運動生理及生物化學(xué)基礎(chǔ)運動生理及生物化學(xué)基礎(chǔ)單次運動引起機體生理、生化的變化稱為運動反應(yīng)，這是一種暫時性的、可逆性的變化。長期運動或稱運動訓(xùn)練則導(dǎo)致機體在形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能上產(chǎn)生相對持久的變化稱為運動適應(yīng)?？祻?fù)治療時，進行有針對性的運動訓(xùn)練，有助于改善機體的功能障礙，提高機體的功能水平。主要內(nèi)容一、運動對心血管系統(tǒng)的影響二、運動對呼吸系統(tǒng)的影響三、運動對物質(zhì)代謝與能量代謝的影響四、有氧運動和無氧運動一、運動對心血管系統(tǒng)的影響心臟血管血壓（一）心臟對運動的反應(yīng)和適應(yīng)長期運動訓(xùn)練不僅能引起心臟功能上的變化，而且對心臟的形態(tài)與結(jié)構(gòu)造成影響，心臟的功能與結(jié)構(gòu)對長期運動產(chǎn)生適應(yīng)性變化。1、搏出量與心輸出量的變化正常安靜：SV=70ml，CO=SV*HR=5L運動時：可達25-30L，是安靜時的5-6倍心力儲備：安靜時心輸出量與最大運動時的心輸出量的差值。增加原因：交感-腎上腺系統(tǒng)興奮，分泌腎上腺素、兒茶酚胺1、搏出量與心輸出量的變化長期運動訓(xùn)練的影響結(jié)果：搏出量和心輸出量增加；左心室收縮末期容積減少、左心室舒張末期容積增加，射血分數(shù)（EF）增大心力儲備增加心臟病患者安靜時與正常人無明顯差異，但在劇烈運動時，心輸出量不能相應(yīng)增加，心力儲備降低。2、心率的變化CO=SV*HR運動時CO的增加，心率因素占60%-70%，因此心率增加是運動時心輸出量增加的主要原因。運動時心率的變化與運動強度呈正相關(guān)極限運動時心率增加的極限值即最大心率（HRmax）正常成年人HRmax=220-年齡；老年人HRmax=170-年齡正常成年人的最大心率為160-180次/min，訓(xùn)練有素的運動員可達200-220次/min。2、心率的變化康復(fù)運動時的心率選擇運動時應(yīng)達到和保持的心率，稱為靶心率（THR），是運動時的適宜心率。正常成年人：推薦THR=60%-85%HRmax；老年人和心臟病患者：推薦THR=40%-65%HRmax（一）心臟對運動的反應(yīng)和適應(yīng)心臟對長期運動訓(xùn)練的適應(yīng)：減慢靜息心率，增加運動時的心率儲備機制：增強迷走神經(jīng)緊張性、降低交感神經(jīng)緊張性，調(diào)整自主神經(jīng)平衡3、心臟形態(tài)的變化單次或短暫運動，心臟形態(tài)結(jié)構(gòu)僅發(fā)生短暫改變；長期中等強度運動能夠使心臟的形態(tài)和機構(gòu)發(fā)生適應(yīng)性改變，表現(xiàn)為生理性心肌肥厚，稱為心臟重塑。（1）心臟形態(tài)重構(gòu)表現(xiàn)：左心室內(nèi)徑增加、左心室容積增大，左室流出道增寬，伴心腔擴大，心室壁和室間隔厚度也增加耐力運動時，肌肉泵作用增強，回心血量增加，心室舒張末期容積增加，心肌收縮力量增強，射血能力增強，收縮末期容積減小，心室容積增大長期耐力運動：由于前負荷的刺激，使得心臟擴大，伴心室壁和室間隔厚度的增加。3、心臟形態(tài)的變化（2）心肌細胞的重塑表現(xiàn)：心肌細胞肥大，肌原纖維數(shù)量增多和體積增大，線粒體體積增大，心肌組織中毛細血管數(shù)量和密度增加，但心肌細胞數(shù)目不增加。長期運動訓(xùn)練，尤其是抗阻運動或力量性運動，心室壁增厚和心肌細胞肥大較耐力運動更明顯。（二）血管對運動的反應(yīng)和適應(yīng)運動可引起血管系統(tǒng)產(chǎn)生反應(yīng)和適應(yīng)，并引起動脈血壓的適應(yīng)性改變。1、主動脈與大動脈變化單次運動：CO增加，射入血管內(nèi)血量增加，若主動脈和大動脈彈性良好，則收縮壓升高不明顯；但老年人和動脈粥樣硬化患者，運動時收縮壓明顯升高。長期運動訓(xùn)練：血管內(nèi)壓力負荷經(jīng)常性刺激主動脈和大動脈，促使血管壁細胞新陳代謝增強，血管彈性纖維增多，增加動脈的彈性和順應(yīng)性，緩沖血壓波動能力增強。（二）血管對運動的反應(yīng)和適應(yīng)2、小動脈和毛細血管的變化單次運動：運動時，骨骼肌小動脈舒張，毛細血管開放數(shù)量增多，血流加速；而內(nèi)臟組織的小動脈和毛細血管收縮、血流減少，回心血流加快長期運動訓(xùn)練：運動組織尤其是骨骼肌內(nèi)毛細血管數(shù)量增多，新生毛細血管增多，毛細血管開放增多，組織血供增加，毛細血管與肌纖維的比值增大。（二）血管對運動的反應(yīng)和適應(yīng)3、冠狀動脈的變化運動時心肌代謝增強，代謝產(chǎn)物刺激冠狀動脈舒張，增加心肌血流灌注以滿足運動心肌對氧和能量的需求研究證明：冠心病患者進行長期運動訓(xùn)練后，狹窄部位的冠脈側(cè)支血管生成較其他部位明顯注意：只有適量運動訓(xùn)練才能促進冠狀毛細血管增生，運動量太大或太小均不能引起毛細血管增生反應(yīng)。（二）血管對運動的反應(yīng)和適應(yīng)4、靜脈的變化運動時，交感縮血管中樞興奮，靜脈收縮，回心血流增加骨骼肌節(jié)律性舒縮活動，肌肉內(nèi)靜脈收縮，靜脈擴張降低長期運動可使靜脈血管張力提高，靜脈順應(yīng)性降低，靜脈擴張降低。（三）血壓的變化動脈血壓的變化取決于心輸出量和外周阻力之間的關(guān)系，并和運動方式、強度和時間等因素有關(guān)耐力運動：收縮壓升高，舒張壓無明顯變化或輕度降低抗阻運動：舒張壓升高，若有屏氣現(xiàn)象則會導(dǎo)致收縮壓降低，因此心血管患者應(yīng)避免進行中等至高強度的抗阻運動二、運動對呼吸系統(tǒng)的影響空氣呼吸道肺泡肺毛細血管肺靜脈左心動脈肺動脈毛細血管右心靜脈組織細胞O2CO2O2CO2外呼吸氣體運輸內(nèi)呼吸（一）呼吸系統(tǒng)對運動的反應(yīng)1、肺通氣功能的變化運動時，肺通氣量增加，可較安靜時增加10-12倍呼吸當(dāng)量（RE）：每分通氣量（VE）/攝氧量（VO2）安靜時人體的RE=24人體在進行小強度或中等強度運動時，VE和VO2保持線性正相關(guān)，故RE不變高強度或劇烈運動時，VE的增加顯著大于VO2的增加，呼吸當(dāng)量可增加到30-35呼吸當(dāng)量越小，氧的攝取量越高，說明呼吸效率越高運動生理學(xué)把呼吸當(dāng)量最小的一點稱為最佳呼吸效率點（POE）（一）呼吸系統(tǒng)對運動的反應(yīng)

2、運動時換氣功能的變化（1）肺換氣運動時，PO2差值增大，O2的交換量增大，同時肺的血流量也增大多，通氣/血流比值維持在0.84左右。劇烈運動時，比值可能大于0.84，造成過度通氣。肺換氣功能隨著年齡的降低而增加，但經(jīng)常運動可能延緩肺換氣功能的降低。（2）組織換氣運動時，組織耗氧量增加，PO2差值增大，組織換氣過程加快。氧解離曲線右移，釋放更多的O2，肌肉代謝較安靜時增加約100倍。氧解離曲線（一）呼吸系統(tǒng)對運動的反應(yīng)3、運動時呼吸的調(diào)節(jié)（1）神經(jīng)調(diào)節(jié)運動前肺通氣增加是一種條件反射，是在平時鍛煉過程中建立起來的運動后肺通氣劇增，由于大腦皮質(zhì)運動區(qū)的神經(jīng)沖動，以及腦干呼吸中樞的興奮，同時運動刺激肌肉和關(guān)節(jié)的本體感受器，傳入沖動到達呼吸中樞（2）體液調(diào)節(jié)血壓中CO2/O2和H+刺激化學(xué)感受器，引起呼吸增強運動時體溫的升高可以直接刺激呼吸中樞，促進呼吸功能增強。（二）呼吸系統(tǒng)對運動的適應(yīng)長期運動訓(xùn)練可以使呼吸系統(tǒng)發(fā)生一系列適應(yīng)性改變，主要表現(xiàn)為呼吸的肌力和耐力的增強以及組織對氧利用的提高。1、肺通氣的適應(yīng)性變化在亞極量和極量運動時，潮氣量增大、呼吸頻率加快、肺活量和每分通氣量大幅提高，運動訓(xùn)練使得呼吸肌的肌力增強。2、呼吸肌耐力的增強有規(guī)律的訓(xùn)練可以提高呼吸肌細胞氧化酶的活性，增強呼吸肌耐力；運動訓(xùn)練還可以增加膈肌的線粒體酶活性以及糖原含量，減輕運動時呼吸肌疲勞，提高運動能力。三、運動對物質(zhì)代謝與能量代謝的影響康復(fù)治療中要根據(jù)不同的運動類型物質(zhì)代謝和能量代謝的特點，科學(xué)地制定運動處方，選擇適宜的運動負荷，提高患者的運動能力。（一）運動與物質(zhì)代謝（二）運動與能量代謝（三）不同類型運動物質(zhì)代謝和能量代謝的特點（一）運動與物質(zhì)代謝1、糖短時間運動，能量絕大部分來自葡萄糖分解代謝；長時間運動，首先也是利用葡萄糖供能，其次才動用脂肪和蛋白質(zhì)長時間低強度運動，骨骼肌攝取血糖比運動前提高2-3倍；長時間中等強度運動，骨骼肌攝取血糖能力是運動前的7-20倍，因此，可以作為糖尿病患者重要的治療方法之一（一）運動與物質(zhì)代謝2、脂肪脂肪是長時間運動的主要能源長時間中等強度的運動能夠增強脂肪代謝，減少脂肪堆積，降低體重。運動能夠提高脂蛋白酯酶的活性，增加甘油三酯分解；增加高密度脂蛋白濃度、減少低密度脂蛋白濃度，促進膽固醇運回肝臟，消除血管壁膽固醇沉積，對防治動脈粥樣硬化和心腦血管疾病具有非常重要的作用。（一）運動與物質(zhì)代謝3、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的主要功能是實現(xiàn)組織細胞的自我更新，或用于合成激素、酶等生物活性物質(zhì)，不作為主要供能物質(zhì)。運動時蛋白質(zhì)可提供一部分能量，主要通過氨基酸糖異生途徑轉(zhuǎn)化為葡萄糖，可減少乳酸生成運動可通過促進激素的分泌，促進運動后骨骼肌內(nèi)蛋白質(zhì)合成（二）運動與能量代謝1、磷酸原系統(tǒng)ATP水解釋放能量優(yōu)點：供能速度極快，不需要氧氣，不產(chǎn)生乳酸缺點：儲量少，供能時間短高強度運動時，磷酸原系統(tǒng)供能僅能維持6-8秒（二）運動與能量代謝2、糖酵解系統(tǒng)無氧代謝釋放能量較快，一般能持續(xù)1-2分鐘，為高強度運動提供短時能量供應(yīng)，也是高強度運動初期的主要能量來源；缺點：生成乳酸，引起肌肉酸痛與疲勞（二）運動與能量代謝3、有氧代謝系統(tǒng)是人體獲得能量的主要方式在長時間運動中，早期為葡萄糖供能，隨著運動時間的延長，脂肪成分稱為主要能量來源蛋白質(zhì)盡在某些特殊情況下才參與供能（三）不同類型運動物質(zhì)代謝和能量代謝特點1、極量運動與亞極量運動首先動用磷酸原系統(tǒng)供能如果運動持續(xù)下去會啟動糖酵解供能系統(tǒng)，一般不超過2分鐘2、遞增負荷的力竭運動運動初期，強度小、能耗速度低，主要是葡萄糖的有氧代謝供能；隨著運動負荷逐漸增加，有氧代謝供能不能滿足運動需求，逐漸轉(zhuǎn)入無氧代謝供能，直至力竭（三）不同類型運動物質(zhì)代謝和能量代謝特點3、中等強度運動機體氧供充足，運動初期主要為葡萄糖氧化供能，后期逐漸過渡到脂肪氧化供能4、小強度運動機體氧供充足，骨骼肌能耗少，主要以葡萄糖和脂肪酸有氧代謝供能。四、有氧運動和無氧運動（一）有氧運動能力有氧運動：是指在氧氣供應(yīng)充足的情況下，運動所需的能量來自能源物質(zhì)的有氧代謝。有氧運動能力：在有氧條件下，人體持續(xù)進行某一體力活動（運動）的能力，也稱為有氧耐力。1、生理基礎(chǔ)（1）需氧量（2）攝氧量（3）最大攝氧量（4）乳酸閾（5）代謝當(dāng)量1、生理基礎(chǔ)（1）需氧量人體為維持某種生理活動所需要的氧量稱為需氧量。正常成人安靜時需氧量約為250ml/min。運動時需氧量受運動強度與運動持續(xù)時間的影響。1、生理基礎(chǔ)（2）攝氧量：機體單位時間內(nèi)攝取并被實際消耗所利用的氧量稱為攝氧量。安靜時，每分攝氧量與需氧量時平衡的運動時，隨著運動強度的增加，每分需氧量成比例增加，攝氧量能否滿足需氧量，取決于運動項目的特點。運動過程中，如果攝氧量滿足不了需氧量，就會造成體內(nèi)氧的虧欠，稱為氧虧在進行持續(xù)時間較短的劇烈運動中，氧的運輸系統(tǒng)功能即使已經(jīng)達到最高水平，仍然不能滿足需氧量時，則出現(xiàn)氧虧；在低強度運動的開始階段，由于內(nèi)臟器官的生理惰性，在開始階段也會出現(xiàn)氧虧。1、生理基礎(chǔ)（3）最大攝氧量定義：人體在進行有大量肌肉群參加的長時間劇烈運動中，當(dāng)心肺功能和肌肉利用氧的能力達到本人極限水平時，單位時間內(nèi)所能攝取的氧量稱為最大攝氧量（VO2max）。最大攝氧量反映了機體吸入氧、運輸氧和利用氧的能力，是評定人體有氧工作能力的重要指標(biāo)之一。1、生理基礎(chǔ)（4）乳酸閾在漸增負荷中，血乳酸濃度隨運動負荷的遞增而增加，當(dāng)運動強度達到某一負荷時，血乳酸出現(xiàn)急劇增加的那一點稱為乳酸閾有氧運動的乳酸拐點多在4mmol/L，這一點所對應(yīng)的運動強度即乳酸閾強度，它反映了機體內(nèi)的代謝方式由有氧代謝為主過渡到無氧代謝為主的臨界點或轉(zhuǎn)折點。乳酸閾值的高低反應(yīng)了人體的有氧工作能力，閾值越高，其有氧工作能力越強1、生理基礎(chǔ)（5）代謝當(dāng)量（MET）：又稱梅脫，是指單位時間內(nèi)單位體重的耗氧量1MET=3.5ml/(kg·min)MET是衡量運動強度的重要指標(biāo)，可用于評價體力活動的能力、預(yù)后、制定運動處方等正常人運動能力最高可達10MET,一般認為適宜有氧耐力訓(xùn)練的運動強度是2~7MET。2、有氧運動的特點運動強度：以中、低運動強度為主，機體才可以得到充足的氧氣供應(yīng)，保證能量代謝供應(yīng)運動時間：有氧代謝的能源物質(zhì)分解完全、產(chǎn)能大，避免了乳酸堆積產(chǎn)生的肌肉疲勞，所以有氧運動可以持續(xù)較長的時間，完成較長的距離運動形式：以周期性、節(jié)律性運動為主，如步行、跑步、騎自行車、游泳。全身大肌群參加的動力性活動：多為耐力運動，以上肢、下肢和軀干等主要肌群同時參加的動力性運動形式，可提高運動時攝氧量，達到增強心肺耐力的目的。3、有氧運動的作用提高機體心肺功能，調(diào)節(jié)代謝，改善和提高機體氧化代謝能力。4、有氧運動的項目典型的有氧運動：走、慢跑、跑、騎自行車、上下臺階；周期性有氧運動：爬山、游泳、劃船、滑冰、旱冰、滑雪等非競賽性球類項目：籃球、排球、足球、羽毛球、乒乓球、網(wǎng)球等適用于老年健身用的：地擲球、門球、柔力球傳統(tǒng)運動項目：氣功、太極拳（劍）、木蘭拳（劍）、五禽戲、八段錦等5、有氧運動訓(xùn)練定義：通過反復(fù)進行的中小強度運動，以提高心肺功能和機體運動能力的訓(xùn)練方法，簡稱有氧訓(xùn)練運動處方：將有氧訓(xùn)練的內(nèi)容和注意事項以“處方”形式寫出來，稱為運動處方5、有氧運動訓(xùn)練（1