
00八000n甘勺乙盈任八勺片了OU八U
，王，二，占，上，.-1上，臼
60 40
40 60
33 67
27 73
20 80
16 84
14 86
12 88
11 89
9 91
5八O70OQU
*数据来自Gollnick (21)的几项研究工作。’眯根据青年人数据的内插和外推得到。
表7-5利用跑台和自行车测功计测定最大耗氧量的几种方法
方法
运动种类
测定步骤
人strand和Saltin、17)
自行车测功计上腿部运
动，50rpm
以55% VQZmax做准备活动10
分钟，之后在2.8分钟内运动
直至力竭
人strand和Saltin(17)分级跑台跑
连续数日内以7mph跑至力竭。
每天升高跑台2.500。达到在
2.75分钟内便力竭时，决定
亨02m。x
--一，一一一一一一~~~~~~~~~~~~-~一-一~~~.均~~ee一一“’一”一’-.一’一’一’
Costill和Fox‘23)
分级跑台跑
以7.44mph, 0%级做7分钟准
备活动。以8.9mph, 0%级运
动4分钟后，增加到4%级。之
Katch, Girandola,
和Katch(24)
自行车测功计上腿部运
动，60rprn
后每2分钟增加2Y，直至力竭
以2.5Kp(力量测定)开始运动，
每2分钟增加0.5Kp直到力竭
外方法常常也能较为准确地测定有氧能力。在有氧能力的最好指标一耗氧量(ml/leg,
rein)与某些室外耐力测定方法之间有高度显著性相关说明了这一点‘22)o 44名成年男
子，年龄从17至30岁，参加了一项关于探讨实验室内外测定工作能力的一般生理因素
的研究工作。在室外测定了不同比例的有氧和无氧耐力，与最大耗氧量相关(ml/kg/
min)(表7-6)。最大耗氧量与那些测定有氧能力的方法(如1英里、12分钟跑和600
码跑测验)之间的相关系数最高;与300码、50码和10码跑的相关系数较低，说明它
们主要涉及无氧代谢。这些关系不难理解，因为最大工作的持续时间以12分钟跑最长，
10码跑最短，体现了有氧和无氧代谢的范围。表7-4清楚地表示出了最大用力跑的时间
(工作持续时间)，与其相对应的无氧一有氧能量产生比例和青年男女跑的距离。根据这
一201一
表7-6最大耗氧量与不同赛跑测验的相关系数
测验
最大耗氧量(ml/kg/min)
沪...............................一一-一~~~一-一~~~~-~一~~~~-~~一~一一，一月.............
12分钟跑(距离)
1英里
600码
300码
50码
10码
0.90
一0..74，::
一0.78*
一0.52"
一0.29'
一0.23*
水负号表明一个指标增大，另一个指标则减小。
些数据，测定有氧耐力的实验应该进行3分钟以上的最大努力工作，最好超过5分钟。
青年男子在这段时间内应跑的距离为850至1,275码之间;青年女子在600至1.,025码
之间。在这种条件下，大部分ATP产生自有氧代谢。如果运动是持续的、最大用力
的，并且在3分钟以上。这些数据也适用于自行车、游泳或爬绳等其它活动。
测定无氧一有氧耐力的方法
肌肉力量(表7-2第1项)越大，肌肉缩短的速度(第2项)相应越快，这是无氧-
有氧耐力与有氧耐力相比较时两个最重要的区另1]。从以有氧代谢为主向无氧代谢转变，
并伴有ATP产生受到限制，使工作时间显著缩短。最大用力跑的时间如果是10分钟，
仅有约9%的能量来自无氧代谢;1分钟左右的高强度跑，无氧代谢产生的能量增加到
60%左右(见表7-4)0
如果利用跑来预测这种成分，跑1至2分钟时，无氧和有氧代谢所占各为一半左
右。当然，跑1.至2分钟的距离还取决于其它一些与工作能力有关的因素。年龄和性别
都影响耐力成绩。青年跑1至2分钟的距离比少年儿童长。在青年中，男子跑的平均距
离也要超过女子。由于这些因素影响，以跑的距离测定无氧一有氧耐力取决于年龄和性
别。表7-4列出了在不同最大用力跑的时间内，青年男女应跑的距离。这些数据可用于
测定任意组织情况下的无氧和有氧耐力实验方法。如果想测定的主要是有氧耐力，同时
又有一定程度的无氧耐力参与，跑的平均时间约为4分钟，男子应达到1,04:5码，女子
应达到840码。在4分钟时，约有27%的ATP来自无氧代谢，73%来自有氧代谢。
在持续时间和强度不变的条件下，1至2分钟的运动时间也适用于用自行车、跳绳
和游泳等方法测定无氧一有氧耐力。
测定绝对肌肉耐力的方法
有氧和无氧代谢都与肌肉耐力有关，但两者参与的程度取决于每次收缩所需要的能
量。在高强度的运动中以无氧代谢为主，在低强度的运动中有氧代谢较为重要。高强度
收缩使工作肌肉的血液循环受阻，可利用的氧相应减少，使无氧供能的比例增加。肌肉
力量达到最大力量的15%多一点时，就会使无氧代谢供能起相当重要的作用〔25)0
肌肉耐力(包括绝对的和相对的)是以较低或中等肌肉力量(见表7-2，第1项)和
一202一
收缩速度(第2项)为特征的。重复次数多(第3项)是各种耐力素质的共同特点。参
与活动的肌肉数量一般较少或中等(第4项)，负荷为外部负荷(第5项)。
测定绝对耐力的方法是，每个受试者对同样大小的外负荷用力。负荷如超过每个人
最大力量的15%，便可以根据结果对所有受试者进行比较。负荷太小则能举起的次数太
多，不适于测定肌肉耐力。由于负荷是相同的，绝对力量大的受试者常能重复较多的次
数，因此比力量小的人肌肉耐力好。但是力量在耐力中的重要性取决于所举的负荷。负
荷越重，力量大的人成绩就越好。即使负荷较轻，力量大的人也倾向于成绩好些，只是
程度较低。这种情况见图1-30，是最大力量与绝对耐力的相关，负荷越轻，相关越弱(Y
从0.90下降为0.36)0
测定相对肌肉耐力的方法
相对耐力的能量来源与绝对耐力相同，取决于每次重复收缩的强度。两种成分的不
同之处在于测定相对耐力的负荷，绝对耐力是以同样的负荷测定的，而相对耐力是以最
大力量的某一比例、或体重来测定。如果负荷都是最大力量的同样比例，并能重复25次
以上，那么工作强度对每个受试者来说是基本相同的。个体之间的任何差异都可以认为
是对运动刺激的细胞适应能力所造成的。如果一个最多能举起200磅的人能举起100磅
的负荷30次，他的相对耐力与一个最大力量150磅能举起75磅30次的人是一样的。多
数研究表明，力量大的人等长收缩时间并不比力量小的人长(2628)，向心收缩的重复次
数也不多〔11,29)0
在能重复做25次以上时，相对耐力也可用克服全部或部分体重的次数测定。重复不
了25次，则主要测定相对力量。相对力量较大的人倾向于耐力素质也较好。这是可以理
解的，每公斤体重力量较大，在每次重复动作中需要的努力就较小。结果便可以重复多
次。测定相对耐力的室外方法有仰卧起坐、举腿和俯卧撑等。
身体素质成分、它们的定义和室外测定方法汇总于表7-1。应当重申，很少有仅一
种素质成分在运动中起作用的情况。常常是很多成分都参与，只不过某些参与程度较
高，另一些参与成分较低。通常，参与程度较高的成分决定成绩的质或量。如果对取得
优秀运动成绩相当重要的成分具有较高水平，那么就更容易在运动中获得优胜。
身材大小和结构与身体素质成分和运动项目的关系
高水平的专项运动员都具有一些有利于取得好成绩的身体特点。铅球、铁饼和链球
等项目的运动员都身材高大、肌肉发达，而长跑运动员则一般身材较小。虽然运动训练
能够产生某种程度的影响，但是运动员发达的肌肉、过多的脂肪和某些基本身体结构对
一些运动是适合的，而对另一些就不适合。魁梧的橄榄球前锋在体操项目中就不能取得
好成绩;反之，身材较小的体操运动员也不会在橄榄球中成功地防守对方。如果一个人
的身材大小对特殊的素质成分有利，他将更有可能在需要这些素质才能取得优秀成绩的
项目中获胜。身材高大、肌肉发达的人常具有较高的绝对力量和爆发力，这对成为优秀
的铅球运动员是很重要的。要想了解身材大小与运动素质的关系，首先应了解那种身体
成分对体积有特殊影响。
一203一
身材大小与身体素质成分
身材大小和则定不同素质成分的结果之间的相关系数表明体重和身高对素质成分的
一衫响。表7-7列出了身材大小和有关素质成分测定方法之间的关系。体积与测定相对力
一歇和相对爆发力成分的方法之间的相关系数为负值，说明较高较重的人在这些素质成分
巾较差。但是在绝对力量和绝对爆发力中则为正相关。身材高大有利于从事绝对力量和
爆发力的活动。
表7-7身体体积与身体素质成分测定之间的相关*
....姗.曰曰‘弋‘.AH叭.自林:‘日‘，，.「。二‘..E.日.}-‘日....二必.匕，.，们叶口‘.理..拍暇.刃翻，。目曰洲‘口‘七团，..习....泛月1.日....呀份，目‘.‘...T一.~
测验
身高
体重
主要素质成分
深蹲
爬绳
双臂屈伸
屈臂悬垂
引体向上
俯卧撑
相对力量
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一一~一一一
推实心球
站立
0.17
0.39
绝对爆发力
坐0.18 0.32
一~一___.‘，一.砂，~~分一~勺，曰曰..~一一一~~卜一-一一~一一一一一一~.自目甲与钾.一‘.，.卜~一呻..叫，，‘，.~翻一...，门，，，卜~一一一一_es」一一一一一一.-~一..一一一~一~一一一，~一~一一
握力
臂拉
背拉
0.25
0.G3
0.49
0.39
绝对力量
0.22
0.42
50码跑
一0.,24
一0.32
相对爆发力
往返跑
一0.31一0.38
一，~~~~，一一湘玄.网........目....怡，...娜一一一，产~一
“基于F1cishman (2)的工作，n0L+. 1名男子，off}.均年龄18.25岁，身高70英寸，体重150.6磅。相关系数0.20即达
0.05水平显著性
虽然这些相关大多数具有统计学的显著性，但它们相关太低，不能准确地预测成绩。
当然，每个体重大的人不一定都有较高的绝对力量，体重小的人也不一定力曼都小。这
也适用于与体积有关的其它成分。但总的说来，身材高大的人绝对力量和绝对爆发力大
于身材较小的人。而身材小的人其相对力量和相对爆发力大于身材高大的人。
对与身材大小有关的这些素质上的差异的解释，关键在每磅体重的力量这个问题
上。相对力量(力量/磅)和绝对力量的关系呈反比(图1-25)。虽然绝对力量随体重而
增加，但每磅体重的力量是下降的。结果，较重的人在克服外负荷时能动员大量的肌
肉，但是在需要克服体重或快速移动的工作中，体重较小的人由于单位体重的力量较大
而能取得更好的成绩。
体重较轻而每磅体重力量较大，对于那些以体重为负荷的有氧耐力、无氧一有氧耐
力和相对耐力成分有利。单位体重的力量越大，移动身体就越容易。每公斤体重消耗的
氧也较少。因此，相对力量大的运动员在长跑中能保持较高速度。即使跑的距离较短，时
间在1至2分钟，无氧一有氧耐力成分为主，每磅体重力量大的人也应跑得更快。相对力
量大对于克服体重的相对耐力也有利。重复运动的次数较多，支持体重的持续收缩时间
也较长。重复25次以上的俯卧撑和仰卧起坐是表示相对肌肉耐力的两种方法。
对于克服外部负荷的绝对耐力成分，肌肉数量多，同时绝对力量大是有利的。身材
高大的人反复举起负荷付出的努力比肌肉不发达的人小。因此高大的人，其工作能力和
耐力都超过身材矮小的人。
身材大小在各种素质成分中的重要性总括于表7-8A应记住，这些规律也有例外，
一些体重大的人也有较高的相对力量，而一些较小的人相对力量也可能较小。
表7-8男青年体重在身体素质成分中的重要性
成分
体重
绝对力量
相对力量
绝对爆发力
相对爆发力
有氧耐力
无氧一有氧耐力
绝对肌肉耐力
相对肌肉耐力(体重)
高低
................一.一..........曰肠口巨
x
身材大小、骨骼结构和运动素质
在一些运动项目中，体积对素质有显著影响。两者的关系见表7-9。虽然对这些关
系有一些例外，但它们都表明体积对素质来说是非常重要的。这些例外是由于，虽然身
材大小相似，但骨骼不同部位的人体测量学关系却有不同。某些运动员具有独特的骨骼
结构证明了这一点。跳高运动员一般个子较高、体重较轻，并且倾向于腿相对较长，_上
身较短。这种体格较为有利，因为必须使躯千越过横杆，上身较短则体重较轻。但是跳
高运动员重心较高，因此他们不适于进行那些保持平衡较为重要的对抗运动。在受到对
手冲撞时，重心高的运动员更容易失去平衡。同样，在足球和柔道等项目中，长腿的运
动员突然变换方向也比较困难。
小腿和大腿长度的比例称为crual指数，与素质有关。指数高的人(小腿比大腿
长)更适于参加跳的运动。几乎所有跳跃的动物都有较高的crual指数〔3Q)。跟骨的长
度也会影响成绩。如果跟骨较长，在力学上有利于跑和跳。肢体长则有利于投掷。手的
活动范围大，棒球投手投出的球会更快。在测定爆发力的实验中，受试者要投或者推，
手臂长度是影响成绩的重要因素。所有这些人体测量学上的因素对运动员的素质都有影
口1句。
身体素质的评定
身体素质是由评定身体适应能力、运动能力或工业中工作能力的各种体力工作来表
一205
7-9身体大小和运动能力的关系
身高
fps
体重
‘诸....二‘祖‘.‘...，‘..舀‘J刀习口....‘......曰.‘‘~.......‘.......
运动
一一一一一一一-一一一一一—一，一——一——~一一一一户，，.，.，.，‘，.月，叫一一
男女
..，.，，.卜一，.‘.口.目‘.....‘‘.....、.，...夕.~~‘叫，‘.口一一一一一..~...，，.，.‘目.，，，，-一.~.，‘，，电..............，.，.~一.一-一叫，一...，一‘....一一一一一-一一
表
重
轻
曲棍球守门员
足球守门员
长曲棍球
现代舞
垒球投手
排球
网球
篮球
垒球，一垒
轻
击剑
羽毛球
垒球内场手
轻
踢m舞
技巧
足球前锋
矮
跳水
汾雪
花样滑冰
矮
贡量级拳击
橄，揽球
重量级摔跤
铁饼、标枪
篮球中锋
棒球投手
跳高、跨栏
网球
中跑
击剑
越野跑
长跑
羽毛球
棒球二垒
轻量级拳击
足球中锋
技巧
花样滑冰
赛马
器械体操
手球
跳板跳水
水球后位
棒球接手
冰球后卫
举重
铅球
橄榄球
长距离游泳
高尔夫球
划船
垒球接手
足球后卫
曲棍球后卫
速球
射箭
划船
游泳
曲棍球前卫
高尔夫球
花样游泳
示的。评定身体素质，无论目的是测定身体健康还是选拔工作人员，都要经过一些基本
步骤。一旦知道’一了测定的日的，首先要区别出在听一评定的素质中以那种成分为主。第二
步是选择测定这些成分的方法。然后开始测定，并对结果进行分析。这一方法用于评定
身体适应能力、运动能力和工业上的工作能力。
n06
身体适应能力的测定
要评定身体适应能力，应当区分出要达到高水平的适应，以那种素质成分是最基本
的。当然，在能区别重要的素质成分之前，必须解释一下身体适应能力。这里所说的适
应能力可认为是每个人所具有的不同能力。具体来说，身体适应能力是指完全涉及到力
q ti爆发力和耐力等成分的工作的能力。因此，随着工作(而不是素质成分)的不同，
可以采用不同组的测定方法来测试某种年龄水平或运动项目的身体适应能力。力量、爆
发力和耐力被认为是基础，因为在人体典型的运动中都涉及到它们。这些运动指跑、跳、
节、投等。
因此，评定过程的第一步是，确定身体适应能力和区另Il相应素质成分。第二步是选
择测定这些成分的方法。在选择方法前，应先将要测定的人员分组。通常是按照人的年
龄、性别和来源等特征分组。分组应使得能选择一个最适当的测定方法。例如，俯卧撑
就不适用于小孩，因为大多数孩子都完成不了。分组的后一个特点，即来源，是指体育
学生、运动队或者要组成一个运动队的人们。对体育学生来说，教师所关心的是与不同
肌群和不同动作有关的项目中的身体适应能力的测定方法。这可能与一个选拔橄榄球队
员的教练的着眼点不同。教练可能会选择一些更接近实际运动的方法，如短跑、腿部爆
发力及另一些测定上身力量的方法。
测定体育学生的身体适应能力，主要成分是力量、爆发力和耐力，所选择的方法要
测定绝对和相对力量、爆发力，有氧和无氧一有氧耐力。测定青年男子这些成分的方法见
表7-1。每种成分至少应选一种测定方法。主要用来测定肌肉耐力的方法很少用来测定
身体适应能力。力量与肌肉耐力之间的显著相关保证了在一定范围内可用力量推测肌肉
耐力。肌肉耐力也排除在基本素质成分之外，以使这些测验的数目减到最少。在学校
中，由于时间关系测定身体适应能力的方法应尽可能减少。然而，有时可以对一些人直
接测定肌肉耐力，因为测定相对力量的负荷对他们来说太小(可以重复25次以上)。测
定肌肉耐力的方法之一是做竭尽全力的仰卧起坐。如果把这种方法限制在1分钟内，则
变成了测定相对力量〔29)0
如果测定的时间掌握得很严格，可以仅测定有氧或无氧成分。两者之间有较高的相
关系数说明，一种成分较好时可能另一种成分也较好((r = 0.78) c31 Ia
身体素质成分在运动项目中的重要性
评定运动素质重点放在成为获胜基本条件的主要成分上。这里不考虑运动技术问
题。潜在的运动能力是根据这种假设推测的，即一个人的必需素质成分达到了相当高的
水平，那他就具备了发展技术的基本条件。如果基本素质成分水平不够，却没有什么技
术能代替它们。从这点出发，表7-10列出了一些运动项目的主要成分。某些项目中还
做了更细的分析，因为某些位置或项目中要取得成功还需要另一些素质。
橄榄球在美式橄榄球中，前排内线队员和跑动后卫所需要的素质是不同的。前排
内线队员要和体重很重的对手对抗，抱住对方或防止被对方抱住。因此·他需要有较大
的相对爆发力追上对手，同时，在防守时又要有较大的绝对爆发力和力量。虽然进攻队
后卫和前排内线队员需要相同的素质，但侧重点有所不同。跑动后卫更需要较高的相对
一207
7-10不同运动项目中最重要的素质成分
.洲.}n.ii，勿蔺.日孟目翻.，曰曰...芍诵it二日欲‘.a箱x口...口翻口侣口曰cs.;x认;.，‘
表︸
一
︸
运动
相对
力量
绝对
爆发力
行1付
爆发力
有氧
耐力
无城一有氧
耐力
肌肉
两‘力
对量
绝力
---一-一一--一—-，一一一—一一—一——一—————，一-一一一一一一一一~——一一一一一一一_一一一--~~~..臼侧曰.‘......口...臼曰.-一一~一
橄榄球
进攻队后卫X X X X
防守队后卫X X X x
前排内线队员X X X x
接长传队员Xx
外线队员X X X x
后排队员X X X X
口分之一后卫伙uarterbrck) x x
，一-—一一—一—一_一~—，一一----一一—一一一一一-一.
棒球x x x x
、一~-一一一·一一-‘一--一一即~一-~.“..，-.，....曰.门~~..口...一一甲-一-一
垒球x x x
一--—一一一一一一一.曰，户.，.，.....口..山....自...，..一—~
足球x x x
曲棍球
摔坟
击剑x
径赛项目
100米x>丈
20V米x\
400米h
800米x
1英里(1500米)\
Z英里x
5000米x
10000米x
马拉松x
_‘_一__一一门‘.口...，....，~，，~..肠一一~~.一‘一护.一八。一~神‘.阴户~-..一介，口，一.，...，..，......一.口........，喇卜门，.__.。上.
田赛项目
铅球x x
铁饼xx
链球x x
撑竿跳x
跳高一x
跳远x
，、、~、~、一一、~门..目曰..一曰曰.............
爆发力以躲避他摔，但是一旦发生身体接触，要摆悦对手的抱摔，就需要较大的绝对力
量和爆发力。防守队后卫最重要的素质是相对爆发力，这使他具有一定速度和控制身体
的能一勺，有较大的机动性。在抱摔时，需要某些其它素质，例如绝对力量和爆发力、无
208
氧一有氧耐力等。但是没有一定的相对爆发力，就打不好这个位置。另外，由于防守队后
卫有许多反复的相对较长时间的跑动，无氧一有氧耐力也相当重要。接长传队员的主要任
务是接传球。因此他们必需有较大的相对爆发力，反映在他们有较高的跑速可以摆脱对
手。后排队员的任务不同，他们必须将体重很大的对手推开，防止他们的抱井，并且全
身很快地动作通过防守区，因此对其它一些素质要求也较高，例如绝对力量和瀑发力，
以及相对爆发力。由于后排队员的活动区域较大，特别需要有较高水平的无氧一有氧耐力
为基础。与接长传队员相似，外线队员必须有很好的相对爆发力以便接住传球;然而他
也必须在奔跑中推开对手，这需要有较高水平的绝对力量和爆发力。当然，对各个位置
来说，无氧一有氧耐力都很重要，因为经常有反复的、短时间的、竭尽全力的能量消耗。
前排队员经常要冲跑数秒钟，中间有15至20秒的间歇。但是由于每个队都有一个进攻
班子和一个防守班子，大多数队员都能得到足够的休息。
不同位置上运动员身材大小的差异反映了与体重有关的不同素质成分。因为前排内
线队员突破和抱摔以较高的绝对力量和爆发力为基础，因此打这些位置需要最强壮的
人。并且，由于身体质量与绝对力量有关，这就不难理解为什么这些位置的运动员的体
重都是最重的。如果最重要的素质成分是相对爆发力，这是跑速和整体协调动作的基
础，对于防守队后卫是相当重要的，那么身材较小的人常能打得很好。身材较小，但每
公斤体重又具有较大的力量和爆发力，最适宜打防守队后卫。这对进攻队后卫也是一
样，因为他们必须摆脱对手的抱摔。进攻队后卫经常要突破或从抱摔中解脱出来，因此
绝对力量对他们来说比对防守队后卫更重要。因此，跑动后卫一般体重较重，有较大的
绝对力量和爆发力。虽然身体体积和位置的作用有一些例外，但在职业队高水平的运动
员中基本如此。
棒球棒球的基本动作是跑动、击球和投球。跑动的速度快、时间短，需要无氧一有
氧耐力。由于跑动相对较少，时间间隔又长，常常能从疲劳中得到恢复。但如果一个运
动员要打“安打”，他必须有足够的耐力防止被触杀。耐力并不常常体现出来，但是当需
要它的时候可能关系到胜负。在跑动中，相对爆发力可能比无氧一有氧耐力更为重要。跑
垒或偷垒要求跑速快。防守者无论在外场或内场，都要能够很快、协调地移动身体。此
时相对爆发力是很重要的。
击球和投球都是以很高的速度和加速度对外部物体用力。动作和负荷的性质都说明
绝对爆发力是很重要的。球棒在与球接触时所具有的加速度直接影响球飞行的距离。一
般说来，肌肉数量最大的运动员本垒打的次数最多，因为强壮有力的人能使球棒获得更
大的加速度。这也适用于投球，只是程度不同而已。即较强壮而体格常常也较大的人，
一般能投得更远。职业球队中的投手一般身材较高大，说明了绝对爆发力与肌肉数r7-t-lg之
间的联系。由于投手要反复投球，打这一位置时肌肉耐力因素要比打别的位置更为重要，
特别是臂和肩部的肌肉。代谢特点以无氧为主，因为肌肉收缩具有短时间、爆发性的特
点。在投球之间，所涉及的肌肉中ATP-CP再合成的能力在很大程度上决定了投手能
否不断地以较高的加速度投球。
篮球篮球运动员在比赛中要做各种不同的工作。像快攻之类的运动，主要与相对
爆发力有关;反复进行快跑则体现了无氧一有氧耐力;在不需爆发性，但是要持续进行并
且多次重复的动作中，体现了有氧耐力。快速运球、跳起投篮和抢篮板球、摆脱对手和
一209一
追回丢失的球，都需要相对爆发力。经常重复这些动作则涉及到耐力。重要性稍差的一
些素质(表7-10中篮球一项没有列入)有绝对和相对力量，‘已们在抢篮板球和争球时
起作用。虽然这两种素质对打篮球来说一般不太重要，但对那些力量水平较低的人还是
基本的要求。高个子运动员如果体重与身高不成比例，或力量与身高不成比例，则不一
定能发挥出身高的优势。结果，在抢篮板球时常受到对手身体接触的影响而失利。
足球和曲棍球把这两种运动放在一起是因为它们所涉及的素质成分在不同程度上
是一样。运动时间长的特点、爆发性短时间的用力与长时间强度较大的跑动和强度较低
的活动之间的转变，体现了各种耐力反应特点:无氧耐力、无氧一有氧耐力和有氧耐力。
在进攻或防守中追球或断球，或者在对手之前抢占位置，都需要很高水平的相对爆发
力。动作的速度和协调能力是获得好成绩所必需的。对守门员来说，相对爆发力可能比
耐力更重要一些。要防止对方得分，守门员经常要做短促快速的动作;这主要与相对爆
发力有关。当然，如果比赛经常集中在一方的场地上，那么这一方的守门员的耐力也就
比较重要。
摔跤在这项运动中要取得最好成绩，需要所有各种基本素质成分。全身要不停的
运动，有时相对较慢，有时又非常之快，这就需要各种耐力成分。高强度长时间的
肌肉收缩与肌肉耐力有关。在这里，高强度长时间活动能力较差的原因主要在于肌
肉，而不是氧的运输机制。但是，当一些肌肉进行耐力活动时，其它肌肉在进行不同水
平的无氧和有氧代谢，因此也会使心脏和循环系统疲劳。摔跤时身体的快速动作体现了
相对爆发力。一旦与对手交手，要将对方举起来，绝对爆发力就变成重要的素质了。由
于这些素质成分都在或多或少地起作用，不难理解为什么对摔跤运动员有那么多的生理
要求。
击剑比赛中常见到向前的弓箭步刺和后退的动作，需要零星的快速、爆发性能量消
耗，说明重点在于腿、髓和上身肌肉的相对爆发力。经常重复这些动作，则涉及到无氧-
有氧耐力和肌肉耐力。剑的重量较轻，因而臂和肩部肌肉的绝对力量并不是重要因素。
然而，在每场比赛之间恢复体力的能力主要取决于与其它项目耐力中相同的生理机制和
组织。
径赛赛跑每跑一步时，肌肉力量的大小决定了所消耗的能量主要来自有氧代谢或
无氧f一丈谢。如果力量较大，例如在短跑中，ATP消耗太快，有氧代谢供不应求。100米
跑中几乎全部能量都由肌肉中储存的ATP-CP供应。因此，对优秀的和专业的短跑
运动员来说，赛跑的时间主要反映的是相对爆发力而不是耐力。然而在200米跑中，虽
然ATP-CP储备仍旧起着最主要的作用，但无氧一有氧成分也有一定程度的作用。在
中跑中，肌肉力量小于短跑，更多的能量来自有氧代谢，但是无氧代谢的比例仍然很
大。因此涉及到无氧一有氧耐力。随着比赛距离的增加，每步所需要的肌肉力量减小，有
氧代谢逐步供给绝大部分能量。因此在1英里或1.9500米以上距离跑中，最重要的素质
成分是有氧耐力。在30分钟以上的赛跑中，有氧耐力是绝对重要的(见表7-4)a
田赛田赛谕目的爆发性特点使爆发力显得很重要。在铅球、铁饼和链球等项目
中，身体要快速移动对外界负荷发力，相对和绝对爆发力都要涉及到。而在跳高和跳远
项目中，要克服体重向上或向前运动，相对爆发力成为主要素质成分。撑竿跳需要较大
的相对'发力使身体升高，但在越过横竿时也需要较大的相对力量。相对力量或每磅体
一?10一
谊的力量较大，可以使身体升得更高，取得更好成绩。
运动训练的安排
为发展运动素质制定训练计划，首先要区分出对取得好成绩最贡要的素质成分。明
确了这些素质成分后，第二步是在计划中安排发展这些特殊生理机制和组织的练习。为
实现这一点，应该弄清进行该运动时骨关节的运动特点。有了这方面的材料，就可以区
q产生这些活动的肌肉。一般说来，训练肌肉的最好方法就是采用与运动中相同的动
1,}。如果做不到这点，也可以采用包括这些肌肉的其它动作训练。训练肌肉的方法取决
于需要发展的素质成分:力量、爆发力还是耐力。提高这些素质的训练原则是超负荷原
则。为收到训练效果，肌肉和生理系统必须在长时期的基础上不断受到不同程度的刺
激。超负荷的特殊形成或模式决定那种特殊成分得到发展。例如，采用举重等重负荷形
式的超负荷训练，可发展力量素质，而多重复次数的形式则发展耐力素质。
绝对和相对力量
通过增强肌肉收缩能力的训练可以使力量素质成分得到提高。为此要用重负荷进行
超负荷训练，重复次数相对较少((10次以内)。增加力量实际上有四种超负荷方式:重
复次数、练习负荷、组数和每周训练天数。利用重复次数进行超负荷训练是这样的，运
动员的训练计划以能重复某一次数的重负荷开始，例如6次。他要在训练中争取举起更
多的次数，结果就产生超负荷效果。当他能够重复10次时便增加负重。增加训练负荷
是超负荷的第2种方式。负荷增加量为前一段训练负荷的5%以下效果最好。超负荷的
第三种方式是重复练习的组数。通常这三种超负荷方式—重复次数、练习负荷和组
数—可同时应用。在训练初期阶段，习惯上先要规定组数，一般是三组。当三组中的每
一组都能做满事前规定的次数，例如10次，就可在下一段训练中增加负荷。在以后的训练
巾还石一}‘以增加组数，以进一步增加超负荷效果。然而，五组以上的练习可能会产生过度
、二‘，气、‘____、
训练0因此，增加组数的方式不如重复次数和练习负荷两种方式那样常用。第四种韶负
荷的方法是增加每周训练日，但这有一定限制。训练小节之间必需安排休息使每周最多
训练三或四天。如果训练从每周三次开始，那么只能增加一次。然而，如果每天不训练
同一些肌肉，那么每周就可能进行五或六天力量训练。用这种方法，肌肉仍然能在训练
间隔中得到恢复。
绝对和相对爆发力
在快速动作中如果肌肉力量增加，爆发力就增加，例如在移动体重或相对较轻的外
部负荷时。在爆发性运动中不可能发挥出最大力量，因为力量和收缩速度之间是反比的
关系。举起较重的负荷时，收缩力量大，动作速度慢;而在举起较轻的负荷时，动作可
以加快，因为肌肉收缩力量显著减小。但是，发展爆发性项目中肌肉力量的最好方法，
还是前面提到的发展最大力量的超负荷方法。但训练对爆发力的影响不如晨大力量增加
那样显著。最大力量与跑速或者投掷棒球的速度没有较高的相关。因此，-1 y C10加力量不一
定总能增加爆发力，在力量训练前后这种增长的可能性见图7--2。动作处在调节之下，
以便能在不同的收缩速度下单独测定力量。训练前后测定力量可得到两条不同斜度的曲
一?11一
后
夕
运
动时
肌肉力量
图7-2负重训练前后，在不同运动速度下肌肉力量的变化
线。请注意，随着运动速度的增加，力量的增长相对减小。在最快收缩速度下，训练前
后的力量没有什么差别。跑动速度并不一定总能通过力量训练而加快，特别是最快速的
动作。然而，如果要同时克服较重的外部负荷和体重，例如在铅球或链球运动中，力量
训练改进爆发力和成绩的可能性更大些。
无氧和有氧耐力
这两种耐力在不同的运动项目中发挥作用。虽然不同运动对心脏和循环系统的生理
刺激相似，但是它们所涉及的肌肉和完成的动作是极不相同的。赛跑在动作和肌肉上与
赛艇或摔跤都有不同之处。然而，对这两种耐力成分的训练原则是基本相同的。
工作的强度和持续时间取决于那种成分受到主要影响。表7-4中指出了不同的工作
强度和相应的主要能量来源。为发展无氧一有氧耐力，工作时间最好在1至2分钟左右;
为发展有氧耐力，工作时间应在3分钟以上(最好是5分钟)。在耐力训练中也可以采用
各种方法施行超负荷原则。
间歇训练这是一种运动和休息有规律地间隔的训练系统。通过运动的速度和距
离、重复运动的次数和每次运动之间的休息时间来实现超负荷。如果主要关心的是增强
无氧一有氧耐力，间歇训练所跑的距离应在1至2分钟左右。对青年男子来说，距离约为
440码左右。如果主要关心的是增强有氧耐力，距离应在880码以上。运动之间的休息、
间隔可以安排为跑动时间的0.5至3倍。每次训练一般要跑6组，每周最少3次。然而，
专项的赛跑运动员总是以更多的组数和次数训练。
持续训练这种训练要求连续运动5分钟以上，主要提高有氧耐力。训练计划中可
以采用不同的速度和距离。如果采用慢跑，距离可达数英里。’训练常采用持续的慢跑，
距离在1英里以上。
肌肉耐力
发展朋J肉耐力有两种基本的超负荷方式。一种是力量训练中采用大负荷，另一沁是
增加重复次数。力量训练特别可.以增强绝对肌肉耐力。随着肌肉力量得到发展，就可以
做更多的工作。一个运动员训练前的卧推力量为150磅，可以用60磅负荷做4 };r次。训
一212一
练后，他的最大卧淮力量达到175磅，就可以举起60磅负荷50次以上。另一种超负荷
的方式是以相对较轻的负荷多次重复。力量训练通常能使肌肉质量和'.+il rJ.U u I};的收缩能力增
强，而多重复次数的训练对肌纤维的结构和化学成分影响佼大，提高它们利用氧和产生
能量的能力。最有效的训练方法可能是把力量训练和多重复次数两者结果起来。可以用
每组10次较重负荷，之间不休息连续做5组来代替以不变负荷连续做50次的方法。要
求是每组要比前一组减轻20%的负荷。用这种方法每重复一次都需要较大的力量，但是
由于重复次数多，肌纤维的耐力也会得到提高。
虽然为发展力量、爆发力和耐力而采用的超负荷训练原则并不难理解，但是教练员
瓦采用不同的训练方法实施这些原则时，却可能混淆起来。部分问题在于教练员不能区
别出那些表面上看来互不相关的训练计划所影响的一般素质成分。要区别不同运动项目
中的一般身体素质成分，必需有一定基础。虽然了解每种成分中所涉及的主要生理机制
对于分析训练计划及其效果是基本要求，但是如果不能自如地区别出各种素质成分，还
是不能了解训练的生理效果。因此，从事体育运动训练的人要获得最佳机能能力，必须
把生理反应和素质成分做为不可分割的部分结合考虑。
(周石译)
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