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体内调控机制调节生理机能,使人体对内外环境变化产生适应并维持内环境的稳定和生物节律。
体内主要调控机制:
神经调节、体液调节、自身调节、生物节律
神经系统对运动中代谢率增高的适应性性调节:
心输出量增加,呼吸频率变化等
内分泌对运动中代谢率增高的适应性调节:
心输出量增加,呼吸频率变化等。
(一)调节
1.神经调节
神经系统直接参与下所实现的生理机能调节过程
结构基础:
反射弧
基本过程:
反射
调节特点:
快速、准确、短暂
运动神经对肌肉活动的支配性调节
2.体液调节:
人体血液或体液中的化学物质如激素等进行的生理调节。
内分泌腺、组织等——血液——靶器官或细胞
缓慢、广泛、准确
胰岛素对血糖的调节、肾上腺素对心血管机能的调节、甲状旁腺素对钙磷代谢的调节
举例说明神经、体液调节的作用和特点。
3.自身调节
不依赖外来神经、体液调节,局部组织在特定的情况下,自身对刺激发生适应性反应。
肌肉活动的初长度调节
4.生物节律
(二)调解的控制
1.非自动控制系统
2.反馈控制系统
用图示解释反馈调节的作用。
启发学生分析实例中哪些是属于正、负反馈。
3.前馈控制系统
三、运动生理学研究的基本方法,历史与研究现状
(一)研究方法
1.动物试验法:
①慢性试验;
②急性试验
2.人体试验法:
①运动现场测试法;
②实验室测试法
(二)历史与研究现状
1.运动生理学的历史
希尔被誉为“运动生理学之父”。
当时出版了三部运动生理学名著:
《肌肉活动》、《人类的肌肉运动-影响速度与疲劳的因素》和《有生命的机械》。
我国的运动生理学发展可追溯到20世纪的40年代。
生理学家蔡翘于1940年出版了《运动生理学》一书。
1957年北京体育学院为我国首次培养出运动生理学研究生。
其后,在高等学校体育东中也先后成立了运动生理学教研室。
1958年成立了国家体育科学研究所,其中设置了运动生理学研究室,这是我国第一个专门研究运动生理学的科研机构。
70年代末至80年代,是我国运动生理学的教学及科研工作的第二次飞跃发展时期。
2.当前运动生理学的几个研究热点
四、运动生理学的发展趋势
1.微观水平研究不断深入
2.宏观水平研究更加发展
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
人体的肌肉分为骨骼肌、心肌和平滑肌三大类。
骨骼肌的主要活动形式是收缩和舒张。
通过舒缩活动完成运动、动作,维持身体姿势。
骨骼肌的活动是在神经系统的调节支配下,在机体各器官系统的协调活动下完成的。
第一节肌纤维的结构
一、肌原纤维和肌小节——与解剖学结合复习肌纤维的结构
1.肌细胞即肌纤维
2.肌纤维(肌内膜)集中形成肌束(肌束膜),肌束集中形成肌肉(肌外膜)
3.肌纤维直径60微米,长度数毫米——数十厘米
4.肌肉两端为肌腱,跨关节附骨
二、肌管系统
三、肌丝分子的组成
第二节骨骼肌细胞的生物电现象
可兴奋组织的生物电现象是组织兴奋的本质活动——(结合《绪论》有关问题提问)
生物电活动包括静息电位活动和动作电位活动,前者是后者的基础。
一、静息电位
1.概念:
细胞处于安静状态时细胞膜内外所存在的电位差。
(视图)
2.产生原理
①细胞内外各种离子的浓度分布是不均匀的;
②静息状态下细胞膜对各种离子通透具有选择性;
③静息状态时,细胞膜对K+的通透性大,而对Na+的通透性较小,K+向细胞外流动。
造成细胞外电位高而细胞内电位低的电位差;
④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。
二、动作电位
1.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。
膜外Na+多于膜内,在受刺激时膜Na+通道开放,Na+由膜外向膜内运动,达到Na+的平衡电位,在此过程中,经过去极化形成膜外为负膜内为正的反极化(锋电位,绝对不应期)状态,继而复极化(后电位,相对不应期、超常期),恢复到极化状态。
3.特点
①“全或无”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,它就会间整个细胞膜传播,而且其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。
三、动作电位的传导
无髓神经纤维:
局部电流
有髓神经纤维:
跳跃式——以神经纤维局部电流环路方式双向传导
有髓鞘神经呈跳跃式传导,速度快;
无髓鞘神经传导速度慢。
四、细胞间的兴奋传递
1.神经—肌肉接点的结构、兴奋传递过程
运动终板:
终板前膜(介质)、终板后膜(受体)、终板间隙(酶)
2.神经——肌肉接头的兴奋传递
冲动→轴突末梢→钙通道开放钙入→突触小泡前移融合破裂→释放乙酰胆碱→乙经间隙与后膜受体结合终板电位(钠内流>钾外流)→总合为动作电位→沿肌膜扩布
五、肌电
骨骼肌在兴奋时,会由于肌纤维动作电位的传导和扩布而发生电位变化,这种电位变化称为肌电。
用适当的方法将骨骼肌兴奋时发生的电位变化引导、放大并记录所得到的图形,称为肌电图。
引导肌电信号的电极可分为两大类,一类是针电极,另一类是表面电极。
第三节骨骼肌的收缩过程
一、肌丝滑行学说
在调节因素的作用下,肌小节中的细肌丝在粗肌丝的带动下向A带中央滑行,使肌小节长度变短,导致肌原纤维肌纤维以致整块肌肉的收缩。
2.要点:
肌原纤维的缩短,是细肌丝在粗肌丝之间滑行的结果。
3.根据:
肌细胞缩短时,Z线互相靠拢,肌小节变短,明带和H区变短甚至消失,暗带的长度则保持不变。
二、肌纤维收缩的分子机制
运动神经冲动(动作电位)→神经末梢→神经-肌肉接头兴奋传递→肌膜兴奋→横管膜兴奋→三联管兴奋→终池(纵管、肌质网)释钙→肌钙蛋白亚单位C+钙→肌钙蛋白分子构型变化→原肌球蛋白变构移位→肌动蛋白结合位点暴露+粗肌丝横桥→ATP酶激活→ATP分解供能→横桥摆动→细肌丝向H区滑行(多次)→肌小节缩短→肌肉收缩
三、兴奋-收缩耦联
以肌细胞膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌丝滑行为基础的收缩过程之间的中介过程。
钙离子是重要的沟通物质。
三个步骤:
肌膜电兴奋的传导、三联管处的信息传递、肌浆网(纵管系统)中Ca2+的释放。
第四节骨骼肌的特性
一、骨骼肌的物理特性
伸展性、弹性、粘滞性
二、骨骼肌的生理特性及兴奋条件
1.刺激强度:
阈刺激强度。
要引起骨骼肌兴奋必须具备必要的条件。
即引起兴奋的最小刺激强度。
因肌而异,与肌肉的训练程度有关,
2.刺激作用时间:
兴奋的必需条件之一。
作用时间与刺激强度成反比。
时值:
用2倍的基强度刺激组织,引起组织兴奋所需的最短时间。
时值愈小则组织兴奋性愈高。
(肱二头肌时值:
一般人:
0.058毫秒;
二级举重运动员:
0.051毫秒;
举重运动健将:
0.047毫秒)
3.刺激强度变化率:
刺激从无到有,从小变大的变化速率(通电、断电霎那)。
第五节骨骼肌收缩
一、骨骼肌的收缩形式
肌肉收缩时,可表现为肌丝滑动引起的肌小节缩短,也可表现为无肌小节缩短的肌肉张力增加。
根据肌肉收缩时的长度和张力变化,肌肉收缩可分为4种类型:
等张(向心)收缩、等长收缩、离心收缩、等动收缩。
(一)等张(向心)收缩
肌肉收缩时张力首先增加,后长度变短,起止点彼此靠近,引起身体运动。
2.特点:
张力增加在前,长度缩短在后;
缩短开始后,张力不再增加,直到收缩结束。
是动力性运动的主要收缩形式。
杠铃举起后;
跑步;
提重物等。
(二)等长收缩
肌肉收缩时张力增加长度不变。
即静力性收缩,此时不做机械功。
(不推动物体,不提起物体)
超负荷运动;
与其他关节的肌肉离心收缩和向心收缩同时发生,以保持一定的体位,为其他关节的运动创造条件。
蹲起、蹲下(肩带、躯干;
腿部、臀部);
体操十字支撑、直角支撑;
武术站桩等。
(三)离心收缩
肌肉在产生张力的同时被拉长。
控制重力对人体的作用——退让工作;
制动——防止运动损伤。
下蹲——股四头肌;
搬运放下重物——上臂、前臂肌;
高处跳下——股四头肌、臀大肌
(四)等动收缩
在整个肌肉活动的范围内,肌肉以恒定的速度、始终与阻力相等的力量收缩。
收缩过程中收缩速度恒定;
肌肉在整个运动范围内均可产生最大张力;
为提高肌肉力量的有效手段。
自由泳划水
(五)骨骼肌不同收缩形式的比较
1.力量:
离心收缩力量最大。
2.代谢:
离心收缩耗能低,生理指标反应低于向心收缩
3.肌肉酸痛:
离心收缩﹥等长收缩﹥向心收缩
二、骨骼肌收缩的力学表现(略)
三、运动单位的动员
1.运动单位的概念
1个a-运动神经元及其支配的肌纤维组成1个运动单位。
运动单位是最基本的肌肉收缩单位。
2.运动单位的动员
参与活动的运动单位数目和神经发放冲动频率的高低结合,形成运动单位的动员。
表现:
最大收缩运动单位动员特点。
训练:
欲使肌肉长时间保持一定的收缩力量应以次最大力量为基础。
第六节肌纤维类型与运动能力
一、肌纤维类型的划分
方法:
根据收缩速度;
根据收缩及代谢特征;
根据收缩特性和色泽;
罗马数字等
二、不同类型肌纤维的形态、机能及代谢特征
(一)形态特征
直径(快)、收缩蛋白(快)与肌红蛋白量(慢)、肌浆网(快)、毛细血管网(慢)、线粒体(慢)、所支配的运动神经元等快、慢肌的不同。
(二)生理学特征
1.收缩速度(快),因每块肌肉中快慢肌不同比例混合,快肌比例高的肌肉收缩速度快。
2.力量(快),因快肌直径大于慢肌,快肌中肌纤维数目多。
3.运动训练可使肌肉的收缩速度加快,收缩力量加大。
4.肌纤维类型与疲劳:
慢肌抗疲劳能力强于快肌。
(三)代谢特征
三、运动时不同类型运动单位的动员
低强度运动慢肌首先动员;
大强度运动快肌首先动员。
不同强度的训练发展不同类型的肌纤维:
大强度——快肌;
低强度,长时间——慢肌。
第二章血液
第一节概述
一、血液的组成
1.血细胞与血浆
组成:
血细胞(40%——50%):
红细胞(男:
40%——50%女:
37%——48%)、白细胞、血小板(1%)
血浆(50%——60%):
水、无机物(无机盐离子)、有机物(代谢产物、营养物质、激素、抗体等)
血清:
消耗了纤维蛋白原的血液液体成分
主要区别在于血浆含有纤维蛋白原,而血清不含有纤维蛋白原。
这是因为血液凝固时,血浆中的液体纤维蛋白原转化为固体的纤维蛋白,网罗血细胞成为血块。
2.血液与体液
①体液:
体内含有的大量液体及溶于其中的各种物质。
为体重的60%——70%。
②细胞外液(20%):
血浆(15%)、组织间液(5%)、体腔液
二、内环境
体内细胞直接生存的环境。
即细胞外液。
细胞外液——内环境的主要功能是细胞通过其与外界环境进行物质交换,以保证新陈代谢正常进行。
2.内环境相对稳定的意义
①概念
通过人体内多种调节机制的调节,内环境中各种理化因素的变化不超出正常生理范围,保持动态平衡。
(在一定范围内变化。
例:
运动中酸性程度增加——缓冲调节等,体内温度增加——散热增加;
出汗使血液浓缩——尿量减少,多饮;
高原环境氧分压低,体内环境氧分压低——循环、呼吸代偿,EPO增加等)。
②内环境相对稳定的生理意义
内环境的相对稳定是细胞进行正常新陈代谢的前提,是维持细胞正常兴奋性和各器官正常机能活动的必要保证。
三、血液的功能
1.维持内环境的相对稳定作用
2.运输作用
3.调节作用
4.防御和保护作用
四、血液的理化特性
1.颜色和比重
2.粘滞性:
主要取决于红细胞的数量和血浆蛋白的含量
登山运动和长跑运动后血液粘滞性增加的机制不同
3.渗透压血浆渗透压包括晶体渗透压、胶体渗透压
4.酸碱度
正常人血浆的pH值约为7.35-7.45,平均值为7.4。
人体生命活动所能耐受的最大pH值变化范围为6.9-7.8。
主要缓冲对:
血浆:
碳酸氢钠/碳酸蛋白质钠盐/蛋白质磷酸氢二钠/磷酸二氢钠
红细胞:
碳酸氢钾/碳酸血红蛋白钾盐/血红蛋白磷酸氢二钾/磷酸二氢钾。
碱贮备:
血液中缓冲酸性物质的主要成分是碳酸氢钠,通常以每100毫升血浆的碳酸氢钠含量来表示碱贮备量。
碱贮备正常约为50%-70%。
意义:
碱贮备是一个很重要的生理生化指标,它能反映身体在运动时的缓冲能力,从而了解体内的代谢情况。
有人测定运动员的碱贮备量比未受过训练的人高10%。
经常锻炼的人可使血液的缓冲能力提高,碳酸酐酶的活性增强。
五、红细胞
(一)红细胞的主要功能:
运输氧和二氧化碳(依靠Hb)。
(二)红细胞的生理特性
1.悬浮稳定性——红细胞能稳定地分散悬浮于血浆中不易下沉的特性。
2.红细胞的渗透脆性
3.红细胞形态的可塑性:
红细胞具有可塑性变形能力。
(三)红细胞的生成和破坏
1.红细胞的生成——红骨髓
(1)生成原料:
铁与蛋白质
(2)成熟因子:
①叶酸②维生素B12
(3)生成调节:
①促红细胞生成素(EPO)②雄激素:
2.红细胞的破坏
六、白细胞
(一)白细胞的分类和正常值
根据白细胞细胞质和细胞核的染色特点,可分为两大类。
一类是有颗粒白细胞,包括嗜中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞三种;
另一类是无颗粒白细胞,包括淋巴细胞和单核细胞。
正常成人在安静时,每立方毫米血液中所含白细胞总数在5000-10000之间变动,平均约为7000左右。
(二)白细胞的功能
白细胞的主要功能是防卫,它参与人体对入侵异物的反应过程。
1.吞噬细胞的非特异免疫功能
2.淋巴细胞的特异免疫功能
3.嗜碱性粒细胞
七、血小板
主要生理功能为:
1.参与生理止血2.促进凝血3.维持毛细血管壁正常通透性。
八、血量和血型
(一)血量
正常成人血液的总量约为体重的7%~8%。
血量是相对恒定的。
使血管保持一定的充盈度,从而维持正常血压和血流。
(二)血型
血型——血细胞上特异凝集原的类型。
一般所说的血型是指红细胞上特异凝集原的类型而言。
1.ABO血型系统
2.ABO血型与输血
3.Rh血型系统
第二节运动对血量的影响
一、成年人总血量:
体重的7%——8%。
约每公斤体重70——80毫升。
二、失血
一次失血﹤总血量的10%,对生理可无明显影响,失血可分别从组织液、血浆、红骨髓处补充;
如超过30%,可出现血压降低,需及时输血补充血量。
三、运动项目
耐力性项目(长时间,强度较低):
血量增加最为显著。
变化亦最为显著。
第三节运动对血细胞的影响
一、运动对红细胞的影响
(一)红细胞的生理特性
1.生理特性:
无核、双凹圆盘形、直径:
6——9微米;
具有可塑变形性:
可随血液流速和血管口径而改变形态
2.主要功能:
运输氧及二氧化碳;
缓冲血液酸碱度
(二)运动对红细胞数量的影响
(大强度运动后即刻:
10%,运动后30分钟:
5%)
1.一次性运动对红细胞数量的影响
一次性运动中,红细胞数量的增加与运动强度正相关,主要受血浆相对或绝对的减少的影响。
2.长期训练对红细胞数量的影响
红细胞数量绝对减少,红细胞比容绝对降低
原因:
运动中红细胞破坏增多
生理意义:
安静状态下降低血黏度,减少循环阻力,减少心脏负荷;
运动状态下血液相对浓缩,保证血红蛋白量相应提高,为优秀运动员有氧工作机能潜力的重要影响因素之一。
第四节运动对血红蛋白的影响
一、血红蛋白的功能
1.概述:
血红蛋白是红细胞内的主要成分,其缩写为Hb,是一种结合蛋白质。
每一血红蛋白分子由一分子的珠蛋白和四分子亚铁血红素组成,珠蛋白约占96%,血红素占4%,红细胞携带O2(氧)和CO2(二氧化碳)这一机能是靠红细胞内的Hb来完成的。
2.血红蛋白功能
①运输O2的作用
②运输CO2和缓冲血液酸碱度的作用。
二、血红蛋白与运动训练
(一)对运动员血红蛋白正常值评定
(二)用Hb指标进行运动员选材
运动训练实践证明,以血红蛋白值高、波动小者为最佳。
这种类型运动员能耐受大负荷运动训练,从事耐力性项目运动较好。
而以血红蛋白值偏低波动小者为较差。
第五节运动对血液凝固和纤溶能力的影响(
第三章循环机能
第一节心脏的机能
一、心脏结构
主要机能:
实现泵血功能的肌肉器官、内分泌器官
心脏的一般结构(复习)
二、心肌的生理特性
1.自动节律性
心肌在无外来刺激的情况下,能够自动地产生兴奋、冲动的特性。
起搏点:
窦房结,窦性心律
自律细胞——具有自动产生节律性兴奋能力的细胞,收缩功能已基本消失,如心内特殊传导系统的大部分细胞。
非自律细胞——如心房肌和心室肌细胞,主要功能是收缩与射血,又称工作细胞。
只有在兴奋传来或受到刺激时才出现去极化过程。
窦性心律——由窦房结控制的心搏节律。
潜在起搏点——其它部位的自律细胞自律性较低,受窦房结的控制,本身的自律性表现不出来,称为潜在起搏点。
异位起搏点——潜在起搏点的自律性可取代窦房结引发心房或心室的兴奋和收缩,这些起搏部位称为异位起搏点。
2.传导性
心肌自身传导兴奋的能力。
特殊传导系统:
窦房结→结间束→房室结→房室束→浦纤维→心室肌。
3.兴奋性
心肌细胞具有对刺激产生反应的能力。
兴奋性分期:
有效不应期(钠通道失活,绝对不接受刺激)→相对不应期(阈上刺激可接受,产生动作电位小,传导慢)→超常期(兴奋性高易受刺激)
特点:
有效不应期特别长
期前收缩——额外刺激引发的兴奋和收缩,发生在下一个心动周期的窦房结兴奋传来之前,称为期前兴奋和期前收缩,亦称早搏。
代偿性间歇——期前兴奋的有效不应期,使随后来的窦房结兴奋失去作用,必须等下一次窦房结兴奋传来,故在一次期前收缩之后往往有一段较长的心舒期,称为代偿性间歇。
4.收缩性
心肌受到刺激时发生兴奋-收缩耦联,完成肌丝滑行的特性。
1.对细胞外液的Ca2+浓度有明显的依赖性。
2.“全或无”同步收缩
3.不发生强直收缩
三、心脏的泵血功能
(一)心动周期与心率
1.心动周期概念:
心房或心室每收缩与舒张一次。
2.心率概念:
每分钟心脏搏动的次数。
60——100次/分,最大心率(次/分)=220-年龄(岁)。
3.心率实践意义:
了解循环系统机能的简单易行指标。
在运动实践中常用心率来反映运动强度和生理负荷量,并用于运动员的自我监督或医务监督。
(二)心脏的泵血过程
等容收缩期:
动脉瓣和房室瓣均关闭,心室容积不可能变化,室内压急剧上升。
约0.05s。
快速射血期:
室内压超过动脉压,动脉瓣被推开,心室快速射血,历时约0.1s。
减慢射血期:
心室内血液减少,收缩减弱,射血速度变慢。
历时约0.15s。
等容舒张期:
心室肌舒张,室内压下降,动脉瓣与房
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