运动生理学教案Word文件下载.docx

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在物质合成时，即在同化过程中需要吸收能量；

而在物质分解时，即在异化过程中将释放出能量。

因此，在新陈代谢过程中，物质代谢（materialmetabolism）和能量代谢（energymetabolism）是同时进行的。

新陈代谢是生命活动的最基本特征，新陈代谢一旦停止，生物体的生命活动也就结束。

（2）兴奋性

在生物体内可兴奋组织具有感受刺激、产生兴奋的特性，称为兴奋性（excitability）。

能引可兴奋组织产生兴奋的各种环境变化称为刺激（stimulus）。

神经、肌肉和腺体等组织受刺激后，能迅速地产生可传布的动作电位，即发生兴奋，这些组织被称为可兴奋组织。

在生理学中将这些可兴奋组织接受刺激后所产生的生物电反应过程及其表现，称之为兴奋（excitation）。

因此，可兴奋组织感受刺激产生兴奋能力的高低反映了该组织兴奋性的高低。

可兴奋组织有两种基本的生理活动过程。

一种是由相对静止状态转变为活动状态，或是兴奋性由弱变强，这种活动是兴奋活动；

另一种是由活动状态转变为相对静止状态，或是兴奋性由强变弱，这种活动是抑制（inhibition）活动。

兴奋和抑制二者是对立统一的生理活动过程。

（3）应激性

人体内各种组织对外界环境变化（刺激）具有不同的反应，如肌肉表现为收缩，腺体表现为分泌，神经的反应则表现为发放并传导神经冲动。

而其他组织，如上皮、骨胳等受到刺激后则表现为细胞代谢发生变化等。

机体或一切活体组织对周围环境变化具有发生反应的能力或特性称为应激性（irritability）。

活组织应激性的表现形式是多方面的，既可是生物电活动，也可是细胞的代谢变化。

而兴奋性则只是指可兴奋组织受到刺激后发生生物电变化的过程。

因此，具有兴奋性的组织必然具有应激性，而具有应激性的组织不一定具有兴奋性。

（4）适应性

生物体长期生存在某一特走的生活环境中，在客观环境的影响下可以逐渐形成一种与环境相适应的、适合自身生存的反应模式。

生物体所具有的这种适应环境的能力，称之为适应性（adaptability）。

例如长期居住在高原地区的居民，其血液中的红细胞数量远远超过平原地区的居民。

这种适应性反应对高原居民是十分必要的，因为血中红细胞数量的增多大大提高了血液运输氧的能力，从而有效地克服了高原缺氧给人体带来的不良影响，创造了适应客观环境而生存的条件。

再如，运动员经过长期的力量训练可使肌肉的力量和体积增加；

长期经过耐力训练的运动员肌肉耐力、心肺功能得到改善等，这些都是人体对环境变化产生适应的结果。

（5）生殖

小结。

第二课时

1、神经调节

神经调节（neuroregulation）是指在神经活动的直接参与下所实现的生理机能调节过程，是人体最重要的调节方式。

神经活动的基本过程是反射。

反射活动的结构基础是反射弧（reflexarc）。

反射弧包括感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器五个环节。

感受器能接受刺激，并产生神经冲动；

传入神经将感受器所产生的神经冲动传入中枢；

中枢在脑和脊髓，能对各种刺激进行分析判断；

传出神经则将中枢对刺激所作出的反应信息传递效应器；

效应器对刺激产生相应的生理反应。

2、体液调节

人体血液和其它体液中的某些化学物质，如内分泌腺所分泌的激素（hormone），以及某些组织细胞所产生的某些化学物质或代谢产物，可借助于血液循环的运输，到达全身或某一器官、组织，从而引起某些特殊的生理反应。

这种调节过程是通过体液的运输而实现的，因而称为体液调节（humoralregulation）。

被调节的细胞或组织称为靶细胞或靶组织。

许多内分泌细胞所分泌的各种激素，就是借体液循环的通路对机体的功能进行调节的。

也有些内分泌腺本身直接或间接地受到神经系统的调节，在这种情况下，体液调节是神经调节的一个传出环节，是反射传出通路的延伸。

这种情况可称为神经-体液调节。

例如，肾上腺髓质接受交感神经的支配，当交感神经系统兴奋时，肾上腺髓质分泌的肾上腺素和去甲肾上腺素增加，共同参与机体的调节。

除激素外，某些组织、细胞产生的一些化学物质或代谢产物，虽不能随血液到身体其它部位起调节作用，但可在局部组织液内扩散，改变邻近组织细胞的活动。

这种调节可看作是局部性体液调节，或称为旁分泌（paracrine）调节。

神经调节的一般特点是比较迅速而精确，体液调节的一般特点是比较缓慢、持久而弥散，两者相互配合使生理功能调节更趋于完善。

3、自身调节

自身调节（autoregulation）是指组织、细胞在不依赖于外来的神经或体液调节情况下，自身对刺激发生的适应性反应过程。

例如，骨胳肌或心肌收缩前的长度能对收缩力量起调节作用。

在一定范围内肌肉的初长度增加时，肌肉的收缩力量会相应增加，而肌肉的初长度缩短时收缩力量就减小。

一般来说，自身调节的幅度较小，也不十分灵敏，但对于生理功能的调节仍有一定意义。

有时一个器官在不依赖于器官外来的神经或体液调节情况下，器官自身对刺激发生的适应性反应过程也属于自身调节。

4、生物节律：

指各种生理功能活动会按一定的时间顺序发生周期性变化，又称生物的时间结构。

1、非自动控制系统

在控制系统中，控制部分不受受控部分的影响，即受控部分不能通过反馈活动改变控制部分的活动，这种控制系统称为非自动控制系统。

2、反馈控制系统

在控制系统中，控制部分不断受受控部分的影响，即受控部分不断有反馈信息返回输入给控制部分，并改变它的活动，这种控制系统称为反馈控制系统。

反馈控制系统具有自动控制能力。

反馈控制系统分成比较器、控制部分、受控部分三个主要环节。

输出变量的部分信息经监测装置检测后转变为反馈信息，回输到比较器，由此构成闭合回路。

在不同的反馈控制系统中，传递信息的方式是多种多样的，可以是电信号（神经冲动）、化学信号（某些化学成分的浓度）或机械信号（压力、张力等），但最重要的是这些信号的数量和强度变化中所包含的准确的和足够的信息。

在人体生理功能调节的自动控制系统中,如果受控部分的反馈信息能减弱控制部分活动,这样的反馈称为负反馈（negativefeedback）。

负反馈是可逆的，是维持人体生理机能活动经常处于稳态的重要调节机制。

如在人体正常体温、血压、心率和某些激素水平等指标的维持过程中，负反馈调节发挥着重要作用。

与负反馈相反，如果反馈信息能促进或加强控制部分活动，这种反馈称为正反馈（positivefeedback）。

正反馈往往是不可逆的，是不断增强的调空过程，直到整个生理过程结束为止。

如排尿反射、分娩过程、血液凝固等均属于正反馈调空过程。

3、前馈控制系统

在调空系统中，有时干扰信息在作用于受控部分引起输出效应发生变化的同时，还可以直接通过受控装置直接作用于控制部分，这种干扰信息对控制部分的直接作用称为前馈（feedforward）。

在前馈调控过程中，机体的控制部分可在其输出效应尚未发生偏差而引起反馈之前，就可对受控部分发出纠正信息，使机体的控制过程不出现较大的波动和反应滞后的现象，从而能更有效地保持生理功能活动的稳态。

因此，前馈控制系统所起的作用是预先监测干扰，防止干扰的扰乱；

或是超前洞察动因，及时作出适应性反应。

条件反射活动是一种前馈控制系统活动。

例如，动物见到食物就引致唾液分泌，这种分泌比食物进入口中后引致唾液分泌来得快，而且富有预见性，更具有适应性意义

一、研究方法

（一）动物实验法

1、慢性实验：

指在完整、清醒、健康的动物身上进行各种生理实验研究的方法。

如摘除或破坏动物的某个器官，以观察其生理活动。

2、急性动物实验：

分在体和离体实验。

所得到的结果应考虑与人的差异。

（二）人体实验法

1、现场测试法

2、实验室测试法

（三）必须结合体育教学、体育锻炼和运动训练的实际，同其他学科相配合，进行系统、深入的综合研究，才有更广阔的前景。

一、运动生理学发展简史

20世纪初，英国科学家希尔被誉为“运动生理学之父”。

2、日本学者田章信的《运动生理学》是亚洲早期的代表作。

3、我国蔡翘于1940年出版了《运动生理学》。

第一次飞跃：

1957年北京体育学院培育出运动生理学研究生。

第二次飞跃，70年代至80年代，各体院成立了研究生硕士点。

2001年中国生理学会运动生理学专业委员会于2001年成立。

标志着运动生理学已发展成为生理学科下属的二级学科。

这是中国运动生理学发展史上的一个重要里程碑。

二、当前运动生理学的几个研究热点

（一）最大摄氧量的研究

最大摄氧量是评价耐力运动员身体机能的重要指标，两者有着极大正相关。

直接测定法：

自动气体分析仪。

（二）对氧债学说的再认识

现建议用“运动后过量氧耗”来代替。

（三）个体乳酸阈的研究

当运动强度增至最大摄氧量的60%时，血乳酸开始明显升高，这个拐点即“乳酸阈”。

（四）运动性疲劳

可分为中枢性疲劳和外周性疲劳。

（五）对自由基代谢影响的研究

自由基又称游离基，系外层轨道上含有的未配对的电子。

（六）运动对骨骼肌收缩蛋白机构和代谢的影响

（七）肌纤维类型的研究

（八）运动对心功能影响的研究

（九）运动与控制体重

（十）运动与免疫功能

1、微观水平不断深入

2、宏观水平研究更发展

3、研究方法日益创新

4、应用性研究受到重视

5、研究领域不断扩大

第一章骨骼肌机能

了解骨骼肌细胞的生物电变化，肌纤维的收缩过程；

掌握骨骼肌的物理、生理特性，骨骼肌收缩形式；

掌握肌纤维类型的生理特征及其与运动的关系；

明确肌电现象。

第一节肌纤维的结构

第二节骨骼肌的生物电现象

第三节肌纤维的收缩过程

第四节骨骼肌特性

第五节骨骼肌收缩

第六节肌纤维类型与运动能力

教学重点、难点：

骨骼肌的物理、生理特性，骨骼肌收缩形式；

肌纤维类型的生理特征及其与运动的关系；

肌电现象。

6课时

教学过程

第一节肌纤维的结构

一、肌纤维的结构

1、概述

肌细胞（又称肌纤维）是肌肉的基本结构和功能单位。

成人肌纤维直径约m60，长度为数毫米到数十厘米。

每条肌纤维外面包有一层薄的结缔组织膜，称为肌内膜。

许多肌纤维排列成束（即肌束），表面被肌束膜包绕。

许多肌束聚集在一起构成一块肌肉，外面包以结缔组织膜，称为肌外膜。

2、肌原纤维和肌小节

每个肌细胞含有数百至数千条与肌纤维长轴平行排列的肌原纤维。

肌原纤维的直径约1~2mm，纵贯肌细胞全长。

每条肌原纤维的全长都由暗带（A带）和明带（I带）呈交替规则排列，在显微镜下呈现有规律的横纹排列，故骨骼肌也称横纹肌。

肌原纤维由粗、细两种肌丝按一定规律排列而成。

实际上由于粗肌丝的存在而形成了A带。

细肌丝连接于Z线，纵贯I带全长，并伸入A带部位，与粗肌丝交错对插。

在一个肌小节中，来自两侧Z线的细肌丝在A带中段未相遇而隔有一段距离，即为H区，此时H区的肌丝成分只有粗肌丝，而H区以外的A带中，粗、细肌丝并存，当肌肉被动拉长时，肌小节长度增大，此时细肌丝从暗带重叠区拉出，使I带长度增大，H区也相应增宽。

两条Z线之间的结构是肌纤维最基本的机构和功能单位，称为肌小节（sarcomere）。

肌小节的长度变化范围为1.5~3.3um，肌肉收缩时较短，舒张时较长，肌肉安静时肌小节的长度约为2.0~2.2um。

粗、细肌丝相互重叠时，在空间上呈现严格的规则排列，每一根粗肌丝被六根细肌丝所包围。

粗、细肌丝间这种密切的空间关系，为肌细胞收缩时粗、细肌丝的相互作用创造了条件。

3、脉管系统、肌管系统

肌原纤维间有两种不同的小管系统，即横小营系统和纵小管系统。

这些肌管系统是骨胳肌兴奋引起收缩耦联过程的形态学基础。

横小管系统（transversetabularsystem，又称T-system）是肌细胞膜从表面横向伸入肌纤维内部的膜小管系统。

纵小管系统（longitudinaltubularsystem），即肌质网（sarcop1asmicreticulum）系统。

细胞内肌质网常围绕每条肌原纤维，形成花边样的网，其走行方向和肌纤维纵轴平行。

肌质网在接近横小管处形成特殊的膨大，称为终末池（terminalcistern）。

每一个横小管和来自两侧的终未池构成复合体，称为三联管（triad）结构。

横小管与纵小管的膜在三联管结构处并不接触，中间有约12nm的间隙，故这两种小管的内腔并不相通。

4、肌丝的分子组成

蛋白质占肌肉干重的75%~80%，与收缩机制有关的蛋白质占肌肉蛋白质的50%~60%。

肌细胞收缩的物质基础是粗、细蛋白质肌丝。

（1）粗肌丝

粗肌丝主要由肌球蛋白（myosin，又称肌凝蛋白）组成。

一条粗肌丝中约有200个肌球蛋白分子。

每个肌球蛋白分子呈双头长杆状。

许多肌球蛋白的杆状部分集束构成粗肌丝的主干，其头部向外突出，形成横桥（cross-bridge）。

横桥部具有ATP酶活性，可分解ATP而获得能量，用于横桥的运动。

在一定条件下，头部可与细肌丝上的肌动蛋白呈可逆结合。

（2）细肌丝

细肌丝主要由肌动蛋白（actin，又称肌纤蛋白）、原肌球蛋白（tropomyosin，又称原肌凝蛋白）和肌钙蛋白（troponin，又称原宁蛋白）组成。

肌动蛋白：

肌动蛋白单体呈球状（称G-肌动蛋白）。

许多G-肌动蛋白单体以双螺旋聚合成纤维状肌动蛋白（F-肌动蛋白），构成细肌丝的主干。

原肌球蛋白：

原肌球蛋白也呈双螺旋状，位于F-肌动蛋白的双螺旋沟中并与其松散结合。

在安静状态下，原肌球蛋白分子位于肌动蛋白的活性位点之上，阻碍横桥与肌动蛋白结合。

每个原肌球蛋白分子大约掩盖7个活性位点。

肌钙蛋白：

肌钙蛋白是含有三个亚单位的复合体。

亚单位I、亚单位T和亚单位C分别对肌动蛋白、原肌球蛋白和Ca2+具有高亲和力。

肌钙蛋白的作用之一是把原肌球蛋白附着于肌动蛋白上。

当细胞内Ca2+浓度增高时，肌钙蛋白亚单位C与Ca2+结合，引起整个肌钙蛋白分子构型改变，进而引起原肌球蛋白分子变构，暴露肌动蛋白分子上的活性位点使肌动蛋白与横桥得以结合，最终导致肌纤维收缩。

（1）生物电--—一切活组织的细胞都存在电活动，这种电活动称为生物电。

（2）动作电位----可兴奋组织在受到刺激发生兴奋时，出现的一种电变化。

作为可兴奋组织的标志。

二、静息电位

（一）静息电位的概念

细胞处于安静状态，细胞膜内外所存在的电位差称为静息电位（restingpotential）。

这种电位差存在于细胞膜两侧，所以又称跨膜电位，或简称膜电位（membranepotential）。

静息电位相对恒定，据测定哺乳类动物神经细胞的静息电位绝对值约为70~90mV。

若以细胞膜外电位为零，细胞膜内电位则为-70~-90Mv。

（二）静息电位产生原理

静息电位产生原理可以用“离子学说”来解释。

离子学说认为：

①细胞内外各种离子的浓度分布是不均匀的；

②细胞膜对各种离子通透具有选择性。

由于神经细胞和骨骼肌细胞静息电位与动作电位的产生原理相似，下面就以神经细胞为例叙述静息电位与动作电位的产生原理。

哺乳类动物神经细胞内的K+浓度高于细胞外28倍，而Na+、CL-细胞外浓度分别高于细胞内13和30倍。

另外细胞内的负离子主要是大分子有机负离子，如蛋白质等（以A-表示）。

因此，如果细胞膜允许离子自由通过的话，它们将以扩散的方式顺浓度梯度产生K+和A-的外流（由细胞内向细胞外流动）以及Na+和CL-的内流（由细胞外向细胞内流动）。

但是细胞膜对离子的通透是有选择的。

当细胞处于静息状态时，细胞膜对K+的通透性大，而对Na+的通透性较小，仅为K+通透性的1／100~1/50。

而对A-则几乎没有通透性，所以就形成在静息时K+向细胞外流动。

离子的流动必然伴随着电荷的转移，结果使细胞内因丧失带正电荷的K+而电位下降，同时使细胞外因增加带正电荷的K+而电位上升，这就必然造成细胞外电位高而细胞内电位低的电位差。

所以，K+的外流是静息电位形成的基础。

随着K+外流，细胞膜两侧形成的外正内负的电场力会阻止细胞内K+的继续外流，当促使K+外流的由浓度差形成的向外扩散力与阻止K+外流的电场力相等时，K+的净移动量就会等于零。

这时细胞内外的电位差值就稳定在一定水平上，这就是静息电位。

由于静息电位主要是K+由细胞内向外流动达到平衡时的电位值，所以又把静息电位称为K+平衡电位。

哺乳动物神经轴突膜内外的离子浓度（mmol/L）

K+

Na+

CL-

细胞膜内

140

10

4

细胞膜外

5

130

120

膜内外浓度比

28:

1

1:

13

30

离子流动方向

膜内流向膜外

膜外流向膜内

三、动作电位

（一）动作电位的概念

可兴奋细胞兴奋时，细胞内产生的可扩布的电位变化称为动作电位（actionpotential）。

动作电位是一个连续的电位变化过程。

另外，它在细胞的某一部位一旦产生，就会迅速向四周扩布。

动作电位是在静息电位的基础上产生的电位变化。

（二）动作电位的变化过程

动作电位示意图（细胞内记录）

以神经轴突为例，把用细胞内记录法所得到的动作电位变化过程简述如下。

ab：

动作电位的上升支

bc：

动作电位的下降支

abc：

:

动作电位的锋电位

cd：

动作电位的后电位

1、静息相

2、去极相

神经细胞感受刺激后，在静息电位基础上受刺激处的细胞膜会立刻爆发一次快速而连续的电位变化。

首先静息电位的绝对值很快减小到零，进而膜电位发生反转，由原来的外正内负转变为外负内正，由原来-90mV反转到约+30mV，电位变化的幅度为120mV，形成动作电位曲线的上升支。

上升支进行的时间很短，大约在0.5ms内完结。

细胞膜的静息电位由-90mV减小到0mV的过程被称为去极化（depolarizationphase），去极化是膜电位消失的过程；

细胞膜电位由0mV转变为外负内正的过程称为反极化。

反极化的电位幅度称为超射（overshoot）。

3、复极相

动作电位的上升支和下降支持续时间都很短，历时不超过2.0ms。

所记录下来的图形很尖锐，因此称为锋电位（spikepotential）。

锋电位之后还有一个缓慢的电位波动，这种时间较长波动较小的电位变化过程称为后电位（afterpotential）。

它是膜电位恢复到静息电位前的微小波动。

后电位完结后细胞膜电位才完全恢复到静息电位水平。

动作电位是在静息电位基础上爆发的一次电位快速上升又快速下降以及随后的缓慢波动过程。

它包括锋电位和后电位两种电位变化，或者说包括去极化和复极化两个时相。

其中锋电位特别是它的上升支是动作电位的主要成分。

一般所说的动作电位就是指锋电位而言。

在动作电位过程中，神经细胞的兴奋性也发生相应的变化。

兴奋性变化分为绝对不应期、相对不应期、超常期和低常期。

从时间关系来说，锋电位相当于细胞的绝对不应期。

后电位的前段相当于相对不应期和超常期。

后电位的后段相当于低常期。

（三）动作电位的特点

①“全或无”（allornone）现象。

任何刺激一旦引起膜去极化达到阈值，动作电位就会立刻产生，它一旦产生就达到最大值，动作电位的幅度也不会因刺激加强而增大。

②不衰减性传导。

动作电位一旦在细胞膜的某一部位产生，它就会向整个细胞膜传播，而且它的幅度不会因为传播距离增加而减弱。

③脉冲式。

由于不应期的存在使连续的多个动作电位不可能融合，两个动作电位之间总有一定间隔。

（四）动作电位的产生原理

动作电位的产生原理也可以用离子流学说来解释。

由于Na+在细胞外的浓度比细胞内高得多，它有由细胞外向细胞内扩散的趋势。

而离子进出细胞是由细胞膜上的离子通道来控制的。

在安静时膜上Na+通道关闭。

当细胞受到刺激时，膜上的Na+通道被激活而开放，Na+顺浓度梯度瞬间大量内流，细胞内正电荷增加，导致电位急剧上升，负电位从静息电位水平减小到消失进而出现膜内为正膜外为负的电位变化，形成锋电位的上升支，即去极化和反极化时相。

当膜内正电位所形成的电场力增大到足以对抗Na+内流时，膜电位达到一个新的平衡点，即Na+平衡电位。

与此同时，Na+通道逐渐失活而关闭，K+通道逐渐被激活而重新开放，导致Na+内流停止，产生K+快速外流，细胞内电位迅速下降，恢复到兴奋前的负电位状态，形成动作电位的下降支，亦即复极化时相（repolarizationphase）。

（五）动作电位的传导动作电位的传导

动作电位一旦在细胞膜的某一点产生，就沿着细胞膜向各个方向传播，直到整个细胞膜都产生动作电位为止。

这种在单一细胞上动作电位的传播叫做传导（conduction）。

如果发生在神经纤维上，动作电位的传导是双向的。

在无髓神经纤维上动作电位是以局部电流的形式进行传导的。

动作电位的传导实质上是局部电流流动的结果。

有髓神经纤维外面包裹着一层电阻很高的髓鞘，动作电位只能在没有髓鞘的朗飞结处产生局部电流。

因此动作电位是越过每一段带髓鞘的神经纤维呈跳跃式传导的。

因为，有髓神经纤维较粗大，电阻较小，而且，动作电位的传导是跳跃式的，所以动作电位在有髓神经纤维上的传导速度要比在无髓神经纤维上快的多。

如人的粗大有髓神经纤维的传导速度超过每秒100m，而一些纤细无髓神经纤维的传导速度还不到每秒1m。

A、B、C：

动作电位在无髓神经纤维上的传导过程，在无髓神经纤维上动作电位以局部电流的方式进行传导。

D：

动作电位在有髓神经纤维上的传导过程，在有髓神经纤维上动作电位呈跳跃式传导。

（六）细胞间的兴奋传递细胞间的兴奋传递

细胞间的兴奋传递有两种情况。

一种是神经细胞之间的兴奋传递；

另一种是神经细胞与肌细胞之间的兴奋传递。

这两种传递过程有相似之处，在此仅对神经细胞与肌细胞之间的兴奋传递进行叙述。

1、神经-肌肉接