体育锻炼与人体生命活动的生理学原理

（一）体育锻炼与人体反应和适应规律

人类生活的内外环境不断变化。在一定范围内，人体可以通过体内调节机制，产生一定反应和适应以应付环境的变化。反应，是指内外环境发生变化时，人体各种生理机能发生相应的暂时变化，以保持与环境的平衡。适应，是指在某些环境变化的长期影响下，人体的功能和形态发生相应的持久变化，从而使之具有更高的适应环境变化的能力。

体育锻炼的效果，主要是通过锻炼前后其反应特征和适应水平的变化来评价。适应的出现，使人体的机体能力得到了提高，再完成相同练习时则显得容易、轻松。所以，只要有计划的、系统的、科学的坚持体育锻炼，就会使锻炼者在原有的基础上提高体能、增强体质。体育锻炼与人体反应和适应规律对于少年儿童体育锻炼具有重要的参考意义，也是体育的功能得以实现的生理学基础及终身体育的生理机制所在。

（二）体育锻炼与人体生长发育和遗传变异

任何生物体在其一生中， 由于同化作用大于异化作用，要经过从小到大的生长过程，其构造和功能也都要经过一系列的变化才能成熟。在人体生长发育期间，有两个生长发育的高峰，男女生长发育的曲线有两次交叉：第一次高峰期是1周岁，从出生到1周岁，长高约25厘米，约占原有身长的1/2，体重增长2倍；第二次高峰期，男子是12～14岁，女子是10～12岁，身高增长值分别是6.6厘米和5.9厘米。

根据人体生长发育规律，一般到25岁时，人体各器官系统均已发育成熟，从25岁直到40岁称为成熟期，也叫青壮年期，这个时期是人的生命最旺盛的时期，人体处于较稳定的状态。35～40岁则是人体生命过程中的分界线，此前是发育成熟期，此后是衰退期。随着年龄的增长，一般情况下，衰退速度在逐步增加。衰退表现为机体组织和器官的改变，机体的功能适应能力和抵抗力的衰退。

体育锻炼过程中各种身体运动都是对机体的一种刺激，对身体的发展起到强化作用。首先是使机体处于异化作用大于同化作用的状态，造成体内的能量物质的消耗，其次在逐渐减少运动量和运动强度的过程中，使机体进入恢复过程，然后逐渐达到同化作用大于异化作用的状态，形成超过机体原有的能量储备水平，进入新的平衡状态。在这种新的平衡状态下，周而复始地增加刺激，使得机体形态结构发生质的变化，机体功能水平不断提高，促进了健康，延缓了衰老。

遗传和变异是生命的基本特征，是生物演变过程中的一对矛盾，也是生物变化发展的内在依据，形成了有机体的适应性和多种多样的类型。体育锻炼的过程主要体现在人体遗传基础上，通过体育手段，产生对有机体的某些形态结构、生理功能和心理素质的变化，向适应于社会需要的人的方向发展。在人类社会发展中，随着社会环境的改变，引起了人的需要的变化，从而导致人的行为发生变化。对体育锻炼需要的长期性和体育行为的长期化，以及运动刺激的不断强化，必然使得身体某些组织器官的功能不断加强，使人的体质逐渐增强。

（三）体育锻炼与肌肉工作

人体的肌肉分三种：平滑肌、心肌和骨骼肌。在此，我们仅介绍骨骼肌。骨骼肌是人体运动的主要动力来源，也是完成日常生活、学习、劳动等活动不可缺少的条件。

1.骨骼肌的结构

人体的运动是由运动系统实现的，运动系统由206块骨骼、600多块肌肉以及关节等构成。人体各种活动通过骨骼肌有规律地收缩和舒张实现。人体的骨骼肌均由两类肌纤维混合组成。一类肌纤维收缩速度较快，称快肌；另一类收缩速度较慢，称慢肌。快肌无氧供能的能力较高，收缩速度快、力量大，但易疲劳；慢肌有氧供能的能力较高，抗疲劳能力较强，但收缩速度慢、力量小。

2.肌肉收缩的形式

根据肌肉收缩时张力、长度变化的特点，可将肌肉收缩分为以下两种形式：

（1）等长收缩。肌肉收缩时，长度不变、张力增加的收缩叫等长收缩。这是一种常见的收缩形式。等长收缩时，张力可以发展到最高水平，但由于没有位移运动的产生，故被称为静力性工作，其产生的力量被称为静力性力量。在人体运动中，等长收缩起着支持、固定和保持某一姿势的作用，如站立、悬垂、支撑等。

（2）等张收缩（也叫缩短收缩）。肌内缩短、张力不变的收缩叫等张收缩。当肌肉收缩产生的张力大于所要克服的阻力时，肌肉缩短并牵动骨杠杆做向心运动，故又称为向心收缩，如手持哑铃屈肘。缩短收缩可实现各种位移运动，如跑步、挥臂等。由于收缩时产生了位移，被称为动力性工作，其产生的力量称为动力性力量。在实际人体运动中，动力性工作和静力性工作常常共同起作用，完成各种体育动作。

（四）体育锻炼与能量代谢

机体在物质代谢过程中伴随的能量释放、储存、转移和利用的过程称为能量代谢。人体的能量代谢系统有三种。

1.磷酸原系统（三磷酸腺苷—磷酸肌酸，简称ATP—CP）

磷酸原系统由细胞内的ATP和CP这两种高能磷化物构成，它的特点是供能绝对值不大，持续时间很短，但是供能快。ATP是细胞唯一能直接利用的能源，其能量输出的功率也最高。在体育运动中，短跑（40～60米）、跳投、旋转、冲刺等爆发性的动作，全部依靠ATP-CP的储备供能。

2.乳酸能系统（也叫无氧糖酵解系统）

乳酸能系统的能量产生靠肌糖原的无氧酵解，最后产生乳酸，放出的能量被ADP（二磷酸腺苷）接受，再合成ATP，它是机体缺氧情况下的主要能量来源。如田径运动中的400米和800米跑，主要靠乳酸能系统来供能。

3.有氧氧化系统

有氧氧化系统供能是指糖和脂肪在氧供充分的情况下，分解成二氧化碳和水，同时产生大量的能量，使ADP再合成ATP。有氧氧化系统生成丰富的ATP，且不生成乳酸这类导致疲劳的副产品，它是人进行长时间耐力活动的主要供能系统，如田径运动中的长跑、马拉松项目主要靠有氧氧化供能。作为一般的健身跑，如10～15分钟或半小时慢跑也靠有氧氧化系统供能。

（五）体育锻炼与氧运输

人体各种活动所需要的能量，都靠氧气对能源物质（主要是糖、脂肪）进行氧化供给。而人体的氧储备甚少，必须不断地从外界环境中摄取，并运送到细胞组织利用。

氧的运输是靠呼吸和循环系统来完成的。呼吸系统把氧气从体外吸入体内，经肺部气体交换进入血液后，通过血液循环被运送到组织细胞处，进行再次气体交换，进入组织细胞中被利用。呼吸和循环系统保证了生命活动对氧的需要。经常从事体育锻炼，其呼吸器官的功能将会得到提高。

最大摄氧量客观地反映了人体氧运输系统的能力，是运动生理学检查、评价人体心肺功能的有效指标。最大摄氧量受年龄、性别、健康状况、训练水平、疾病以及遗传等多方面因素的影响，其高低主要取决于心脏泵血功能即心输出量的大小和肌细胞的摄氧能力。人体的最大摄氧能力的高低直接影响运动能力，普通健康人最大摄氧量每分钟2～3升，而经常锻炼的人或运动员可达每分钟4～5升，优秀的耐力运动员甚至可达到每分钟6～7升。尤其是以有氧代谢为主的耐力性运动与最大摄氧量关系更密切，耐力性要求越高的运动项目的运动员最大摄氧量越高。

（六）体育锻炼与超量恢复

人体在运动中承受了超量负荷，身体内各种能量物质逐渐消耗，在运动后不仅可以恢复到原有水平，而且还会超过原来的水平，这种现象叫超量恢复。超量恢复原理是人体功能在体育运动中不断得到提高的理论依据。

超量恢复的程度和时间取决于消耗的程度，在生理范围内肌肉活动量越大，消耗过程越剧烈，超量恢复也越明显；如果活动量过大，超过生理范围，恢复过程反而会延缓；如果身体锻炼的时间很短，而运动强度又不大，对有机体的刺激很小，就不会引起有机体的反应或者反应很小。这种运动负荷极小的身体锻炼，不能起到有效地增强体质、增进健康的作用，只有机体运动达到一定程度的负荷即承受了超量负荷后，并经过足够的休息和营养补充后，超量恢复才会产生。