当前运动生理学研究的重点课题

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当前运动生理学研究的重点课题

注：以下内容摘自体院统编“十一五”规划教材《运动生理学》2012年2月第一版，主编王瑞元、苏全生。本内容为绪论中的一部分（章节的题目为：运动生理学研究的重点课题），介绍了当前最热的十个运动生理学研究的前沿方向，非常精彩。更详细的内容可以找纸质的书本来阅读和学习，从本学期开始，很多体院已经开始使用此版教材。

（一）运动时物质与能量代谢

虽然研究运动时的能量代谢是早期运动生理学的主要研究领域，目前研究不同项目运动员在运动训练中的能量代谢仍然是运动生理学研究的重要课题。研究表明，最大摄氧量（VO2max）是评价耐力运动员身体机能的重要指标，两者有着极大的正相关。在运动生理学发展早期，直接测量运动员运动过程中的摄氧量是十分困难的。20世纪50年代，瑞典著名运动生理学家奥斯特兰德(Åstrand)首创了间接测定最大摄氧量的列线图法,使得这一指标的应用具有简易、经济、快速等特点。自动气体分析仪的出现，使得在运动实践中用直接法测定最大摄氧量成为现实，也使得最大摄氧量这一指标在运动科研和实践中的应用更加广泛和深入。随着研究的逐步深入，发现运动员在运动中乳酸阈能更好地反应其有氧代谢能力，在运动训练中采用乳酸阈能更好地指导运动训练。

目前，运动员最大摄氧能力研究，运动时的乳酸动力学研究，以及运动员在运动过程中个体乳酸阈的研究，以及如何利用乳酸阈指导运动训练的研究已成为运动生理学的重要研究课题。

（二）运动性疲劳产生机理及其消除方法

在运动生理学发展的早期，运动性疲劳就是运动生理学研究的核心课题。从有关运动性疲劳的定义（详见第十四章）中可以看出，疲劳是一种机体的整体机能水平或工作效率降低的生理现象，应同疾病和运动训练中的过度训练相区别。运动性疲劳是一个特别复杂的生理过程。它是由运动引起的，全身多器官、系统机能变化的综合结果。因此，必须从整个机体的角度来考虑这一问题。

运动性疲劳可分为中枢疲劳和外周疲劳。从中枢到骨骼肌细胞再到细胞内的物质代谢过程，中间任何一个环节或这些过程综合变化，都可造成疲劳。近年来提出的疲劳控制链或运动性疲劳突变理论，都力图从多方面说明运动性疲劳的发生原因，使运动性疲劳的理论更完善，以便更科学地掌握消除疲劳的方法。

目前，对运动性疲劳产生机制的认识从单纯的能量消耗或代谢产物的堆积，向多因素综合作用的认识发展。研究水平已由细胞、亚细胞的结构与功能变化深入到生物分子或离子水平。

运用高新技术探讨运动性疲劳产生的机制，仍然是运动生理学的重点研究领域。继续从整体、器官、细胞和分子水平探讨不同运动项目运动员在运动训练中产生疲劳的特征和机制，仍然是运动生理学的重要课题，特别是对运动导致的中枢神经系统的疲劳的研究目前受到广泛重视。同时，根据不同运动项目产生运动性疲劳的机理，寻找消除运动性疲劳方法的研究越来越广泛。

（三）运动与氧化应激

1956年，哈曼（Harman）在分子生物学的基础上提出了自由基学说，认为在生物体内进行的新陈代谢过程中会产生一些副产品，这些副产品称为自由基。自由基又称为游离基，系指外层轨道上含有一个或一个以上未配对电子的分子、原子、离子或基团。

随着自由基理论在运动生理学领域受到关注，运动与自由的研究已经成为运动生理学研究领域一个备受关注的研究课题。研究证实，急性剧烈运动可使体内自由基的浓度增加，引起体内氧自由基代谢失衡而产生氧化应激。自由基增加可能同下列几个因素有关：一是剧烈运动时体内的代谢过程加强，氧自由基的生成增加；二是剧烈运动时，乳酸等代谢产物的堆积抑制了清除自由基酶的活性，使自由基清除率下降；三是由于运动时体内有些物质可自动氧化而生成自由基，如儿茶酚胺类、还原型细胞色素C、血红蛋白、肌红蛋白等物质在剧烈运动时均可自动氧化而生成自由基。

运动引起的氧化应激，会导致脂质过氧化反应加强，而对组织和细胞造成损伤。这些损伤主要包括以下几个方面：①破坏核酸和染色体,引起碱基修饰，DNA链断裂,碱基缺失和染色体变异等；②破坏蛋白质和酶，使蛋白质变性，酶活性改变；③使粘多糖解聚，引起结缔组织的炎性变化；④破坏脂类分子和生物膜，自由基可使生物膜脂质双层结构中的不饱和脂肪酸产生过氧化反应，进一步又可以引起分子间的连锁聚合，使聚合部位的生物膜失去正常机能。

生物体内的抗氧化机制包括两大方面,抗氧化酶机制和非酶防御机制。研究表明，有氧运动可提高体内的抗氧化酶的活性，可有效地清除运动过程中产生的过量自由基。另外可以补充外源性的抗氧化剂，如维生素E、维生素C及一些中药，也可有效地提高人体的抗氧化能力。

（四）运动对骨骼肌形态和机能的影响

超过习惯负荷的运动训练或体力劳动能引起骨骼肌延迟性酸痛（Delayed-Onset Muscular Soreness, DOMS）、肌肉僵硬、收缩和伸展功能下降及运动成绩降低，因而受到生理学家和运动生理学研究人员的高度重视。他们对运动后骨骼肌延迟性酸痛产生机制进行了深入的研究，并提出了许多假说（详见第二章）。目前的研究表明，运动后产生肌肉酸痛与肌肉损伤或肌纤维的结构改变有关。

卢鼎厚等人还针对大负荷运动后骨骼肌超微结构改变，尝试用针刺和静力牵张促进超微结构变化的恢复和缓解肌肉酸痛。为了探讨大负荷运动后骨骼肌超微结构变化的机理，运动生理学家还对大负荷运动后骨骼肌收缩蛋白、骨架蛋白代谢以及蛋白代谢的信号转导等进行了较广泛的研究。同时也研究了肌肉损伤的变化阶段和损伤后的肌肉修复与再生等问题。

目前，利用各种先进的实验仪器和技术，通过观察大负荷运动后肌细胞内Ca2+等离子浓度、自由基水平、酶活性、生物膜的机能、亚细胞结构和功能、收缩蛋白的代谢和基因表达等指标的变化，分析研究大负荷运动后骨骼肌机能变化，以及促进骨骼肌的机能恢复的生理机制，将运动对骨骼肌机能影响的研究提高到一个崭新的阶段。

（五）运动与骨骼肌纤维类型

让威尔（Ranvier ，1883)用电刺激法证明红肌、白肌的收缩机能不同。之后人们用组织学、生理学、组织化学及生物化学等方法，对动物骨骼肌纤维的结构、机能和代谢特征等进行了较为全面的研究。在组织化学、超微结构观察与分析技术广泛应用于体育科研的基础上，伯格斯特龙（Bergstrom,1962)将组织活检技术应用于运动生理学研究中，使得对运动员骨骼肌的肌纤维类型的研究有了长足进展，对运动员骨骼肌快肌和慢肌纤维的分布、机能及代谢特点等进行了较为广泛的研究，而且这些研究的结果被广泛地应用到运动实践中。例如，结合运动项目特点，根据不同类型肌纤维在运动中的募集程度指导运动训练；开创了无损伤测定肌纤维类型的方法；在了解各种运动项目运动员的肌纤维组成特点的基础上，为运动员选材服务等。

目前，在肌纤维类型研究方面的主要任务是继续深入地研究快肌与慢肌纤维的机能和代谢特征，运动对运动员肌纤维类型组成的影响，不同类型肌纤维在运动中的参与程度以及肌纤维类型这一指标在运动选材中的应用等。

（六）运动对心脏形态和机能的影响

1975年，德国学者罗斯特（Rost）首先把超声心动图应用于运动人体科学的研究中，使对运动员心脏功能的研究提高到一个新的阶段。用超声心动图研究运动员心脏功能具有操作简单、安全、无损伤、重复性好等优点。因此，国内外许多运动生理学学者都采用此法对各类运动员的心脏功能进行了研究。特别是对超声心动图图形分析的计算机系统的出现，使得对运动员心脏形态结构的研究、心脏泵血功能的研究以及心脏运动过程中心肌血液供应的研究更加依靠超声心动图。

1984年，心钠素(atrial natriuretic polypeptide)的发现，从分子水平内分泌方面改变了人们对心脏的传统认识，证明心脏不仅是一个循环器官，而且还是人体内一个重要的内分泌器官，心脏所分泌的心钠素，具有利钠、利尿、舒张血管等作用。近年来发现，心脏不仅是心钠素的分泌器官，同时也是心钠素作用的靶器官之一，长时间耐力性训练所导致的心率减慢、血压降低都与心钠素的作用有关。

（七）运动健身的理论与方法

随着社会经济的高速发展，人们的生活水平有了明显改善，注重生活质量，促进健康成为人们共同追求的目标，因而体育锻炼成为提高大众健康水平不可或缺的重要手段。运动对人体免疫机能的影响，运动的抗衰老作用，运动改善身体成分的作用，运动防止某些慢性疾病，如与心血管疾病、糖尿病等方面的基础理论研究日益增多。在研究运动健身基础理论的同时，运动处方等运动健身方法的研究也备受关注。可以预见，运动健身的理论与方法的研究将是运动生理学的重要任务。

（八）运动与控制体重

目前，肥胖已经成为影响人类健康的世界性问题。有关运动与控制体重的研究越来越受到运动生理工作者的重视。有关运动控制体重的研究主要集中于引起肥胖的机理、肥胖的评价方法、运动减肥方法和运动减肥机理等方面。

近年来，运动生理学界对肥胖机制以及运动减肥机理的研究较多，研究内容也日益加深，主要集中在肥胖的中枢调定点机制和神经内分泌机制方面。

研究表明，单纯运动或单纯节食的减肥效果不如运动加节食。限制能量摄入结合有氧运动是最佳减肥方案。有大肌肉群参加的长时间、中等强度运动能量消耗多，且不会引起运动性损伤，因此能有效地达到减肥目的。一般运动后即刻心率达到自身最高心率的70%～80%，运动时间20分钟或更长，每周运动3～4天。常用的运动减肥方式有慢跑、越野跑、自行车、健美操和游泳等。

（九）运动与免疫机能

运动对人体免疫机能的影响是近年来运动生理学十分关注的课题之一。虽然人们习惯地认为运动员抗病能力高于一般人，但科学研究却显示，运动员和非运动员安静状态下的免疫机能没有显著差异。大量的研究表明，适当的运动对免疫机能有良好的影响。中等强度运动能提高人体的免疫机能，增强抗病能力。

尽管适当的中等强度运动可以提高人体的免疫机能，但越来越多的研究表明，大负荷运动后，人体的免疫机能却下降。而且，运动强度越大，持续时间越长，对机体免疫学机能下降越明显。大负荷运动后，由于人体的免疫机能下降，病毒和细菌易侵入人体而发病。因此有学者提出了运动后免疫机能变化的“开窗(open windows)”理论。

由于运动形式的多种多样，而且影响人体免疫机能的因素很多，造成运动对人体免疫机能影响的多样性。可以预言，在相当长的时间内，运动对人体免疫机能的影响仍然是运动生理学要研究的重要课题。

对免疫系统的研究主要涉及运动训练对免疫机能的影响、有氧健身运动对免疫机能的影响、神经－内分泌－免疫调节网络、运动时神经内分泌变化对免疫机能的影响、免疫机能变化对神经内分泌系统的反作用、运动性免疫机能低下及其机理等。

（十）运动时神经系统的支配与调控

对神经系统的研究主要涉及到运动时的神经调节作用、运动条件反射与运动技能学习、运动时神经递质与调质的变化与作用、运动与恢复时交感与副交感神经的相互影响与整合作用等。

我国运动生理学工作者应立足本职，面向世界，面向体育运动实践这个主战场，把握机遇，迎接挑战，努力创新，不断开拓，进一步提高研究水平，相信我国的运动生理学研究在不远的将来一定能跻身于世界的前列，为促进体育事业的发展作出更大的贡献。

山高峰远

期待着能够有效运用的成果出来。