第十四章
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第十四章. 运动训练的生理学原理. 本章提要. 本章运用运动生理学的理论与方法分析阐述了运动过程中人体机能的变化规律、机体对运动负荷刺激的反应和适应特征、运动负荷阈、运动训练的生理本质以及训练效果的生理学评定等,从而指导人们科学有效地从事运动训练,以使机体产生最佳的反应和适应,并获得预期的运动训练效果。. 学习目标. 1 、掌握运动过程中人体机能状态变化的规律和各阶段的特点及其生理机制;. 2 、 了解机体对运动负荷刺激的反应与适应特征和运动训练的生理本质;. 3 、掌握运动训练效果的生理学评定方法并能应用于运动训练实践。. 第一节 运动过程中人体机能状态变化的规律.

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运动训练的生理学原理

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第十四章

运动训练的生理学原理


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本章提要

本章运用运动生理学的理论与方法分析阐述了运动过程中人体机能的变化规律、机体对运动负荷刺激的反应和适应特征、运动负荷阈、运动训练的生理本质以及训练效果的生理学评定等,从而指导人们科学有效地从事运动训练,以使机体产生最佳的反应和适应,并获得预期的运动训练效果。

学习目标

1、掌握运动过程中人体机能状态变化的规律和各阶段的特点及其生理机制;

2、了解机体对运动负荷刺激的反应与适应特征和运动训练的生理本质;

3、掌握运动训练效果的生理学评定方法并能应用于运动训练实践。


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第一节 运动过程中人体机能状态变化的规律

一、赛前状态与准备活动

(一)赛前状态

概念:人体在参加比赛或训练前某些器官系统产生的一系列反射性的变化。赛前状态可出现在比赛前数天、数小时或数分钟。

1、赛前状态的生理变化与产生机制

生理变化:神经系统兴奋性提高,物质代谢过程加强,体温上升,内脏活动加强。表现为心率加快、收缩压升高、肺通气量和吸氧量增加,还可出现出汗和尿频等现象。

赛前状态反应的大小与比赛性质和运动员的功能状态和心理状态相关。比赛规模越大,离比赛时间越近,比赛越关键,赛前状态的生理反应就越明显;运动员情绪紧张、训练水平低、比赛经验不足也会使赛前状态反应增强。


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生理机制:以条件反射机理来进行解释。日常训练或比赛中的许多因素如场地、器材、观众、比赛对手和广播音响等因素经常与肌肉活动相结合,久而久之,这些因素就成为条件刺激,只要这些刺激一出现,虽然没有进行肌肉活动,但赛前状态的生理变化就会表现出来,因而形成了一种条件反射。由于这些生理反应是在日常的训练和比赛条件下形成的,因此,赛前状态的生理机制属自然条件反射。

(二)赛前状态的生理意义与其调整

1、不同赛前状态对运动能力的影响

(1)准备状态:其特点是中枢神经系统的兴奋性适度提高,自主神经系统和内脏器官的惰性有所克服,进入工作时间适当缩短,从而有利于机体在正式运动开始时能尽快地发挥工作能力和提高运动成绩。


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(2)起赛热症:其特点是中枢神经系统的兴奋性过高,表现为过度紧张,常有寝食不安、四肢无力、全身微微颤抖和喉咙发堵等不良生理反应,使运动员不能正常发挥工作能力。

(3)起赛冷淡症:其特点是由于赛前兴奋性过高,进而产生了超限抑制,表现为赛前兴奋性过低,对比赛淡漠、无兴趣和浑身无力,因而不能发挥机体的工作能力。

2、不良赛前状态的调整

赛前状态是自然条件反射,因而可塑性较强。为了提高运动能力,必须对起赛热症和起赛冷淡症进行调整,使之达到准备状态。这要求运动员不断提高心理素质,正确认识比赛的意义,端正比赛态度;经常参加比赛,积累比赛经验;赛前做好准备活动,。对起赛热症者可采取强度较小、轻松缓和以及转移注意力的准备活动;对起赛冷淡症者则可采取强度较大的与比赛内容近似的练习。赛前要做好休息。


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二、准备活动

概念:人体在参加比赛或训练和体育课之的基本部分之前,有目的进行身体的练习。

1、准备活动的生理作用

(1)适度提高中枢神经系统的兴奋性,增强内分泌腺的活动,促进参与活动的有关中枢之间的协调,为正式练习或比赛时生理功能迅速达到最适宜状态。

(2)预先克服内脏器官的生理惰性,增强氧运输系统的活动,使肺通气量、吸氧量和心输出量增加,心肌和骨骼肌中毛细血管网扩张,工作肌能获得更多的氧供应 ,从而有效地缩短进入工作状态的时程,使机体在正式工作开始时能尽快地发挥最佳工作能力。

(3)体温适度提高,使机体代谢水平提高,并能有效地预防运动损伤。准备活动时,肌肉的频繁地收缩和舒张,促进体内的物质和能量代谢,使产热过程加强,体温升高。体温升高可以提高酶的活性,体温每上升1°C,代谢率增加13%;体温升高能使神经传导速度和肌肉收缩速度加快;使氧离曲线右移促进氧合血红蛋白的解离,有利于氧的供应。人体活动的最佳体温是37.2°C,而肌肉温度为38°C。


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(4)降低肌肉粘滞性,增加弹性,预防运动损伤。

(5)增强皮肤的血流,有利于散热,防止正式练习时体温过高。

(6)调节不良的赛前状态。

2、准备活动的生理机制

适宜的准备活动对其后的正式练习有良好的影响,其生理机制是通过预先进行的肌肉活动在神经中枢在相应部位留下了兴奋性升高的痕迹,在这一痕迹的基础上进行正式练习能使机体发挥出最佳机能水平。

3、影响准备活动生理效应的因素

时间:10-30min;

强度:45%Vo2max或心率为100-120次/分钟;

准备活动与正式练习间隔时间:一般不超过15分钟;体育课中以2-3分钟为宜。

若间隔时间过长,其痕迹效应消失。准备活动后间隔45分钟其痕迹效应全部消失。


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三、进入工作状态

概念:在进行运动练习时的开始阶段,人体各器官系统的机能不可能立刻达到最高水平,而是有一个逐步提高的过程。

(一)进入工作状态的生理机制

在运动器官与内脏器官之间存在着物理惰性和生理惰性,克服生理惰性和物理惰性的过程就是进入工作状态的过程。主要是克服生理惰性。

1、反射时:刺激作用于感受器起到效应器出现反应所需要的时间。

人体随意运动或反射活动都是在中枢神经系统的控制和整合下完成的,从感受器将刺激能量转化为神经冲动,到神经冲动的传导、突触传递、中枢间功能活动的逐渐协调和肌肉收缩都需要时间。动作愈复杂,进入工作状态需要的时间愈长。

反射弧


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2、内脏器官的生理惰性:

(1)人体的一切活动都是反射活动。

(2)内脏器官的生理惰性比运动器官大。

人体运动时,内脏器官必须动员起来以适应肌肉活动和机体代谢的需求。但与运动器官相比,内脏器官的生理机能惰性大,表现为以下几点:

(1)支配内脏器官的植物性神经传导兴奋的速度慢;

(2)兴奋传导途径中突触联系较多,需时较长(神经冲动每经过一个突触需要0.3-0.5ms)。

(3)在调节内脏器官产生持续活动中,神经-体液调节更为重要。首先由神经系统调节内分泌腺分泌激素,激素随血液循环到达所支配的器官,改变其功能状态,这一系列生理活动比神经调节的惰性大得多。因此,内脏器官的生理惰性大是产生进入工作状态的主要原因。


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(二)影响进入工作状态的主要因素

工作强度:在适宜运动负荷下,强度愈大,进入工作状态的时间就愈短;

工作性质:动作愈复杂、活动变化愈频繁,进入工作状态愈慢;

训练水平:训练水平愈高,当时功能状态愈好,进入工作状态愈快。

年龄和外界因素;

良好的赛前状态、充分的准备活动都有助于机体缩短进入工作状态的时间。


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(三) “极点”与 “第二次呼吸”

1、 “极点”及其产生的生理机制

“极点”:进行具有一定强度和持续时间的周期性运动时,在运动进行到某一时程时,运动者常常产生一些难以忍受的生理反应,如呼吸困难、胸闷、头痛、肌肉酸软无力、动作迟缓不协调,甚至不想再运动下去的机能状态。

“极点” 产生的生理机制:内脏器官的功能惰性与肌肉活动不相称,致使机体供氧不足,大量乳酸堆积,血液pH值向酸性方向偏移。这一内环境的变化不仅影响了神经肌肉的兴奋性,还反射性地引起呼吸和循环系统的紊乱。这些机能失调的强烈刺激传入大脑皮质,使运动动力定型暂时性遭到破坏。因此, “极点” 产生时,运动强度暂时性下降。


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2、“第二次呼吸” 及其生理机制

“第二次呼吸”:极点出现后,如依靠意志力和调整运动节奏继续运动,不久,一些不良的生理反应便会逐渐减轻或,此时呼吸变得均匀自如,动作变得轻松有力的生理状态。

生理机制:由于运动中内脏器官惰性逐渐得到克服,氧供应增加;同时,由于极点的出现,运动强度有所下降,使每分需氧量下降;乳酸得以逐步消除。导致机体缺氧状况逐渐得缓解,内环境得到改善,呼吸和循环系统功能加强,被破坏的动力定型得到恢复,于是出现了“第二次呼吸” 。这标志机体进入工作状态的结束,开始进入稳定阶段。


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3、影响“极点”与“第二次呼吸”的因素

项目特点:持续时间较长的周期性项目容易出现极点;如中长跑运动的 “极点”反应较明显;

运动强度:强度越大,则 “极点”出现越早;

训练水平:训练水平愈低, “极点”出现愈早,反应就愈明显;消失得愈迟; “第二次呼吸”出现得愈迟;

减轻极点反应的措施:

①良好的赛前状态和适当的准备活动:能预先克服内脏器官的生理惰性,从而推迟“极点”的出现和减轻“极点”反应的程度。

②坚持运动,控制运动强度,加深呼吸:“极点”出现以后,应注意坚持运动,控制运动强度,加深呼吸以减少血液中二氧化碳的浓度,有助于“极点”反应的减轻和促使“第二次呼吸”的出现。


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三、 稳定状态

概念:进入工作状态结束后,人体各器官系统的机能和工作效率在一段时间内保持一个较高的变化不大的水平上的机能状态。

真稳定状态:在进行中小强度的长时间运动时,进入工作状态结束后,机体的吸氧量能够满足需氧量(吸氧量=需氧量),各项生理指标保持相对稳定的机能状态。

稳定状态

假稳定状态:在进行强度较大、持续时间较长的练习时,进入工作状态结束后,吸氧量已达到并稳定在最大吸氧量水平,但仍不能满足机体对氧的需要的机能状态。


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真稳定状态的特征: 机体在真稳定状态阶段,肺通气量、心输出量、血压及其他生理指标保持相对稳定,运动中有的能量供应以有氧氧气供能为主,乳酸的产生及氧债的积累很少,运动的持续时间较长,可达几十分钟或几小时。真稳定状态保持时间长短的关键取决于氧运输系统的功能,该功能越强,稳定状态保持的时间愈长。

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假稳定状态的主要特点:出现氧亏,其数值随运动强度的加大而加大。由于吸氧 量不能满足需氧量,所以机体的无氧供能成分增加,乳酸的产出率大于清除率,使血乳酸增加,pH值下降,运动不能持久。

研究证明:在假稳定状态阶段,与运动有关的其他生理功能基本达到极限,如心率可达200次/min;心输出量达30L,呼吸频率60-80次/min,肺通气量达120-150L,收缩压16-32kPa,同时肌肉的电活动加强,表明募集了新的运动单位以代偿肌肉的疲劳.


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第二节 运动训练的生理本质

一、运动负荷的本质

运动负荷:以身体练习为基本手段对有机体施加的训练刺激。机体对这种刺激所做出的反应表现在生理和心理两个方面。

运动负荷(常说):主要是生理刺激,即机体在生理方面所承受的训练刺激。

在运动负荷的强烈刺激作用下,与运动相关的各器官系统的机能状态都会受到程度不等的影响。因此,生理负荷量的大小可用某些生理或生化指标来度量。运动负荷的外部表现为量和强度,其内部表现则为心率、血压、血乳酸等生理机能指标的变化。运动负荷越大,刺激强度则越大,所应起的机体反应 也相应越大,各项生理指标的变化也就越明显。


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二、机体对运动负荷的反应特征

当运动负荷刺激施加于人体时,人体各器官系统将发生一系列反应,主要表现为耐受、疲劳、恢复、超量恢复和消退等机能变化。


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(一)耐受性

概念:人体从事运动时,身体机能表现出对运动负荷刺激具有一定的耐受能力。

人体的耐受性的强弱及保持时间的长短依运动负荷强度和运动员训练水平的不同而有所不同。机体在耐受阶段会表现出比较稳定的工作能力,高质量地完成训练任务。因此,训练课的主要任务应安排在这个阶段。机体对运动负荷的耐受程度有较大的个体差异,受训练负荷的量和强度、训练后机体机能的恢复程度及运动员的身体状态等因素的影响。

(二)疲劳

概念:机体在承受一定时间的运动负荷刺激后,机体机能和工作效率会逐渐降低的现象。

训练过程中只有达到一定程度的疲劳,在恢复期才能获得预期的超量恢复效果,运动能力才能得以不断的提高。


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(三)恢复

训练结束后,机体开始补充和恢复训练过程中所消耗的能源物质,修复所受到的损伤并恢复紊乱的内环境,使机体各器官系统的机能恢复至运动前的相应水平,以完成机体结构与机能的重建。其时间长短主要取决于机体疲劳的程度。

(四)超量恢复

概念:运动中所消耗的能源物质以及降低的身体机能在运动结束后不仅能得以恢复,而且会超过原来水平的生理现象。

在一定范围内,运动负荷量越大,强度越大,运动过程中疲劳程度越深,运动后的超量恢复越明显。


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(五)消退

概念:若不及时在已获得的超量恢复基础上继续施加新的刺激,则已产生的训练效果保持一定时间后又会逐渐下降至原有水平的生理现象。

要想持久保持训练效果,必须在上一次训练出现超量恢复的基础上及时安排下一次训练。


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三、机体对运动负荷的适应与训练效果

(一)机体对运动负荷的适应性

应激性与适应性是生物机体具有的基本特征。

适应性:机体对运动负荷刺激产生适应的能力。

长期系统的运动训练使机体各器官系统的形态、结构、生理机能及生物化学等方面都将发生一系列的适应性改变。

(二)训练效果

概念:反复身体练习使机体得到了一系列的生理负荷刺激,从而使人体在形态结构、生理功能和生物化学等方面产生了一系列积极的、使运动能力提高的良好适应性变化。

长期的运动训练过程实质上是一个不断重复的进行的“刺激、反应、适应”的过程,是机体结构与机能不断破坏与重建的循环过程,是机体对运动负荷从不适应到适应的过程,从而提高了运动能力。


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(三)运动负荷阈

概念:体育课或训练课中适宜生理负荷的低限至高限的范围。

刺激引起机体出现反应与适应的程度与刺激强度大小之间有关。只有在生理范围内的适宜刺激才能加快机体的适应过程,并非训练强度越大越好。

1、强度:1)在周期性项目中,常以速度来表示强度;2)在非周期性项目尤其是力量性项目中常以一次性阻力负荷的重量或单位时间内完成阻力负荷的总量来表示。

2、运动持续时间:是指一种练习或一堂体育课、训练课所持续时间。

在运动强度和运动密度基本相同的情况下,运动持续时间愈长,机体的生理负荷量就愈大。在同期性练习中,一次性练习的运动负荷可以用运动强度与持续时间的乘积来表示。


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(三)运动密度:

全课实际练习时间

运动密度=

×

100%

全课总时间

运动密度越大,则负荷阈就越大。

(四)运动练习的数量:

概念:一次教学或训练课中,完成运动练习的总次数、总重量或总距离。

在体育教学与训练实践中,常用“心搏峰”理论和“最佳心率范围”使运动负荷控制在最适宜的生理负荷范围内,以使机体产生最佳的反应和适应。

心搏峰:SV达到最高峰值时的心率。表明在此心率范围内运动时,SV达到最大值。


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最佳心率范围:心输出量能保持在较高水平时的心率范围。大约在110-120次/min至170-180次/min。


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第三节 运动训练效果的生理学评定

通过系统训练所形成的运动员生物学特征可表现在安静状态、运动过程中和运动后的恢复期。因此,应用生理学方法评定训练效果时通常选择安静状态和运动状态以及恢复期的生理指标进行评定。

一、有训练者安静状态下的生物学适应特征

(一)运动系统

1、骨骼的特征

适宜的运动可以有效地增加峰值骨量、减缓随年龄增长而发生的骨质疏松。研究表明,运动员骨密度随训练水平的提高机时增加。而且不同项目的运动员不同部位的骨密度因受的刺激强度和程度不同而有所不同。力量项目明显。


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2、骨骼肌的特征

运动训练对骨骼肌的影响主要表现在肌肉的体积增大,横断面增大,肌肉力量增加。这是由于运动训练尤其是力量训练促进了氨基酸向肌纤维内部的转运,蛋白质合成加强而致。

运动训练提高了肌肉的抗氧化能力。研究表明,耐力训练可提高肌组织超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GP)活性。若同时增加外源性抗氧化剂(如维生素C、E)的补充,将会更有利提高机体的抗氧化能力。


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(二)氧运输系统

1、呼吸机能的特征

  • 安静状态运动员的呼吸肌力量较强,肺活量明显高于普通人,呼吸频率减少,呼吸深度增加和肺泡通气量大气体交换的效率高,但肺通气量一般并无差异。而且呼吸肌耐力好。

2、血液的特征

运动员血液的成分与无训练者相比无明显差异。但耐力运动员红细胞和血红蛋白数量增多,某些酶活性增加。

3、循环机能的特征

  • 运动训练→运动员心脏,主要是心肌的肥厚和心腔扩大。力量性和速度性运动员主要是心肌的肥厚,耐力性运动员则主要表现为心脏容积的扩大 运动训练→窦性心动徐缓


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(三)神经系统

系统训练对运动员的中枢神经系统机能产生良好的影响:

优秀的短跑运动员神经过程的灵活性好、反应时短;

优秀耐力运动员神经过程的稳定性好;

运动员的各项感觉机能也有所提高;


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二、有训练者在运动时和恢复期的生物学特征

(一)有训练者对定量负荷的反应特征

  • 在完成定量运动负荷时:

  • 1、完成同样的负荷,运动员肌肉活动的程度较小,主动肌、协同肌和对抗肌能较好地协同工作,因而,肌电放电节律清晰,肌电振幅和积分值较小。

2、运动员机能动员较快,表现在各系统的机能进人工作状态阶段短,极点症状反应较小,能较快地进入稳定状态;参与运动的肌群协调性和节奏感好。呼吸运动的节律和呼吸深度能很快适应运动形式。

3、有训练者在完成定量负荷时,心肺机能的变化较小,心率和心输出量较无训练者低,心率增加的幅度较小,而每搏输出量增加较多;


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(二)有训练者对极限负荷的反应特征

有训练者的生理机能水平高,机能潜力大,表现出非凡的运动能力和对极限负荷的适应能力。

不同训练程度(男)极限负荷运动时生理机能指标的比较


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1、最大摄氧量:优秀运动员比一般人高;

2、氧脉搏:优秀运动员有较高的氧脉搏而非过高的心率;

3、最大氧亏积累(MAOD):

MAOD:人体从事极限强度运动时(一般为2-3分钟),完成该项运动的理论需氧量与实际耗氧量之差。

它是衡量机体无氧工作能力的重要标志。优秀短跑运动员的MAOD值明显高于耐力项目运动员。

4、最大作功量:

概念:受试者在递增负荷达极量时所完成的功。

有训练的运动员最大做功量和做功效率都明显高于无训练者。


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